水資源利用與保護3水資源量評價新

第三章水資源量評價WaterResourcesSimulationandManagement2/1/20231

主要介紹地表水資源量評價指標與評價方法；地下水資源量分類，評價內(nèi)容與原則；地下水補給量和儲存量的計算，允許開采量的評價模型。重點是：地表水（河流、湖泊、水庫）、地下水補給量和儲存量的計算、允許開采量的評價模型；難點是水資源的評價指標與評價方法。2/1/20232水資源評價是保證水資源持續(xù)發(fā)展的前提，是水資源開發(fā)利用的基礎。水資源評價包括：(1)水資源數(shù)量評價、(2)水資源質量評價和(3)水資源利用評價及綜合評價。2/1/20233第一節(jié)水資源的形成一、地表水資源的形成與類型1、地表水的定義：為河流、冰川、湖泊、沼澤等水體的總稱。2、水資源量的支項：主要為（1）降水、（2）蒸發(fā)和（3）徑流——決定區(qū)域水資源狀態(tài)的三要素。3、地表水資源的豐富程度是由降水量的多少來決定的，所能利用的是河流徑流量。2/1/20234因此，在討論地表水資源的形成與分布時，重點討論構成地表水資源的河流資源的形成與分布問題。降水、徑流和蒸發(fā)是決定區(qū)域水資源狀態(tài)的三要素。三者之間的數(shù)量變化關系制約著區(qū)域水資源數(shù)量的多寡和可利用量。2/1/20235（一）降水降水作為水資源的收入項，決定著不同區(qū)域和時間條件下地表水資源的豐富程度和空間分布狀態(tài)，制約著水資源的可利用程度與數(shù)量。表示降水量的年際變化程度：（1）年降水量的極值比Ka（2）年降水量的變差系數(shù)Cv值來表示2/1/20236（1）年降水量的極值比Ka：年降水量的極值比Ka可表示為式中xmax

-最大年降水量；xmin-最小年降水量。Ka值越大，降水量年際變化越大；Ka值越小，降水量年際變化小，降水量年際之間均勻。2/1/20237就全國而言，年降水量變化最大的地區(qū)是華北和西北地區(qū)，豐水年和枯水年降水量相比一般可達3倍一5倍，部分干旱地區(qū)高達10倍以上。南方濕潤地區(qū)降水量的年際變化比北方要小，一般豐水年的降水量為枯水年的1.5倍～2.0倍。2/1/20238(2)年降水量變差系數(shù)Cv數(shù)理統(tǒng)計中用均方差與均值之比作為衡量系列數(shù)據(jù)相對離散程度的參數(shù)，稱為變差系數(shù)Cv，又稱離差系數(shù)或離勢系數(shù)。變差系數(shù)為一無量綱的數(shù)。

①均方差σ

均方差的表達式為：式中σ——均方差；

——均值，其表達式為：2/1/20239式中xi——觀測序列值，i＝1，2，…，n；n——樣本個數(shù)。2/1/202310

②變差系數(shù)Cv

2/1/202311年降水量變差系數(shù)Cv值越大，表示年降水量的年際變化越大，反之就越小。西北地區(qū)——0.4華北、黃河中下游——0.25~0.35東北——0.2南方——0.2以下東南沿南?！?.25以上（臺風）2/1/202312（二）徑流1.河流徑流的補給河流徑流的水情和年內(nèi)分配主要取決于補給來源。

(1)雨水補給雨水補給是指降水以雨水形式降落。(2)地下水補給地下水補給河道的水量約占年徑流總量的25％～30％。(3)冰川、融雪水補給平均年徑流量約50km3，約占全國年徑流量的1.9％2/1/202313

2．徑流的時空分布(1)徑流的區(qū)域分布:由東南向西北遞減(2)徑流量的動態(tài)變化降水補給的河流>冰川、融雪、降水混合補給的河流>地下水補給的河流Cv值。(3)年徑流量的季節(jié)變化關鍵取決于河川徑流的補給來源和變化規(guī)律.2/1/2023143．河流徑流的表示方法

（1）河流徑流：定義：流域上的降水，除去損失以后，經(jīng)由地面和地下途徑匯入河網(wǎng)，形成流域出口斷面的水流，稱為河流徑流，簡稱徑流。（2）徑流過程：徑流隨時間的變化過程，稱為徑流過程。（3）分類：2/1/202315表示徑流的特征值主要有；流量Qt、徑流總量Wt、徑流模數(shù)M、徑流深度Rt，、徑流系數(shù)α。2/1/202316(1)流量Q：為單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，單位以m3／s表示。(2)徑流總量Wt：指在一定的時段內(nèi)通過河流過水斷面的總水量，單位為m3。t時段內(nèi)的平均流量為Qt

，則t時段的徑流總量為：

2/1/202317(3)徑流深Rt：是設想將徑流總量平鋪在整個流域面積所得的水深，單位為mm。其計算公式為：式中t——時間，s；

Wt——徑流總量，m3Qt——平均流量，m3／s；

F一流域面積，km2；Rt，一某時段t的徑流深度，mm。2/1/202318(4)徑流模數(shù)M：為單位流域面積上產(chǎn)生的流量，單位為m3／(s?km2)?？杀硎緸椋?/p>

2/1/202319徑流系數(shù)：為某時段內(nèi)的徑流深度與同一時段內(nèi)降水量之比，以小數(shù)或百分比計，其計算公式為：

式中R——某時段內(nèi)的徑流深度，mm；

P——同一時段內(nèi)的降水量，mm。由于徑流深度是由降水量形成的，對于閉合流域徑流深度將小于降水量，即α<l。2/1/202320蒸發(fā)主要包括水面蒸發(fā)和陸面蒸發(fā)。水面蒸發(fā)主要影響的因素是（1）氣溫、（2）濕度、（3）日照、（4）輻射、（5）風速等陸面蒸發(fā)受蒸發(fā)能力和降水條件兩大因素制約（三）蒸發(fā)干旱指數(shù)γ：是衡量一個地區(qū)降水量多寡、進行水資源分析的一個重要參數(shù)。其定義為某一地區(qū)年水面蒸發(fā)量E0與年降水量P的比值：

2/1/202321干旱指數(shù)γ表示某一特定地區(qū)的濕潤和干旱的程度，γ值大于1.0，表明蒸發(fā)大于降水量，該地區(qū)的氣候偏于干旱，γ值越大，干旱程度就越嚴重；反之氣候就越濕潤。我國干旱指數(shù)γ在地區(qū)上的變化范圍很大。最低值小于0.5，如長江以南、東自沿海等地；最大值可大于100，如吐魯番盆地的托克遜站，干旱指數(shù)高達318.9。

2/1/202322（1）地下水定義：埋藏在地表以下空隙(孔隙、裂隙、溶隙)中的水稱之為地下水。1．巖石的空隙性

（1）十分致密堅硬的花崗巖，其裂隙率也達0.02％一1.9％。（2）空隙的多少、大小、形狀、連通情況與分布規(guī)律，對地下水的分布與運動具有重要影響。（3）分類：松散巖石中的孔隙、堅硬巖石中的裂隙和可溶巖中的溶隙三大類。定量描述孔隙、裂隙和溶隙大小的是孔隙度、裂隙度和溶隙度。二、地下水資源的形成與運動規(guī)律（一）形成2/1/202323按含水介質（空隙類型）分為：孔隙水、裂隙水、巖溶水?？紫端嘿x存于松散沉積物顆粒構成的空隙網(wǎng)絡之中的水。裂隙水：貯存運移于裂隙基巖中的水；巖溶水：貯存并運移于巖溶化巖層中的水稱（喀斯特水）。2/1/2023242/1/2023252.巖石中水的存在形式

(1)結合水：松散巖石顆粒表面和堅硬巖石空隙壁面，因分子引力及靜電引力作用而具表面能，而吸附水分子，在顆粒表面形成很薄的水膜。

(2)重力水：當薄膜水厚度不斷增大，固體表面引力不斷減弱，以至于不能支持水的重量時，液態(tài)水就會在重力作用下向下自由運動，在空隙中形成重力水。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等都是重力水。

2/1/202326(3)毛細水：地下水面以上巖石細小空隙中具有毛細管現(xiàn)象，形成一定上升高度的毛細水帶，毛細水不受固體表面靜電引力的作用，而受表面張力和重力的作用，稱半自由水。2/1/2023273.含水層與隔水層含水層是指能夠透過并給出相當數(shù)量水的巖層，這類含水的巖體大都呈層狀，如砂層、礫石層和碳酸鹽類巖石都是很好的含水層。隔水層是指不具透水和給水能力的巖層。如致密巖石（花崗巖、閃長巖、石英巖等）。含水層和隔水層的相對性：含水層與隔水層的劃分是相對的，它們之間并沒有絕對的界線，在一定條件下兩者可以相互轉化。從廣義上講，自然界沒有絕對不含水的巖層。2/1/202328形成含水層的基本條件為：(1)巖層要具有能容納重力水的空隙：巖層有儲水空間：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。(2)具有儲存和聚集地下水的地質條件：下部要有隔水層托住重力水，并在水平方向上具有某種隔水邊界，使之不致完全流失，水能在巖層空隙中保存住，從而形成含水層。也就是說，透水巖層與隔水巖層組合起來，才能成為含水層。(3)具有充足的補給來源：使儲水空間能不斷地獲得補給，方能成為含水層。2/1/2023294.地下水的分類

目前采用較多的一種分類方法是按地下水的埋藏條件把地下水分為三大類：上層滯水、潛水、承壓水。上層滯水：存在于地面以下局部不透水層上面的滯水，分布范圍有限，是季節(jié)性或臨時性的水源。這種水的礦化度一般較低，但因接近地表，水質容易被污染。2/1/2023304）承壓含水層是理想的供水水源2/1/202331

2/1/2023322/1/202333在下圖中，①是地表徑流，②、③是地下徑流。三類徑流流速的比較A①＞②＞③B①＞②；①＜③C①＞②；①＞③D①＜②；①＞③2/1/202334三類徑流在P處遭受相同程度鎘污染，受到污染后，（）A、治理難度最大的是①B、最容易治理的是③C、②的污染持續(xù)時間最長D、②、③污染持續(xù)時間比①長2/1/202335若沿P垂線三類徑流同時受到相同程度的一次性鎘污染。10天后R地進行檢測A②最先檢測到水體被污染B①最先檢測到了最大濃度的污染C任何時候②、③污染程度都比①嚴重D③中檢測到了最大濃度的污染2/1/2023365.地下水循環(huán)含水層或含水系統(tǒng)通過補給，從外界獲得水量，徑流過程中水由補給處輸送至排泄處，然后向外界排出。排泄：含水層失去水量的過程稱為排泄。徑流：地下水在巖石空隙中的流動過程稱為徑流。地下水的補給：大氣降水、地表水體、凝結水、含水層之間和人工補給。含水層之間的補給：承壓水補給潛水、潛水補給承壓水、越流2/1/202337

式中

M---年均地下水徑流模數(shù)(m3／(s?km2))A——地下水徑流面積，km2；

Q——一年內(nèi)在面積A上的地下水徑流量，m3。地下徑流量常用地下徑流率M來表示，其意義為1km2含水層面積上的地下水流量(m3／(s?km2))，也稱為地下徑流模數(shù)。

年平均地下徑流率可按下式計算：2/1/202338

1.地下水運動特征

(1)遲緩的流速

(2)層流和紊流

(3)非穩(wěn)定、緩變流運動

（二）地下水運動的特點及其基本規(guī)律2/1/202339

2．地下水運動的基本規(guī)律又稱滲透的基本定律。

(1)線性滲透定律線性滲透定律反映了地下水層流運動時的基本規(guī)律，稱為達西定律，即又可表示為：式中v——滲透速度，m／d；

J——水力坡度，單位滲流途徑上的水頭損失，無量綱。2/1/202340表明滲透速度與水力坡度的一次方成正比，因此稱為線性(直線)滲透定律。滲透系數(shù)K是反映巖石滲透性能的指標，其物理意義為：當水力坡度為1時的地下水流速。許多資料都稱達西公式是地下水層流運動的基本定律，其實達西公式并不是對所有的地下水層流都適用，而只有當雷諾數(shù)小于1～10時地下水運動才服從達西公式，即2/1/202341式中u——地下水實際流速，m／d；

d——孔隙的直徑，m；

γ——地下水的運動粘滯系數(shù)，m2／d2/1/202342

(2)非線性滲透定律當?shù)叵滤趲r石的大孔隙、大裂隙、大溶洞中及取水構筑物附近流動時，不僅雷諾數(shù)大于10，而且常常呈紊流狀態(tài)。紊流運動的規(guī)律是水流的滲透速度與水力坡度的平方根成正比，稱為哲才公式，表示為：有時水流運動形式介于層流和紊流之間，則稱為混合流運動，可用斯姆萊公式表示式中m值的變化范圍為1、2。當m=1，即為達西公式；當m＝2時，即為哲才公式。2/1/202343

由于影響河流徑流的許多因素(氣象、流域下墊面)等，具有地域性分布變化的規(guī)律，致使水資源呈現(xiàn)地域性分布的特點。一、水資源的分區(qū)

第二節(jié)地表水資源量評價

（一）分區(qū)原則1．區(qū)域地理環(huán)境條件的相似性與差異性地理環(huán)境條件具有相似性和差異性，決定了河流水文分布具有區(qū)域性，并具有相對穩(wěn)定性和繼承性。

2．流域完整性便于獨立區(qū)域基礎資料及成果統(tǒng)計的完整性，因此盡可能保存流域完整性。

2/1/2023443．考慮行政與經(jīng)濟區(qū)劃界線為了考慮各部門對水資源綜合開發(fā)利用與水資源保護的要求，流域區(qū)域應與行政及經(jīng)濟區(qū)相結合，因為各級職能部門均按性質或經(jīng)濟區(qū)域劃分。4．與其他區(qū)劃盡可能協(xié)調(diào)水資源評價涉及多個領域，如與自然區(qū)劃、水利區(qū)劃、流域規(guī)劃、供水計劃等密切相關。2/1/202345

根據(jù)各地的具體自然條件，按照上述原則對評價范圍進行一級或幾級分區(qū)。常用的分區(qū)方法有：1．根據(jù)各地氣候條件和地質條件分區(qū)可以根據(jù)各地的氣候條件和地質條件對評價區(qū)進行分區(qū)2．根據(jù)天然流域分區(qū)3．根據(jù)行政區(qū)劃分區(qū)

(1)全國性水資源評價可按省和地區(qū)兩級劃分

(2)區(qū)域性水資源評價可按省、地區(qū)和縣三級劃分。

（二）分區(qū)方法2/1/2023462/1/202347地表水資源數(shù)量評價應包括下列內(nèi)容：

1.單站徑流資料統(tǒng)計分析；

2.主要河流(一般指流域面積大于5000km2的大河)年徑流量計算；

3.分區(qū)地表水資源量計算；

4.地表水資源時空分布特征分析；

5.地表水資源可利用量估算；

6.人類活動對河流徑流的影響分析。二、評價的內(nèi)容2/1/2023481．河流水文現(xiàn)象的基本特征(1)周期性

以年為周期，隨著一年降水的周期性變化決定了河流補給水呈現(xiàn)豐水期、枯水期交替變化。(2)確定性和隨機性

某時段內(nèi)由于其確定的客觀原因而表現(xiàn)出確定性，同時受多種復雜因素的影響，又表現(xiàn)出隨機性。(3)區(qū)域性

自然因素相近時，水文現(xiàn)象變化規(guī)律具有近似性。如濕潤地區(qū)河流年徑流分布一般均勻，干旱地區(qū)河流徑流分配相對不均勻。

三、河流徑流計算（一）基本特征及計算方法2/1/2023492．河流水文計算的方法(1)成因分析法(現(xiàn)象——本質)通過對觀測資料或實驗資料的分析，建立某一水文特征值與其影響因素之間的函數(shù)關系，從而預測未來(2)地理綜合法(現(xiàn)象)

利用已固有觀測站點的長期觀測資料確定河流水文特征在區(qū)域內(nèi)的時空分布規(guī)律，預估無資料流域未來水文情勢的方法。(3)數(shù)理統(tǒng)計法(揭示現(xiàn)象)

根據(jù)河流水文現(xiàn)象的隨機性特征，運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的方法，分析水文特征值的統(tǒng)計規(guī)律，并進行概率預估，得出水資源開發(fā)利用工程所需水文特征值。

2/1/202350目前是河流水文計算的主要方法（1）總體：在概率與數(shù)理統(tǒng)計中，將被研究的隨機變量的全體稱為總體（2）樣本：總體中的一部分稱為樣本1．頻率計算累積頻率：在河流水文計算中，頻率均指累積頻率，即等量或超量值的累積頻數(shù)與總觀測次數(shù)的比值。

（二）概率與數(shù)理統(tǒng)計方法2/1/202351頻率計算的方法是：①用實測的某河流水文特征值作為隨機樣本，計算各特征值相對應的頻率，并將各組數(shù)據(jù)點繪于二維坐標圖上，用目估方法通過點群中心繪制一條光滑的曲線，稱為經(jīng)驗頻率曲線；②根據(jù)概率論的原理，選用某種由一定數(shù)學公式表示的頻率曲線，稱為理論頻率曲線，并采用適線的方法調(diào)整參數(shù)，尋找出一條與經(jīng)驗頻率曲線配合最好的理論頻率曲線；③以該理論頻率曲線作為外延的工具，得出不同頻率下的該種水文特征值作為設計依據(jù)2/1/202352

(1)經(jīng)驗頻率曲線設某水文要素的系列共有n項，按由大到小的次序排列為：通過以上的分析，可以歸納出頻率計算公式：

式中P——等于和大于xm的經(jīng)驗頻率；

m——xm序號，即等于和大于xm的項數(shù)；

n——系列的總項數(shù)。2/1/202353上式用于樣本資料分析不甚合理。例如，當m=n時，P＝100％，這就意味著將來也不會出現(xiàn)比實測最小值還小的要素值，這當然是不合理的，因為隨著觀測年數(shù)的增多，一定會有更小的數(shù)值出現(xiàn)。因此，必須將上式加以修正。目前在我國常用的計算經(jīng)驗頻率的公式為數(shù)學期望公式：目前在我國常用的計算經(jīng)驗頻率的公式為數(shù)學期望公式：

2/1/202354

(2)理論頻率曲線經(jīng)驗頻率曲線是根據(jù)實測資料繪出的，當實測資料的時間跨度較長或設計標準要求較低時，經(jīng)驗頻率曲線尚能解決一些實際問題。但是，實際應用中往往要推求稀遇的小頻率洪水，如P＝1％，0.1％，0.01％。而目前實測資料時間跨度一般最多不過幾十年，計算的經(jīng)驗頻率點只有幾十個。迄今為止，國內(nèi)外采用的理論線型已有)10余種，諸如皮爾遜Ⅲ(P—Ⅲ)型曲線、對數(shù)皮爾遜Ⅲ(LP—Ⅲ)型曲線、耿貝爾(EV—I)型曲線等。

2/1/202355

式中x——總體的均值；

Cv——總體的變差系數(shù)；

Cs——總體的偏差系數(shù)。皮爾遜Ⅲ型曲線是一條一端有限一端無限的不對稱單峰、正偏態(tài)分布曲線，其概率密度函數(shù)為：2/1/2023562．河流水文隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)(1)均值(2)變差系數(shù)Cv對于兩個均值不同的系列，用均方差比較離散程度的大小是無效的，例如

顯見甲系列比乙系列離散程度大的多，應由離勢系數(shù)來衡量它們的離散程度2/1/2023572/1/202358(3)偏差系數(shù)Cs

式中

Ki——為模比系數(shù)

當n較大時，有：Cs>0時，正偏態(tài)分布；Cs<0時，負偏態(tài)分布；Cs=0時，正態(tài)分布。研究表明，河流水文現(xiàn)象多屬于正偏態(tài)分布

反映系列分布對于均值來說，對稱還是不對稱，大于均值的數(shù)出現(xiàn)的次數(shù)多些還是小于均值的數(shù)出現(xiàn)的多些2/1/2023593．頻率與重現(xiàn)期的關系所謂重現(xiàn)期是指某隨機變量的取值在長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱為多少年一遇。頻率P與重現(xiàn)期T的關系，對下列兩種不同情況有不同的表示方法。

(1)當為了防洪研究暴雨洪水問題時，一般設計頻率小于50％，則：式中T——重現(xiàn)期，a；

P——頻率，以小數(shù)計。例如，當設計洪水的頻率采用戶＝1％時，代入上式得重現(xiàn)期為100年，稱為百年一遇洪水。2/1/202360(2)當考慮保證灌溉、發(fā)電及給水等用水建筑物時，設計頻率P常大于50％，例如，當灌溉設計保證率P＝80％時，代入上式得重現(xiàn)期為5年，稱為以5年一遇的枯水作為設計來水的標準，也就是說平均5年中有4年來水能保證正常的灌溉要求。2/1/2023613．樣本資料要求和資料的審查及插補延展（1）樣本資料要求一致性代表性可靠性獨立性（2）資料的審查2/1/202362（3）資料的插補延展其中延展資料的年數(shù)不宜過長，不得超過實測年數(shù)，相關曲線外延部分不得超過實測點邊幅的30%。采用相關分析法，通過各水文量之間的相關關系，用較長的水文資料系列插補和延展短期的水文資料。例1:當有較長時間降水資料而流量資料不足時，可以利用P和R之間的相關關系，用以插補和延展資料；例2:當?shù)匦?、氣候相似的鄰近站資料充足時，可通過相關分析，插補和延展本站資料。2/1/202363評價地表水資源，應對評價范圍內(nèi)的水文站進行單站徑流統(tǒng)計分析和主要河流的年徑流量計算。1．年徑流量的基本概念

①年徑流量：一個年度內(nèi)通過河流某斷面的水量，稱為該斷面以上流域的年徑流量。②多年平均年徑流量(平均年徑流量)：天然河道的徑流量隨氣候不斷變化，為了反映河流水資源情況，利用數(shù)理統(tǒng)計方法求出實測各年徑流量的均值，稱為多年平均年徑流量。（三）年徑流量分析2/1/202364③正常年徑流量：隨著統(tǒng)計實測資料年數(shù)的增加，年徑流量的均值將趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值，此值稱為正常年徑流量。④設計年徑流量：指通過河流某指定斷面對應于設計頻率的年徑流量2/1/2023652、平均年徑流量的計算

(1)資料充分時年徑流量推求

A、具有代表性，足夠長時間的實測資料系列，資料系列跨度超過30年，且要包括特大豐水年、特小枯水年及相應的豐水年組、枯水年組。

B、計算：誤差大小取決于年份數(shù)/Cv/資料總體的代表性2/1/202366(2)、資料不足時年徑流量推求

A、資料系列短，不到20年，代表性差

B、計算方法:插補延展資料系列，然后計算。(3)缺乏實測資料情況下年徑流量的推求

資料缺乏或系列較短無法延展可以采用等值線圖法和水文比擬法等間接方法來推求年徑流量。2/1/2023673、某一頻率下的設計年徑流量的計算(1)有實測資料情況下設計年徑流量推求

(2）缺乏實測資料情況下設計年徑流量推求

2/1/202368

1．分項調(diào)查法根據(jù)水量平衡基本原理，可建立下列實測徑流與各項還原水量間的水量平衡方程式：

Q天然=Q實測+Q灌溉+Q工業(yè)+Q蓄+Q引+Q蒸+Q滲十Q分洪2.降水徑流模式法

(四)徑流還原計算2/1/202369

(1)區(qū)內(nèi)河流有水文站控制若區(qū)內(nèi)控制站上下游降水量相差較大，可按上下游的單位面積平均降雨量與面積之比，加權計算分區(qū)的年徑流量。計算公式為：式中Qab——分區(qū)年徑流量，m3／s；Qa——控制站以上年徑流量，m3／s；

Pa、Pb——控制站以上及以下同一年的單位面積平均降水量，m3／(s·km2)；Fa、Fb——控制站以上及以下的面積，km2。四、分區(qū)地表水資源量評價2/1/202370

(2)區(qū)內(nèi)河流沒有水文站控制

①利用水文模型計算徑流量系列；

②利用自然地理特征相似的鄰近地區(qū)的降水、徑流關系，由降水系列推求徑流系列；

③借助鄰近分區(qū)同步期徑流系列，利用同步期徑流深等值線圖，從圖上量出本區(qū)與鄰近分區(qū)年徑流量系列，再求其比值，然后乘以鄰近分區(qū)徑流系列，得出本區(qū)徑流量系列，并經(jīng)合理性分析后采用。四、分區(qū)地表水資源量評價2/1/2023711．地表水資源的地區(qū)分布特征受年降水量時空分布以及地形、地質條件的綜合影響，年徑流量的區(qū)域分布既有地域性的變化，又有局部的變化。河流徑流的等值線圖可以反映地表水資源的地區(qū)分布特征。2．徑流量的年際變化年徑流量的多年變化主要取決于年降水量的多年變化，此外，還受到徑流補給類型及流域內(nèi)的地貌、地質和植被等條件的綜合影響。3．徑流的年內(nèi)分配五、地表水資源時空分布特征2/1/202372地表水資源可利用量是指在經(jīng)濟合理、技術可能及滿足河道內(nèi)用水并估計下游用水的前提下，通過蓄、引、提等地表水工程可能控制利用的河道一次性最大水量(不包括回歸水的重復利用)。某一分區(qū)的地表水資源可利用量，不應大于當?shù)睾恿鲝搅髁颗c入境水量之和再扣除相鄰地區(qū)分水協(xié)議規(guī)定的出境水量，即：

Q可利用＝Q當?shù)睾恿鲝搅?Q入境一Q出境各分區(qū)可利用地表水資源量可以通過蓄水工程、引水工程和提水工程進行估算。

(1)蓄水工程

(2)引水工程

(3)提水工程六、可利用地表水資源量估算2/1/202373一地下水資源評價的主要任務和內(nèi)容二地下水資源評價原則三地下水資源量評價方法第三節(jié)地下水資源量評價2/1/202374補給量：指天然或開采條件下，單位時間進入含水層（帶）中的水量。儲存量：指儲存與含水層內(nèi)的重力水體積?？衫觅Y源（允許開采量）：指具有現(xiàn)實意義的地下水資源。尚難利用的資源：指具有潛在經(jīng)濟意義的地下水資源。2/1/2023751.地下水資源評價2.地下水水質評價3.開采技術條件評價4.開采后果評價一地下水資源評價的主要任務和內(nèi)容2/1/2023761.“三水”轉化，統(tǒng)一考慮評價的原則2.利用儲存量“以豐補欠”的調(diào)節(jié)平衡原則3.考慮人類活動，化害為利原則4.不同目的和不同水文地質條件區(qū)別對待的原則5.技術、經(jīng)濟、環(huán)境綜合考慮的原則二地下水資源評價原則2/1/202377

在干旱、半干旱地區(qū)，地表水與地下水轉化往往具有多重性，這種轉化過程中，對生態(tài)環(huán)境具有不同的作用。因此在進行地下水資源評價時，更要充分考慮這種轉化關系，以不破壞生態(tài)環(huán)境為前提，合理使用水資源。

(1)根據(jù)“三水”轉化的觀點評價地下水資源2/1/202378

地下水系統(tǒng)有別于地表水系統(tǒng)的一個最大區(qū)別是：具有可調(diào)節(jié)的儲存資源量。因此充分發(fā)揮地下水具有調(diào)節(jié)功能的優(yōu)勢，采用以豐補欠的方法評價地下水資源，即在枯水年份借用一些儲存量，而在豐水年份再償還。

(2)按照“以豐補欠”的原則評價地下水資源2/1/202379按照以豐補欠的原則評價地下水資源，要注意的是可開采資源量不能大于多年平均補給資源量，另一方面也要考慮取水設備的能力。充足的補給和可調(diào)節(jié)的儲存資源量是保證穩(wěn)定供水的基礎。2/1/202380在地下水資源開采前，要準確預測未來各種自然因素和人為因素變化后對地下水資源量可能產(chǎn)生的影響和變化趨勢，是難以做到的。由于客觀自然因素以及人類生產(chǎn)和生活活動也在不斷地發(fā)生變化，因此，按照“發(fā)展變化”的觀點，要加強地下水動態(tài)觀測工作；根據(jù)開采后的動態(tài)變化，不斷收集資料，進行深入分析，定期進行地下水資源評價工作，為逐步深入地開展地下水資源管理工作打下堅實可靠的基礎。(3)考慮人類活動，根據(jù)“發(fā)展變化”觀點評價地下水資源2/1/202381評價地下水資源量時，必須要考慮長期持續(xù)利用的特點。從地下水資源本身的特點來講，可作為長期供水保證的是地下水的補給資源量。從這個觀點出發(fā)，要對構成補給資源量的各項進行具體分析，只有長期存在的補給來源，才能保證地下水資源長期持續(xù)的開采。

2/1/202382

儲存資源只能作為臨時調(diào)節(jié)使用，而且要做到“有借有還”，不能長期持續(xù)開采，否則就會使含水層疏干。以長期持續(xù)利用的觀點評價地下水資源，還要評價地下水資源開發(fā)利用后對環(huán)境質量的影響。2/1/202383不同的供水目的，對地下水水質、水量、水溫的要求是不同的，這是關系到安全生產(chǎn)、農(nóng)作物豐收和保障人民身體健康的大事。根據(jù)各種用水對水質的實際要求，國家和地方對水中各種成分含量規(guī)定了一定的界限，這種數(shù)量界限就是水質評價標準，它是供水水質評價的基礎和依據(jù)。

(4)根據(jù)“水質標準”評價地下水資源2/1/202384

應根據(jù)用水單位的需水量選擇經(jīng)濟上合理、技術上可行的開采方案，根據(jù)不同水文地質條件擬定合理的取水方案。取水方案包括地下水水源地選擇、井的布局、井距以及水井結構和取水設備的選擇等。(5)地下水資源評價要重視經(jīng)濟評價的原則2/1/202385

水作為一種商品，本身具有經(jīng)濟價值。因此，在進行地下水資源評價時，要對水的經(jīng)濟效益作出綜合評價。如水質達到礦泉水標準的地下水，如果用作工業(yè)生產(chǎn)用水，就造成了資源的浪費?！胺仲|供水”的含義就是要將不同水質的水用于其所適應的供水對象，使不同水質的水各自發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益。2/1/202386總之，在進行地下水資源評價時，要以可持續(xù)利用為宗旨；以社會、經(jīng)濟、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展為準則；遵循自然規(guī)律；合理、科學地利用地下水資源。2/1/202387解析法開采試驗法水量均衡法水文分析法數(shù)值法三地下水資源量評價方法2/1/202388運用地下水解析法(井流公式)對含水層進行地下水可開采量進行評價的方法。取水構筑物井流公式評價方法和步驟局限性

(一)解析法－預備知識2/1/202389取水構筑物提取地下水的工程設施稱之為取水構筑物取水構筑物分類垂直取水構筑物－井（管井、大口井）水平取水構筑物－集水管（滲水管）、滲渠抽水井分類潛水井、承壓水井、混采井完整井、非完整井穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流單井抽水、群井抽水

(一)解析法2/1/202390地下水流向完整井的穩(wěn)定流(裘布依公式)裘布依公式的假設條件（？）潛水含水層承壓含水層(一)解析法：井流公式2/1/202391裘布依公式的假設條件(1)穩(wěn)定流，抽水產(chǎn)生穩(wěn)定的降落漏斗，漏斗半徑為Ｒ－影響半徑；(2)天然水力坡度為零，抽水時為了用流線傾角的正切代替正弦，則井附近的水力坡度不能大于0.25；(3)含水層均質各向同性，含水層的底板是隔水的、水平的；(4)影響半徑的范圍內(nèi)無滲入，無蒸發(fā)，每個過水斷面上流量不變，在影響半徑的圓周上為定水頭邊界；(5)降落漏斗范圍內(nèi)的地下水為平面二維流（徑向流）2/1/202392地下水流向完整井的非穩(wěn)定流(泰斯公式)承壓含水層泰斯假設（？）泰斯公式當u0.01時，簡化為：2/1/202393地下水流向完整井的非穩(wěn)定流潛水含水層潛水和承壓含水層非穩(wěn)定井流公式比較2/1/202394泰斯公式假設(1)含水層是均質的、各向同性、等厚、側向無限延伸、水平(2)抽水前天然狀態(tài)下地下水的水力坡度為零(3)完整井定流量抽水(4)含水層中水流服從達西定律(5)水頭下降引起的地下水的儲存量的釋放量是瞬時完成的(6)抽水井井徑無限小2/1/202395Theis

公式2/1/202396群井抽水公式承壓含水層潛水含水層2/1/202397(1)根據(jù)實際水文地質條件和開采方式，選定合適的井流解析公式(2)求取井流公式中各類水文地質參數(shù)(3)計算各種開采方案下的水位降深，評價地下水可開采量(4)論證可開采量的保證程度(一)解析法：評價方法和步驟2/1/202398(1)特點及使用條件a分布參數(shù)方法b評價地下水可開采資源量c簡單、直觀、快速、經(jīng)濟適用條件：理想條件下的水文地質條件，如滿足泰斯假設、裘布依假設等可開采量的保證程度需通過其它方法論證(一)解析法：特點和限制條件2/1/202399(2)限制條件應用條件太苛刻（邊界形狀、非均質、各向異性、初始地下水面、承壓區(qū)和無壓區(qū)并存，且分界線隨時間變化、含水層有不均勻越流，存在天窗或有河床滲漏、水井抽水量恒定或某一階段恒定、含水層側向無限延伸，滲透區(qū)形狀矩形或圓形）2/1/2023100下述情況，不宜用解析解（1）邊界形狀、尤其是供水邊界形狀極不規(guī)則時；（2）含水層存在明顯的非均質性和各向異性；（3）邊界的位置、邊界上的水頭或流量隨時間變化；（4）承壓區(qū)和無壓區(qū)在平面上并存，其間的分界線隨時間變化；（5）含水層有不均勻越流，存在“天窗”或有河床滲漏2/1/2023101在未來水源地地段，進行較長時間的抽水試驗，根據(jù)開采量－降深(Q-s)關系，對地下水可開采資源量進行評價。適用條件：水文地質條件復雜，一時難以查清而又急需作出水資源評價的地區(qū)。進入水文地質詳勘階段，必須進行抽水試驗，運用開采實驗法進行可開采資源量評價。該方法主要適用于中小型水源地的地下水資源評價。(二)開采試驗法2/1/2023102開采抽水法試驗外推法補償疏干法(二)開采試驗法2/1/2023103開采抽水法是按實際抽水量進行抽水試驗，并對地下水進行可開采資源量評價的一種方法。抽水時期：旱季（why?）為了用抽水試驗揭露當?shù)氐叵滤难a給能力，一般選擇旱季開始抽水。

延續(xù)時間：盡量延長抽水時間，在抽水量達到設計開采量后，一般至少為整個旱季+1個月，從抽水到恢復水位期間進行全面觀測1開采抽水法2/1/2023104水位觀測結果可能出現(xiàn)兩種情形可開采量評價①在長期抽水過程中，如果水位達到設計降深并趨近穩(wěn)定狀態(tài)，即鉆孔水位下降值保持在一個穩(wěn)定的水平上，不再隨時間繼續(xù)下降，并且抽水量大于或等于需水量；停抽后，水位又能較快地恢復到原來的水平，這就表明實際抽水量小于開采條件下的補給能力，按需水量開采是有保證的。這時，實際的抽水量就是可開采資源量。1開采抽水法2/1/2023105開采試驗法-第一種情況恢復曲線水位降深曲線2/1/2023106②如果在長期定流量抽水過程中，井中水位不穩(wěn)定，特別是觀測孔水位具有持續(xù)下降的趨勢；停抽后，水位雖有恢復，但始終達不到原始水位。說明抽水量已超過開采條件下的補給能力，按此抽水量開采是沒有保證的。這時，需要進行下列工作。單位儲存量法2/1/2023107開采試驗法-第二種情況近似直線下降降深－時間曲線2/1/2023108單位儲存量法用開采情況下抽水穩(wěn)定、水位下降較均勻若干資料計算的水位資料式中：μF為水位下降1m時儲存量的減少量，簡稱單位儲存量（m3/m）；S為Δt時段的水位降深（m）。用水位恢復資料進行校驗抽水量是由兩部分組成一是開采條件下的補給量；二是含水層中消耗的儲存量。

2/1/2023109開采試驗法小結①用旱季抽水所求的補給量評價地下水可開采資源量結果是比較保守的；②不同的開采條件下，Q補是有可能不同的，即Q補是一個與開采條件有關的變量。因此，為了更準確評價可開采資源量，應在開采過程中繼續(xù)進行水位的長期觀測，逐步用多年平均補給量進行評價；③開采抽水法評價地下水可開采資源量，往往需要進行相當長的抽水試驗，必然要花費較多的人力、物力。因此，該方法只有在難以查清地下水補給條件而又急需進行評價，且供水部門對用水量的保證程度要求又比較高時，才采用這種方法。

2/1/2023110開采試驗法－實例三地下水資源量評價方法第三節(jié)地下水資源量評價(二)開采試驗法

1開采抽水法2/1/2023111開采試驗法－實例2/1/2023112根據(jù)多個流程的抽水量-降深關系，確定可開采資源量。適用條件：抽水設備能力限制，達不到實際需水量情況下含水層富水程度較好、補給充足要求：至少進行三次降深最大抽水量盡量接近實際需水量最大降深盡量接近設計降深三地下水資源量評價方法第三節(jié)地下水資源量評價(二)開采試驗法

2試驗外推法2/1/2023113三地下水資源量評價方法第三節(jié)地下水資源量評價(二)開采試驗法

2試驗外推法2/1/2023114注意事項：(1)以穩(wěn)定流為基礎(2)抽水水位降深不能太小(3)利用該方法推算可開采量時，必須充分考慮地下水的補給情況三地下水資源量評價方法第三節(jié)地下水資源量評價(二)開采試驗法

2試驗外推法2/1/2023115充分利用含水層的儲水空間和調(diào)節(jié)能力,通過抽水試驗進行地下水可開采資源量的評價方法。適用條件：地下水補給在時間上分配不均勻含水層具有一定的調(diào)節(jié)能力,但分布面積有限必要條件：借用的儲存量滿足旱季開采量的需要雨季補給量除滿足當前開采量外，還能補償旱季動用的儲存量(二)開采試驗法

3補償疏干法2/1/2023116抽水井水位下降、流量過程線與補給關系旱季雨季下降迅速等速下降開采量大于旱季補給能力2/1/2023117評價步驟(1)旱季開采量－通過求單位儲存量，繼而計算旱季開采量(2)雨季補給量(3)評價可開采資源量2/1/2023118評價步驟之一－計算旱季開采量在旱季進行開采抽水試驗，因為旱季補給量基本沒有，完全靠疏干儲存量來維持抽水，再者由于蓄水構造范圍有限，抽水降落漏斗極易擴展到邊界，所以抽水過程中的水量均衡式為

則式中：μF為單位儲存量（m3／m）；Q抽為試驗抽水量（m3／d）；Δt、Δs為抽水過程中水位急速下降后開始平穩(wěn)等速下降的延續(xù)時間（d）和相應的水位下降值（m）。

2/1/2023119評價步驟之一－計算旱季開采量求出單位儲存量后，再根據(jù)含水層的厚度和取水設備的能力給出最大允許降深Smax，再查明整個旱季時間T旱，則可以計算旱季的開采量（Q開），即：式中：S0為開采抽水開始等幅下降時井中的水位降深（m），可根據(jù)地下水動力學的有關公式確定開始等幅下降的時間。2/1/2023120評價步驟之二－計算雨季補給量

地下水雨季補給量除了保證雨季的開采外，多余部分就要補償疏干的儲存量，引起水位等幅回升。因此雨季補給量等于抽水量與補償疏干的儲存量之和，即：式中：μF’為水位回升時的單位補償量，可以近似認為與水位下降時的單位儲存相同；為水位回升速率（m/d），可以根據(jù)旱季抽水試驗資料求得；Q′抽為雨季抽水試驗的抽水量（m3/d）。

2/1/2023121評價步驟之三－評價可開采資源 如果地下水一年接受補給的時間為T雨，由此可以得到補給總量=Q補T雨，把補給總量分配到全年即得到年平均補給量：2/1/2023122評價步驟之三－評價可開采資源結論分析Q補≥Q開，則計算的Q開可作為可開采資源量；Q補<Q開，則應以Q補作為可開采資源量?？紤]開采時水文氣象因素變化對開采的影響，為了安全起見，可開采資源量應乘以一個小于1的安全系數(shù)β（一般取0.5～1）使之總是小于補給量，以保證長期開采的需要。2/1/2023123補償疏干法－實例 某新建水源地，據(jù)勘探查明：含水層為厚層灰?guī)r，呈條帶狀分布，面積約十平方公里?；?guī)r分布區(qū)有間歇性河，故巖溶水的補給來源主要是季節(jié)性河水滲漏和降水滲入。 為了評價開采量，在整個旱季作了長期抽水試驗，試驗資料歸納如下圖所示?？辈槟甑暮导緯r間t開=253天，雨季補給時間為T補=112天，允許降深規(guī)定為Smax=23米。

2/1/2023124抽水試驗和恢復試驗曲線2/1/2023125補償疏干法－實例按旱季抽水資料求出F值。求開采量。把允許降深作為旱季末期的最大降深，令t開＝253天求補給量。分析當?shù)囟嗄晁臍庀筚Y料后，取安全系數(shù)r=0.7，綜合計算結果，Q補>Q開，故開采量1841.2m3/d是有補給保證又能取出來的開采量。2/1/20231261基本原理和均衡方程式2水量均衡法評價的主要步驟3均衡計算中的頻率分析4實例分析(三)水量均衡法2/1/20231271基本原理和均衡方程式水量均衡法的基本原理：任一時間段的補給量和消耗量之差，等于地下水系統(tǒng)中水體積的變化量天然條件下水量均衡方程式：

或式中：Q補為計算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各補給量總和（m3/d）；Q排為計算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各排泄量總和（m3/d）；Q儲為計算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)儲存量的變化量（m3/d）。2/1/2023128天然多年均衡方程式 天然條件下，多年周期變化，可以用多年平均補給量之和或多年平均排泄量之和來計算地下水系統(tǒng)的補給資源量。式中： 多年平均補給量之和； 多年平均排泄量之和；

n－代表年份2/1/2023129開采條件下的均衡方程式

（Q補+Q補）-（Q排-Q排）–Q=Q儲

上式簡化為：Q=Q補+Q排+Q儲

式中：Q補為計算時段內(nèi)地下水系統(tǒng)由于開采所獲得的補給增量（m3/d）；Q排為計算時段內(nèi)地下水系統(tǒng)由于開采所減少的消耗量，即被截取的補給量（m3/d）；Q儲為計算時段內(nèi)地下水系統(tǒng)由于開采所引起的儲存量的變化量（m3/d）

Q為人工開采量（m3/d）。2/1/2023130評價方法小結評價方法：根據(jù)水文地質條件和資料占有情況選定補給量法排泄量法補排量法：計算補給量、排泄量和儲變量，用均衡式驗證和校正QPQinflowQyQs-waterQc-waterQPumpQoutflowQ’s-waterQ’yQspringΔQ2/1/2023131水量均衡法的適用條件(1)用途主要評價各種條件下的地下水補給資源量初步確定地下水可開采資源量，或為確定地下水可開采資源量提供依據(jù)(2)適用條件理論上，可適用于任何地下水系統(tǒng)的水資源評價區(qū)域地下水資源評價，水文地質條件復雜，其它方法難以應用2/1/2023132水量均衡法的適用條件困難和限制條件(1)某些均衡要素和求取均衡要素的水文地質參數(shù)難以確定或不準確，造成計算誤差較大(2)是一種集中參數(shù)方法，難以精確給出地下水各要素隨空間的變化(3)不能準確確定地下水的可開采資源量(4)很難給出具體地下水開發(fā)利用方案2/1/20231332均衡計算中的頻率分析(1)保證率計算若某一事件發(fā)生了n次（如年降水量），由大到小排列為：x1,x2,x3,…,

xn-1,xn并逐個累加次數(shù)，序號為m，則可按下式計算出累積頻率（保證率）：或2/1/20231343均衡計算中的頻率分析根據(jù)此曲線可查得枯水年、豐水年、平水年的降水量，再與計算年降水量進行對比，算出豐水年、平水年、枯水年各年的比例系數(shù)，乘以計算年的地下水補給資源量，即為各特征年的地下水補給資源量。

2/1/2023135多年平均補給量計算最后按下式計算出多年平均地下水補給資源量：

式中：Qb——多年平均地下水補給資源量（m3/a）；Qf、Qp、Qk——分別為豐水年、平水年、枯水年的地下水補給資源量（m3/a）；n1、n2、n3——分別為豐水年、平水年、枯水年在觀測資料年中出現(xiàn)的次數(shù)。2/1/2023136保證率計算舉例2/1/2023137降水量的頻率分析保證率95%，降水量350mm/a保證率75%，降水量555mm/a保證率50%，降水量625mm/a多年平均降水量666.4,保證率40%保證率25%，降水量760mm/a保證率5%，降水量1046mm/a2/1/2023138降雨量頻率分析2/1/2023139均衡計算中的頻率分析保證率：P=95%，降水量>=350mm/a，特枯水年；保證率：P=75%，降水量>=555mm/a；枯水年；保證率：P=50%，降水量>=625mm/a；平水年；保證率：P=25%，降水量>=760mm/a；豐水年；保證率：P=5%，降水量>=1025mm/a；特豐水年；例計算年降水量為666.4mm/a,地下水資源補給量為1000m3/d。則豐水年、平水年、枯水年各年的比例系數(shù)分別為1.14,0.94,0.83,計算各豐水年、平水年、枯水年地下水資源補給量分別為1140，940，830（m3/d），設均出現(xiàn)資料為1次，則多年平均補給量為970(m3/d)2/1/20231404水量均衡法－實例格爾木河沖洪積扇是柴達木盆地地下水富集地段之一，地下水流域與地表水流域分布范圍一致，為一完整的地下水系統(tǒng)。具有干旱地區(qū)山前平原地下水所習見的形成條件和分布規(guī)律。根據(jù)地下水系統(tǒng)水文地質特征、邊界條件、水動力參數(shù)、水位、流量在地下水系統(tǒng)中的空間分布情況，可建立如下概念模型：①邊界條件。南邊界由于地表水開始大量滲入補給地下水，為補給邊界；北邊界是地下水溢出帶所在，為排泄邊界；東西兩側為沖洪積扇邊緣，以地下水流線作為邊界。②水動力參數(shù)（T、μ）。根據(jù)鉆孔抽水試驗資料求得并進行分區(qū)，無抽水試驗地區(qū)按類比或參考經(jīng)驗參數(shù)給定。③根據(jù)地下水賦存條件、水理性質及地貌特征，將研究區(qū)劃分為兩個亞系統(tǒng)，即礫石平原雙層型潛水——承壓水亞系統(tǒng)（Ⅰ）、細土平原多層型潛水——承壓水亞系統(tǒng)（Ⅱ）。2/1/2023141圖3－1雙層型及多層型地下水系統(tǒng)2/1/20231422/1/2023143表3－1

地下水均衡計算表

單位：108m3/a補給項河水滲入量（Q1）渠系水滲入量（Q2）庫區(qū)滲漏量（Q3）河谷孔隙水入流量（Q4）基巖裂隙水流入量（Q5）合計4.39340.10760.73290.43800.00185.673777