區(qū)域水資源估算與評(píng)價(jià)

2區(qū)域水資源估算與評(píng)價(jià)2.1區(qū)域水資源估算概述2.1.1區(qū)域水資源估算的任務(wù)研究區(qū)域內(nèi)降水、蒸發(fā)、地表水、地下水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；計(jì)算河川徑流量及地下水資源量、水質(zhì)及時(shí)空分布特點(diǎn)。2.1.2區(qū)域水循環(huán)和水平衡對(duì)特定區(qū)域而言，水循環(huán)過(guò)程見下圖示：水量轉(zhuǎn)換關(guān)系區(qū)域水循環(huán)概念模式區(qū)域水量平衡方程某時(shí)段內(nèi),區(qū)域的水量平衡方程為:

P=R+E+Ug

±△V式中,P—降水量

R—河川徑流量，R=Rs+Rg其中地表徑流Rs為：

Rs

=P–Es-Up±（△V1

＋△V2

）

Up－地下水補(bǔ)給量，Up=Rg

+Eg

+Ug±△V3

E—蒸發(fā)量，E=Es+Eg

Ug

—地下水潛流量△V—調(diào)蓄量總和，△V＝△V1＋△V2＋△V3在多年均衡的情況下，

以上各式反映了某區(qū)域在多年均衡情況下，降水量、地表徑流與地下水補(bǔ)給量三者之間的關(guān)系。降雨產(chǎn)水量降雨產(chǎn)水量是水分循環(huán)中每年可更新或恢復(fù)的地表水和地下水的淡水動(dòng)態(tài)水量，即區(qū)域的水資源量。降雨產(chǎn)水量為形成河川的徑流和地下潛流量之和，其計(jì)算公式為：區(qū)域水資源量計(jì)算式的一般形式為：因此，要進(jìn)行區(qū)域水資源估算，需求出：河川徑流量；地下水總補(bǔ)給量；重復(fù)水量。2.1.3區(qū)域水資源量計(jì)算工作內(nèi)容基本資料的收集、審查及分析；水資源分區(qū)；降水、蒸發(fā)量的計(jì)算；河川徑流量的分析計(jì)算；地下水補(bǔ)給量的分析計(jì)算；區(qū)域產(chǎn)水資源量計(jì)算。2.2降水量的計(jì)算降水是指大氣中液態(tài)或固態(tài)的水汽凝結(jié)物從大氣降落到地面的現(xiàn)象。主要指降雨。降水量是依據(jù)一定范圍內(nèi)多年收集的降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出。2.2.1與降水有關(guān)的氣象因素1、氣溫2、氣壓3、濕度4、云5、風(fēng)與蒸發(fā)2.2.2降雨特性

降雨特性可用降雨量、降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、暴雨中心等表示。降雨量指一定時(shí)段內(nèi)降落在某一點(diǎn)或某一面積上的總水量，用深度表示，以mm計(jì)；降雨歷時(shí)指一次降雨所經(jīng)歷的時(shí)間，以分鐘、小時(shí)、天為單位；降雨強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)的降雨量，以mm/h或mm/min計(jì)。降雨強(qiáng)度反映了一次降雨的強(qiáng)弱程度，可利用降雨強(qiáng)度對(duì)降雨分級(jí)。等級(jí)小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨12h降雨量/mm0.2~5.05~1515~3030~7070~100＞10024h降雨量/mm＜1010~2525~5050~100100~200＞2002.2.3流域面平均降雨量的計(jì)算由水文觀測(cè)站觀測(cè)到的降雨量稱為點(diǎn)雨量。在水文計(jì)算中需要計(jì)算全流域（或地區(qū)）的降雨量，即面雨量。由點(diǎn)雨量推求面雨量的方法有：算術(shù)平均法垂直平均法（泰森多邊形法）等雨深線法1、算術(shù)平均法當(dāng)計(jì)算區(qū)域內(nèi)各雨量取樣站點(diǎn)分布比較均勻且密度較大、地形起伏變化不大時(shí)，可以用各雨量站同時(shí)段降雨量之和除以雨量站總數(shù)，即為該時(shí)段流域平均降雨量。2、垂直平均法(泰森多邊形法)當(dāng)流域內(nèi)雨量站分布不均勻時(shí)，流域各處的降雨量可以用距離其最近的雨量站觀測(cè)值代表。首先將各雨量站每相鄰兩點(diǎn)間用直線連接，并盡量使其構(gòu)成銳角三角形網(wǎng)，然后分別作各三角形每條邊的垂直平分線，并讓其彼此相交，這些垂直平分線及其交點(diǎn)將圍繞采樣點(diǎn)形成相應(yīng)的多邊形封閉區(qū)域，而且每個(gè)部分面積中正好有一個(gè)雨量站。3、等雨深線法若流域內(nèi)有足夠多的雨量站，可以繪制同時(shí)段降雨量的等值線圖時(shí)，可以用等雨深線法計(jì)算該時(shí)段流域平均降雨量。2.3蒸發(fā)量的計(jì)算◆蒸發(fā)是水循環(huán)的基本環(huán)節(jié)之一，對(duì)徑流的形成有直接影響，研究流域蒸發(fā)對(duì)流域水資源的規(guī)劃、管理和開發(fā)利用都有重要意義。◆蒸發(fā)是水循環(huán)中自降水到達(dá)地面后由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)化為水汽返回大氣的階段。◆蒸發(fā)的大小可以用蒸發(fā)量或蒸發(fā)率表示。蒸發(fā)量是指在某一時(shí)段內(nèi)蒸發(fā)掉的水層深度，以mm計(jì)；蒸發(fā)率是指單位時(shí)間的蒸發(fā)量，或稱蒸發(fā)速度，以mm/min或者mm/h計(jì)?！袅饔蛏系恼舭l(fā)包括水面蒸發(fā)和陸面蒸發(fā)，其中陸面蒸發(fā)包括土壤蒸發(fā)和植物蒸發(fā)?！粲绊懰嬲舭l(fā)的主要因素有溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓等氣象條件；確定水面蒸發(fā)量的方法有器測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)公式法、水量平衡法和熱量平衡法等?！絷懨嬲舭l(fā)情況復(fù)雜，影響陸面蒸發(fā)的因素有：氣象因素、土壤性質(zhì)、土壤含水量、地下水位的高低、地勢(shì)和植被狀況等條件?！粲捎诹饔騼?nèi)氣象條件和下墊面條件復(fù)雜，流域總蒸發(fā)難以直接測(cè)出，實(shí)用的方法是先對(duì)流域進(jìn)行綜合研究，再用水量平衡法推算流域的總蒸發(fā)量。對(duì)于多年平均情況，有

E=P-R

其中：E—流域多年平均蒸發(fā)量，mm；

P—流域多年平均降水量，mm；

R—流域多年平均徑流深，mm。2.4河川徑流量計(jì)算

河川徑流是指降落到地面的雨水，除植物截流、地面填洼、下滲、蒸發(fā)等損失外，其余的由地下和地面匯集到河槽中并沿著河槽流動(dòng)的水流。其中：沿著地面流動(dòng)的水流稱為地面徑流或地表徑流；沿土壤巖石孔隙流動(dòng)的水流稱為地下徑流或河川基流。2.4.1河川徑流的形成1、降水階段；2、流域蓄滲階段；3、坡面漫流階段；4、河槽集流階段。2.4.2河川徑流的表示方法流量Q：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一過(guò)水段面的水量。

流量隨時(shí)間的變化過(guò)程可用流量過(guò)程線表示。徑流總量W：一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)河流某一過(guò)水?dāng)嗝娴目偹?。W=Q.T(Q—時(shí)段平均流量)徑流深R：某一時(shí)段內(nèi)的徑流總量平鋪在全流域面積上所得的水層深度。R=W/1000F(F—流域面積，Km2)徑流模數(shù)M：?jiǎn)挝幻娣e上所產(chǎn)生的流量。M=Q/F徑流系數(shù)：同一時(shí)段內(nèi)的徑流深與降雨量的比值。2.4.3影響年徑流量及年內(nèi)分配的因素一、氣候因素對(duì)年徑流量的影響氣候因素中年降雨量與年蒸發(fā)量對(duì)年徑流量的影響程度隨地理位置、高程不同而有差異。二、下墊面因素對(duì)年徑流量的影響地形：通過(guò)對(duì)降雨、蒸發(fā)、氣溫的影響而間接對(duì)年徑流量發(fā)生作用。湖泊：通過(guò)對(duì)蒸發(fā)的影響間接影響年徑流量，還通過(guò)對(duì)流域蓄水量的調(diào)節(jié)影響年徑流量的變化。流域大?。毫饔蛎娣e增大徑流量變化相應(yīng)減小。河道特性：河道的糙率、坡度、過(guò)水?dāng)嗝娴拇笮『托螤畹葧?huì)影響到水流輸送速度和調(diào)蓄能力。土壤、巖石和地質(zhì)構(gòu)造：影響下滲量的大小。植被：植被和森林可以增加植物截留量，使匯流速度變慢，增加下滲和削減洪峰。三、人類活動(dòng)因素：人類活動(dòng)在一定程度上改變了流域的下墊面條件，從而改變了蒸發(fā)與徑流的比例、地面徑流與地下徑流的比例以及徑流在時(shí)間和空間上的分布。2.4.4河川徑流量計(jì)算的任務(wù)1、計(jì)算多年平均年徑流量；2、計(jì)算年徑流量的年際變化特征；

3、計(jì)算不同頻率的年徑流量以及相應(yīng)的年內(nèi)分配特征。2.4.5年徑流量的基本概念1、年徑流量一年內(nèi)通過(guò)河流某控制斷面（如取水口或堰壩所在斷面）的水量稱為這個(gè)斷面以上流域的年徑流量。2、多年平均年徑流量利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出的某河流實(shí)測(cè)各年徑流量的平均值稱為多年平均年徑流量。3、正常年徑流量隨著統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)資料年數(shù)的增加，年徑流量的均值將趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值，此值稱為正常年徑流量。4、設(shè)計(jì)年徑流量通過(guò)河流某指定斷面對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的年徑流量稱為設(shè)計(jì)年徑流量。2.4.6有長(zhǎng)期徑流資料時(shí)河川徑流量的計(jì)算2.4.6.1資料三性的審查用以往長(zhǎng)期實(shí)測(cè)年徑流系列來(lái)反映未來(lái)的年徑流變化時(shí)，要審查實(shí)測(cè)系列的可靠性、一致性和代表性。可靠性審查：審查徑流資料的合理可靠性。審查測(cè)站的集水面積的變動(dòng)情況；審查水位-流量關(guān)系線。一致性審查：審查受影響的徑流與天然徑流的一致性；代表性分析：分析樣本系列分布對(duì)總體分布的接近程度。資料年數(shù)ｎ越長(zhǎng)，樣本越具有代表性，用它來(lái)估算總體誤差就越??；一般用長(zhǎng)系列來(lái)檢驗(yàn)短系列的代表性，從而推估設(shè)計(jì)站同期系列的代表性。2.4.6.2多年平均年徑流量計(jì)算1、實(shí)測(cè)年徑流量（由水文站按《水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范》進(jìn)行測(cè)量，分別測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝婷娣e和流速得到）2、計(jì)算多年平均年徑流量y平均=1/n∑yiy平均——平均年徑流量Yi——實(shí)測(cè)各年年徑流量2.4.6.3不同頻率年徑流量的推求一、水文統(tǒng)計(jì)的基本概念1、隨機(jī)變量：隨機(jī)試驗(yàn)中事件結(jié)果所取的數(shù)值稱為隨機(jī)變量。2、系列：由隨機(jī)變量組成的一系列數(shù)值稱為隨機(jī)變量系列。3、總體：在隨機(jī)試驗(yàn)中，隨機(jī)變量所有可能不同結(jié)果的全體稱為總體。4、樣本：對(duì)隨機(jī)變量的n次隨機(jī)試驗(yàn)中所得n個(gè)具有獨(dú)立性的觀測(cè)值稱為容量為n的隨機(jī)樣本。5、機(jī)率：隨機(jī)事件客觀上出現(xiàn)的可能性稱為機(jī)率。它表示隨機(jī)事件發(fā)生可能程度的理論值。6、頻率：在具體的隨機(jī)試驗(yàn)中，隨機(jī)事件時(shí)機(jī)出現(xiàn)的次數(shù)與試驗(yàn)總數(shù)之比稱為頻率。它表示隨機(jī)事件發(fā)生可能程度的實(shí)測(cè)值。7、累積頻率：在無(wú)數(shù)次重復(fù)隨機(jī)試驗(yàn)中，等量或超量累計(jì)頻數(shù)與總的試驗(yàn)次數(shù)之比稱為累積頻率。8、重現(xiàn)期：等于或大于某隨機(jī)變量平均多少年一遇的年距稱為重現(xiàn)期。它等于累積頻率的倒數(shù)。二、河流水文隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)1、均值：指樣本系列的算術(shù)平均值。2、均方差：總體各單位標(biāo)準(zhǔn)值與其平均數(shù)離差平方的算術(shù)平均數(shù)的平方根。它反映組內(nèi)個(gè)體間的離散程度。3、變差系數(shù)：指均方差與均值之比。它反映實(shí)測(cè)系列對(duì)平均數(shù)的離散程度。4、偏差系數(shù)：反映樣本系列不對(duì)稱程度的參數(shù)。5、模比系數(shù)6、離均系數(shù)：離均系數(shù)Φ是對(duì)隨機(jī)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的隨機(jī)變量。7、極值比

三、某一頻率下設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算1、選樣，分析實(shí)測(cè)資料的三性；2、計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線；3、計(jì)算徑流量均值、偏差系數(shù)、變差系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù)4、用適線法調(diào)整參數(shù)確定理論頻率曲線；5、推求不同設(shè)計(jì)頻率的年徑流量。例：已收集到某站1950~1984年的實(shí)測(cè)最大流量記錄，見表1.試用試錯(cuò)適線法確定P=1%設(shè)計(jì)最大流量。表1記錄年份Qi(m3/s)記錄年份Qi(m3/s)記錄年份Qi(m3/s)195011200196217700197453401951815019631200019751150019529690196459601976424019531280019651060019775590195418500196632201978365019558220196761601979522019561330019688020198078501957850019691080019814520195810500197080001982595019591070019717290198351001960121001972549019847450196113900197310798解：1、計(jì)算經(jīng)驗(yàn)累積頻率曲線先將實(shí)測(cè)值不論年序按流量由大到小排列，統(tǒng)計(jì)各流量的發(fā)生頻數(shù)f、累積頻數(shù)m及經(jīng)驗(yàn)累積頻率P=m/n+1，計(jì)入表2中（三）（七）欄，繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線。

2、計(jì)算實(shí)測(cè)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)

Q平均=∑Q/n=310098/35=8860(m3/s)

Ki=Qi/Q平均（見（四）欄）

Cv=(∑(Ki-1)2/n-1)1/2=(6.0452/35-1)1/2=0.423、取Cs=2Cv，Cs=3Cv，Cs=4Cv，列表試算合適理論累積頻率曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，見表3，繪制理論累積頻率曲線，選擇合適的理論曲線。比較可知Cs=3Cv時(shí)的理論曲線較合適。

4、Q平均=8860m3/s，Cs,1.26，Cv=0.42得

Qp=20700m3/s.

表2某站實(shí)測(cè)最大流量經(jīng)驗(yàn)累積頻率計(jì)算表

序號(hào)記錄年份

Qi

KiKi-1(Ki-1)2P=m/n+1%(一)（二）（三）（四）（五）（六）（七）11954185002.091.091.18812.821962177002.001.001.00005.631961139001.570.570.32498.341956133001.500.500.250011.151953128001.440.440.193613.961960121001.370.370.136916.771963120001.350.350.122519.481975115001.300.300.090022.291950112001.260.260.067625101969108001.220.220.048427.8111973107981.220.220.048430.6121959107001.210.210.044133.3序號(hào)記錄年份

Qi

KiKi-1(Ki-1)2P=m/n+1%(一)（二）（三）（四）（五）（六）（七）131965106001.200.200.040036.1141958105001.180.180.032438.915195296901.090.090.008141.716195785000.96-0.040.001644.417195582200.93-0.070.004947.218195181500.92-0.080.006450.019196880200.91-0.090.008152.820197080000.90-0.100.010055.621198078500.89-0.110.012158.322198474500.84-0.160.025661.123197172900.82-0.180.032463.924196761600.70-0.300.090066.725196459600.67-0.330.108969.4序號(hào)記錄年份

Qi

KiKi-1(Ki-1)2P=m/n+1%(一)（二）（三）（四）（五）（六）（七）26198259500.67-0.330.108972.227197755900.63-0.370.136975.028197254900.62-0.380.144477.829197453400.60-0.400.160080.630197952200.59-0.410.168183.331198351000.58-0.420.176486.132198145200.51-0.490.240188.933197642400.48-0.520.270491.734197836500.41-0.590.348194.435196632200.37-0.630.396997.2總計(jì)——31009835.000.006.0452——

表3理論累積頻率曲線計(jì)算表（Q=8860，Cv=0.42）0.010.1151025507590959999.92∮5.594.302.921.851.340.58-0.14-0.73-1.16-1.37-1.71-1.972∮Cv2.351.811.230.780.560.24-0.06-0.31-0.49-0.58-0.72-0.832Kp3.352.812.231.781.561.240.940.690.510.420.280.172Qp2970024900198001580013800110008330611045203720248015103Kp3.753.062.341.801.561.220.910.690.550.490.410.363Qp3320027100207001600013800108008060611048704340364031904Kp4.153.312.451.821.551.180.890.700.590.550.520.504Qp368002940021700161001370010500789062005230487046004430四、年徑流量變化特征1、河流徑流多年變化和年內(nèi)分配主要取決于補(bǔ)給水源。2、我國(guó)河流主要靠降雨補(bǔ)給，只有新疆、青海等地的部分河流靠冰川或融雪補(bǔ)給。3、反映年徑流量多年變化的統(tǒng)計(jì)特征，可用：

1）、年徑流變差系數(shù)；

2）、極值比；

3）、豐、平、枯水年的周期性和連豐、連枯年的持續(xù)性。4、靠降雨補(bǔ)給的河流Cv值大于靠冰川、融雪和降雨混合補(bǔ)給的河流Cv值，而后者的Cv值又大于靠地下水補(bǔ)給的河流Cv值。2.4.6.4河川徑流量的年內(nèi)分配計(jì)算一、正常年徑流年內(nèi)分配的計(jì)算◆正常年河川徑流量的年內(nèi)分布接近于多年平均情況；◆用歷年各月徑流量的多年平均值或用歷年各月徑流量的多年平均值占多年平均年徑流量的百分比表示。二、設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配計(jì)算1、典型年的選擇◆典型枯水年：年徑流量接近于設(shè)計(jì)年徑流量。設(shè)計(jì)頻率P=90%~97%；枯水期最長(zhǎng)、枯水流量最小，對(duì)工程不利。◆典型平水年：年徑流量接近于設(shè)計(jì)年徑流量。設(shè)計(jì)頻率P=50%；徑流年內(nèi)逐月分配接近于歷年逐月平均流量分配；對(duì)工程不利?！舻湫拓S水年：年徑流量接近于設(shè)計(jì)年徑流量。設(shè)計(jì)頻率P＜10%；洪水期徑流總量最大；年徑流總量最大；對(duì)工程不利。2、計(jì)算方法：◆同倍比縮放法◆同頻率縮放法2.5地下水資源估算2.5.1概述區(qū)域地下水資源分析計(jì)算的對(duì)象為淺層地下水；區(qū)域地下水資源分析計(jì)算的任務(wù)是掌握在當(dāng)?shù)亟邓a(bǔ)給條件下，經(jīng)水循環(huán)后的產(chǎn)水量，了解地下水與地表水之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而估算區(qū)域水資源量。地下水補(bǔ)給量的計(jì)算方法：根據(jù)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)的資料直接計(jì)算補(bǔ)給量；按照補(bǔ)、排相等原理，計(jì)算地下水排泄量用以替代地下水補(bǔ)給量。2.5.2地下水的循環(huán)地下水的循環(huán)是指地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄過(guò)程。地下水的補(bǔ)給：大氣降水的補(bǔ)給；地表水的補(bǔ)給；凝結(jié)水的補(bǔ)給；含水層之間的補(bǔ)給；人工補(bǔ)給。地下水的排泄含水層失去水量的過(guò)程叫做排泄。地下水的排泄方式：泉水排泄向地表水排泄蒸發(fā)排泄上、下含水層之間的排泄地下水的徑流地下水由補(bǔ)給區(qū)流向排泄區(qū)的過(guò)程叫做徑流；地下水徑流包括徑流方向、徑流速度與徑流量；地下水補(bǔ)給區(qū)與排泄區(qū)的相對(duì)位置與高差決定著地下水徑流的方向與徑流速度；補(bǔ)給條件、排泄條件好的含水層，徑流條件好；含水層透水性越強(qiáng)徑流條件越好。山丘區(qū)地下水的補(bǔ)給量用地下水的排泄量近似替代，包括：河川基流量；河床潛流量、山前側(cè)向流出量、山前泉水出露量；淺層地下水開采的凈耗量；潛水蒸發(fā)量。平原區(qū)地下水的計(jì)算可直接計(jì)算總補(bǔ)給量，也可用總排泄量替代：其總補(bǔ)給量包括：降水入滲量、山前側(cè)向流入補(bǔ)給量、河道滲漏量、水庫(kù)蓄水滲漏量、渠系滲漏量、田間入滲量、人工回灌量、越流補(bǔ)給量等。其總排泄量包括：向河道的排泄量、側(cè)向流出量、越流排泄量、人工開采凈耗量、潛水蒸發(fā)量等。◆主要的水文地質(zhì)參數(shù)●水文地質(zhì)參數(shù)是表征含水層性質(zhì)特征的重要參數(shù)，其數(shù)值的大小是含水層各種性能的綜合反映?！袼牡刭|(zhì)參數(shù)是進(jìn)行水文地質(zhì)計(jì)算和合理開發(fā)利用地下水的重要依據(jù)，同時(shí)關(guān)系到水量評(píng)價(jià)結(jié)果的正確與否?！癯２捎玫乃牡刭|(zhì)參數(shù)有：滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、釋水系數(shù)、給水度、降雨入滲系數(shù)、影響半徑、壓力傳導(dǎo)系數(shù)、越流系數(shù)等。1、降水入滲系數(shù)a●

降水入滲系數(shù)a是指某時(shí)段降水入滲補(bǔ)給地下水的那部分水量與降水量的比值?！馻值的大小取決于地表土層的巖性、土層結(jié)構(gòu)、地形坡度、植物覆蓋、降水量的大小以及降水形式等，其中地表土層的巖性的影響最顯著?！翊_定a值的方法有：動(dòng)態(tài)觀測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法等。2、給水度●給水度是指飽和含水層在重力作用下排出水的體積與整個(gè)含水層的總體積之比?！窠o水度是反映潛水含水層出水能力的參數(shù)?！窠o水度的確定方法有：實(shí)驗(yàn)室法、野外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法等。2.5.3地下水允許開采量的確定允許開采量是指