水平衡計算法在地下水資源評價中的應用

尤善清

摘要：隨著水資源日益短缺，我國對地下水資源的評價也越來越重視，將水資源開發(fā)與管理納入城市規(guī)劃建設重點日程中來，解決城市人口生產(chǎn)生活用水問題。我國在水資源評價工作中，基于項目取水量合理性分析基礎上就近取水論證十分常見，但是由于行業(yè)論證單位技術水平參差不齊，評價思路、方法不盡一致，造成工作范圍、精度不規(guī)范、不統(tǒng)一，對水資源開發(fā)工作不能結合本地區(qū)實際情況進行，片面做法居多，而且在工作中未能按照國家規(guī)定的勘察標準進行，在工程實施時埋下很多安全隱患。本文主要通過對水資源評價中的水量平衡計算法進行分析探討，并結合具體事例進行了進一步論證說明。

關鍵詞：地下水評價；水平衡法；天然水

一、水資源評價

1.1地下水資源特點。地下水資源是一個整體系統(tǒng)，其系統(tǒng)內(nèi)具有很強的聯(lián)動性，任何部分水量排出或補給都將影響到整個地下水系統(tǒng)的平衡，其主要特點有以下幾個方面：

（1）可恢復性：當人工開采地下水時，在多數(shù)情況下，井附近的地下水位下降，形成降落漏斗，地下水的儲存量暫時減少，如果開采量不超過一定的限度，只要停止開采，水位又可逐漸恢復原位，即地下水的儲存量重新得到補充。

（2）轉化性：地下水與地表水在一定條件下可相互轉化，轉化的條件包括兩者具有水力聯(lián)系和壓力差。例如地表河水水位與地下水村在相應的水位差時，就會出現(xiàn)相互補給的現(xiàn)象。因此，將相互聯(lián)系的地下水和地表水看成一個完整的水文系統(tǒng)。認識地下水資源的轉化性，可以避免水資源開發(fā)利用上的絕對性。

（3）調(diào)蓄性：地下含水層可以對地下水資源進行蓄水調(diào)整，在雨量充足時將雨水儲存在含水層中，在缺水期再將儲存水量進行釋放，以滿足地下水保持充裕狀態(tài)。因此，可以利用這個特點，可以在缺水時期進行地下水大力開采，來滿足人們生活生產(chǎn)用水，等到了豐水期其開采部分就會有相應的水量進行回補。

1.2地下水資源評價的主要任務。地下水資源評價的主要任務包括水質評價和水量評價。水質評價是相關部門根據(jù)地區(qū)不同用水特點對地下水進行水質監(jiān)測和分析，評價其可開采度與可利用率，從而對地下水進行整體鑒定；水量評價主要是對地區(qū)地下水儲存量進行計算，規(guī)劃和分配可開采量，對地區(qū)用水需求和水資源可用量進行整體衡量，并作出科學規(guī)劃和評價。目前，對地下水資源進行評價和估算是常用到的有三種方法：非穩(wěn)定流計算法、水平衡計算法以及水資源相關分析法，下文將重點介紹水平衡計算法在地下水資源量評價中的應用。

二、水平衡法理論

2.1水平衡原理

水平衡法是將某個均衡區(qū)或均衡段作為一個整體進行分析計算的方法，實質上是依據(jù)用水量守恒原理，分析計算地下水允許開采量，也是計算地下水允許開采量的其他許多方法的指導思想。水平衡法是目前生產(chǎn)實踐中應用最廣的一種方法，它具有概念清楚、方法簡便等優(yōu)點。

2.2水系統(tǒng)水量平衡分析

2.2.1水量平衡關系

天然水系統(tǒng)平衡界定中以地表為界面，以城市劃定區(qū)周邊為邊界，凡是流入該地區(qū)地表的來水都可規(guī)劃進來水量中進行計算。在規(guī)定的計算均衡期內(nèi)，對本地區(qū)天然水系統(tǒng)的平衡計算公式如下：

W來水-W消耗= W

式中：W來水為來水量，包括當?shù)亟邓偭?、天然入境水、海水利用量、地下水開采量、地下水溢出量；W消耗為消耗水量，包括蒸發(fā)總量、降水入滲、穩(wěn)定水體入滲、人工用水滲漏、出境、入海水量；W為蓄變量，包括境內(nèi)水庫、河道等蓄水變量。需要指出的是，不同區(qū)域內(nèi)水系統(tǒng)結構不同，水量平衡要素也不相同。

2.2.2社會水系統(tǒng)水量平衡關系

主要研究劃定區(qū)域內(nèi)水資源的供、用、耗、排、回用的平衡關系。在給定均衡期內(nèi)，該區(qū)域社會水系統(tǒng)水量平衡方程如下：

WA-WB+WC=WD

式中：WA為水源供水量，包括地表水源、地下水源等；WB為各行業(yè)取用水量，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活、服務業(yè)和生態(tài)等；W為行業(yè)間重復用水量，主要指用于生態(tài)及農(nóng)業(yè)的雨污排放水，城市工業(yè)及生活用水的回用體現(xiàn)在行業(yè)間重復用水要素中，城市工業(yè)及生活用水的排放包含在各行業(yè)取用水要素中；WD為輸水損耗量，包括輸水蒸發(fā)與滲漏、用水滲漏與蒸發(fā)、排污與排污滲漏等。

三、水量平衡要素計算方法

3.1天然水系統(tǒng)

在對天然水系統(tǒng)進行計算時，工業(yè)及城市生活用水滲透量的計算有些困難，其他水量要素的分析計算都可以通過相應的方法進行統(tǒng)計，人工用水量的統(tǒng)計主要受到人類活動的干擾，導致統(tǒng)計量和計算結果出現(xiàn)一定的偏差。

3.2社會水系統(tǒng)

對于生產(chǎn)生活重復用水量的計算比較復雜，主要通過調(diào)查統(tǒng)計法進行相關估算得出，由于行業(yè)生產(chǎn)生活重復用水比較多，多數(shù)基本上為排放的污水廢水等，因此，在進行估算是調(diào)查的重點也就集中在河道及排污河水、污水處理后的中水、農(nóng)業(yè)灌溉用水以及農(nóng)業(yè)生態(tài)用水等形式。輸水損耗指在城市中生產(chǎn)生活用水在輸送過程中出現(xiàn)的一些損耗，居民用水及工業(yè)用水通常都是管道輸送，因輸水管網(wǎng)滲漏作用產(chǎn)生的損壞較小，可以忽略不計；多數(shù)損耗來自于城市生活及工業(yè)用水的水源儲存地，如水庫、河道的蓄水滲漏和蒸發(fā)，這部分損耗為主要水分滲漏損失。對行業(yè)用水損耗的估算主要通過調(diào)查統(tǒng)計以及水文測驗等方法進行，但在實際工作總發(fā)現(xiàn)，對于這部分重復水的估算統(tǒng)計難度比較大，在估算過程中難免會出現(xiàn)一些偏差。

3.3水量平衡分析及其所揭示的有關問題

在對水平衡進行分析是，可以通過驗算法進行驗證。把水量要素計算結果分別帶入相應的平衡方程中，計算并檢驗等式兩邊是否平衡，檢驗計算結果是否準確。當驗算出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象時，其中將存在以下兩點問題：第一，在水量統(tǒng)計過程中未能全面將水量要素進行統(tǒng)計，相關水量檢測和統(tǒng)計數(shù)據(jù)不夠充實準確；第二，部分水量要素統(tǒng)計數(shù)據(jù)和驗證結果與實際情況不相符，測驗和統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準確，偏差較大。這兩方面的問題在蘇州多水源地區(qū)比較突出，下面將結合蘇州地區(qū)實際情況進行水量平衡分析。

四、應用實例：蘇州市水量平衡分析

4.1平衡時段選擇

選擇蘇州市區(qū)2008-2012年期間以年為平衡時段，計算各項水量要素值，求出5年均值作為水量平衡分析對象。主要原因有：（1）2008-2012年的歷年降雨量涵蓋了枯、平、豐水特征；（2）數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)計口徑較一致，便于使用；（3）該時間段距今較近，借鑒意義更大。

4.2天然水系統(tǒng)水量平衡結果分析

4.2.1來水量?？紤]6項來水要素，平均年來水總量81.55億m3，其中年降水量60.34億m3，年天然入境水量8.22億m3，年外調(diào)水量4.38億m3，年地下水開采量7.48億m3，年地下水溢出量0.05億m3，年海水利用量1.08億m3。

4.2.2消耗水量?？紤]5項水量消耗要素，平均年消耗水總量87.07億m3，其中年蒸發(fā)量62.71億m3，年降水入滲量12.11億m3，年水體入滲量2.45億m3，年人工用水滲漏量2.72億m3，年出境和入海量7.08億m3。

4.2.3平衡分析。通過上述數(shù)據(jù)分析，計算中蓄變量和消耗量等要素值都相對比較準確，但是實際數(shù)據(jù)結果顯示天然水系統(tǒng)沒有實現(xiàn)一定的平衡。根據(jù)計算結果，蘇州市最近幾年的來水平均量一直都小于消耗量，兩者產(chǎn)值為5.52億m3。分析其中原因，主要由于人們在生產(chǎn)生活中為了水源充足進而尋找和使用更多的未知水源，使得這部分用水沒能計算進消耗水量中。通過實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，天然水系統(tǒng)目前沒有得到平衡發(fā)展主要有兩方面的原因：第一，蘇州周邊地區(qū)存在尚未統(tǒng)計的未知水源，如吳江、吳中地區(qū)養(yǎng)殖地下用水以及地下微咸水的開采等數(shù)據(jù)不好計算；第二，已經(jīng)計算過的水源要素中，多數(shù)地下水的儲量及使用量計算數(shù)據(jù)存在誤差，使得計算結果不準確。

4.3社會水系統(tǒng)水量平衡結果分析

4.3.1多水源供水量。蘇州市供水水源有地表水、地下水和非常規(guī)水，其中地表水包括蓄水、引水和提水，平均年供水總量20.96億m3，其中地表水13.44億m3，地下水7.48億m3，非常規(guī)水0.07億m3。

4.3.2各行業(yè)用水量。蘇州市用水行業(yè)分為人口生活、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、服務業(yè)、生態(tài)環(huán)境，平均年用水總量29.23億m3，其中人口生活用水量4.11億m3，工業(yè)生產(chǎn)用水量4.15億m3，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量18.23億m3，服務業(yè)用水量1.46億m3，生態(tài)環(huán)境用水量1.28億m3。

4.3.3平衡分析。由于蘇州地區(qū)水源比較多，但供水量缺比實際行業(yè)用水小，社會水系統(tǒng)沒有實現(xiàn)必要的水資源平衡。根據(jù)以上平衡計算結果分析，其原因主要有以下幾點：（1）對于供水水源的統(tǒng)計過程中出現(xiàn)某項缺失，對于一些外引農(nóng)業(yè)灌溉用水以及本地生活生產(chǎn)污水的回用量等非常規(guī)水源因素沒有進行全面統(tǒng)計，使得數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定程度的偏差，而對于沿海地區(qū)海水及地下咸水的利用率在統(tǒng)計過程中也存在數(shù)據(jù)誤差；（2）對于地下水供水量的統(tǒng)計和測驗過程存在誤差，使得數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏小。

五、結語

通過對蘇州地區(qū)水資源進行平衡計算，在計算過程中因多種因素影響計算結果也存在一定的誤差，由于我國在水資源評價和管理方面往往采用就近取水論證，工作范圍、精度不規(guī)范、不統(tǒng)一，使得評估出現(xiàn)結果不一致的現(xiàn)象。因此，在水資源評價中一方面通過立法和行政手段來規(guī)范和控制開采利用量，保護水資源的平衡，另一方面在實際評估中要根據(jù)地區(qū)實際情況進行具體分析，力求數(shù)據(jù)科學準確，為城市規(guī)劃和發(fā)展中地下水的合理開采和利用提供準確科學的依據(jù)。