水量均衡法应用范围十分广泛,是Ⅱ类项目(如矿井涌水量,矿床开发对区域地下水资源的影响等)的地下水评价与预测中最常用,最基本的方法。
水量均衡法既可用于区域又可用于局域水量计算,既可估算补、排总量又可计算某一单项补给量。
(1)水量均衡法的基本原理
水量均衡法是根据水量平衡原理,利用均衡方程计算待求水量的一种方法。在一定的时段内,任一均衡区进出水量大体保持下面的平衡关系:
式中:Q补—规定时段内,均衡区(某一地下水系统或某一局域)各种补给量的总和,m3;
Q排—规定时段内,均衡区各种排泄量的总和,m3;
△Q储—规定时段内,均衡区内部储存量的变化量,m3。
当Q补> Q排时,△Q储取“+”号,此情况称水量正均衡;当Q补<Q排时,△Q储取“一”号,此时称水量负均衡。
由于水量均衡关系是针对某一时间段而言的,所以上式又可写成:
式中:补—单位时间的平均补给量,m3/a或m3/d、m3/S等;
排—单位时间的平均排泄量,m3 /a或m3 /d、m3 /S等;
μ—均衡区内含水介质的给水度,或饱和差的平均值(正均衡时μ为饱和差,负均衡时μ为给水度),无量纲;
F—均衡区含水层的分布面积,m2;
±△—时段的始末均衡区内平均水位变动值;
△t—时间段的长度。
(2)水量均衡法应用的步骤
①均衡区的确定
a.在区域地下水资源量计算中,均衡区以地下水系统边界圈定的空间范围为准;
b.局域地下水水量计算的均衡区可根据水量评价的目的要求人为划分。
c.当均衡区的面积较大、水文地质条件复杂、而评价精度要求较高时,还可根据不同水文地质条件划分不同级别的子区。
例如根据地下水类型和介质成因类型组合划分为基岩山区裂隙水、平原区松散堆积物孔隙水等一级子区。平原区又可进一步划分为洪积扇地下水子区、冲积平原地下水子区等等。如果这种划分仍显粗略,还可根据介质的导水系数、给水度、降水入渗系数、地下水埋藏深度等参数划分三级、四级或更细小的子区。
②均衡要素的确定
定义:均衡要素指通过均衡区的边界流入和流出水量项的总称。进入的水量项统称补给项或收入项,流出的水量项统称为排泄项或支出项。
一般说来,一个均衡区的补给项或排泄项均由多项组成。
常见的补给项包括:Q降—大气降水入渗补给量;Q表—地表水渗漏补给量;Q径—地表水侧向径流补给量。如果有多个含水层的话,还可能有来自相邻含水层的越流Q越补给,在一些农灌区有时还需考虑灌溉水的回归补给量。
常见的排泄项包括:Q渗出—地下水向地表的渗出或溢流量;Q侧排—地下径流的侧向排泄量;Q蒸排—地下水的蒸腾排泄量;Q开排—地下水的开采量;Q越排—相邻含水层的越流排泄量。
③确定均衡期
水量均衡计算总是针对某一特定时间段进行的,时间段的长短可根据评价的需要确定。
一般说来,最好选择具有代表性的水文年(平水年)进行补给量的计算。
为了保证水量平衡关系,所有的均衡要素均应采用同步期的资料。各均衡要素的选取应根据评价区域内水文地质条件确定。各均衡要素的计算,参见《供水水文地质手册》中的计算方法。
均衡期的选择一般选用5年、10年或20年。
④建立水量均衡方程。
水量均衡方程一般为补给项、排泄项组成的线性方程式,其具体形式较多。
注意:
水量均衡法属于集中参数方法,适宜进行区域或流域地下水补给资源量评价。