一种山丘区地下水资源可开采量测算方法与流程

本发明属于水利行业水资源调查评价技术领域，具体涉及一种山丘区地下水资源可开采量测算方法。

背景技术：

根据地下水可开采量定义，地下水可开采量测算需要在保护生态环境和地下水资源可持续利用的前提下进行。地下水可开采量通常作为区域地下水合理开发利用阈值上限，是制定地下水治理和保护管控指标的首要依据。由于山丘区地下水赋存条件复杂，迄今不同部门、不同研究者对山丘区地下水资源可开采量问题尚未形成统一认识。

目前主要的测算方法主要包括：实际开采量调查法、疏干补偿法和综合分析法：(1)实际开采量调查法指将多年平均浅层地下水开采量近似作为地下水可开采量的方法，仅适用于地下水开发利用程度较低地区，适用范围过窄；(2)疏干补偿法指在包括旱季和雨季的一定时间内，地下水系统可以实现采补平衡，将调蓄空间水量作为地下水可开采量的方法，该方法回避了为求取水文地质参数或水均衡要素所存在的一系列实际困难，但是需查明研究区域巨大的地下岩溶调蓄空间，工作量较大，无法大范围推广；(3)综合分析法指直接采用已有水源地勘探评价成果，或通过分析开采区水位、水量相关关系，校核修正可开采量，最终获得可开采量的方法。该方法针对资料丰富、开展一定研究工作的小范围地区，可提出较为合理的可开采量，缺点是对资料成果要求高、测算过程复杂、大范围区域测算难度大，缺少对生态保护方面的考虑，在区域地下水管理、实际应用中难以推广。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种山丘区地下水资源可开采量测算方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种山丘区地下水资源可开采量测算方法，包括以下步骤：

步骤1，以山丘区作为研究区域，确定研究区域的基径比关系曲线，方法为：

步骤1.1，对于研究区域，获得其人类开采影响较小且未引发生态环境问题时期的逐年的天然基流量rg和逐年的天然径流量r；对于第i年的天然基流量rgi和第i年的天然径流量ri，采用下式，得到第i年的基径比ai：

步骤1.2，将各年的基径比ai作为离散点，表示在横坐标为天然径流量、纵坐标为天然基流量的坐标系中，再对各离散点进行曲线拟合，得到基径比关系曲线；

步骤2，测算研究区域的山丘区地下水不合理开采量q，方法为：

步骤2.1，测算得到研究区域的现状实测基流量r’g和现状地下水开采净消耗量c’，采用下式进行还原计算，得到现状天然基流量r”g：

r”g＝r’g+c’

步骤2.2，以现状天然基流量r”g为查找条件，查找步骤1得到的基径比关系曲线，得到与现状天然基流量r”g对应的基径比，好：现状对应基径比，表示为a”；

步骤2.3，采用下式，得到合理的天然径流量r”0：

r”0＝r”g/a”

步骤2.4，测算得到研究区域的现状天然径流量r”，采用下式，得到山丘区地下水不合理开采量q：

q＝r”0-r”

步骤3，测算研究区域的山丘区地下水资源可开采量w，方法为：

步骤3.1，测算得到研究区域的山丘区地下水现状开采量q现状；

步骤3.2，判断山丘区地下水不合理开采量q是否小于零，如果小于，则表明研究区域不存在不合理开采，地下水开采未对生态环境产生影响，山丘区地下水现状开采量q现状即可作为山丘区地下水资源可开采量w；如果不小于，则执行步骤3.3；

步骤3.3，采用下式，得到山丘区地下水资源可开采量w：

w＝q现状-q

由此得到山丘区地下水资源可开采量w。

优选的，步骤1中，根据水利相关部门公布的水资源评价成果，获得逐年的天然基流量rg和逐年的天然径流量r。

本发明提供的一种山丘区地下水资源可开采量测算方法具有以下优点：

本发明以水利部门开展的水资源调查评价数据为基础，结合基径比概念，提出一种易于操作的山丘区地下水资源可开采量测算方法，适用于资料缺乏、较大尺度的区域，测算山丘区地下水资源可开采量的方法，以满足水资源管理的需要。

附图说明

图1为本发明提供的一种山丘区地下水资源可开采量测算方法的流程示意图；

图2为本发明提供的基径比关系曲线的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明以水利部门开展的水资源调查评价数据为基础，结合基径比概念，提出一种易于操作的山丘区地下水资源可开采量测算方法，适用于资料缺乏、较大尺度的区域，测算山丘区地下水资源可开采量的方法，以满足水资源管理的需要。

本发明涉及到的相关名词含义解释如下：

径流量：指在某一时段内通过河流某一过水断面的水量。径流量一般由实测得到，也称实测径流量。

基流量：指地下水对河道的排泄量，是径流量最为稳定的组成部分。基流量可通过分割实测流量过程的方法近似求得。

还原计算：为反映天然状态下的径流或基流状况，将受人类活动调蓄和消耗的这部分水量回加到实测值中，称为还原计算。

天然径流量：指流域集水面积范围内，人类活动影响较小，径流的产生、汇集基本上在天然状态下进行时，河流出口处的径流量。一般根据径流量还原计算得到。

天然基流量：指不受或受较小人类活动影响的天然条件下的基流量。可通过分割天然径流量过程的方法近似求得，也可进行还原计算近似求得。

基径比：某水文站断面天然基流量与天然径流量的比值。基径比越大，基流量与径流量的关系越紧密，径流量的稳定性越好；基径比越小，径流量越不稳定，对于人类与自然的影响反应越剧烈。

基径比关系曲线：指对逐年天然基流量和天然径流量离散数据点采用数据拟合方法得到的关系曲线。

山丘区地下水不合理开采量：指在地下水可开采水量之外开采的水量。

山丘区地下水资源可开采量：指山丘区范围内在经济合理，技术可行且利用后不会造成基流量衰减、地下水位持续下降、水质恶化、海水入侵、地面沉降等生态环境地质问题的情况下，允许取出的最大水量。

本发明提供一种山丘区地下水资源可开采量测算方法，参考图1，包括以下步骤：

步骤1，以山丘区作为研究区域，确定研究区域的基径比关系曲线，方法为：

步骤1.1，对于研究区域，获得其人类开采影响较小且未引发生态环境问题时期的逐年的天然基流量rg和逐年的天然径流量r；

对于第i年的天然基流量rgi和第i年的天然径流量ri，采用下式，得到第i年的基径比ai：

因此，基径比ai含义为：山丘区地下水开采未引发生态环境问题情况下，第i年的基径比。

步骤1.2，将各年的基径比ai作为离散点，表示在横坐标为天然径流量、纵坐标为天然基流量的坐标系中，再对各离散点进行曲线拟合，得到基径比关系曲线；

考虑我国地下水开发利用历程，一般可以采用第二次全国水资源调查评价数据(1980～2000年系列值)，逐年计算不同来水条件下基径比，建立基径比关系曲线。

步骤2，测算研究区域的山丘区地下水不合理开采量q：

本步骤主要思路为：气候变化、人类开采、水利工程建设和水土保持措施等都可能改变山丘区地下水排泄结构，引起基径比变化。在测算现状山丘区地下水资源可开采量时，应考虑人类活动对基流量的影响，需对现状实测基流量r’g和现状天然径流量r”还原计算。将现状实测基流量r’g与现状地下水开采净消耗量c’之和作为现状天然基流量r”g带入基径比关系曲线，得到对应的合理的天然径流量r”0，合理的天然径流量r”0和现状天然径流量r”之差即为山丘区地下水不合理开采量q。

具体实现方法如下：

步骤2.1，测算得到研究区域的现状实测基流量r’g和现状地下水开采净消耗量c’；其中，现状地下水开采净消耗量c’，为开采后未回归到河道内的水量。

采用下式进行还原计算，得到现状天然基流量r”g：

r”g＝r’g+c’

步骤2.2，以现状天然基流量r”g为查找条件，查找步骤1得到的基径比关系曲线，得到与现状天然基流量r”g对应的基径比，好：现状对应基径比，表示为a”；

步骤2.3，采用下式，得到合理的天然径流量r”0：

r”0＝r”g/a”

步骤2.4，测算得到研究区域的现状天然径流量r”，采用下式，得到山丘区地下水不合理开采量q：

q＝r”0-r”

步骤3，测算研究区域的山丘区地下水资源可开采量w，方法为：

步骤3.1，测算得到研究区域的山丘区地下水现状开采量q现状；

步骤3.2，判断山丘区地下水不合理开采量q是否小于零，如果小于，则表明研究区域不存在不合理开采，地下水开采未对生态环境产生影响，山丘区地下水现状开采量q现状即可作为山丘区地下水资源可开采量w；如果不小于，则执行步骤3.3；

步骤3.3，采用下式，得到山丘区地下水资源可开采量w：

w＝q现状-q

由此得到山丘区地下水资源可开采量w。

下面介绍一个具体实施例：

以北方某地市山丘区为例，按照流域嵌套行政区为计算单元，选择地下水开采量较大和较小的两个单元，分别计算山丘区地下水资源可开采量。

(一)确定基径比关系曲线

根据水利相关部门公布的水资源评价成果，分别建立计算单元逐年长系列基径比关系曲线，详见图2：

(二)测算山丘区地下水不合理开采量q

对现状实测基流量r’g进行还原计算，将现状实测基流量r’g与现状地下水开采净消耗量c’之和作为现状天然基流量r”g，带入基径比关系曲线，得到对应的合理的天然径流量r”0，计算结果见表1：

表1：合理的天然径流量r”0测算结果

单位：亿m³

合理的天然径流量r”0与现状天然径流量r”之差，即为山丘区地下水不合理开采量q，计算公式如下：

q＝r”0-r”

根据计算公式得到计算结果见表2：

表2山丘区地下水不合理开采量计算结果

单位：亿m³

(三)测算山丘区地下水资源可开采量w

单元1山丘区地下水不合理开采量q计算结果大于零，山丘区地下水现状开采量q现状与山丘区地下水不合理开采量q之差，即为山丘区地下水资源可开采量w，计算公式如下：

w＝q现状-q

单元2山丘区地下水不合理开采量q计算结果小于零，则不存在不合理开采，山丘区地下水现状开采量q现状0.04亿m³即为山丘区地下水资源可开采量w。

表3山丘区地下水资源可开采量

单位：亿m³

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：

(1)本发明方法可简便测算山丘区地下水资源可开采量，所需测算工具与资料少，大大降低了测算成本。基于水利相关部门开展的水资源调查评价资料，通过简单的基本操作即可完成测算分析，容易掌握，尤其适用于基层管理人员。

(2)本发明方法从地下水循环的物理机制出发，既考虑了地下水循环健康与地表水径流量稳定，也符合生态保护要求，能有效减少地下水过量开采对生态地质环境的破坏，确保水资源的可持续利用。

(3)本发明方法具有更好的适用性，在大尺度测算时，既适用于省、市、县等行政分区，又适用于水资源流域分区。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。