地下水水文分析法

地下水水文分析法是应用水文学的方法，用测流的方法来计算地下水在某一个区域内的总流量，这个量如果接近于补给量或排泄量，则可以用它作为区域地下水的允许开采量（可开采量）。由于地下水是在地下岩石空隙中流动，直接测流往往也很困难（有时只能用间接方法测流）。所以，地下水文分析法只能用于一些特定的地区，如基岩山区、岩溶水和裂隙水分布区等。在这些地区应用这种方法评价往往比较简单有效，而且这些地区也常常是其他许多方法难以应用的地区。

（一）岩溶管道截流总和法

在岩溶水呈管流、脉流的地区，区域地下水大部分是集中于岩溶管道中的径流量，因此，岩溶管道中的地下水径流量不仅可以代表一个地区地下水天然资源的数量，而且也可表征该区地下水可供开采的水量。因此，在这种地区，测得各暗河出口流量和泉水流量，总加起来便是该区地下水径流量，它基本上代表了地下含水系统的补给量，并以此作为地下水允许开采量（可开采量），即：

专门水文地质学

式中：Q_开为地下水管道控制流域范围内的地下水允许开采量（可采量），Q_管i为计算区各岩溶管道（暗河）的流量；n为区内岩溶管道或地下暗河的个数。

对于暗河发育的脉流区，可在暗河系统的下游选取垂直流向的计算断面，使断面尽可能通过更多的暗河天窗（落水洞、竖井等）和暗河出口，再补充一些人工揭露的暗河露头，直接测定通过断面的各条暗河的流量，总加起来便是该脉状含水系统控制区域的地下水可开采量。

截流总和法主要适用于我国西南石灰岩地下暗河发育地区，这一地区暗河通道的“天窗”和出口较多，地下水呈管流、紊流，用渗流理论不易计算，用这种方法效果较好。

（二）地下水径流模数法

地下水径流模数（M）是指单位时间单位含水层分布面积（1km²）上地下水径流量（常用单位为L/km²·s，m³/km²·s等），它说明一个地区以地下径流形式存在的地下水量的大小。地下水径流模数法的原理是：在水文地质条件相差不大、补给条件相近的地区，可以认为地下暗河的流量或地下径流量与其面积成正比。在岩溶发育程度和补给条件相似的地区内，地下水径流模数（M）应是定值，因此，只要在地区内选择一两个地下暗河通道测定出流量和相应的补给面积，计算出地下水径流模数，再乘以全区的补给面积，便可求得区域地下水的径流量，以此作为区域地下水的允许开采量（可开采量）。

具体做法是，在区内选择某一暗河支流实测其流量Q_i（一般采用枯水期的径流量），并根据勘查资料确定该支流的补给面积F_i，则地下水径流模数（M）为：

专门水文地质学

也可以根据暗河系统总出口的流量和总补给面积计算全区的地下水径流模数值，然后求出地下水在某一个区域一年内总的流量。

求出地下径流模数（M）后，乘以全区或计算区的补给面积（F），即得区内地下水允许开采量（可开采量）：

Q_允开=M·F （10-70）

应用该法时一定要注意水文地质条件的相似性。该法主要用于基岩山区和岩溶区。该种方法可根据少量的暗河出口、泉流量、河流的基流量等测流资料，近似计算和评价区域地下水资源量。例如，广西水文地质队曾在地苏、大化、六也、保安等地用地下径流模数法计算出各暗河枯水期流量，并与“天窗”实测流量、抽水试验所得最大出水量对比，其平均准确度达86%（表10-14），说明在这些地区用地下水径流模数法评价地下水资源量是可行的。

（三）流量过程线分割法（基流分割法）

在地下水排入常年有水河流的地区，河流的补给来源大多为大气降水与地下水。在枯水期间，由于降水很少，河水流量几乎全部由地下水维持，称为基流量；而在洪水期间，河水绝大部分为降水补给，这时的流量称为雨洪量，地下水补给比重极少，甚至河水倒流补给地下水。因此，可以充分利用水文站现成的河流水文图（即流量过程线图）结合具体的水文地质条件，如含水层的埋藏条件，地下水和河水水力联系特点等，对地表水的流量过程线进行深入分析，则可把流量过程曲线上补给河水的地下径流量（基流量）分割出来。最简单的分割方法是直线分割，如图10-12所示。在流量过程线起涨点A引一水平线交于退水段的B点，则图中有斜线部分即相当于地下水泄流补给河水的量。在水文学中此水量称作河流的基流。由于雨季河水位与地下水及其间关系将发生变化，因此地下水泄流量不同于旱季。只有当汛期不长时，可用此简便方法粗略估算地下水向河流的泄流量。如果把评价区内各河流的水文图上的地下径流量都分割出来，即可得出全区域的地下水径流量，可以此作为该区域的地下水允许开采量（可开采量）。

表10-14 地苏地区地下暗河流量计算值与实测值对比表

说明：①地下径流模数是根据地苏地下河系青水总出口流量值（4.0m³/s）和总补给面积（100km²）计算确定的；②流量均为枯水期数据。

图10-12 流量过程线的直接分割法

（四）频率分析法

水文分析法中都是用求得的地下径流量作为区域地下水的允许开采量（可开采量）。地下径流量往往受气候条件影响较大，是随时间而变化的，有季节性变化，还有多年变化。如果所用资料是丰水年测得的，则会得出偏大的数据，在平水年和枯水年没有保证，如果是用枯水年的资料，则又过于保守。因此，最好是计算出不同年份的（或不同月份的）多个数据，进行频率分析，求出不同保证率的地下水允许开采量（可开采量）数据。如果地下径流量观测的数据较少，系列较短时，可以与观测数据较多、系列较长的气象资料进行相关分析，用回归方程来外推和插补，再进行频率分析。

频率（N）是指某一流量区间出现次数（m_i）与总观测次数（n）之比值的百分数；保证率（P），也称累积频率，是指大于等于某一流量区间出现次数（∑m_i）与总观测次数（n）之比值的百分数。计算公式为：

频率：

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保证率：

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有的用：

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式中：N为某一流量（或补给量）区间出现的频率（%）；n为总观测次数（年数或月数等）；m_i为某一流量（或补给量）区间出现的次数（年数或月数等）；P为保证率（或称经验保证率、累积频率），即大于等于某流量区间出现的累积频率；m为大于等于某流量（或补给量）区间出现次数（年数或月数等）的和，m=

实例： 某泉有6年的月平均流量观测资料（表10-15）。把流量按0.5L/s 间隔分成若干区间（按由大到小顺序排列），统计6年中各流量区间出现的次数（月数），分别计算出每个流量区间出现的频率（N）和保证率（P），计算结果见表10-16。

表10-15 某泉月平均流量（L/s）

根据表10-18中的数据，以频率及保证率为横坐标，以流量区间为纵坐标，绘制频率曲线和保证率曲线（图10-13），据此，可确定出不同保证率的泉水允许开采量（可开采量）。

表10-16 某泉流量频率和保证率表

图10-13 泉水流量频率与保证率曲线图

实际工作中，如果只有个别年份的地下水补给量资料，也可将实际观测的地下水补给量与降水量进行相关分析，得出回归方程，推延出以前年份的补给量，根据补给量的大小按由大至小的顺序排列，计算各补给量的保证率。