岩溶泉水资源量评价
(一)评价内容
岩溶水资源评价包括天然补给资源量评价、储存资源量评价、可开采资源量评价。
岩溶水的天然资源量是指在天然条件或人为开采状态下,岩溶泉域从外界获得的有补给保证的水量,也就是在开采利用岩溶水后,能够通过现代水文循环予以补给的水量,它属于岩溶水资源可再生的部分。其数量以岩溶泉域各项补给量总和的多年平均值表示。利用水均衡法,在天然状态下,岩溶泉域多年补给量大体等于其多年的排泄量,因此当某些补给项不易求取时,可用排泄量的多年均值代替。但在开采条件下,岩溶泉域的天然补排均衡关系将遭到破坏,此时不能以排泄量推算补给量。
岩溶水的储存资源量同样是针对一个岩溶泉域的多年平均状态而言的。在不同年份大气降水的丰枯变动作用下,储存资源量也有丰水年、平水年、枯水年的数量差异,此外,储存资源量也会受到岩溶水开采的影响。由于岩溶水盆地犹如巨大的地下水库,岩溶泉域的储存资源量相当巨大,这对于岩溶含水层的人工调蓄有重要意义。
限于开发利用条件和各种客观因素的限制,天然资源量与储存资源量不可能全部开发出来。为制订岩溶水开采利用规划,并指导各类采水及供水活动,在岩溶水资源量评价中还必须对可供开发利用的水量做进一步的估计与论证,必须对岩溶泉域可开采资源量进行计算。此次岩溶水资源评价的内容主要包括天然资源量与开采资源量的计算。
(二)岩溶泉天然资源量的评价
岩溶水的天然资源量是指在天然条件或人为开采状态下,岩溶泉域从外界获得的有补给保证的水量,也就是在开采利用岩溶水后,能够通过现代水文循环予以补给的水量,它属于岩溶水资源可再生的部分。其数量以岩溶泉域各项补给量总和的多年平均值表示。在未开发状态下,岩溶泉域往往处于纯自然的宏观稳定状态,其多年补给量大体等于多年的排泄量。当某些补给项不易求取时,可用排泄量的多年均值代替。但在开采条件下,岩溶泉域的天然补排均衡关系将遭到破坏,此时不能以排泄量推算补给量。
对尚未超采的辛安泉、郭庄泉等全排型岩溶大泉,其多年平均补给量与多年平均排泄量大致相当,可用排泄量的多年均值作为天然补给资源量,即其资源量可由泉水的还原流量求得。另外神头泉、洪山泉等非全排型岩溶大泉的资源量可由泉水流量与岩溶水侧排量之和求得。
对处于超采状态下的晋祠泉与兰村泉,其天然补排关系受到极大的扰动,这时不能再由排泄量来推算天然补给量。因此采用补给量动态因素分析法来求取天然资源量。方法如下:
首先在泉域岩溶水补给量与主要补给因素降水量及河流渗漏量之间建立如下关系
![]()
式中:Qi为计算年天然资源量;Q0为计算基准年平均天然资源量;δp为降水入渗补给动态因素;δR为河流渗漏补给动态因素;A、B分别为降水入渗与河流渗漏的补给权重。
δp与δR可由下式求得
![]()
式中:P0表示与Q0相应时段的平均降水量;
表示包括当年在内的前n年平均降水量;QR0表示与Q0相应时段的平均河流入渗量;
表示包括当年在内的前n年平均河流入渗量。
如泉域内河流入渗对天然补给量的贡献很小或缺少河流渗漏量的系列资料,可用Qi=Q0(1-δp)近似代替上面的计算公式。
(三)可开采量的评价
1.理论频率法
理论频率法是泉水水文过程曲线分析方法中的一种,它可有效处理资料范围以外的特征值。在水资源评价中,多采用皮尔逊Ⅲ型曲线来确定计算结果。
由公式
可求得Cv值,令Cs=2Cv,查皮尔逊Ⅲ型频率曲线φ值表即可计算不同保证率下的KP值,乘以多年平均天然资源量后,可最终求得不同保证率下的开采资源量。(https://www.daowen.com)
2.泉流量衰减分析法
布西涅斯克提出用指数函数来表达泉流量衰减过程,即
![]()
式中:t0为衰减初始时刻;t为衰减期内任意时刻;Q0为衰减初始时刻的流量,Qt为t时刻的流量。
α由下式求得

由布西涅斯克方程计算而得的衰减期末的泉水流量可作为所研究泉域的开采资源量。
3.水量平衡法
利用水量平衡法可计算可开采量,水量平衡方程为
![]()
式中:Q开采为地下水开采量;Q侧排为开采条件下的侧排量;Q蒸发为开采条件下的地下水蒸发量;Δh/Δt为水位变化速率。
由开采资源量的定义可知,μΔh/Δt应约等于0,即地下水在开采条件下水位应能稳定在一定水平。此外,由于本次研究中岩溶水埋藏很深,地下水蒸发量可视为零,这样,上式变为
![]()
根据式(4-32)可对泉域的可开采量进行计算。
(四)岩溶泉水资源评价成果
由于各岩溶大泉的观测系列长短不一,勘探精度也存在很大差异,因而其水资源量评价的结果很难取得一致的精度,但大部分岩溶泉研究程度较高。其中,娘子关泉、神头泉、辛安泉、晋祠泉等泉水曾采用过多种方法进行资源量评价。本次研究的16个岩溶大泉水资源量评价结果见表4-27。本次研究的16个岩溶大泉1956~2000年的平均水资源总量为298551万m3/a(94.67m3/s),1980~2000年的平均水资源总量为269791万m3/a(85.55m3/s)。各岩溶泉的可开采资源总量则为204069万m3/a(64.71m3/s)。20世纪80年代后的水资源量与多年平均水资源量相比,减少了9.76%,这反映出20世纪80年代后全省范围内的水文气象条件发生了较大的变化,具体表现为这一阶段各泉域持续干旱少雨,河道来水减少,来水历时减少,流量分配过程发生了改变。
表4-27 岩溶泉资源量评价成果 单位:m3/s

通过各泉域1956~2000年系列年平均天然水资源量与1980~2000年系列天然水资源量的对比可知,除马圈泉、古堆泉、天桥泉的水资源量未减少外,其余诸泉在20世纪80年代后的天然水资源量均小于多年平均结果,其中,娘子关泉、辛安泉、神头泉、柳林泉诸泉域的水资源量减少幅度较大。因此,加强泉域的水资源保护,实现泉水资源的可持续利用,是当前重要而紧迫的任务。