水平衡计算法在地下水资源评价中的应用

尤善清

摘要：随着水资源日益短缺，我国对地下水资源的评价也越来越重视，将水资源开发与管理纳入城市规划建设重点日程中来，解决城市人口生产生活用水问题。我国在水资源评价工作中，基于项目取水量合理性分析基础上就近取水论证十分常见，但是由于行业论证单位技术水平参差不齐，评价思路、方法不尽一致，造成工作范围、精度不规范、不统一，对水资源开发工作不能结合本地区实际情况进行，片面做法居多，而且在工作中未能按照国家规定的勘察标准进行，在工程实施时埋下很多安全隐患。本文主要通过对水资源评价中的水量平衡计算法进行分析探讨，并结合具体事例进行了进一步论证说明。

关键词：地下水评价；水平衡法；天然水

一、水资源评价

1.1地下水资源特点。地下水资源是一个整体系统，其系统内具有很强的联动性，任何部分水量排出或补给都将影响到整个地下水系统的平衡，其主要特点有以下几个方面：

（1）可恢复性：当人工开采地下水时，在多数情况下，井附近的地下水位下降，形成降落漏斗，地下水的储存量暂时减少，如果开采量不超过一定的限度，只要停止开采，水位又可逐渐恢复原位，即地下水的储存量重新得到补充。

（2）转化性：地下水与地表水在一定条件下可相互转化，转化的条件包括两者具有水力联系和压力差。例如地表河水水位与地下水村在相应的水位差时，就会出现相互补给的现象。因此，将相互联系的地下水和地表水看成一个完整的水文系统。认识地下水资源的转化性，可以避免水资源开发利用上的绝对性。

（3）调蓄性：地下含水层可以对地下水资源进行蓄水调整，在雨量充足时将雨水储存在含水层中，在缺水期再将储存水量进行释放，以满足地下水保持充裕状态。因此，可以利用这个特点，可以在缺水时期进行地下水大力开采，来满足人们生活生产用水，等到了丰水期其開采部分就会有相应的水量进行回补。

1.2地下水资源评价的主要任务。地下水资源评价的主要任务包括水质评价和水量评价。水质评价是相关部门根据地区不同用水特点对地下水进行水质监测和分析，评价其可开采度与可利用率，从而对地下水进行整体鉴定；水量评价主要是对地区地下水储存量进行计算，规划和分配可开采量，对地区用水需求和水资源可用量进行整体衡量，并作出科学规划和评价。目前，对地下水资源进行评价和估算是常用到的有三种方法：非稳定流计算法、水平衡计算法以及水资源相关分析法，下文将重点介绍水平衡计算法在地下水资源量评价中的应用。

二、水平衡法理论

2.1水平衡原理

水平衡法是将某个均衡区或均衡段作为一个整体进行分析计算的方法，实质上是依据用水量守恒原理，分析计算地下水允许开采量，也是计算地下水允许开采量的其他许多方法的指导思想。水平衡法是目前生产实践中应用最广的一种方法，它具有概念清楚、方法简便等优点。

2.2水系统水量平衡分析

2.2.1水量平衡关系

天然水系统平衡界定中以地表为界面，以城市划定区周边为边界，凡是流入该地区地表的来水都可规划进来水量中进行计算。在规定的计算均衡期内，对本地区天然水系统的平衡计算公式如下：

W来水-W消耗= W

式中：W来水为来水量，包括当地降水总量、天然入境水、海水利用量、地下水开采量、地下水溢出量；W消耗为消耗水量，包括蒸发总量、降水入渗、稳定水体入渗、人工用水渗漏、出境、入海水量；W为蓄变量，包括境内水库、河道等蓄水变量。需要指出的是，不同区域内水系统结构不同，水量平衡要素也不相同。

2.2.2社会水系统水量平衡关系

主要研究划定区域内水资源的供、用、耗、排、回用的平衡关系。在给定均衡期内，该区域社会水系统水量平衡方程如下：

WA-WB+WC=WD

式中：WA为水源供水量，包括地表水源、地下水源等；WB为各行业取用水量，包括工业、农业、生活、服务业和生态等；W为行业间重复用水量，主要指用于生态及农业的雨污排放水，城市工业及生活用水的回用体现在行业间重复用水要素中，城市工业及生活用水的排放包含在各行业取用水要素中；WD为输水损耗量，包括输水蒸发与渗漏、用水渗漏与蒸发、排污与排污渗漏等。

三、水量平衡要素计算方法

3.1天然水系统

在对天然水系统进行计算时，工业及城市生活用水渗透量的计算有些困难，其他水量要素的分析计算都可以通过相应的方法进行统计，人工用水量的统计主要受到人类活动的干扰，导致统计量和计算结果出现一定的偏差。

3.2社会水系统

对于生产生活重复用水量的计算比较复杂，主要通过调查统计法进行相关估算得出，由于行业生产生活重复用水比较多，多数基本上为排放的污水废水等，因此，在进行估算是调查的重点也就集中在河道及排污河水、污水处理后的中水、农业灌溉用水以及农业生态用水等形式。输水损耗指在城市中生产生活用水在输送过程中出现的一些损耗，居民用水及工业用水通常都是管道输送，因输水管网渗漏作用产生的损坏较小，可以忽略不计；多数损耗来自于城市生活及工业用水的水源储存地，如水库、河道的蓄水渗漏和蒸发，这部分损耗为主要水分渗漏损失。对行业用水损耗的估算主要通过调查统计以及水文测验等方法进行，但在实际工作总发现，对于这部分重复水的估算统计难度比较大，在估算过程中难免会出现一些偏差。

3.3水量平衡分析及其所揭示的有关问题

在对水平衡进行分析是，可以通过验算法进行验证。把水量要素计算结果分别带入相应的平衡方程中，计算并检验等式两边是否平衡，检验计算结果是否准确。当验算出现不平衡现象时，其中将存在以下两点问题：第一，在水量统计过程中未能全面将水量要素进行统计，相关水量检测和统计数据不够充实准确；第二，部分水量要素统计数据和验证结果与实际情况不相符，测验和统计数据不准确，偏差较大。这两方面的问题在苏州多水源地区比较突出，下面将结合苏州地区实际情况进行水量平衡分析。

四、应用实例：苏州市水量平衡分析

4.1平衡时段选择

选择苏州市区2008-2012年期间以年为平衡时段，计算各项水量要素值，求出5年均值作为水量平衡分析对象。主要原因有：（1）2008-2012年的历年降雨量涵盖了枯、平、丰水特征；（2）数据资料的统计口径较一致，便于使用；（3）该时间段距今较近，借鉴意义更大。

4.2天然水系统水量平衡结果分析

4.2.1来水量。考虑6项来水要素，平均年来水总量81.55亿m3，其中年降水量60.34亿m3，年天然入境水量8.22亿m3，年外调水量4.38亿m3，年地下水开采量7.48亿m3，年地下水溢出量0.05亿m3，年海水利用量1.08亿m3。

4.2.2消耗水量。考虑5项水量消耗要素，平均年消耗水总量87.07亿m3，其中年蒸发量62.71亿m3，年降水入渗量12.11亿m3，年水体入渗量2.45亿m3，年人工用水渗漏量2.72亿m3，年出境和入海量7.08亿m3。

4.2.3平衡分析。通過上述数据分析，计算中蓄变量和消耗量等要素值都相对比较准确，但是实际数据结果显示天然水系统没有实现一定的平衡。根据计算结果，苏州市最近几年的来水平均量一直都小于消耗量，两者产值为5.52亿m3。分析其中原因，主要由于人们在生产生活中为了水源充足进而寻找和使用更多的未知水源，使得这部分用水没能计算进消耗水量中。通过实地调查发现，天然水系统目前没有得到平衡发展主要有两方面的原因：第一，苏州周边地区存在尚未统计的未知水源，如吴江、吴中地区养殖地下用水以及地下微咸水的开采等数据不好计算；第二，已经计算过的水源要素中，多数地下水的储量及使用量计算数据存在误差，使得计算结果不准确。

4.3社会水系统水量平衡结果分析

4.3.1多水源供水量。苏州市供水水源有地表水、地下水和非常规水，其中地表水包括蓄水、引水和提水，平均年供水总量20.96亿m3，其中地表水13.44亿m3，地下水7.48亿m3，非常规水0.07亿m3。

4.3.2各行业用水量。苏州市用水行业分为人口生活、工业生产、农业生产、服务业、生态环境，平均年用水总量29.23亿m3，其中人口生活用水量4.11亿m3，工业生产用水量4.15亿m3，农业生产用水量18.23亿m3，服务业用水量1.46亿m3，生态环境用水量1.28亿m3。

4.3.3平衡分析。由于苏州地区水源比较多，但供水量缺比实际行业用水小，社会水系统没有实现必要的水资源平衡。根据以上平衡计算结果分析，其原因主要有以下几点：（1）对于供水水源的统计过程中出现某项缺失，对于一些外引农业灌溉用水以及本地生活生产污水的回用量等非常规水源因素没有进行全面统计，使得数据出现一定程度的偏差，而对于沿海地区海水及地下咸水的利用率在统计过程中也存在数据误差；（2）对于地下水供水量的统计和测验过程存在误差，使得数据出现偏小。

五、结语

通过对苏州地区水资源进行平衡计算，在计算过程中因多种因素影响计算结果也存在一定的误差，由于我国在水资源评价和管理方面往往采用就近取水论证，工作范围、精度不规范、不统一，使得评估出现结果不一致的现象。因此，在水资源评价中一方面通过立法和行政手段来规范和控制开采利用量，保护水资源的平衡，另一方面在实际评估中要根据地区实际情况进行具体分析，力求数据科学准确，为城市规划和发展中地下水的合理开采和利用提供准确科学的依据。