地表水资源的计算与评价-PPT.ppt

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1、地表水资源的计算与评价概述n n广广义义地地说说，自自然然界界所所有有的的以以气气态态、固固态态和和液液态态等等各各种种形形式式存存在在的的水水统统称称为为水水资资源源。n n 各各个个部部门门对对水水资资源源的的需需求求不不相相同同，如如何何合合理理地地开开发发、利利用用水水资资源源是是一一个个极极为为错错综综复复杂杂酌酌多多面面体体问问题题，因因而而需需要要从从不不同同的的方方面面和和角角度度来来研研究究水水资资源源的的分分类类和和特特点点。n n水水资资源源的的分分类类有有以以下下几几种种：1 1地表水、土壤水和地下水地表水、土壤水和地下水 按水资源的形成条件、分为地表水、土壤水和地按水

2、资源的形成条件、分为地表水、土壤水和地下水下水33种，它们除了共同接受大气降水的补给外，种，它们除了共同接受大气降水的补给外，还互相转化和影响。它们之间的相互转化，通常还互相转化和影响。它们之间的相互转化，通常称为称为“三水转化三水转化”。22可利用水资源和不可利用水资源可利用水资源和不可利用水资源 可利用水资源也称为可支配水资源，是指天然水可利用水资源也称为可支配水资源，是指天然水资源中可供人们利用的部分。在目前的经济、技资源中可供人们利用的部分。在目前的经济、技术条件下，天然水资源中不可利用的部分称为不术条件下，天然水资源中不可利用的部分称为不可利用水资源或不可支配水资源，但随着经济技可利

3、用水资源或不可支配水资源，但随着经济技术的发展，它们可以逐渐被人们所支配、利用，术的发展，它们可以逐渐被人们所支配、利用，故又称为潜在水资源。故又称为潜在水资源。33.恢恢复复性性水水资资源源和和不不可可恢恢复复性性水水资资源源 按按水水资资源源的的恢恢复复程程度度，可可分分为为恢恢复复性性和和不不可可恢恢复复性性水水资资源源两两类类。44消消耗耗性性水水资资源源和和非非消消耗耗性性水水资资源源 按按用用水水部部门门的的用用水水情情况况，将将水水资资源源分分为为消消耗耗性性和和非非消消耗耗性性两两类类。n n 研研究究地地表表水水资资源源的的表表示示方方法法，主主要要是是研研究究河河川川径径流

4、流及及与与它它有有关关的的降降水水、蒸蒸发发等等水水平平衡衡要要素素的的表表示示方方法法。n n水水资资源源是是通通过过大大气气水水循循环环再再生生的的动动态态资资源源。通通常常所所说说的的水水资资源源是是指指地地表表水水(河河川川径径流流)和和地地下下水水。日日前前国国内内外外均均以以本本地地降降水水所所产产生生的的地地表表、地地下下水水总总量量定定义义为为本本地地水水资资源源总总量量，而而土土壤壤水水则则则则尚尚未未作作为为水水资资源源的的一一部部分分对对待待。地地表表和和地地下下水水资资源源是是不不可可分分割割的的整整体体。n n为为了了科科学学地地分分析析一一个个地地区区的的水水资资源

5、源，必必须须从从水水循循环环的的观观点点来来研研究究水水资资源源的的转转化化。n n图图77ll（PP113311）是是区区域域“三三水水”转转化化的的概概念念模模型型框框图图，它它模模拟拟了了降降水水形形成成径径流流、土土壤壤水水、地地下下水水和和陆陆面面蒸蒸发发的的全全过过程程，以以及及通通过过种种种种途途径径互互相相转转化化的的紧紧密密联联系系。n n地地表表水水、地地下下水水之之间间通通过过包包气气带带紧紧密密联联系系，互互相相转转化化。过过去去往往往往把把地地表表水水资资源源和和地地下下水水资资源源之之和和作作为为总总水水资资源源，忽忽略略了了两两者者之之间间相相互互转转化化造造成成

6、的的重重复复估估算算部部分分，使使结结果果偏偏大大。n n一一个个较较大大的的天天然然流流域域，往往往往由由上上游游山山丘丘区区和和下下游游平平原原区区组组成成，现现分分别别对对它它们们的的水水资资源源估估算算原原理理阐阐述述如如下下：大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流 大家有疑问的，可以询问和交流8 1上游山丘区 按照补排均衡的原理，一定时段常取按照补排均衡的原理，一定时段常取1a)1a)的水量的水量平衡方程式为平衡方程式为 PPRR十十EE十十UGUG十十VV十十EE采采(7(71)1)式中：式中：PP时段内的降水量；时段内的降水量；RR一时段内的河川径流量；一时段内

7、的河川径流量；EE一时段内的总蒸散发量；一时段内的总蒸散发量；UGUG时段内的地下潜流量；时段内的地下潜流量；EE采采时段内的地下水净开采里；时段内的地下水净开采里；vv流域的蓄水变量，包括地么、包气带流域的蓄水变量，包括地么、包气带和地下水的蓄水变量和地下水的蓄水变量 在在多多年年平平均均情情况况下下，vv这这项项可可忽忽略略不不计计，上上式式简简化化为为（77-22）因因为为河河川川径径流流RR由由地地表表径径流流RRSS和和地地下下径径流流RRGG组组成成，总总蒸蒸散散发发由由地地表表蒸蒸散散发发EESS(包包括括土土壤壤蒸蒸发发在在内内)和和潜潜水水蒸蒸发发EEGG组组成成，故故式式(

8、7722)可可写写为为（77-33）1上游山丘区 多多年年平平均均情情况况下下，地地下下水水的的补补给给量量即即降降雨雨入入渗渗补补给给量量PPGG和和排排泄泄量量应应相相等等，这这部部分分水水量量就就是是评评价价的的地地下下水水资资源源WWGG。地地下下水水的的排排泄泄量量有有河河川川基基流流(地地下下径径流流)RRGG、潜潜水水蒸蒸发发EEGG、地地下下潜潜流流EEGG和和地地下下水水净净开开采采量量EE采采。故故地地下下水水资资源源WWGG可可用用下下式式表表示示：（77-44）将将式式(7744)代代入入式式(7733)，得得到到（77-55）根根据据区区域域水水资资源源的的概概念念，

9、山山丘丘区区的的水水资资源源总总量量WW为为（77-66）或或者者（77-77）不不难难看看出出，式式(7744)中中把把地地下下径径流流RRGG纳纳入入地地下下水水资资源源PPGG中中，式式(7777)中中则则把把RRGG纳纳入入河河川川径径流流之之中中，均均可可避避免免RRGG由由地地下下水水中中转转化化为为河河川川径径流流的的一一部部分分可可能能造造成成的的重重复复计计算算问问题题。n n 当山丘地区地下水埋深较大当山丘地区地下水埋深较大(大于大于4m)4m)时，时，EGEG可以可以忽略；在一定的水文地质条件下，忽略；在一定的水文地质条件下，UGUG也能忽略若也能忽略若地下水开采量地下水

10、开采量EE采采也不大而可以不计时，式也不大而可以不计时，式(7(77)7)就简化为就简化为（7-87-8）n n 上式表示在一定的条件下，山丘区的河川径流量上式表示在一定的条件下，山丘区的河川径流量就是总水资源量；地下径流量就能代表地下水资就是总水资源量；地下径流量就能代表地下水资源。如果地下水还有越流补给和向深层渗漏的情源。如果地下水还有越流补给和向深层渗漏的情况要另行计入，但一般情况下这两项的数量都很况要另行计入，但一般情况下这两项的数量都很小，均可忽略不计。小，均可忽略不计。n n在在石石灰灰岩岩山山区区，因因岩岩溶溶裂裂隙隙和和构构造造裂裂隙隙发发育育，河河道道渗渗漏漏量量可可能能很很

11、大大，这这部部分分水水最最后后将将以以基基流流或或潜潜流流的的形形式式排排泄泄，真真处处理理比比较较复复杂杂，若若这这些些水水在在山山区区内内已已排排泄泄入入河河道道并并流流经经山山口口的的河河道道断断面面，则则已已计计入入基基流流之之中中；若若在在区区内内没没有有来来得得及及排排泄泄出出，则则应应计计入入潜潜流流之之中中，2下游平原区n n 由图由图7711可见，平原区的水量平衡同样可以用式可见，平原区的水量平衡同样可以用式(7(75)5)所示，一般条件下的降雨入渗补给量所示，一般条件下的降雨入渗补给量PGPG也也包括包括RGRG、EGEG、UGUG和和EE采采等项，但平原区的地下水等项，但

12、平原区的地下水开采量开采量EE采采占总排泄量的比重较大，不能忽略。占总排泄量的比重较大，不能忽略。n n由于人工开采量受人为的开采水平影响很大，因由于人工开采量受人为的开采水平影响很大，因而平原地区按排泄旦计算的地下水资源量已不再而平原地区按排泄旦计算的地下水资源量已不再是天然情况下的多年平均值，而是指现状开采条是天然情况下的多年平均值，而是指现状开采条件下件下(包括过量开采包括过量开采)的多年平均值，故目前国内外的多年平均值，故目前国内外都不通过排泄量的估算，而是采用补给量的分析都不通过排泄量的估算，而是采用补给量的分析来评价平原地区的水资源。来评价平原地区的水资源。n n平原区的地下水除了

13、本地的降雨入渗补给外，还平原区的地下水除了本地的降雨入渗补给外，还有上游山区的侧排潜流补给有上游山区的侧排潜流补给UGUG山山、地表水回归渗、地表水回归渗漏补给漏补给QQ表补表补，所以，所以（7-97-9）式中：式中：WGWG平平平原地区的地下水资源量。平原地区的地下水资源量。（7-107-10）n n地表水回归渗漏补给地表水回归渗漏补给QQ表补表补由河道渗漏由河道渗漏QQ河河、渠系渗、渠系渗漏漏QQ渠渠和田间回归和田间回归QQ田田33部分组成，即部分组成，即（7-117-11）n n根根据据本本地地水水资资源源的的定定义义，参参照照式式(7766)，平平原原区区水水资资源源总总量量为为（77

14、-1122）n n此此时时，就就会会有有平平原原区区的的地地下下水水资资源源量量WWGG平平大大于于本本地地水水资资源源总总量量的的现现象象，这这是是由由水水资资源源的的转转化化造造成成的的。3全流域全流域的多年平均水量平衡方程式，与式全流域的多年平均水量平衡方程式，与式(7(75)5)相同相同（7-137-13）全流域的地表水资源全流域的地表水资源WSWS全全，即河川径流量为，即河川径流量为（7-157-15）全流域的地下水资源全流域的地下水资源WGWG全全为为（7-167-16）式中：式中：WGWG重重 山区中和平原区之间的重复估算地下山区中和平原区之间的重复估算地下水量，包括山区的侧排水

15、量，包括山区的侧排(潜流潜流)和地表回渗补给中的和地表回渗补给中的基流回渗部分。基流回渗部分。因此，全流域的总水资源可用以下两种方法推求：（7-17）或者（7-18）7.2 降水分析（略）7.3径流分析及设计年径流计算（略）7.4 蒸发分析7.4.1 7.4.1 水面蒸发水面蒸发n n 水面蒸发既能反映流域内各种地表水体的蒸发，还水面蒸发既能反映流域内各种地表水体的蒸发，还可以反映出流域蒸发能力，是最基本的分析项目。可以反映出流域蒸发能力，是最基本的分析项目。n n结合现有的资料条件，认为如果有结合现有的资料条件，认为如果有1015a1015a以上的观以上的观测资料，即可满足分析要求。测资料，

16、即可满足分析要求。n n现规定现规定EE60l60l型蒸发器作为全国统一采用的型号，型蒸发器作为全国统一采用的型号，分析绘制其年蒸发量的统计参数等值线。其他型号分析绘制其年蒸发量的统计参数等值线。其他型号蒸发器的观测资料都要折算为蒸发器的观测资料都要折算为EE60l60l型蒸发器的蒸型蒸发器的蒸发量。发量。7.4.2 蒸发能力和干旱指数n n蒸蒸发发能能力力EEPP是是指指在在定定的的气气象象条条件件下下，充充分分湿湿润润的的陆陆地地表表面面可可能能最最大大蒸蒸发发量量。它它是是陆陆面面蒸蒸发发的的上上限限指指标标，是是估估算算陆陆面面蒸蒸发发，进进行行地地区区湿湿润润条条件件和和灌灌溉溉模模

17、数数分分析析，以以及及用用间间接接近近径径估估算算径径流流的的主主要要参参数数。由由于于：其其测测量量很很困困难难，一一般般多多用用公公式式计计算算，如如布布迪迪科科公公式式等等。还还用用EE6600ll的的观观测测值值EE660011估估算算，即即：（66-2255）n n式式中中：KK折折算算系系数数，据据国国外外分分析析湿湿润润地地区区的的KK值值大大于于00.99，干干旱旱地地区区和和半半干干旱旱地地区区的的小小于于00.99，我我国国目目前前暂暂取取KK00.99。n n在气候学上，将年蒸发能力的年降水量之比称为在气候学上，将年蒸发能力的年降水量之比称为干早指数干早指数rr，或称为干

18、燥度，即，或称为干燥度，即（7-267-26）n n当当rr11时，气候偏于湿润，时，气候偏于湿润，rr越小，气候越湿润；越小，气候越湿润；rr11时偏于干燥，时偏于干燥，rr越大越干燥。气候分带与下越大越干燥。气候分带与下旱指数的关系如表旱指数的关系如表7722。干旱指数也是干旱分析。干旱指数也是干旱分析的一种工具。的一种工具。表7-2 气候干湿分带与干旱指数关系77.44.33 陆陆面面蒸蒸发发n n直直接接观观测测陆陆面面蒸蒸发发困困难难，目目前前都都用用水水量量平平衡衡法法估估算算，即即由由流流域域的的年年降降水水量量和和年年径径流流量量相相减减得得到到。77.55 泥泥沙沙分分析析（

19、略略）7.6 区域地表水资源n n国国民民经经济济的的发发展展常常以以行行政政区区域域为为单单元元，故故水水资资源源评评价价也也要要提提供供区区域域水水资资源源报报告告。n n 区区域域地地表表水水资资源源估估算算的的主主要要内内容容有有区区域域面面积积的的确确定定，区区域域年年径径流流系系列列的的组组成成及及统统计计参参数数的的计计算算等等。7.6.1 区域地表水资源的估算77.66.11.11 径径流流系系列列的的组组成成n n在在较较大大的的区区域域内内，径径流流的的地地区区分分布布是是不不均均匀匀的的，其其中中各各个个小小流流域域(或或区区间间)在在同同一一年年出出现现的的径径流流量量

20、。在在它它们们各各自自的的系系列列中中占占合合的的经经验验频频率率也也不不相相同同。反反之之，各各部部分分具具有有相相同同频频率率的的年年径径流流量量也也不不可可能能恰恰好好在在同同一一年年同同步步出出现现。因因此此，估估算算区区域域地地表表水水资资源源时时不不能能简简单单地地将将各各个个小小流流域域和和区区间间同同频频率率的的年年径径流流量量相相加加而而得得，必必须须设设法法先先求求出出各各部部分分同同步步的的区区域域年年径径流流系系列列，再再进进行行频频率率分分析析，计计算算出出各各种种频频率率的的年年径径流流量量。区域径流系列的组成，有以下一些方法：区域径流系列的组成，有以下一些方法：n

21、 n(1)(1)如区域内河流上、下游的自然地理条件较一致，如区域内河流上、下游的自然地理条件较一致，且有一个或几个代表性较好的水文站控制本区域且有一个或几个代表性较好的水文站控制本区域的大部分面积，可按面积比求出历年的年径流量，的大部分面积，可按面积比求出历年的年径流量，组成径流量系列。组成径流量系列。n n(2)(2)区域内仅有区域内仅有个控制站，其上游与下游的降水个控制站，其上游与下游的降水量相差较大，但下垫面积却相差不大，可以降水量相差较大，但下垫面积却相差不大，可以降水量为权重计算区域的年径流量。量为权重计算区域的年径流量。（7-357-35）n n(3)(3)流域内的水文站控制而积很

22、小，或区域由几个流域内的水文站控制而积很小，或区域由几个独立的水系组成、且仅个别水系有水文站时建独立的水系组成、且仅个别水系有水文站时建立年降水径流关系，由历年的降水量推算出历年立年降水径流关系，由历年的降水量推算出历年的径流量。的径流量。n n(4)(4)区域内无控制站降水资料也缺乏，在年径流区域内无控制站降水资料也缺乏，在年径流量均值等值线上查算得区域的均值，再在邻近地量均值等值线上查算得区域的均值，再在邻近地区寻找有实测径流资料的相似流域，用均值比法区寻找有实测径流资料的相似流域，用均值比法修正相似流域的历年径流量系列后移用至无资料修正相似流域的历年径流量系列后移用至无资料区域，作为本区

23、域的径流量系列。区域，作为本区域的径流量系列。n n(5)(5)西北及内蒙古的内陆可流，年得流深小于西北及内蒙古的内陆可流，年得流深小于5mm5mm，一般不再估算地表水资源，但在计算全省，一般不再估算地表水资源，但在计算全省(自治自治区区)的径流深时，应计入这部分面积。若水文站的的径流深时，应计入这部分面积。若水文站的控制匝积已包括这部分地区时，应注意不要重复。控制匝积已包括这部分地区时，应注意不要重复。7.6.1.2 山丘区的地表水资源分析n n在在天天然然条条件件下下，山山丘丘区区的的河河川川径径流流通通常常就就是是总总水水资资源源(闭闭合合流流域域，潜潜流流UUGG00)，地地表表水水资

24、资源源即即地地表表径径流流量量。如如将将历历年年的的河河川川径径流流过过程程分分割割为为地地表表径径流流RRSS和和地地下下径径流流RRGG、使使得得到到RRSS和和RRGG两两个个系系列列，分分别别对对RR、RRSS、RRCC进进行行统统计计分分析析，求求出出统统计计参参数数就就可可推推求求各各种种频频率率年年份份的的总总水水资资源源、地地表表和和地地下下水水资资源源量量。7.6.1.3 平原地区的水资源分析n n平原地区的水资源总量由式平原地区的水资源总量由式(7(712)12)表示。在表示。在“三三水水”转化强烈的地区，还有地表水以河渠渗漏、转化强烈的地区，还有地表水以河渠渗漏、田问渗漏

25、的形式转化为地下水；同时有地下水向田问渗漏的形式转化为地下水；同时有地下水向河川径流补给的基础。此时，总的水资源为河川径流补给的基础。此时，总的水资源为（7 41）7.6.1.4 区间的水资源分析n n 区区间间、两两端端开开口口、上上端端接接受受上上一一个个计计算算单单元元的的输输入入，下下端端又又向向一一个个计计算算单单元元输输出出。区区间间可可利利用用的的水水资资源源由由本本地地产产水水量量和和客客水水两两部部分分组组成成。n n 客客水水，一一般般指指流流入入本本区区的的非非本本地地产产生生的的河河川川径径流流，但但在在地地表表、地地下下水水多多次次转转化化的的地地区区，上上游游的的河

26、河川川径径流流转转化化为为潜潜流流，再再流流入入本本区区，也也是是客客水水。它它们们都都不不是是本本地地降降水水形形成成的的产产水水量量。对对客客水水的的分分析析就就是是对对上上游游河河川川径径流流的的分分析析估估算算。客客水水在在上上游游水水资资源源估估算算时时已已经经计计入入，在在估估算算区区间间水水资资源源时时不不计计入入，但但在在进进行行水水资资源源供供需需分分析析时时，可可考考虑虑作作为为可可利利用用的的水水资资源源。山丘区n n下下断断面面和和上上断断面面河河川川径径流流量量之之差差即即区区间间的的总总水水资资源源故故从从理理论论上上讲讲，将将每每年年的的下下断断面面径径流流量量减

27、减去去上上断断面面径径流流量量，得得到到区区间间的的径径流流量量系系列列，即即可可按按前前述述方方法法作作频频率率分分析析，但但误误差差很很大大。地地表表径径流流量量同同样样可可以以分分析析估估算算。如如缺缺乏乏径径流流资资料料，需需要要用用水水文文比比拟拟法法，例例如如在在本本区区间间有有独独立立闭闭合合的的小小流流域域水水文文资资料料，可可参参照照其其分分析析成成果果确确定定整整个个区区间间的的水水资资源源。平原区n n平平原原型型的的区区间间，水水文文比比拟拟法法是是主主要要的的分分析析工工具具。在在本本区区间间内内或或邻邻近近地地区区寻寻找找代代表表流流域域或或水水平平衡衡计计算算区区

28、，分分析析流流域域模模型型的的结结构构和和参参数数，建建立立水水文文模模型型，或或者者分分析析重重复复水水量量系系数数(RRGGRR)、降降雨雨径径流流关关系系、河河渠渠渗渗漏漏经经验验公公式式等等。把把它它们们移移用用到到整整个个区区间间。6.6.1.5 区域水资源的汇总n n 水水资资源源评评价价时时，先先根根据据水水系系和和流流域域划划分分大大区区，称称为为II级级区区，在在级级区区内内再再视视支支流流等等情情况况划划分分为为若若干干级级区区，又又继继续续往往下下划划分分级级区区，最最末末一一级级称称为为计计算算单单元元。最最上上游游的的各各计计算算单单元元和和区区间间的的水水资资源源估

29、估算算出出来来后后，再再向向高高一一级级水水资资源源分分区区汇汇总总，即即分分析析估估算算更更大大区区域域的的水水资资源源。n n在在一一个个较较大大的的区区域域内内，各各个个计计算算单单元元同同一一年年出出现现的的年年径径流流量量(年年降降水水量量)在在各各自自的的系系列列中中占占有有的的经经验验频频率率往往往往校校是是不不同同的的，即即各各个个单单元元具具有有相相同同频频率率的的年年径径流流量量木木大大可可能能在在同同一一年年发发生生。因因此此，不不能能把把各各个个单单元元同同频频率率的的年年径径流流星星相相加加作作为为整整个个地地区区这这一一频频率率的的年年径径流流量量，推推而而广广之之

30、，总总水水资资源源、地地表表和和地地下下水水资资源源也也都都是是如如此此。必必须须先先设设法法求求出出整整个个地地区区的的水水资资源源星星系系列列，再再进进行行频频率率计计算算，以以推推算算各各种种频频率率年年份份的的水水资资源源。7.6.2 主要江河年径流量的估算n n分分析析的的内内容容基基本本上上如如前前所所述述，但但要要注注意意干干流流、支支流流各各站站统统计计参参数数的的合合理理协协调调。一一般般情情况况下下径径流流的的均均值值、上上下下游游、于于支支流流应应取取得得平平衡衡，同同一一条条河河流流上上游游的的CCvv大大于于下下游游的的，支支流流的的CCvv大大于于干干流流的的。但但

31、也也有有例例外外。7.6.3 7.6.3 入境水量 入境水量n n 区域并不一定闭合，可能有一条或几条河流穿越本区，区域并不一定闭合，可能有一条或几条河流穿越本区，带来客水。对它进行分析后要加以说明，以避免与上游地 带来客水。对它进行分析后要加以说明，以避免与上游地区产生重复估算。区产生重复估算。7.6.4 7.6.4 入海水量 入海水量n n 入海水量是指一个流域直接注入海洋的水量。任何一个 入海水量是指一个流域直接注入海洋的水量。任何一个完整闭合的流域，最下游的控制站总还不可能控制全流域，完整闭合的流域，最下游的控制站总还不可能控制全流域，从它以下至入海口这一区间的水量无法被控制。因此，控 从它以下至入海口这一区间的水量无法被控制。因此，控制站的径流量还要加上其下游区间的径流量才是真正的入 制站的径流量还要加上其下游区间的径流量才是真正的入海水量。其中前者即上述的江河年径流量。海水量。其中前者即上述的江河年径流量。n n 由入海水量的概念，可引伸出不直接入海的各级江、河支 由入海水量的概念，可引伸出不直接入海的各级江、河支流的出境水量 流的出境水量