CN113240274B - 一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法 - Google Patents

一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，包括以下步骤：确定研究区域的合理生态水位；计算得到研究区域的不允许袭夺排泄量；按水均衡法计算得到第1地下水可开采量；确定得到地下水可开采量上限值；得到初步估算的地下水可开采量；对初步估算的地下水可开采量进行校验。本发明提供的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法具有以下优点：本发明测算方法得到的可开采量基于水均衡原理，考虑地下水自然排泄量，并与利用历史资料分析得到的开采系数确定的可开采量进行对比，从而保证了地下水可开采量处于合理可控水平。

Description

一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法
技术领域
本发明属于水利行业水资源技术领域，具体涉及一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法。
背景技术
现有地下水可开采量评价方法主要针对平原区浅层地下水，包括实际开采量调查法、均衡开采法、开采系数法等区域地下水可开采量评价方法。以上各类评价方法，主要具有以下问题：(1)实际开采量调查法近似地将多年平均浅层地下水开采量认为是地下水可开采量，仅适用于地下水开发利用程度比较低的地区，适用范围过窄。(2)均衡开采法将地下水实际开采量与地下水蓄变量的代数和作为地下水可开采量，在地下水开发利用程度较高地区，忽略了地下水水位下降之外的不良影响，如泉水枯竭、河道断流等。(3)开采系数法为经验数值法，即在综合历史地下水可开采量数据以及地区地下水需求情况下，根据经验人为定义可开采量在地下水补给量中所占的比例，并将此比例乘以地下水补给量，即得到地下水可开采量，缺乏物理概念与科学依据。
以上各类方法均主要从开发利用的角度，评价可供人类开发利用的地下水水量，未考虑生态环境保护以及地下水可持续利用要求，不能满足生态文明建设的要求，可能引发严重的生态环境地质问题，且定量过程较为粗放，适用范围较为单一，无法解决全国不同地区地下水可开采量的科学评价问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，包括以下步骤：
步骤1，确定研究区域的合理生态水位；其中，合理生态水位是保证地下水可持续利用、保护地质环境和维护生态环境平衡，不造成生态环境恶化的地下水位参数；
步骤2，根据下式，确定现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量；其中，地下水自然排泄量W现状自然排泄量是指含水层中的地下水每年向自然系统排泄的水量，包括潜水蒸发量W潜水蒸发量、河道排泄量W河道排泄量、侧向流出量W侧向流出量、湖库排泄量W湖库排泄量和其他排泄量W其他排泄量；
W现状自然排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量 (式1)
步骤3，根据研究区域的现状开采情况、现状地下水埋深情况和现状开采条件，确定研究区域合理生态水位下的地下水自然排泄量和现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量的比例关系，得到不允许袭夺系数Ω；
步骤4，采用下式，计算得到研究区域的不允许袭夺排泄量W不允许袭夺排泄量；
W不允许袭夺排泄量＝W现状自然排泄量·Ω (式2)
步骤5，采用下式，按水均衡法计算得到第1地下水可开采量W可开采量1：
W可开采量1＝W总补给量－W不允许袭夺排泄量 (式3)
即：
W可开采量1＝W总补给量－W现状自然排泄量·Ω (式4)
其中：W总补给量为地下水总补给量；
步骤6，采用下式，得到地下水可开采量上限值W地下水可开采量上限：
W地下水可开采量上限＝βW总补给量 (式5)
其中：β为比例系数；根据研究区域的地下水开发利用程度和生态情况确定；
步骤7，由此得到以下地下水可开采量估计公式：
W可开采量2＝min(W可开采量1，W地下水可开采量上限)
＝min(W总补给量－W现状自然排泄量·Ω，βW总补给量) (式6)
根据式(6)，得到初步估算的地下水可开采量W可开采量2；
步骤8，对初步估算的地下水可开采量W可开采量2进行校验；
验证方法为：
步骤8.1，获得研究区域的地下水实际开采量W实际开采量；
步骤8.2，判断研究区域的地下水实际开采量W实际开采量是否大于等于地下水总补给量W总补给量，如果否，表明研究区域的地下水开发利用程度不高，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果是，则表明研究区域的地下水开发利用程度较高，执行步骤8.3；
步骤8.3，判断初步估算的地下水可开采量W可开采量2是否满足以下关系：
W可开采量2≤W实际开采量+ΔQ蓄变量 (式7)
其中：ΔQ蓄变量为地下水蓄变量；
如果满足，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果不满足，则将W实际开采量+ΔQ蓄变量的值作为最终得到的地下水可开采量。
优选的，步骤1中，研究区域的合理生态水位，采用以下方法确定：
确定合理生态水位的最小埋深要求和最大埋深要求；再结合研究区域其他重要生态功能对地下水水位的要求，即可确定研究区域的合理生态水位。
优选的，合理生态水位的最小埋深要求和最大埋深要求分别为：
合理生态水位的最小埋深要求：1)不小于污染团最大埋深+污染团中污染物最大渗透深度+土壤毛细水上升高度，预防包气带污染团的浸润次生污染；2)不小于超过积盐临界深度，预防土壤次生盐碱化及地下水咸化；3)保障地下水调蓄能力；4)满足建筑物稳定需求；
合理生态水位的最大埋深要求：1)满足维系河道基流、泉水排泄量、湖泊湿地补给的需求；2)维持干旱地区植被生长，即：地下水埋深不大于根系埋深+土壤毛细水上升高度；3)不大于引发地面沉降、海水入侵、地面塌陷类环境地质灾害的临界深度；4)维持单位涌水量不下降的区域，埋深不应大于含水层厚度的三分之一。
优选的，步骤3中，不允许袭夺系数Ω取值范围为：
不允许袭夺系数取值范围表
其：对于生态脆弱区，不可袭夺系数Ω应小于0.5。
优选的，步骤6中，比例系数β的取值为：
沿海生态脆弱区，β取0.4；内陆生态脆弱区，β取0.5；非生态脆弱区，β取0.9。
本发明提供的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法具有以下优点：
本发明测算方法得到的可开采量基于水均衡原理，考虑地下水自然排泄量，并与利用历史资料分析得到的开采系数确定的可开采量进行对比，从而保证了地下水可开采量处于合理可控水平。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法的流程示意图。
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。
根据地下水可开采量定义，地下水可开采量的前提是生态环境保护和地下水资源可持续利用。因此，本发明通过对不同地区合理生态水位的评估和确定，分区分类地解决生态环境保护和地下水资源可持续利用要求下，较大尺度区域的平原区地下水可开采量定量评价问题，适用范围为平原区浅层地下水，其中，平原区浅层地下水可开采量相关计算、评估与评价都属于本方法的应用范畴。
本发明涉及到的相关名词解释如下：
地下水可开采量：在保护生态环境和地下水资源可持续利用的前提下，通过经济合理、技术可行的措施，在近期下垫面条件下可从含水层中获取的年最大水量。
地下水生态维系功能：地下水维系地表植被、湖泊、湿地等生态系统的良性发展的功能。
生态脆弱区：这里指当地地表植被、湖泊、湿地等生态系统依赖地下水的地区。
浅层地下水：与当地降水和地表水体有直接水力联系、可以循环更新的地下水。
地下水总补给量：每年所有进入地下含水层的水量之和，包括降水入渗补给量、山前侧向补给量、地表水体补给量、井灌回归补给量、其他补给量等
地下水自然排泄量：含水层中的地下水每年向大气、地表水等自然系统排泄的水量，包括潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量等。
地下水总排泄量：每年人工开采及含水层自然排泄的地下水量之和，包括人工实际开采量、潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量、其他排泄量等。
年地下水蓄变量：年末与年初地下水存储量的差值。
可开采系数：地下水可开采量占地下水总补给量中的比例。
地下水埋深：地下水水面到地表的距离。
合理生态水位(埋深)：满足生态环境要求，不造成生态环境恶化的地下水位(埋深)。
不允许袭夺排泄量：为维持地下水生态功能，维系地表植被、湖泊、湿地等生态系统健康，地下水每年通过潜水蒸发，向河道与湖库排泄等方式排泄的最小自然排泄量。也就是合理生态水位条件下，地下水通过潜水蒸发，向河道与湖库排泄等方式排泄的自然排泄量。
不允许袭夺系数：不允许袭夺排泄量与现状地下水自然排泄量的比值。
参考图1，本发明提供一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，包括以下步骤：
(一)合理生态水位确定
步骤1，确定研究区域的合理生态水位；其中，合理生态水位是保证地下水可持续利用、保护地质环境和维护生态环境平衡，不造成生态环境恶化的地下水位参数；
研究区域的合理生态水位，采用以下方法确定：
合理生态水位是保证地下水可持续利用、保护地质环境和维护生态环境平衡的重要参数，是一个阈值范围。为实现地下水系统稳定与功能健康，维持水资源良性循环，维系生态环境，支撑地质稳定，地下水合理水位最大埋深、最小埋深应考虑多种因素的影响，具体见表1。
表1合理生态水位
根据以上对合理生态水位的最小埋深要求和最大埋深要求，再结合研究区域其他重要生态功能对地下水水位的要求，即可确定研究区域的合理生态水位。
(二)不允许袭夺排泄量确定
不允许袭夺排泄量采用步骤2-步骤4确定。
具体的，采用步骤1确定研究区域的合理生态水位之后，该地区地下水系统与相关自然生态系统的补给排泄关系基本可以确定，在此合理生态水位下的地下水自然排泄量，包括潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量等，即为不允许袭夺排泄量。需注意，由于泉水出露最终排泄至河道，因此泉水流量计算至河道排泄量中。
但是，通常情况下，由于很多地区的地下水水位并不处于合理生态水位或者地下水系统并未处于健康稳定状态，地下水不允许袭夺排泄量很难确定，根据实测数据估算得到的现状地下水自然排泄量并不是地下水不允许袭夺排泄量。因此，本发明提出可以根据区域的现状开采情况、开采条件、现状地下水埋深，基于现状地下水自然排泄情况，确定不可袭夺系数，进而估算不允许袭夺排泄量。
步骤2，根据下式，确定现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量；其中，地下水自然排泄量W现状自然排泄量是指含水层中的地下水每年向自然系统排泄的水量，包括潜水蒸发量W潜水蒸发量、河道排泄量W河道排泄量、侧向流出量W侧向流出量、湖库排泄量W湖库排泄量和其他排泄量W其他排泄量；
W现状自然排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量 (式1)
步骤3，根据研究区域的现状开采情况、现状地下水埋深情况和现状开采条件，确定研究区域合理生态水位下的地下水自然排泄量和现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量的比例关系，得到不允许袭夺系数Ω；
不允许袭夺系数，其取值范围见下表。
表2不允许袭夺系数取值范围表
注：对于生态脆弱区，不可袭夺系数Ω一般应小于0.5。
步骤4，采用下式，计算得到研究区域的不允许袭夺排泄量W不允许袭夺排泄量；
W不允许袭夺排泄量＝W现状自然排泄量·Ω (式2)
(三)地下水可开采量测算
采用步骤5-步骤7得到初步估算的地下水可开采量W可开采量2。
步骤5，采用下式，按水均衡法计算得到第1地下水可开采量W可开采量1：
W可开采量1＝W总补给量－W不允许袭夺排泄量 (式3)
即：
W可开采量1＝W总补给量－W现状自然排泄量·Ω (式4)
其中：W总补给量为地下水总补给量；
步骤6，采用下式，得到地下水可开采量上限值W地下水可开采量上限：
W地下水可开采量上限＝βW总补给量 (式5)
其中：β为比例系数；根据研究区域的地下水开发利用程度和生态情况确定；
1.一般情况下地下水可开采量以地下水总补给量的0.9倍为上限。
2.沿海地区(沿海岸线向内陆延伸5km的范围内)为海水入侵易发地区，为防治由于地下水过量开采而导致的海水入侵，地下水可开采量以地下水总补给量的0.4倍为上限。
因此，比例系数β的取值为：沿海生态脆弱区，β取0.4；内陆生态脆弱区，β取0.5；非生态脆弱区，β取0.9。
步骤7，由此得到以下地下水可开采量估计公式：
W可开采量2＝min(W可开采量1，W地下水可开采量上限)
＝min(W总补给量－W现状自然排泄量·Ω，βW总补给量) (式6)
根据式(6)，得到初步估算的地下水可开采量W可开采量2；
(四)地下水可开采量校验
步骤8，对初步估算的地下水可开采量W可开采量2进行校验；
具体的，对现状实际开采量大于等于总补给量等地下水开发利用程度较高、计算年限内年均地下水埋深呈整体持续增加趋势的区域，需结合地下水实际开采量、地下水埋深变化情况，对初步测算的可开采量成果进行校验。
验证方法为：
步骤8.1，获得研究区域的地下水实际开采量W实际开采量；
步骤8.2，判断研究区域的地下水实际开采量W实际开采量是否大于等于地下水总补给量W总补给量，如果否，表明研究区域的地下水开发利用程度不高，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果是，则表明研究区域的地下水开发利用程度较高，执行步骤8.3；
步骤8.3，判断初步估算的地下水可开采量W可开采量2是否满足以下关系：
W可开采量2≤W实际开采量+ΔQ蓄变量 (式7)
其中：ΔQ蓄变量为地下水蓄变量；
如果满足，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果不满足，则将W实际开采量+ΔQ蓄变量的值作为最终得到的地下水可开采量。
本发明方法的基本原理为水均衡原理，即地下水补给量与地下水排泄量之差等于含水层地下水储存量变化值(蓄变量)。在水循环过程中，地下水补给量、排泄量和储存量一直处于不断的变化中，但三者必然满足水均衡，即存在如下平衡关系：
W总补给量-W总排泄量＝ΔQ蓄变量 (式8)
式中：W总补给量为地下水总补给量，W总排泄量为地下水总排泄量，ΔQ蓄变量为地下水蓄变量。
人类活动开采地下水强度不断增大，即人工排泄量相应增加，为了维持地下水补给量、排泄量、蓄变量的平衡，人工排泄量的增加势必会破坏原有的水均衡状态引起其他排泄量的减少，激发补给量增加或蓄变量的减少。将其他排泄量中的潜水蒸发量、河道排泄量、湖库排泄量、侧向排出量等维持在合理水平，对于维系生态安全具有重要意义，本发明中统称为不允许袭夺排泄量，无论开发利用程度如何增加，都应至少保证自然排泄量大于或等于不允许袭夺排泄量。总体来说，地下水可开采量应为地下水总补给量中可被人类开发利用而不引发生态环境地质问题的那部分水量，本发明近似地认为该部分水量是地下水总补给量中扣除了不允许袭夺排泄量之后的水量。在水循环过程中，地下水自然排泄量也是不断变化的，在计算地下水可开采量时，从地下水总补给量中扣除的不是任意时刻或时段的自然排泄量，而是既未引发生态环境地质问题，又能最大限度的满足人类的开发利用需求情形下的自然排泄量，即不允许袭夺排泄量，不宜过大，也不宜过小。因此，合理的不允许袭夺排泄量对于合理确定地下水可开采量至关重要。由于地下水水位直接决定了地下水的补给和排泄，因此合理的不允许袭夺排泄量和合理生态水位直接相关。但合理生态水位的确定较为复杂，本发明以现状地下水埋深为基础，根据现状开采情况与现状开采条件，确定不同地区的合理生态水位下和现状水位下自然排泄量的比例关系，即不允许袭夺系数。不允许袭夺系数反映了不同地区的地下水开发利用情况、现状水位、生态安全与生态保护要求不同，因此需从地下水总补给量中减去自然排泄量的比例也不同。需要注意的是，当地下水实际开采量大于总补给量时，即地下水系统处于超采状态时，不允许袭夺系数一般大于1，因为，现状条件下地下水开采已经袭夺了一部分不允许袭夺排泄量，需要在可开采量估算时将这部分由于超采水位下降袭夺的补给量扣除。此外，在一些地下水开发利用程度较高或生态脆弱地区，由于人类开采地下水袭夺了大量除人工开采外的排泄量，不允许袭夺排泄量已经很少，采用式3或式4计算，且不允许袭夺系数取值大于1，计算得到的地下水可开采量仍然可能过大，按照此地下水可开采量指导开发利用可能会引发不良的生态环境效应。因此，需要对地下水可开采量占总补给量的比例设置上限，如在沿海生态脆弱区中，取地下水总补给量的0.4倍，内陆生态脆弱区中取地下水总补给量的0.5倍，非生态脆弱区中取地下水总补给量的0.9倍作为上限进行控制。
下面介绍具体实施例：
实施例1：某西北生态脆弱区单元A
针对西北生态脆弱区的内陆地区，地下水可开采量采用下式计算：
W可开采量2＝min[W总补给量－W不允许袭夺排泄量，0.5·W总补给量]
该单元地下水最大允许埋深Hmax确定为4m，此时总补给量为1.62亿m3，潜水蒸发量为0.96亿m3，河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量和其他排泄量均为0，则不允许袭夺排泄量为：
W不允许袭夺排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量＝0.96(亿m3)
此时按照水均衡法计算其可开采量为：
W可开采量1＝W总补给量－W不允许袭夺排泄量＝1.62-0.96＝0.66(亿m3)
而按可开采系数0.5测算可开采量为：
W地下水可开采量上限＝0.5·W总补给量＝0.5×1.62＝0.81(亿m3)
两者取小值，则可开采量W可开采量2＝0.66亿m3。
实施例2：某西北生态脆弱区单元B
针对西北生态脆弱区的内陆地区，地下水可开采量采用下式计算：
W可开采量2＝min[W总补给量－W不允许袭夺排泄量，0.5·W总补给量]
该单元地下水最大允许埋深Hmax确定为4m，此时总补给量为2.91亿m3，潜水蒸发量为1.32亿m3，河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量和其他排泄量均为0，则不允许袭夺排泄量为：
W不允许袭夺排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量＝1.32(亿m3)
此时按照水均衡法计算其可开采量为：
W可开采量1＝W总补给量－W不允许袭夺排泄量＝2.91-1.32＝1.59(亿m3)
若按可开采系数0.5测算可开采量为：
W地下水可开采量上限＝0.5·W总补给量＝2.91×0.5＝1.45(亿m3)
两者取小值，则可开采量W可开采量2＝1.45亿m3。
实施例3：某非生态脆弱区单元C
非生态脆弱区可开采量的基本测算公式为：
W可开采量2＝min(W总补给量－W不允许袭夺排泄量，0.9·W总补给量)
利用水均衡法计算的关键在于根据该单元的地下水开发利用程度、地下水埋深和现状开采条件确定一个合理的不允许袭夺系数Ω，从而确定其可开采量。并与可开采系数取0.9时的可开采量比较，取二者中的小值作为可开采量。
该单元的地下水开发利用程度较高，地下水实际开采量6.25亿m3大于总补给量5.28亿m3，地下水蓄变量为-0.4亿m3(负值表示计算阶段末期地下水储存量较计算阶段初期地下水储存量少)，此时将不允许袭夺系数Ω定为1.2，来计算其可开采量。该单元潜水蒸发量为0.2亿m3，河道排泄量、侧向流出量、湖库排泄量和其他排泄量均为0，则不允许袭夺排泄量为：
W不允许袭夺排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量＝0.2(亿m3)
此时按照水均衡法测算其可开采量为：
W可开采量1＝W总补给量－Ω·W不允许袭夺排泄量＝5.28-1.2×0.2＝5.04(亿m3)
若按可开采系数0.9测算可开采量为：
W地下水可开采量上限＝0.9·W总补给量＝0.9×5.28＝4.75(亿m3)
两者取小值，则可开采量W可开采量2＝4.75亿m3。
鉴于该单元现状地下水开发利用程度较高、2001～2016年地下水埋深呈整体持续增加趋势，需对可开采量的测算结果进行校验，可开采量一般应满足如下条件：
W可开采量≤W实际开采量+W蓄变量
该单元的W实际开采量+W蓄变量＝6.25–0.4＝5.85(亿m3)
故可开采量计算成果4.75亿m3满足校验条件。
因此，最终测量得到的可开采量为4.75亿m3。
实施例4：某非生态脆弱区单元D
非生态脆弱区可开采量的基本测算公式为：
W可开采量2＝min(W总补给量－Ω·W不允许袭夺排泄量，0.9·W总补给量)
该单元地下水实际开采量5.96亿m3小于总补给量15.7亿m3，地下水蓄变量为0.05亿m3，其地下水埋深小于6m，根据其现状开采条件将不允许袭夺系数Ω定为0.7，来计算其可开采量。该单元潜水蒸发量为5.2亿m3，河道排泄量3.5亿m3，侧向流出量、湖库排泄量和其他排泄量均为0，则不允许袭夺排泄量为：
W不允许袭夺排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量＝8.7(亿m3)
此时按照水均衡法计算其可开采量为：
W可开采量1＝W总补给量－Ω·W不允许袭夺排泄量＝15.7-0.7×8.7＝9.6(亿m3)
若按可开采系数0.9测算可开采量为：
W地下水可开采量上限＝0.9·W总补给量＝0.9×15.7＝14.1(亿m3)
两者取小值则W可开采量2＝9.6亿m3。
实施例5：某非生态脆弱区单元E
非生态脆弱区可开采量的基本测算公式为：
W可开采量2＝min(W总补给量－Ω·W不允许袭夺排泄量，0.9·W总补给量)
该单元地下水实际开采量4.3亿m3小于总补给量4.7亿m3，其地下水埋深大于6m，地下水蓄变量为-1.0亿m3，根据其现状开采条件将不允许袭夺系数Ω定为1，来计算其可开采量。该单元潜水蒸发量为0.5亿m3，河道排泄量0.8亿m3，侧向流出量、湖库排泄量和其他排泄量均为0，则不允许袭夺排泄量为：
W不允许袭夺排泄量＝W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量＝1.3(亿m3)
此时按照水均衡法计算其可开采量为：
W可开采量1＝W总补给量－Ω·W不允许袭夺排泄量＝4.7-1.3＝3.4(亿m3)
若按可开采系数0.9测算可开采量为：
W地下水可开采量上限＝0.9·W总补给量＝0.9×4.7＝4.2(亿m3)
两者取小值，则W可开采量2＝3.4亿m3。
鉴于该单元现状地下水开发利用程度较高、2001～2016年地下水埋深呈整体持续增加趋势，需对可开采量的测算结果进行校验，可开采量一般应满足如下条件：
W可开采量≤W实际开采量+W蓄变量
该单元的W实际开采量+W蓄变量＝4.3–1.0＝3.3(亿m3)
因此，取W可开采量2＝3.4亿m3和W实际开采量+W蓄变量的较小值，最终测算得到的可开采量应取为3.3亿m3。
本发明提供的基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，和现行可开采量计算方法对比，更加合理、实用，适用性更强。本发明方法加入不允许袭夺系数、不允许袭夺排泄量等概念用于进一步加强生态环境维系与保护等要素，适用于不同生态保护要求的地区，更具科学性、逻辑性。现行的可开采量计算方法基本依靠经验系数拟定可开采量，得到的可开采量主观因素影响较大。不同地区开采条件和开采现状也不同，却没有合理的上限控制，容易造成地下水过度开采，进而导致地裂缝、地面沉降、生态退化等地质环境问题。而本发明测算方法得到的可开采量基于水均衡原理，考虑地下水自然排泄量，并与利用历史资料分析得到的开采系数确定的可开采量进行对比，从而保证了地下水可开采量处于合理可控水平。因此，本发明提供的基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，既保证了历史数据的逻辑性与连续性，也符合经济发展规律以及生态保护要求，能有效控制住地下水的过量开采、减少对生态地质环境的破坏，确保水资源的可持续利用。
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。

Claims (4)

1.一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定研究区域的合理生态水位；其中，合理生态水位是保证地下水可持续利用、保护地质环境和维护生态环境平衡，不造成生态环境恶化的地下水位参数；
步骤2，根据下式，确定现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量；其中，地下水自然排泄量W现状自然排泄量是指含水层中的地下水每年向自然系统排泄的水量，包括潜水蒸发量W潜水蒸发量、河道排泄量W河道排泄量、侧向流出量W侧向流出量、湖库排泄量W湖库排泄量和其他排泄量W其他排泄量；
W现状自然排泄量＝ W潜水蒸发量+W河道排泄量+W侧向流出量+W湖库排泄量+W其他排泄量 (式1)
步骤3，根据研究区域的现状开采情况、现状地下水埋深情况和现状开采条件，确定研究区域合理生态水位下的地下水自然排泄量和现状水位下的地下水自然排泄量W现状自然排泄量的比例关系，得到不允许袭夺系数Ω；
步骤3中，不允许袭夺系数Ω取值范围为：
不允许袭夺系数取值范围表
其：对于生态脆弱区，不可袭夺系数Ω应小于0.5；
步骤4，采用下式，计算得到研究区域的不允许袭夺排泄量W不允许袭夺排泄量；
W不允许袭夺排泄量 ＝ W现状自然排泄量 · Ω (式2)
步骤5，采用下式，按水均衡法计算得到第1地下水可开采量W可开采量1：
W可开采量1＝W总补给量 － W不允许袭夺排泄量 (式3)
即：
W可开采量1＝W总补给量 － W现状自然排泄量 · Ω (式4)
其中：W总补给量为地下水总补给量；
步骤6，采用下式，得到地下水可开采量上限值W地下水可开采量上限：
W地下水可开采量上限＝βW总补给量 (式5)
其中：β为比例系数；根据研究区域的地下水开发利用程度和生态情况确定；
步骤7，由此得到以下地下水可开采量估计公式：
W可开采量2＝min(W可开采量1，W地下水可开采量上限)
＝min(W总补给量－W现状自然排泄量·Ω，βW总补给量)(式6)
根据式(6)，得到初步估算的地下水可开采量W可开采量2；
步骤8，对初步估算的地下水可开采量W可开采量2进行校验；
验证方法为：
步骤8.1，获得研究区域的地下水实际开采量W实际开采量；
步骤8.2，判断研究区域的地下水实际开采量W实际开采量是否大于等于地下水总补给量W总补给量，如果否，表明研究区域的地下水开发利用程度不高，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果是，则表明研究区域的地下水开发利用程度较高，执行步骤8.3；
步骤8.3，判断初步估算的地下水可开采量W可开采量2是否满足以下关系：
W可开采量2≤W实际开采量+ΔQ蓄变量 (式7)
其中：ΔQ蓄变量为地下水蓄变量；
如果满足，则步骤7得到的地下水可开采量W可开采量2，即为最终得到的地下水可开采量；如果不满足，则将W实际开采量+ΔQ蓄变量的值作为最终得到的地下水可开采量。
2.根据权利要求1所述的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，其特征在于，步骤1中，研究区域的合理生态水位，采用以下方法确定：
确定合理生态水位的最小埋深要求和最大埋深要求；再结合研究区域其他重要生态功能对地下水水位的要求，即可确定研究区域的合理生态水位。
3.根据权利要求1所述的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，其特征在于，合理生态水位的最小埋深要求和最大埋深要求分别为：
合理生态水位的最小埋深要求：1)不小于污染团最大埋深+污染团中污染物最大渗透深度+土壤毛细水上升高度，预防包气带污染团的浸润次生污染；2)不小于超过积盐临界深度，预防土壤次生盐碱化及地下水咸化；3)保障地下水调蓄能力；4)满足建筑物稳定需求；
合理生态水位的最大埋深要求：1)满足维系河道基流、泉水排泄量、湖泊湿地补给的需求；2)维持干旱地区植被生长，即：地下水埋深不大于根系埋深+土壤毛细水上升高度；3)不大于引发地面沉降、海水入侵、地面塌陷类环境地质灾害的临界深度；4)维持单位涌水量不下降的区域，埋深不应大于含水层厚度的三分之一。
4.根据权利要求1所述的一种基于合理生态水位的平原区地下水可开采量评价方法，其特征在于，步骤6中，比例系数β的取值为：沿海生态脆弱区，β取0.4；内陆生态脆弱区，β取0.5；非生态脆弱区，β取0.9。
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