Ⅰ 地下水和地下水資源
地下水是在地殼淺部岩石空隙中廣泛分布的一種水體。這一部分水體主要集中於地面以下800 m深度內,但是在1 000~3 000 m深度內也有少量分布。地下水是地球水圈的一個組成部分,是全球水循環的一個重要環節,也是全球淡水資源的重要組成部分。
由於地下水埋藏分布條件和運動規律復雜,難以准確查明,因此對於全世界的地下水資源量,遠不如「地表水資源」統計的那樣准確。聯合國水會議文件(1977年),關於全世界水資源概況中僅列出了世界各大洲以平均年地下水更新量表徵的地下水天然資源量(表2-3),從統計資料可知,全世界陸地上的地下水天然資源總量為133 200×108 m3/a,其中南美洲、亞洲和澳洲相對較貧乏。
對於我國的地下水資源總量和各大水系流域的分片地下水資源量,我國的水利部門和地質部門都進行過計算。水利部門1980年公布的全國地下水天然資源量為7 180×108 m3/a(其中地下水與河川徑流量的重復水量有6 888×108 m3/a)。從流域看,長江流域的地下水資源最豐富(佔全國總量的27%),其次是西南地區的諸水系和珠江流域,黃河與海河流域以及遼河流域地下水資源均比較貧乏(表2-5)。
我國地質礦產部門公布的我國地下水資源總量為8 720×108 m3/a,比水利部門的統計大980×108 m3/a。原地質礦產部門統計的三大類地下水資源量分別是:孔隙地下水資源2 503×108 m3/a,裂隙水資源4 178×108 m3/a,岩溶水資源2 040×108 m3/a。
無論是水利部門還是地礦部門公布的地下水資源量,實際上都是地下水的天然資源量。因此,實際上可供開採到的資源量(或稱可開采資源量)要比這個數字小很多。對於孔隙地下水區,開采資源量一般只有天然補給量的50%~60%;裂隙水區由於資源分散,且開發難度大,其可開采資源量一般只有天然補給量的20%~30%;岩溶水可采資源所佔比重相對較高(60%~80%)。因此我國的地下水資源是相對不足的。在目前全國地下水年開采量不足800×108 m3/a的狀況下,我國主要平原區的地下水已入不敷出,出現了區域地下水位持續大幅度下降的現象。
Ⅱ 水資源的含義
「水資源」一詞由來已久,但對於其內在含義的理解卻仁者見仁,智者見智。究其原因,可歸結為如下5個方面:①水的表現形式多種多樣,如地表水、地下水、降水、土壤水等,且相互之間可以轉化;②水具有流動性、侵蝕性和許多化學特性,因此在談到水資源時應包括水量和水質兩方面;③水對社會發展形成許多基本的約束,如對土壤生產力、工業生產因子、能源資源以及人類健康的影響;④水與大多數社會部門有關——或是部門必需的物質基礎,或對部門造成破壞;⑤水作為研究對象,常涉及眾多學科[1]。綜觀水資源學科的發展過程,目前對水資源較權威的說法有以下幾種:
第一種:一百多年前,即1894年,美國地質調查局(USGS)設立了水資源處,其主要業務范圍是觀測地表河川徑流和地下水。顯然,這里所指的水資源主要是陸面地表水和地下水的總稱,即未包括地球表面面積約71%的、總量佔全球水儲量約96%的海洋水。
第二種:K.P.Kalinin為英國大網路全書撰寫的條目「水資源」解釋為「水資源是自然界一切形態的水,包括氣態水、液態水和固態水」。
第三種:1997年聯合國教科文組織(UNESCO)建議「水資源應指可資利用或有可能被利用的水源」。
第四種:我國對水資源的不同理解[2]。《中國大網路全書·大氣科學·海洋科學·水文科學》卷中,把水資源定義為「地球表層可供人類利用的水」,而在《中國大網路全書·水利》卷中則定義為「自然界各種形態(汽態、液態或固態)的天然水」,並把可供人類利用的水作為「供評價的水資源」;《中國資源科學網路全書》中,把水資源定義為「可供人類直接利用、能不斷更新的天然淡水,主要指陸地上的地表水和地下水」。1991年《水科學進展》編輯部組織了一次筆談,國內許多知名專家就水資源的定義和內涵進行討論,陳家琦教授在《水問題論壇》上把討論的觀點作了簡要的闡述與歸納。其中,陳家琦認為,作為維持人類社會存在和發展的重要資源之一的水資源應當具有下列特性:①可以按照社會的需要提供或有可能提供的水量;②這個水量有可靠的來源,且這個來源可以通過自然界水文循環得到更新或補充;③這個水量可以由人工加以控制;④這個水量及其水質能夠適應人類用水的需要。
1998年姜文來在其《水資源價值論》一書中指出,在以往的水資源定義中,基本上都是圍繞著水的形態、利用和水量等展開論述,很少涉及水質。然而,水質對於水資源而言,是十分重要的,如果不考慮水質而研究水資源,必將導致水資源開發利用的失誤。基於這一認識,給出了水資源的定義:水資源包含了水量與水質兩個方面,是人類生產、生活及生命生存不可替代的自然資源和環境資源,是在一定的經濟技術條件下能夠為社會直接利用或待利用,參與自然界水分循環,影響國民經濟的淡水[3]。
進入21世紀以來,隨著人們對資源問題研究的不斷深入,關於水資源內涵的認識不斷拓展。成立等認為,水資源有著一個突出的特徵——可再生性,這就是說,水文循環的不同組分沿不同路徑以不同的速率運動,因此有著不同的更新時間。……如果僅用「可供人類利用」來界定時間范圍,這是非常含糊的。因為水分不是靜止的,在某一刻,它可供人類利用,屬於資源成分,可能在另一刻又不屬於,可見水分是否是水資源,完全隸屬於它在時間上的變化。有鑒於此,認為不妨將水資源定義為:在一定時段內,存在於河流、湖泊、濕地和含水層系統內以現有手段和經濟合理的條件可被人們所開發利用的那部分資源量,就是該時段上的水資源量[4]。
王浩等則從水資源承載的雙重客體——人類社會和生態環境角度分析,結合可持續發展理念,引出對水資源的有效性、可控性與可再生性的描述[2]。與有效性准則對應的是廣義的水資源,其中包括原傳統意義上的與人類社會經濟發展密切相關的淡水(其補給來源主要為大氣降水,賦存形式為地表水、地下水和土壤水)和與生態環境具有密切關系的水分(包括徑流性水資源和部分降水資源)。廣義的水資源可以分為兩類:一類是有效降水,可為天然生態系統和人工生態系統所直接利用,這部分水量難於被工程所調控,但可以調整發展模式,增加對這部分水分的利用;另一類是徑流性水資源,包括地表水、地下含水層中的潛水和承壓水,這部分水量可通過工程開發利用。因此,從可控性准則定義的水資源是狹義水資源。以往的水資源評價大都對於狹義水資源在可持續利用定義下再做進一步的界定,以便提出社會經濟發展的水資源可利用量。在這一準則的約束下,狹義水資源又劃分為生態需水量和國民經濟可利用量。傳統的水資源評價通常用狹義水資源評價結果代替國民經濟水資源可利用量,在這一思想的指導下,引發了一系列不恰當的水資源開發利用方式和行為,這就是缺乏對水資源可再生性研究所造成的後果。
王旭升等認為 王旭升:水資源概念的研究進展與評述(中國地質環境信息網,2005-08-02)。
由此可見,水資源的定義或者說對水資源內涵的認識是隨著社會經濟的發展而發生變化的。這一認識過程大致可以歸納為以下幾個特點:①從只注重水量的描述到水量和水質結合評價;②從只注重水對社會經濟發展的描述到對生態需水量的關注;③從只注重靜態水儲量的描述到注重時間維的界定;④從只注重可控性水資源描述到關注可持續利用。
另外,從20世紀70年代以來,國內外一些高校開始設立水資源專業,一些研究所和管理機構也以「水資源」作為機構的定語。它表明隨著水資源問題的日益顯著,人們對水資源的認識已從一種單純的自然資源擴展到一種學科的代稱。其主要任務是圍繞水資源的評價、規劃、開發、利用、管理和保護等開展相關的業務活動和人才培訓。
Ⅲ 地下水資源量的分類
由於地下水資源具有上述特性,所以對地下水量的准確表達較困難,因而出現了許多不同的術語和分類,有待統一和完善。現將地下水資源分類現狀及主要分類簡述如下。
(一)地下水資源分類現狀
20世紀50~60年代,我國曾廣泛採用原蘇聯學者H·A·普洛特尼科夫的地下水儲量分類,他將地下水分為以下四種儲量。
(1)動儲量:是指單位時間流徑含水層(帶)橫斷面的地下水體積,也即地下水天然流量,這代表側向補給量,單位為m3/d等。動儲量具有季節性變化。
(2)靜儲量:是指地下水位年變動帶以下含水層中儲存的重力水體積,或充滿承壓水含水層空隙中的重力水體積(單位:m3)。
(3)調節儲量:是指地下水年變幅帶內重力水體積(單位:m3)。
上述三種儲量代表天然條件下,在含水層中,一定時間內具有的地下水總量,故統稱為天然儲量。
(4)開采儲量:是指用技術經濟合理的取水工程能從含水層中取出的水量,並在預定開采期內不發生水量減少、水質惡化等不良後果。
普氏分類在一定程度上反映了地下水量在天然狀態下的客觀規律,對我國地下水資源評價曾起過一定的作用。該分類存在的主要缺點是:儲量的概念不能反映地下水的特性,各種儲量間的關系不明確,沒有指出開采儲量的組成等。
考慮到地下水量的特殊性,現在一般不用「儲量」這個術語來描述地下水量,而改用「地下水資源」一詞。中國地質大學王大純教授等人把地下水資源分為補給資源和儲存資源兩大類,有些學者將地下水資源分為天然資源和開采資源,還有些學者將其分為補給資源、儲存資源和開采資源三大類等等。另一些人認為,「資源」的含意應包括量和質兩方面,單純指水量時用資源來描述不合適,不如直接用地下水的各種量來表達。1995年國家技術監督局發布實施的《地下水資源分類分級標准》(GB15218-94)將地下水資源劃分為可利用的資源(允許開采量)和尚難利用的資源兩類。2001年由國家質量監督檢驗總局和國家建設部聯合發布實行的現行規范和國家標准《供水水文地質勘察規范》(GB50027-2001)中將地下水資源分為補給量、儲存量和允許開采量(或可開采量)三類。該分類是現行分類方案,已被大多數人接受,目前已廣泛使用,下面重點討論這種分類。
(二)《供水文地質勘察規范》(GB50027~2001)中的分類(簡稱三量分類)
1.補給量
補給量是指天然或開采條件下,單位時間內以各種形式和途徑進入區內含水層(計算均衡區含水層組或含水系統)的水量。常用單位為m3/d、104m3/d、104m3/a等。補給來源有降水滲入、地表水滲入、地下水側向徑流流入和垂向越流(越層補給),以及其他途徑滲入補給和各種人工補給等。按補給量形成的角度不同,可把補給量分為天然補給量和開采補給增量。天然補給量是指天然狀態下,進入計算區含水層的水量;補給增量(或稱誘發補給量,激發補給量,開采襲奪量,開采補充量等)是指擴大開采後可能增加的補給量或在開采條件下由於水文地質條件改變奪取的額外補給量。計算時,應按天然狀態(自然狀態)和開采條件下兩種情況進行計算。實際上,許多地區的地下水都已有不同程度的開采,很少有保持天然狀態的情況,因此,應首先計算現實狀態下地下水的補給量,然後計算擴大開采後或開采條件下可能增加的補給量(即補給增量)。常見的補給增量由下列來源組成。
(1)來自地表水的補給增量。當取水工程靠近地表水時,由於開采地下水,使水位下降漏斗擴展到地表水體,可使原來補給地下水的地表水補給量增大,或使原來不補給地下水,甚至排泄地下水的地表水體變為補給地下水。
(2)來自降水滲入的補給增量。由於開采地下水形成降落漏斗,除漏斗疏干體積增加部分降水滲入外,還使漏斗內原來不能接受降水滲入補給的地區(例如沼澤、濕地等),騰出可以接受補給的儲水空間,因而增加了降水滲入補給量。此外,由於地下水分水嶺向外擴展,增加了降水滲入補給面積,使原來屬於相鄰均衡地段(或水文地質單元)的一部分降水滲入補給量,變為本漏斗區的補給量。
(3)來自相鄰含水層的越流補給(越層補給)增量。由於開采含水層的水位降低,與相鄰含水層的水位差增大,可使越流量增加,或使相鄰含水層原來從開采含水導獲得越流補給,變為補給開采層。
(4)來自相鄰地段含水層增加的側向流入補給量。由於降落斗的擴展,可奪取屬於另一均衡地段(或含水系統)地下水的側向流入補給量,或某些側向排泄量因漏斗水位降低,而轉為補給增量。
(5)來自各種人工增加的補給量。包括開采地下水後各種人工用水的回滲量增加而多獲得的補給量。
補給增量的大小,不僅與水源地所處的自然環境有關,同時還與采水構築物的種類、結構和布局,即開采方案和開采強度有關。當自然條件有利,開采方案合理,開采強度較大時,奪取的補給增量可以遠遠超過天然補給量。例如,在傍河地段取水、沿岸布井開采時,可獲得大量地表水的入滲補給增量,並遠大於原來的天然補給量,成為可開采量的主要組成部分。但是,開采時的補給增量也不是無限制的,從上述補給增量的來源可以看出,它實際是奪取了本計算含水層(組)或含水系統以外的水量,從整個地下水資源的觀點來看,鄰區、鄰層的地下水資源也要開發利用,這里補給量增加了,那裡就減少了。再從「三水」轉化的總水資源的觀點考慮,如果河水已被規劃開發利用,這里再加大開采強度,大量奪取河水的補給增量,則會減少了地表水資源。因此,在計算補給增量時,應全面考慮合理的襲奪,而不能盲目無限制地擴大補給增量。
計算補給量時,應以天然補給量為主,同時考慮合理的補給增量。地下水的補給量是地下水運動、排泄、交替的主導因素,它維持著水源地的連續長期開采。允許開采量主要取決於補給量。因此,計算補給量是地下水資源評價的核心內容。
2.儲存量
儲存量是指賦存於含水層中的重力水體積(常用單位:m3)按埋藏條件,可分為容積儲存量和彈性儲存量。
(1)容積儲存量:是指實際容納在潛水含水層或承壓含水層空隙中的重力水體積。計算式為:
W容=μ·V=μ·F·h,或W容=μ·F·M (10-1)
式中:W容為地下水的容積儲存量(m3);μ為含水岩層的給水度;V為潛水含水層體積(m3);F為含水層分布面積(m2);h為潛水含水層厚度(m);M為承壓含水層厚度(m)。
(2)彈性儲存量:主要對承壓水而言,即承壓含水層除了容積儲存量外,還有彈性儲存量。彈性儲存量是指承壓水頭降至含水層頂板時,由於含水層的彈性壓縮及水的彈性膨脹,從含水層中釋放出的水量,可按下式計算。
W彈=μ*·F·hn (10-2)
式中:W彈為承壓水的彈性儲存量(m3);μ*為釋水系數(貯水系數)或彈性給水度(無因次);F為承壓含水層的分布面積(m2);hn為承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度(m)。
由於地下水的水位常常是隨時間而變化的,地下水儲存量也隨時而異,這是由於地下水的補給與排泄不均衡而引起的,地下水的儲存量在地下水的運動交替和地下水開采過程中起著調節作用。在天然條件下,地下水的儲存量呈周期性的變化,主要有年周期,還有不同長短的多年周期,一般應當計算一年內最大儲存量和最小儲存量。在開采條件下,如果開采量不大於補給量,儲存量仍呈周期性變化,在開采量超過補給量時,就由儲存量來補償這部分超過的開采量,使儲存量出現逐年減少的趨勢性變化。
按地下水儲存量的動態,可把儲存量分為永久儲存量(或稱靜儲量,不變儲存量)和暫時儲存量(或稱調節儲存量,可變儲存量)。前者是指一定期限內的最小儲存量,它是在一定周期內不變的儲存量;後者是指最大與最小儲存量之差,也即最低水位以上儲存的地下水體積。在地下水徑流微弱的地區,暫時儲存量可以很大,幾乎接近補給量,可以將它作為允許開采量。在一般情況下,計算允許開采量時,不能考慮永久儲存量。如果動用永久儲存量,就會出現區域地下水位逐年持續下降的趨勢,導致地下水源枯竭,但是,如果永久儲存量很大(如含水層厚度大、分布又廣的大型貯水構造),每年適當動用一部分永久儲存量,使在100年或50年內總的水位下降不超過取水設備的最大允許降深也是可以的。
3.允許開采量(可開采量)
允許開采量(或稱可開采量)是指通過技術經濟合理的取水方案,在整個開采期內出水量不會減少,動水位不超過設計要求,水質和水溫變化在允許范圍內,不影響已建水源地正常開采,不發生危害性的環境地質現象等前提下,單位時間內從水文地質單元或取水地段中能取得的水量,單位為m3/d、104m3/d、104m3/a等。簡而言之,允許開采量就是用合理的取水工程能從含水層中取得出來、有補給保證、還不會引起一切不良後果的最大出水量,即在一定的技術、經濟和合理開發條件下,有補給保證、可長期開採的最大水量。
允許開采量與開采量是不同的概念。開采量是目前正在開採的水量或預計開采量,它只反映取水工程的產水能力。開采量不應大於允許開采量,否則,會引起水位持續下降等不良後果。允許開采量的大小,是由地下水的補給量和儲存量的大小決定的,同時,還受技術經濟條件的限制。
地下水在開采以前,由於天然的補給、排泄,形成了一個不穩定的天然流場,雨季補給量大於消耗量,含水層內儲存量增加,水位抬高,流速增大;雨季過後,消耗量大於補給量,儲存量減少,水位下降,流速減小。補給與消耗的這種不平衡發展過程,具有周期性,從一個周期的時間來看,這段時間的總補給量和總消耗量是接近相等的。如果不相等,則含水層中的水就會逐漸被疏干,或者水會儲滿含水層而溢出地表。
在人工開采地下水時,增加了一個經常定量的地下水排泄點,改變了地下水的天然排泄條件,即在天然流場上又疊加了一個人工流場。這既破壞了補給、消耗之間的天然動平衡,又力圖建立新的開采狀態下的動平衡。在開采最初階段,由於增加了一個人工開采量,必須減少地下水的儲存量,使開采地段水位下降形成一個降落漏斗,使漏斗擴大,流場發生了變化,使天然排泄量減少,促使補給量增加,即形成補給增量。在開采狀態下,可以建立以下水均衡方程:
)。這是含水層中儲存量所提供的一部分水量。
明確了開采量的組成,就可以按各個組成部分來確定允許開采量。
允許開采量(可開采量)中補給增量部分,只能合理地奪取,不能影響已建水源地的開采和已經開采含水層的水量;地表水的補給增量,也應從總的水資源考慮,統一合理調度。
允許開采量中減少的天然排泄量,應盡可能地截取,但也應考慮已經被利用的天然排泄量。例如,有的大泉是風景名勝地,由於增加開采後泉的流量可能減少,甚至枯竭,破壞了旅遊景觀,這也是不允許的。截取天然補給量的多少與取水構築物的種類、布置地點、布置方案及開采強度有關。如果開采方案不佳,則只能截取部分天然補給量。因此,在計算允許開采量時,只要天然排泄量尚未加以利用,就可以用天然補給量或天然排泄量作為開采截取量。
允許開采量中可動用的儲存量,應慎重確定。首先要看儲存量(主要是永久儲存量)是否足夠大,再看現實的技術設備允許降深是多少,然後算出天然低水位至區域允許最大降深動水位間含水層中的儲存量,按100年或50年平均分配製到每年的開采量中,作為允許開采量的一部分。一般情況下,不動用永久儲存量,即在多年開采周期內,水位基本上是不升不降的,即Δh=0,這時的開采量才是允許開采量(可開采量)。因此(10-3)式變為:
Q允開=ΔQ補+ΔQ排 (10-4)
上述地下水各種量之間是相互聯系的,並且是不斷轉化、交替的。永久儲存量(靜儲量)是指儲存水的那部分空間體積始終含水,並不是說那部分水是永久儲存不變的,它仍然會轉化為排泄的水,再由補給的水補充,同樣參加水循環。只有極少數在特殊條件下形成的地下水,如處在封閉構造中的沉積水,才沒有補給量而只有靜儲量,大多數自然條件下的地下水都是由補給量轉為儲存量,儲存量又轉化為排泄量,處在不斷的水交替過程中。在開采條件下所取出來的水,都是由儲存量中轉化來的。由於儲存量的減少,可以奪取更多的補給量來補充,同時,又截取了部分天然補給量,則天然排泄量減少。
由於開采量與補給量的不同關系,可出現三種開采動態類型的水源地:①穩定型:在任何時間,開采量均小於補給量;②調節型:雨季開采量小於總補給量,而旱季開采量可大於總補給量,但在一年或數年期間,累計總開采量仍應小於總補給量,即未動用儲存量;③消耗型:開采量大於總補給量,須動用和消耗儲存量。
Ⅳ 地下水資源的概念和地下水資源的分類
我國的供水水文地質學理論是自新中國成立之初(20世紀50年代初期)從前蘇聯引進的。由於前蘇聯學者和有關地質勘探規范都把地下水作為一種地質礦產資源對待,因此把地下水的水量稱之為「地下水儲量」。集中取水的地下水源地被稱之為「地下水礦床」(或地下淡水礦床)。依據地下水在含水層中存在的時空特徵,前蘇聯學者對地下水儲量作出了如下分類。
(1)動儲量:單位時間流經含水層過水橫斷面的地下水體積,亦即地下水的徑流量。其單位為L3/T。在含水層不同的過水斷面和不同的時間,其徑流量是不同的。地下水的動儲量一般可以用達西公式計算,即:
現代水文地質學
式中:V靜——地下水靜儲量(L3);
μ——含水層的釋水系數;
F——含水層分布面積(L2);
H——潛水含水層年最低水位以下的含水層厚度,或承壓含水層厚度(L)。
(3)調節儲量:含水層中地下水位年變動帶內的重力水體積,其計算公式為:
現代水文地質學
式中:V調——地下水調節儲量(L3);
μ——含水層的釋水系數;
F——含水層分布面積(L2);
ΔH——地下水位年變幅(L)。
以上3種儲量之和一般統稱為地下水的天然儲量。
開采儲量:採用技術、經濟上合理的取水工程(在取水工程的設計開采期內),在不發生地下水水量減少、水質惡化的條件下可以從含水層中取出的地下水量。在穩定開采條件下,水源地的開采儲量主要由地下水動儲量和調節儲量構成;在非穩定開采條件下,開采儲量則除動儲量和調節儲量外,尚有部分靜儲量參與。
前蘇聯的地下水儲量分類的最大優點是能比較直觀地反映出地下水3種天然儲量在含水層中存在的不同形式,也比較容易計算出它們的數量。我國學者在長期使用這個分類後,發現這個分類存在一些嚴重的缺陷。首先,在地下水量的科學概念上,地下水雖然和其他地質礦產有共性之處,但是地下水和地表水有更多的共同屬性和成生上的聯系,即兩者都是一種可再生(或可恢復)的資源,兩者之間存在緊密的聯系和相互轉化的關系,它們都是全球水資源的統一組成部分。因此在描述其水量時,用地下水資源來代替地下水儲量更有其科學上的合理性。前蘇聯地下水儲量分類本身最大的不合理性是所劃分出的3種天然儲量沒有考慮到在天然條件下經常存在相互轉化的關系。如補給季節在含水層中形成的調節儲量到非補給季節則可轉化為動儲量流到下游地段;當含水層斷面的過水能力變小時,上游地段流入的動儲量,其部分將在該地段轉化為調節儲量,由於分類中未考慮到這種儲量間的轉化關系,在計算地下水資源時將會明顯的重復和偏大。這個分類存在的另一個主要缺陷是,只反映了各種儲量在天然條件下存在的形式,而沒有反映出各種儲量在開采前後的變化以及天然儲量和開采儲量之間的相互關系。
我國水文地質工作者,根據多年進行供水水文地質勘察工作的實踐經驗,針對前蘇聯地下水儲量分類的缺陷,於20世紀70年代初提出了自己的地下水資源分類方案。這個分類方案根據地下水的可恢復性和可利用性將地下水資源分為補給量、貯存量和允許開采量3類。
(1)補給量:是指天然或開采條件下,單位時間內以各種途徑進入單元含水層(帶)內的水量。這里的單元含水層可理解為意欲進行地下水資源評價的某一含水層(或含水層組)或其中的一個地段;對已開採的水源地來說,則應是受水源地開采影響的地段。從含水層外部進入的水量即地下水的補給來源,常見補給來源有——降水入滲補給、地表水入滲、灌溉水的入滲、地下水的側向流入、相鄰含水層的垂向越流,以及各種人工補給等。地下水的補給量可進一步分為天然補給量和開采補給量兩類,由於開采區地下水水位下降,從而使含水層中的水力坡度加大,和相鄰含水層或地表水體間的水頭差增大,故含水層在開采條件下獲得的補給量一般都要大於天然條件下的補給量。地下水的天然或開采補給量是人們確定水源地開采能力的主要依據。
(2)儲存量:關於儲存量的定義,我國學者的意見還不完全一致。一些學者認為,儲存量就是指儲存在單元含水層中的重力水體積(房佩賢、衛鍾鼎等,1996),這種觀點實質上是把儲存量中前蘇聯分類的靜儲量和調節儲量等同起來。而另外一些學者則認為,儲存量是指地下水在多年循環交替過程中,積存於含水層中的重力水體積。按照這種觀點,顯然儲存量應該是指含水層中多年最低水位以下貯存於含水層中的重力水體,這種觀點避免了儲存量和補給量的重疊,應該是可取的。儲存量不僅存在於潛水含水層中,也存在於承壓含水層中,被稱為彈性儲存量。儲存量的大小主要與含水層的厚度、貯水性能有關。當含水層厚度不大時(比如說僅幾米到10~20 m),開采時原則上不能動用含水層的儲存量。只有當含水層的厚度很大(比如說大於50 m)或年補給量又非常豐富時,枯水和平水年動用的儲存量能在極豐水年得到很大程度的恢復時,動用的儲存量才可以在開采量中佔有較大比重。
(3)允許開采量:對允許開采量的科學概念,各國學者的理解比較一致,即在前蘇聯地下水儲量分類中的開采儲量概念的基礎上,增加了更多的取水限制條件。我國大多數水文地質文獻對允許開采量作了如下解釋:即允許開采量是指通過技術經濟合理的取水構築物,在整個開采期內出水量不會減少,動水位不超過設計要求,水質和水溫變化在允許范圍內,不影響已建水源地正常開采,不發生危害性環境地質問題的前提下,單位時間內從該水文地質單元或取水地段開采含水層中可以取得的水量。盡管各國學者對允許開采量概念認識基本一致,但在概念本身的命名上卻有差別。俄羅斯的水文地質學者仍然使用著「開采儲量」的概念,其他國家學者則把這一概念稱為「可開采水量」、「極限開采量」、「臨界開采量」、「潛在開采量」。
除以上根據地下水資源本身的自然或人為屬性進行的分類外,我國礦產資源儲量委員會還從地下水資源管理的角度對地下水進行了分類,即把地下水資源按開發利用的難度分為:「能利用的地下水資源」和「難利用的地下水資源兩類」。「能利用的地下水資源」是具有現實經濟意義的地下水資源,概念本身說明和上面所提到「允許開采量」基本一致。但它補充了這種水資源是「符合現行法規規定情況下從水文地質單元或水源地范圍內能夠取得的地下水資源」。而「難利用的地下水資源」只是具有潛在經濟意義的地下水資源,即在當前的技術經濟條件下,開采地下水將在技術、經濟、環境或法規方面出現難以克服的問題和限制、目前難以利用的地下水資源。比如我國多數地區800m深度以下的水資源、礦化度大於2 g/L的微鹹水資源。
此外,包括我國在內的許多國家的地質勘探部門還根據地下水資源的勘探和研究程度,把地下水「允許開采資源」(即允許開采量)的相對精度劃分出不同等級(即地下水資源分級)。不同級別的開采資源有不同的應用范圍(如作為不同取水工程設計階段的依據),不同精度級別的地下水資源要求投入相應的勘探和試驗工作量,也就是說,不同的水文地質勘探階段要求提供不同精度級別的地下水資源量。
中國國家礦產儲量委員會按地下水勘探研究程度將地下水允許開采資源的精度劃分為五級,按精度級別從高到低,分別用A、B、C、D、E表示。對尚難利用的地下水資源,則只劃分出Cd、Dd、Ed三種精度級別(國家標准GBJ27—88,1988年)。
由於供水工程的設計一般都是分階段進行的,因此,供水水文地質勘察工作也隨之劃分為不同的勘察階段,按照1988年公布的國家標准GBJ27—88《供水水文地質勘探規范》,我國的供水水文地質勘探共劃分為5個階段。
(1)地下水資源調查階段(相當於中、小比例尺的綜合或專門性的水文地質普查階段):粗略了解區域水文地質條件,推測地下水富水地段及其地下水允許開采量所提出的允許開采量應達到E級精度要求,為國民經濟遠景規劃提供依據。
(2)普查階段(相當於供水工程的規劃設計或廠址選擇階段):除概略評價區域或需水地區的水文地質條件外,應提出有無滿足設計所需地下水量的可能性資料。對可能富水的地段,估算的地下水允許開采量應滿足D級資源精度的要求,為城鎮的規劃、建設項目的總體設計或廠址選擇提供依據。
(3)詳查階段(相當於供水工程設計的初步設計階段):應在幾個可能富水的地段,基本查明水文地質條件,初步評價地下水資源,進行水源地的方案比較。所提出的地下水允許開采量應滿足C級資源精度要求,為水源地的初步設計提供依據。
(4)勘探階段(相當於供水工程的詳細設計階段):應查明擬建水源地范圍及其水源地影響范圍內的水文地質條件,進一步評價地下水資源,提出合理開采方案,所提出的地下水允許開采量應滿足B級精度要求,為水源地的技術設計和施工設計提供依據。
(5)開采階段:應查明水源地擴大開採的可能性,或研究水量減少、水質惡化和不良環境地質現象等發生的原因。在研究開采動態和進行專門試驗的基礎上,重新評價的地下水允許開采量應滿足A級精度的要求,為擴大開采和保護地下水資源提供依據。
農田供水水文地質勘察階段的劃分,目前我國尚無專門的規定。由於對供水保證程度的要求較集中供水水源地低,因此勘察階段可適當減少。在我國一般可劃分為3個勘查階段,即:區域水文地質勘察階段、詳細勘察階段、開采階段。
以上是供水水文地質勘察階段劃分的一般原則,在實際工作中可根據勘察區水文地質條件的復雜程度、已有研究程度、需水量大小和可能取水方案的多少、具體確定勘察階段的起點和需要幾個勘察階段。
此外尚需指出,對於不同國家供水勘察階段的劃分可能各有不同。在這一方面前蘇聯和我國的劃分方案基本一致。歐、美國家則無統一的國家要求,根據美國水文地質學家Harry M.Peck 在1980年《Ground Water》Vol.18 No.4期上發表的《地下水調查階段的劃分》一文可知,美國的地下水調查研究可分為:普查級、規劃級和管理級3個調查研究階段。大致相當於我國的地下水資源勘探、開采和管理3個環節。