Ⅰ 地下水和地下水资源
地下水是在地壳浅部岩石空隙中广泛分布的一种水体。这一部分水体主要集中于地面以下800 m深度内,但是在1 000~3 000 m深度内也有少量分布。地下水是地球水圈的一个组成部分,是全球水循环的一个重要环节,也是全球淡水资源的重要组成部分。
由于地下水埋藏分布条件和运动规律复杂,难以准确查明,因此对于全世界的地下水资源量,远不如“地表水资源”统计的那样准确。联合国水会议文件(1977年),关于全世界水资源概况中仅列出了世界各大洲以平均年地下水更新量表征的地下水天然资源量(表2-3),从统计资料可知,全世界陆地上的地下水天然资源总量为133 200×108 m3/a,其中南美洲、亚洲和澳洲相对较贫乏。
对于我国的地下水资源总量和各大水系流域的分片地下水资源量,我国的水利部门和地质部门都进行过计算。水利部门1980年公布的全国地下水天然资源量为7 180×108 m3/a(其中地下水与河川径流量的重复水量有6 888×108 m3/a)。从流域看,长江流域的地下水资源最丰富(占全国总量的27%),其次是西南地区的诸水系和珠江流域,黄河与海河流域以及辽河流域地下水资源均比较贫乏(表2-5)。
我国地质矿产部门公布的我国地下水资源总量为8 720×108 m3/a,比水利部门的统计大980×108 m3/a。原地质矿产部门统计的三大类地下水资源量分别是:孔隙地下水资源2 503×108 m3/a,裂隙水资源4 178×108 m3/a,岩溶水资源2 040×108 m3/a。
无论是水利部门还是地矿部门公布的地下水资源量,实际上都是地下水的天然资源量。因此,实际上可供开采到的资源量(或称可开采资源量)要比这个数字小很多。对于孔隙地下水区,开采资源量一般只有天然补给量的50%~60%;裂隙水区由于资源分散,且开发难度大,其可开采资源量一般只有天然补给量的20%~30%;岩溶水可采资源所占比重相对较高(60%~80%)。因此我国的地下水资源是相对不足的。在目前全国地下水年开采量不足800×108 m3/a的状况下,我国主要平原区的地下水已入不敷出,出现了区域地下水位持续大幅度下降的现象。
Ⅱ 水资源的含义
“水资源”一词由来已久,但对于其内在含义的理解却仁者见仁,智者见智。究其原因,可归结为如下5个方面:①水的表现形式多种多样,如地表水、地下水、降水、土壤水等,且相互之间可以转化;②水具有流动性、侵蚀性和许多化学特性,因此在谈到水资源时应包括水量和水质两方面;③水对社会发展形成许多基本的约束,如对土壤生产力、工业生产因子、能源资源以及人类健康的影响;④水与大多数社会部门有关——或是部门必需的物质基础,或对部门造成破坏;⑤水作为研究对象,常涉及众多学科[1]。综观水资源学科的发展过程,目前对水资源较权威的说法有以下几种:
第一种:一百多年前,即1894年,美国地质调查局(USGS)设立了水资源处,其主要业务范围是观测地表河川径流和地下水。显然,这里所指的水资源主要是陆面地表水和地下水的总称,即未包括地球表面面积约71%的、总量占全球水储量约96%的海洋水。
第二种:K.P.Kalinin为英国大网络全书撰写的条目“水资源”解释为“水资源是自然界一切形态的水,包括气态水、液态水和固态水”。
第三种:1997年联合国教科文组织(UNESCO)建议“水资源应指可资利用或有可能被利用的水源”。
第四种:我国对水资源的不同理解[2]。《中国大网络全书·大气科学·海洋科学·水文科学》卷中,把水资源定义为“地球表层可供人类利用的水”,而在《中国大网络全书·水利》卷中则定义为“自然界各种形态(汽态、液态或固态)的天然水”,并把可供人类利用的水作为“供评价的水资源”;《中国资源科学网络全书》中,把水资源定义为“可供人类直接利用、能不断更新的天然淡水,主要指陆地上的地表水和地下水”。1991年《水科学进展》编辑部组织了一次笔谈,国内许多知名专家就水资源的定义和内涵进行讨论,陈家琦教授在《水问题论坛》上把讨论的观点作了简要的阐述与归纳。其中,陈家琦认为,作为维持人类社会存在和发展的重要资源之一的水资源应当具有下列特性:①可以按照社会的需要提供或有可能提供的水量;②这个水量有可靠的来源,且这个来源可以通过自然界水文循环得到更新或补充;③这个水量可以由人工加以控制;④这个水量及其水质能够适应人类用水的需要。
1998年姜文来在其《水资源价值论》一书中指出,在以往的水资源定义中,基本上都是围绕着水的形态、利用和水量等展开论述,很少涉及水质。然而,水质对于水资源而言,是十分重要的,如果不考虑水质而研究水资源,必将导致水资源开发利用的失误。基于这一认识,给出了水资源的定义:水资源包含了水量与水质两个方面,是人类生产、生活及生命生存不可替代的自然资源和环境资源,是在一定的经济技术条件下能够为社会直接利用或待利用,参与自然界水分循环,影响国民经济的淡水[3]。
进入21世纪以来,随着人们对资源问题研究的不断深入,关于水资源内涵的认识不断拓展。成立等认为,水资源有着一个突出的特征——可再生性,这就是说,水文循环的不同组分沿不同路径以不同的速率运动,因此有着不同的更新时间。……如果仅用“可供人类利用”来界定时间范围,这是非常含糊的。因为水分不是静止的,在某一刻,它可供人类利用,属于资源成分,可能在另一刻又不属于,可见水分是否是水资源,完全隶属于它在时间上的变化。有鉴于此,认为不妨将水资源定义为:在一定时段内,存在于河流、湖泊、湿地和含水层系统内以现有手段和经济合理的条件可被人们所开发利用的那部分资源量,就是该时段上的水资源量[4]。
王浩等则从水资源承载的双重客体——人类社会和生态环境角度分析,结合可持续发展理念,引出对水资源的有效性、可控性与可再生性的描述[2]。与有效性准则对应的是广义的水资源,其中包括原传统意义上的与人类社会经济发展密切相关的淡水(其补给来源主要为大气降水,赋存形式为地表水、地下水和土壤水)和与生态环境具有密切关系的水分(包括径流性水资源和部分降水资源)。广义的水资源可以分为两类:一类是有效降水,可为天然生态系统和人工生态系统所直接利用,这部分水量难于被工程所调控,但可以调整发展模式,增加对这部分水分的利用;另一类是径流性水资源,包括地表水、地下含水层中的潜水和承压水,这部分水量可通过工程开发利用。因此,从可控性准则定义的水资源是狭义水资源。以往的水资源评价大都对于狭义水资源在可持续利用定义下再做进一步的界定,以便提出社会经济发展的水资源可利用量。在这一准则的约束下,狭义水资源又划分为生态需水量和国民经济可利用量。传统的水资源评价通常用狭义水资源评价结果代替国民经济水资源可利用量,在这一思想的指导下,引发了一系列不恰当的水资源开发利用方式和行为,这就是缺乏对水资源可再生性研究所造成的后果。
王旭升等认为 王旭升:水资源概念的研究进展与评述(中国地质环境信息网,2005-08-02)。
由此可见,水资源的定义或者说对水资源内涵的认识是随着社会经济的发展而发生变化的。这一认识过程大致可以归纳为以下几个特点:①从只注重水量的描述到水量和水质结合评价;②从只注重水对社会经济发展的描述到对生态需水量的关注;③从只注重静态水储量的描述到注重时间维的界定;④从只注重可控性水资源描述到关注可持续利用。
另外,从20世纪70年代以来,国内外一些高校开始设立水资源专业,一些研究所和管理机构也以“水资源”作为机构的定语。它表明随着水资源问题的日益显着,人们对水资源的认识已从一种单纯的自然资源扩展到一种学科的代称。其主要任务是围绕水资源的评价、规划、开发、利用、管理和保护等开展相关的业务活动和人才培训。
Ⅲ 地下水资源量的分类
由于地下水资源具有上述特性,所以对地下水量的准确表达较困难,因而出现了许多不同的术语和分类,有待统一和完善。现将地下水资源分类现状及主要分类简述如下。
(一)地下水资源分类现状
20世纪50~60年代,我国曾广泛采用原苏联学者H·A·普洛特尼科夫的地下水储量分类,他将地下水分为以下四种储量。
(1)动储量:是指单位时间流径含水层(带)横断面的地下水体积,也即地下水天然流量,这代表侧向补给量,单位为m3/d等。动储量具有季节性变化。
(2)静储量:是指地下水位年变动带以下含水层中储存的重力水体积,或充满承压水含水层空隙中的重力水体积(单位:m3)。
(3)调节储量:是指地下水年变幅带内重力水体积(单位:m3)。
上述三种储量代表天然条件下,在含水层中,一定时间内具有的地下水总量,故统称为天然储量。
(4)开采储量:是指用技术经济合理的取水工程能从含水层中取出的水量,并在预定开采期内不发生水量减少、水质恶化等不良后果。
普氏分类在一定程度上反映了地下水量在天然状态下的客观规律,对我国地下水资源评价曾起过一定的作用。该分类存在的主要缺点是:储量的概念不能反映地下水的特性,各种储量间的关系不明确,没有指出开采储量的组成等。
考虑到地下水量的特殊性,现在一般不用“储量”这个术语来描述地下水量,而改用“地下水资源”一词。中国地质大学王大纯教授等人把地下水资源分为补给资源和储存资源两大类,有些学者将地下水资源分为天然资源和开采资源,还有些学者将其分为补给资源、储存资源和开采资源三大类等等。另一些人认为,“资源”的含意应包括量和质两方面,单纯指水量时用资源来描述不合适,不如直接用地下水的各种量来表达。1995年国家技术监督局发布实施的《地下水资源分类分级标准》(GB15218-94)将地下水资源划分为可利用的资源(允许开采量)和尚难利用的资源两类。2001年由国家质量监督检验总局和国家建设部联合发布实行的现行规范和国家标准《供水水文地质勘察规范》(GB50027-2001)中将地下水资源分为补给量、储存量和允许开采量(或可开采量)三类。该分类是现行分类方案,已被大多数人接受,目前已广泛使用,下面重点讨论这种分类。
(二)《供水文地质勘察规范》(GB50027~2001)中的分类(简称三量分类)
1.补给量
补给量是指天然或开采条件下,单位时间内以各种形式和途径进入区内含水层(计算均衡区含水层组或含水系统)的水量。常用单位为m3/d、104m3/d、104m3/a等。补给来源有降水渗入、地表水渗入、地下水侧向径流流入和垂向越流(越层补给),以及其他途径渗入补给和各种人工补给等。按补给量形成的角度不同,可把补给量分为天然补给量和开采补给增量。天然补给量是指天然状态下,进入计算区含水层的水量;补给增量(或称诱发补给量,激发补给量,开采袭夺量,开采补充量等)是指扩大开采后可能增加的补给量或在开采条件下由于水文地质条件改变夺取的额外补给量。计算时,应按天然状态(自然状态)和开采条件下两种情况进行计算。实际上,许多地区的地下水都已有不同程度的开采,很少有保持天然状态的情况,因此,应首先计算现实状态下地下水的补给量,然后计算扩大开采后或开采条件下可能增加的补给量(即补给增量)。常见的补给增量由下列来源组成。
(1)来自地表水的补给增量。当取水工程靠近地表水时,由于开采地下水,使水位下降漏斗扩展到地表水体,可使原来补给地下水的地表水补给量增大,或使原来不补给地下水,甚至排泄地下水的地表水体变为补给地下水。
(2)来自降水渗入的补给增量。由于开采地下水形成降落漏斗,除漏斗疏干体积增加部分降水渗入外,还使漏斗内原来不能接受降水渗入补给的地区(例如沼泽、湿地等),腾出可以接受补给的储水空间,因而增加了降水渗入补给量。此外,由于地下水分水岭向外扩展,增加了降水渗入补给面积,使原来属于相邻均衡地段(或水文地质单元)的一部分降水渗入补给量,变为本漏斗区的补给量。
(3)来自相邻含水层的越流补给(越层补给)增量。由于开采含水层的水位降低,与相邻含水层的水位差增大,可使越流量增加,或使相邻含水层原来从开采含水导获得越流补给,变为补给开采层。
(4)来自相邻地段含水层增加的侧向流入补给量。由于降落斗的扩展,可夺取属于另一均衡地段(或含水系统)地下水的侧向流入补给量,或某些侧向排泄量因漏斗水位降低,而转为补给增量。
(5)来自各种人工增加的补给量。包括开采地下水后各种人工用水的回渗量增加而多获得的补给量。
补给增量的大小,不仅与水源地所处的自然环境有关,同时还与采水构筑物的种类、结构和布局,即开采方案和开采强度有关。当自然条件有利,开采方案合理,开采强度较大时,夺取的补给增量可以远远超过天然补给量。例如,在傍河地段取水、沿岸布井开采时,可获得大量地表水的入渗补给增量,并远大于原来的天然补给量,成为可开采量的主要组成部分。但是,开采时的补给增量也不是无限制的,从上述补给增量的来源可以看出,它实际是夺取了本计算含水层(组)或含水系统以外的水量,从整个地下水资源的观点来看,邻区、邻层的地下水资源也要开发利用,这里补给量增加了,那里就减少了。再从“三水”转化的总水资源的观点考虑,如果河水已被规划开发利用,这里再加大开采强度,大量夺取河水的补给增量,则会减少了地表水资源。因此,在计算补给增量时,应全面考虑合理的袭夺,而不能盲目无限制地扩大补给增量。
计算补给量时,应以天然补给量为主,同时考虑合理的补给增量。地下水的补给量是地下水运动、排泄、交替的主导因素,它维持着水源地的连续长期开采。允许开采量主要取决于补给量。因此,计算补给量是地下水资源评价的核心内容。
2.储存量
储存量是指赋存于含水层中的重力水体积(常用单位:m3)按埋藏条件,可分为容积储存量和弹性储存量。
(1)容积储存量:是指实际容纳在潜水含水层或承压含水层空隙中的重力水体积。计算式为:
W容=μ·V=μ·F·h,或W容=μ·F·M (10-1)
式中:W容为地下水的容积储存量(m3);μ为含水岩层的给水度;V为潜水含水层体积(m3);F为含水层分布面积(m2);h为潜水含水层厚度(m);M为承压含水层厚度(m)。
(2)弹性储存量:主要对承压水而言,即承压含水层除了容积储存量外,还有弹性储存量。弹性储存量是指承压水头降至含水层顶板时,由于含水层的弹性压缩及水的弹性膨胀,从含水层中释放出的水量,可按下式计算。
W弹=μ*·F·hn (10-2)
式中:W弹为承压水的弹性储存量(m3);μ*为释水系数(贮水系数)或弹性给水度(无因次);F为承压含水层的分布面积(m2);hn为承压含水层自顶板算起的压力水头高度(m)。
由于地下水的水位常常是随时间而变化的,地下水储存量也随时而异,这是由于地下水的补给与排泄不均衡而引起的,地下水的储存量在地下水的运动交替和地下水开采过程中起着调节作用。在天然条件下,地下水的储存量呈周期性的变化,主要有年周期,还有不同长短的多年周期,一般应当计算一年内最大储存量和最小储存量。在开采条件下,如果开采量不大于补给量,储存量仍呈周期性变化,在开采量超过补给量时,就由储存量来补偿这部分超过的开采量,使储存量出现逐年减少的趋势性变化。
按地下水储存量的动态,可把储存量分为永久储存量(或称静储量,不变储存量)和暂时储存量(或称调节储存量,可变储存量)。前者是指一定期限内的最小储存量,它是在一定周期内不变的储存量;后者是指最大与最小储存量之差,也即最低水位以上储存的地下水体积。在地下水径流微弱的地区,暂时储存量可以很大,几乎接近补给量,可以将它作为允许开采量。在一般情况下,计算允许开采量时,不能考虑永久储存量。如果动用永久储存量,就会出现区域地下水位逐年持续下降的趋势,导致地下水源枯竭,但是,如果永久储存量很大(如含水层厚度大、分布又广的大型贮水构造),每年适当动用一部分永久储存量,使在100年或50年内总的水位下降不超过取水设备的最大允许降深也是可以的。
3.允许开采量(可开采量)
允许开采量(或称可开采量)是指通过技术经济合理的取水方案,在整个开采期内出水量不会减少,动水位不超过设计要求,水质和水温变化在允许范围内,不影响已建水源地正常开采,不发生危害性的环境地质现象等前提下,单位时间内从水文地质单元或取水地段中能取得的水量,单位为m3/d、104m3/d、104m3/a等。简而言之,允许开采量就是用合理的取水工程能从含水层中取得出来、有补给保证、还不会引起一切不良后果的最大出水量,即在一定的技术、经济和合理开发条件下,有补给保证、可长期开采的最大水量。
允许开采量与开采量是不同的概念。开采量是目前正在开采的水量或预计开采量,它只反映取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量,否则,会引起水位持续下降等不良后果。允许开采量的大小,是由地下水的补给量和储存量的大小决定的,同时,还受技术经济条件的限制。
地下水在开采以前,由于天然的补给、排泄,形成了一个不稳定的天然流场,雨季补给量大于消耗量,含水层内储存量增加,水位抬高,流速增大;雨季过后,消耗量大于补给量,储存量减少,水位下降,流速减小。补给与消耗的这种不平衡发展过程,具有周期性,从一个周期的时间来看,这段时间的总补给量和总消耗量是接近相等的。如果不相等,则含水层中的水就会逐渐被疏干,或者水会储满含水层而溢出地表。
在人工开采地下水时,增加了一个经常定量的地下水排泄点,改变了地下水的天然排泄条件,即在天然流场上又叠加了一个人工流场。这既破坏了补给、消耗之间的天然动平衡,又力图建立新的开采状态下的动平衡。在开采最初阶段,由于增加了一个人工开采量,必须减少地下水的储存量,使开采地段水位下降形成一个降落漏斗,使漏斗扩大,流场发生了变化,使天然排泄量减少,促使补给量增加,即形成补给增量。在开采状态下,可以建立以下水均衡方程:
)。这是含水层中储存量所提供的一部分水量。
明确了开采量的组成,就可以按各个组成部分来确定允许开采量。
允许开采量(可开采量)中补给增量部分,只能合理地夺取,不能影响已建水源地的开采和已经开采含水层的水量;地表水的补给增量,也应从总的水资源考虑,统一合理调度。
允许开采量中减少的天然排泄量,应尽可能地截取,但也应考虑已经被利用的天然排泄量。例如,有的大泉是风景名胜地,由于增加开采后泉的流量可能减少,甚至枯竭,破坏了旅游景观,这也是不允许的。截取天然补给量的多少与取水构筑物的种类、布置地点、布置方案及开采强度有关。如果开采方案不佳,则只能截取部分天然补给量。因此,在计算允许开采量时,只要天然排泄量尚未加以利用,就可以用天然补给量或天然排泄量作为开采截取量。
允许开采量中可动用的储存量,应慎重确定。首先要看储存量(主要是永久储存量)是否足够大,再看现实的技术设备允许降深是多少,然后算出天然低水位至区域允许最大降深动水位间含水层中的储存量,按100年或50年平均分配制到每年的开采量中,作为允许开采量的一部分。一般情况下,不动用永久储存量,即在多年开采周期内,水位基本上是不升不降的,即Δh=0,这时的开采量才是允许开采量(可开采量)。因此(10-3)式变为:
Q允开=ΔQ补+ΔQ排 (10-4)
上述地下水各种量之间是相互联系的,并且是不断转化、交替的。永久储存量(静储量)是指储存水的那部分空间体积始终含水,并不是说那部分水是永久储存不变的,它仍然会转化为排泄的水,再由补给的水补充,同样参加水循环。只有极少数在特殊条件下形成的地下水,如处在封闭构造中的沉积水,才没有补给量而只有静储量,大多数自然条件下的地下水都是由补给量转为储存量,储存量又转化为排泄量,处在不断的水交替过程中。在开采条件下所取出来的水,都是由储存量中转化来的。由于储存量的减少,可以夺取更多的补给量来补充,同时,又截取了部分天然补给量,则天然排泄量减少。
由于开采量与补给量的不同关系,可出现三种开采动态类型的水源地:①稳定型:在任何时间,开采量均小于补给量;②调节型:雨季开采量小于总补给量,而旱季开采量可大于总补给量,但在一年或数年期间,累计总开采量仍应小于总补给量,即未动用储存量;③消耗型:开采量大于总补给量,须动用和消耗储存量。
Ⅳ 地下水资源的概念和地下水资源的分类
我国的供水水文地质学理论是自新中国成立之初(20世纪50年代初期)从前苏联引进的。由于前苏联学者和有关地质勘探规范都把地下水作为一种地质矿产资源对待,因此把地下水的水量称之为“地下水储量”。集中取水的地下水源地被称之为“地下水矿床”(或地下淡水矿床)。依据地下水在含水层中存在的时空特征,前苏联学者对地下水储量作出了如下分类。
(1)动储量:单位时间流经含水层过水横断面的地下水体积,亦即地下水的径流量。其单位为L3/T。在含水层不同的过水断面和不同的时间,其径流量是不同的。地下水的动储量一般可以用达西公式计算,即:
现代水文地质学
式中:V静——地下水静储量(L3);
μ——含水层的释水系数;
F——含水层分布面积(L2);
H——潜水含水层年最低水位以下的含水层厚度,或承压含水层厚度(L)。
(3)调节储量:含水层中地下水位年变动带内的重力水体积,其计算公式为:
现代水文地质学
式中:V调——地下水调节储量(L3);
μ——含水层的释水系数;
F——含水层分布面积(L2);
ΔH——地下水位年变幅(L)。
以上3种储量之和一般统称为地下水的天然储量。
开采储量:采用技术、经济上合理的取水工程(在取水工程的设计开采期内),在不发生地下水水量减少、水质恶化的条件下可以从含水层中取出的地下水量。在稳定开采条件下,水源地的开采储量主要由地下水动储量和调节储量构成;在非稳定开采条件下,开采储量则除动储量和调节储量外,尚有部分静储量参与。
前苏联的地下水储量分类的最大优点是能比较直观地反映出地下水3种天然储量在含水层中存在的不同形式,也比较容易计算出它们的数量。我国学者在长期使用这个分类后,发现这个分类存在一些严重的缺陷。首先,在地下水量的科学概念上,地下水虽然和其他地质矿产有共性之处,但是地下水和地表水有更多的共同属性和成生上的联系,即两者都是一种可再生(或可恢复)的资源,两者之间存在紧密的联系和相互转化的关系,它们都是全球水资源的统一组成部分。因此在描述其水量时,用地下水资源来代替地下水储量更有其科学上的合理性。前苏联地下水储量分类本身最大的不合理性是所划分出的3种天然储量没有考虑到在天然条件下经常存在相互转化的关系。如补给季节在含水层中形成的调节储量到非补给季节则可转化为动储量流到下游地段;当含水层断面的过水能力变小时,上游地段流入的动储量,其部分将在该地段转化为调节储量,由于分类中未考虑到这种储量间的转化关系,在计算地下水资源时将会明显的重复和偏大。这个分类存在的另一个主要缺陷是,只反映了各种储量在天然条件下存在的形式,而没有反映出各种储量在开采前后的变化以及天然储量和开采储量之间的相互关系。
我国水文地质工作者,根据多年进行供水水文地质勘察工作的实践经验,针对前苏联地下水储量分类的缺陷,于20世纪70年代初提出了自己的地下水资源分类方案。这个分类方案根据地下水的可恢复性和可利用性将地下水资源分为补给量、贮存量和允许开采量3类。
(1)补给量:是指天然或开采条件下,单位时间内以各种途径进入单元含水层(带)内的水量。这里的单元含水层可理解为意欲进行地下水资源评价的某一含水层(或含水层组)或其中的一个地段;对已开采的水源地来说,则应是受水源地开采影响的地段。从含水层外部进入的水量即地下水的补给来源,常见补给来源有——降水入渗补给、地表水入渗、灌溉水的入渗、地下水的侧向流入、相邻含水层的垂向越流,以及各种人工补给等。地下水的补给量可进一步分为天然补给量和开采补给量两类,由于开采区地下水水位下降,从而使含水层中的水力坡度加大,和相邻含水层或地表水体间的水头差增大,故含水层在开采条件下获得的补给量一般都要大于天然条件下的补给量。地下水的天然或开采补给量是人们确定水源地开采能力的主要依据。
(2)储存量:关于储存量的定义,我国学者的意见还不完全一致。一些学者认为,储存量就是指储存在单元含水层中的重力水体积(房佩贤、卫钟鼎等,1996),这种观点实质上是把储存量中前苏联分类的静储量和调节储量等同起来。而另外一些学者则认为,储存量是指地下水在多年循环交替过程中,积存于含水层中的重力水体积。按照这种观点,显然储存量应该是指含水层中多年最低水位以下贮存于含水层中的重力水体,这种观点避免了储存量和补给量的重叠,应该是可取的。储存量不仅存在于潜水含水层中,也存在于承压含水层中,被称为弹性储存量。储存量的大小主要与含水层的厚度、贮水性能有关。当含水层厚度不大时(比如说仅几米到10~20 m),开采时原则上不能动用含水层的储存量。只有当含水层的厚度很大(比如说大于50 m)或年补给量又非常丰富时,枯水和平水年动用的储存量能在极丰水年得到很大程度的恢复时,动用的储存量才可以在开采量中占有较大比重。
(3)允许开采量:对允许开采量的科学概念,各国学者的理解比较一致,即在前苏联地下水储量分类中的开采储量概念的基础上,增加了更多的取水限制条件。我国大多数水文地质文献对允许开采量作了如下解释:即允许开采量是指通过技术经济合理的取水构筑物,在整个开采期内出水量不会减少,动水位不超过设计要求,水质和水温变化在允许范围内,不影响已建水源地正常开采,不发生危害性环境地质问题的前提下,单位时间内从该水文地质单元或取水地段开采含水层中可以取得的水量。尽管各国学者对允许开采量概念认识基本一致,但在概念本身的命名上却有差别。俄罗斯的水文地质学者仍然使用着“开采储量”的概念,其他国家学者则把这一概念称为“可开采水量”、“极限开采量”、“临界开采量”、“潜在开采量”。
除以上根据地下水资源本身的自然或人为属性进行的分类外,我国矿产资源储量委员会还从地下水资源管理的角度对地下水进行了分类,即把地下水资源按开发利用的难度分为:“能利用的地下水资源”和“难利用的地下水资源两类”。“能利用的地下水资源”是具有现实经济意义的地下水资源,概念本身说明和上面所提到“允许开采量”基本一致。但它补充了这种水资源是“符合现行法规规定情况下从水文地质单元或水源地范围内能够取得的地下水资源”。而“难利用的地下水资源”只是具有潜在经济意义的地下水资源,即在当前的技术经济条件下,开采地下水将在技术、经济、环境或法规方面出现难以克服的问题和限制、目前难以利用的地下水资源。比如我国多数地区800m深度以下的水资源、矿化度大于2 g/L的微咸水资源。
此外,包括我国在内的许多国家的地质勘探部门还根据地下水资源的勘探和研究程度,把地下水“允许开采资源”(即允许开采量)的相对精度划分出不同等级(即地下水资源分级)。不同级别的开采资源有不同的应用范围(如作为不同取水工程设计阶段的依据),不同精度级别的地下水资源要求投入相应的勘探和试验工作量,也就是说,不同的水文地质勘探阶段要求提供不同精度级别的地下水资源量。
中国国家矿产储量委员会按地下水勘探研究程度将地下水允许开采资源的精度划分为五级,按精度级别从高到低,分别用A、B、C、D、E表示。对尚难利用的地下水资源,则只划分出Cd、Dd、Ed三种精度级别(国家标准GBJ27—88,1988年)。
由于供水工程的设计一般都是分阶段进行的,因此,供水水文地质勘察工作也随之划分为不同的勘察阶段,按照1988年公布的国家标准GBJ27—88《供水水文地质勘探规范》,我国的供水水文地质勘探共划分为5个阶段。
(1)地下水资源调查阶段(相当于中、小比例尺的综合或专门性的水文地质普查阶段):粗略了解区域水文地质条件,推测地下水富水地段及其地下水允许开采量所提出的允许开采量应达到E级精度要求,为国民经济远景规划提供依据。
(2)普查阶段(相当于供水工程的规划设计或厂址选择阶段):除概略评价区域或需水地区的水文地质条件外,应提出有无满足设计所需地下水量的可能性资料。对可能富水的地段,估算的地下水允许开采量应满足D级资源精度的要求,为城镇的规划、建设项目的总体设计或厂址选择提供依据。
(3)详查阶段(相当于供水工程设计的初步设计阶段):应在几个可能富水的地段,基本查明水文地质条件,初步评价地下水资源,进行水源地的方案比较。所提出的地下水允许开采量应满足C级资源精度要求,为水源地的初步设计提供依据。
(4)勘探阶段(相当于供水工程的详细设计阶段):应查明拟建水源地范围及其水源地影响范围内的水文地质条件,进一步评价地下水资源,提出合理开采方案,所提出的地下水允许开采量应满足B级精度要求,为水源地的技术设计和施工设计提供依据。
(5)开采阶段:应查明水源地扩大开采的可能性,或研究水量减少、水质恶化和不良环境地质现象等发生的原因。在研究开采动态和进行专门试验的基础上,重新评价的地下水允许开采量应满足A级精度的要求,为扩大开采和保护地下水资源提供依据。
农田供水水文地质勘察阶段的划分,目前我国尚无专门的规定。由于对供水保证程度的要求较集中供水水源地低,因此勘察阶段可适当减少。在我国一般可划分为3个勘查阶段,即:区域水文地质勘察阶段、详细勘察阶段、开采阶段。
以上是供水水文地质勘察阶段划分的一般原则,在实际工作中可根据勘察区水文地质条件的复杂程度、已有研究程度、需水量大小和可能取水方案的多少、具体确定勘察阶段的起点和需要几个勘察阶段。
此外尚需指出,对于不同国家供水勘察阶段的划分可能各有不同。在这一方面前苏联和我国的划分方案基本一致。欧、美国家则无统一的国家要求,根据美国水文地质学家Harry M.Peck 在1980年《Ground Water》Vol.18 No.4期上发表的《地下水调查阶段的划分》一文可知,美国的地下水调查研究可分为:普查级、规划级和管理级3个调查研究阶段。大致相当于我国的地下水资源勘探、开采和管理3个环节。