【摘要】地下水是一種十分寶貴的資源，同時又是環(huán)境的基本要素，對地下水的研究不僅關系到正確評價水資源、合理布置取水工程的問題，還關系到如何充分利用水資源又不至于引起水資源枯竭、水質惡化的問題。基于此，本文主要對數學評估模型在地下水資源規(guī)劃利用中的應用進行分析探討。

【關鍵詞】數學評估模型；地下水資源；規(guī)劃利用；應用

1、前言

任何科學技術的發(fā)展總是與生產實踐的要求緊密聯系，地下水計算技術正是隨著人類對地下水需求的不斷增加而發(fā)展。如何合理開發(fā)及科學地利用地下水資源，保證經濟社會環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展，對地下水資源進行科學的評價，提出合理的開發(fā)量，這都需要提供可靠的數量關系上的依據。

2、地下水資源評價的程序

2.1收集、整理分析資料

包括給水層厚度、給水度μ、土壤的滲透系數κ等水文地質資料。

2.2地下水補給量的確定

（1）降雨量的入滲量：其值可按Pλ=P降·α求得。

其中P降為降雨量，其值可對研究區(qū)域內的降雨資料進行分析求得，降雨資料系列應盡可能的長，一般情況下不得少于15a；a為降雨入滲系數，常規(guī)可運用區(qū)內的徑流系數a1，并建立α=κ（1-α1）的數學模型；k值的大小與降雨歷時及降雨強度有關。另外文獻1給出的土壤入滲率可同此處的模型作相應參照，其累積入滲量為F（t）=P（t）-R（t），下滲率為f（t）=i（t）-r（t）

式中P（t）為累積降雨量（mm），R（t）為累積徑流量（mm），i（t）為降雨強度（mm/min），r（t）為徑流強度（mm/min）。從補充地下水的目標講，一切人工措施應圍繞減少雨水的流失。

（2）動態(tài)儲量Q動：動儲量Q動是地下水資源評價中的一個重要參數，也是地下水資源可采量的主體。在規(guī)劃中，動儲量應通過對區(qū)域內水文地質情況調查取得相關資料，由數學Q動=K·H·B·J確定，其中K為含水層滲透系數，H為含水層平均厚度，B為含水層平均寬度，J為含水層平均水力坡降。

（3）地下水動力學公式：地表水入滲補給量

計算公式

式中Q表為地表水入滲補給量（m3/d），為承壓含水層厚度（m），H為從隔水底板算起的地表水年平均水位（m），為從隔水地板算起的地下水年平均水位（m），為地表水與地下水有聯系地段的總長度（m），為河渠距觀測孔間的距離（m）。以上的數據的采集可通過對區(qū)域內現有觀測井的記錄資料中取得，并參照選點抽水試驗確定。

2.3用水需求量的確定

用水量的確定，一般采用概率分析，運用數學期望值來求得。這要根據經濟社會、工業(yè)、人口、農田灌溉、各種氣候下降雨量資料，求出相應的需求概率Pi，求出年均用水量。

用水需求概率可以用統計值經驗頻率作為計算公式，取

式中n為用水的總項數，m為項次，Pi為經驗頻率。

3、地下水超采區(qū)評價

對于干旱和半干旱區(qū)，地下水是主要的利用水源，隨著經濟社會各方面的發(fā)展，對地下水依賴和過度開發(fā)是較為普遍的現象。對此類情形的調查和了解是十分重要的，否則盲目放任將導致環(huán)境問題的嚴重惡化。對此，我們提出以下三個指標，對是否過度開發(fā)使用地下水資源給出相應地評價參數。

3.1地下水水位下降速率

式中V為年均地下水水位持續(xù)下降速率（m/a），H1為地下水開采使用時段之初地下水水位（m），H2為地下水開采使用時段之末地下水水位（m），T為地下水開采使用時段的年數（a）。對地下水的開發(fā)。當水位下降至設計降深時，應根據此時地水文地質條件重新評價允許開采量，如果按原有規(guī)模繼續(xù)開采，勢必會造成地下水超采和區(qū)域地下水水位持續(xù)下降。

3.2地下水超采系數

地下水開采資源是指在一定的技術經濟條件下，在不致于引起嚴重的環(huán)境地質問題的前提下，單位時間內可發(fā)從含水層中取出地下水量，對此我們給出評判指標-地下水超采系數

式中k為年均超采系數，Q1為地下水開采時段內年均地下水開采量（萬m3），Q2為平均地下水可采量（萬m3）。

對水資源的管理上，首先必須樹立“量水而行”的指導思想，即確定一個水資源利用的上限，一旦水資源的利用率達到上限就不能再繼續(xù)增加用水量，而是在考慮采用其它措施來節(jié)約和限制用水，不能無節(jié)制的增加用水量，要保證生態(tài)環(huán)境的最低需水量，確保社會、生態(tài)、環(huán)境、經濟的可持續(xù)發(fā)展。

3.3水量平衡數學方程

水量平衡方程是根據水量平衡原理建立數學方程來進行地下水資源評價的方法。評價水量的一切方法都離不開水量平衡原理， 在一個地下水均衡單元內，地下水在補給和消耗的動態(tài)平衡發(fā)展過程中，任一時段補給量和消耗量之差等于該時段內單元含水層儲存水量的變化量，這就是水量平衡原理。公式包括：

Q’補=Q'排+ΔQ儲

式中Q'補為地下水的天然補給量，Q'排為地下水的天然排泄量，ΔQ儲為該時段內地下水儲存量的變化。從多年平均值考慮，可以近似地表示為

Q’補≈Q'排

當地下水開采后引起了天然狀態(tài)下補排關系的變化，補給量增加了，人工排泄量也增加了，這時地下水均衡方程式如下

Q開=Q補-Q排-ΔQ儲

式中Q開為地下水開采量，Q補為地下水開采狀態(tài)下的補給量，Q排為地下水開采狀態(tài)下的排泄量。

對地下水開采量的控制應以合理的技術經濟開采方案，在不引起開采條件惡化和環(huán)境地質問題前提下，單位時間內可以從含水層中取出的最大水量，常用于表征集中地下水源地的可開采水量。另一重要指標為地下水位的變幅Δ下降。對于西北內陸地區(qū)，主要的環(huán)境地質問題是土地沙漠化--即由區(qū)域地下水位下降引起植被退化和土地沙漠化。水資源和環(huán)境的保護相互依存、相互制約，以可持續(xù)發(fā)展的觀點水資源的開發(fā)利用與水環(huán)境的保護是水資源永續(xù)利用的核心因素。

4、結語

水資源作為一種基礎性自然資源和戰(zhàn)略性經濟資源，是一種人類生存與發(fā)展中不可替代的自然資源。由于經濟社會發(fā)展中對水資源的競爭利用、時空分配的不穩(wěn)定性、人口增長和水污染造成的水質缺水日益嚴重等因素的影響，水資源在經濟發(fā)展過程中所體現的經濟價值不斷上升，比其在人類公平生存權下所體現的經濟價值更引起人們的關注。

參考文獻：

[1] 武強，徐華.地下水模擬的可視化設計環(huán)境[J].計算機工程，2003，29（6）：69-70.