（水利工程专业论文）阜新市经济转型期水资源评价与开发.pdf

摘要 本次评价收集了阜新地区自有记录以来的降水、蒸发、径流、泥沙、地下水、 水质、取水、用水、退水以及与水资源评价有关的国民经济发展的各类资料。对 缺测或者不全的资料进行了插补和延长，并对所有的水文资料进行了合理性、一 致性和可靠性分析。 按照流域分区和行政分区原则分别进行地表和地下水资源评价，计算具体过 程中严格遵照水资源评价导则s l t 2 3 8 1 9 9 9 的基础上，采用了一些较新的 技术手段。例如求区域面积时利用m a p i n f o 工具，在进行数学计算时运用了 m a t l a b l e 数学公式。也编制了各种便于计算和统计的v b 以及v b a 程序，由于使 用了这些较为先进和快速的计算方法和手段，使得该项目从收集资料到报告书的 编写整个过程耗时不多。 与水资源评价一样，也对阜新地区的地表、地下、水库和排污口进行了水资 源质量评价，有些水体、取水口以及排污口并非常规的检测项目，本次评价进行 了三次( 按枯水期、平水期和丰水期原则) 全面的采样分析，对阜新地区的水质 状况进行了科学准确的评价。 阜新地区水资源短缺，而矿产资源丰富，特别是煤矿等矿藏开采后留有地 下空间后，就会有水量涌出，有效的利用这部分水资源，对于缓解水资源短缺的 局面有一定的作用。矿井水资源开发利用有较好前景。矿井涌水量大小受两种因 素的影响，一种是随着矿井开采空间的扩大而引起的涌水量数量的稳定增加；一 种是受降水等补给条件的影响，是涌水量变化的随机因素。本文通过对影响实测 涌水量的两种因素分离，利用很少的资料，分析出一种求解设计保证率的矿井水 可利用水量的方法。 关键词：地表水地下水水质矿井水 a b s t r a c t v a r i o u sd a t ar e l a t i n gt on a t i o n a le c o n o m yd e v e l o p m e n ta n dw a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n ts u c h a sp r e c i p i t a t i o n ，e v a p o r a t i o n ，r a n o i f , s e d i m e n t , g r o u n dw a t e r , w a t e rq u a l i t y , w a t e rd r a f ta n d u t i l i z a t i o nw a sc o l l e c t e df o rf u x i na r e ai nt h i sa s s e s s m e n t i n c o m p l e t ed a t ah a sb e e np r e p r o c e s s e d b yu s i n gi n t e r p o l a t i o na n de x t e n s i o n ，a n a l y s i so fr a t i o n a l i t y , c o n s i s t e n c ya n dr e l i a b i l i t yh a sb e e n d o n eo at h ew h o l eh y d r o l o g i cd a t a s u r f a c ew a t e ra n dg r o u n dw a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n tw a sp e r f o r m e dr e s p e c t i v e l yb yn a t u r a l a n da d m i n i s t r a t i v eb a s i n ，d e t a i l e dc a l c u l a t i o nw a sp e r f o r m e db a s e do n ag u i d et ow a t e r r e s o u r c e sa s s e s s m e n t s l t 2 3 8 - 1 9 9 9b yu s i n gs o m en e wt e c h n i q u e s f o r e x a m p l e ，m a p i n f ow a s u s e dt oc a l c u l a t eb a s i na r e aa n dm a t h e m a t i cc a l c u l a t i o nw a sd o n eb yu s i n gm a t l a b ，w h i l ef o rt h e c o n v e n i e n c eo fc a l c u l a t i o na n ds t a t i s t i c ss o m ep r o g r a m sw e r ed o n eb yu s i n gv ba n dv b a ，w h i c h m a d et h ew h o l ep r o c e d u r ef r o mc o l l e c t i n gd a t at om a k i n gt h er e p o r tc o s tn o ts om u c ht i m e t h es a m ea sw a t e rr e s o u r c e sa s s e s s m e n t ，w a t e rr e s o u r c e s q u a l i t ya s s e s s m e n tw a sa l s o p e r f o r m e df o rs u r f a c ew a t e r , g r o u n d w a t e r , w a t e rr e s e r v o i ra n dt r a s hp o r t ，o b s e r v e di t e m sf o rs o m e w a t e rb e d y , w a t e rd r a f ta n dt r a s hp o r ta r ei r r e g u l a r , w h i l es c i e n t i f i ca n da c c u r a t ea s s e s s m e n th a s b e e np e r f o r m e df o rf u x i na r e ab yt h r e et i m e s ( a c c o r d i n gt ot h er u l eo f l o ww a t e rp e r i o d ，n o r m a l w a t e rp e r i o da n dh i g hw a t e rp e d o d ) s a m p l i n ga n a l y s i s i nf u x i na r e a , w a t e rr e s o u r e c si sr a r ew h i l eo r er e s o u r c e si sa b u n d a n t , t h e r ew i l lb es p a c ea f t e r m i n i n g ，w h i c hl e a d st ow a t e re f f u s i n g ，h o wt ou t i l i z et h ew a t e rr e s o u r c ee f f e c t i v e l yh a ss o m e e f f e c to nr e s o l v i n gw a t e rr e s o u r c e sr a r i n gp r o b l e m e x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no f m i n ew a t e rh a s a9 0 0 dp e r s p e c t i v e w a t e re f f u s i n gq u a n t i t yo fm i n ei n f l u e n c e so ft w of a c t o r s ：o n ei se x p l o i t a t i o n s p a c eo fm i n e ，t h eo t h e ri sr e p l e n i s h m e n tc o n d i t i o ns u c ha sp r e c i p i t a t i o n w h i c hi sas t o c h a s t i c f a c t o r a v a i l a b l ew a t e rr e s o u r c e so fm i n eu n d e rd e s i g n e df i r mp r o b a b i l i t yc a nb eo b t a i n e db v s e p a r a t i n gt h e s et w of a c t o r su s i n gs m a l ld a t a k e y w o r d ：g r o u n dw a t e rg r o u n d e rw a t e r w a t e rq u a l i t yt r a n s i t i o no r e r u n o f f 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：! 里l 多坠2 0 0 6 年4 月店日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ： i 行欠2 0 0 6 年4 月岁日 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 阜新市是“因煤而立、因煤而兴”的资源型城市，是全国闻名的“煤电之城”，为 国家做出过重大贡献。但进入九十年代，由于煤炭资源的枯竭，许多煤矿工人下了岗， 阜新的经济发展陷入了困境。从2 0 0 1 年开始，阜新问题引起了党中央、国务院和辽宁 省委、省政府的重视，把阜新市经济转型列入日程，国家和省的有关部门多次到阜新调 研，帮助研究转型方案和规划，并确定阜新为全国资源型城市转型试点市，即由以工业 为主城市转变成以农业为主的城市。为配合经济转型计划，根据松辽水利委员会关于 阜新地区水资源规划工作意见和辽宁省水利厅关于阜新地区水资源综合利用规划 大纲，我们进行了阜新市水资源评价。 针对阜新地区水资源开发潜力偏低的事实，为充分开发利用现有各类水资源，特别 是对赋存于矿井、矿坑中的废弃水展开研究，为经济转型提供技术支撑，既要实现水资 源的循环利用，又达到开源节流的效果。 本次评价与研究主要依据水利部行业标准水资源评价导则( s l t 2 3 8 1 9 9 9 ) ，参 照了全国水资源综合规划技术大纲和阜薪市水资源综合规划技术工作大纲。 1 2 国内外水资源研究方法现状 1 2 1 水资源数量 地表水资源评价与研究方法主要运用陆地水文学的基本知识，陆地水文学的发展过 程就是地表水资源评价的发展过程。 现代科学技术使获取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了长足的进步。例 如，遥感技术的应用，使同时观测大范围内的宏观水文现象成为可能；核技术的应用使 人们能够获得微观水文信息；水文模拟方法、水文随机分析方法、水文系统分析方法， 使人们研究水文现象的能力发展到新的水平；尤其是电子计算机的应用，使水文科学从 水文观测到基本规律的研究，由人力和机械操作，发展到以电子计算机为核心的自动化。 水文科学和其他科学之间的边缘科学正在不断兴起，学科问的空隙逐渐得到填补。 同时，人们开始看到，水已成为影响社会发展的重要因素。水在表现它的自然属性的同 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第一章绪论 时，它的社会属性也日益表现出来，并逐渐为人们所认识。因此，水文科学将有可能发 展成为具有自然科学和社会科学双重性质的一门综合性科学。 地下水资源评价与研究的发展过程实际上就是水文地质学的发展沿革。 五十年代水文地质学的发展，由于紧跟现代科学新思潮，从传统水文地质学，走向 现代水文地质学，取得了重大进步。不仅在理论上有极大提高，而且在实际应用中，对 国民、经济规划国土整治、城市和工业建设、以及环境保护等，都发挥了重要作用。综 上所述，现代水文地质学的特征，主要表现为：与现代科学的新理论新学科紧密结合， 如系统论、信息论、控制论与相应产生的系统科学、环境科学、信息科学等，对水文地 质学的发展发生了重大影响。近年来正在发展的开放复杂巨系统理论、非线性动力系统 理论、以及耗散结构理论等，都会对今后水文地质学的发展，发生深远影响。现代应 用数学与水文地质学的结合，特别是数值模拟方法得到普遍应用，模型研究成为水资源 研究的主要内容，使水文地质学从定性研究发展到定量研究的新阶段。地下水的研究， 从地下水系统与自然环境系统相互关系的研究，扩大到与社会经济系统相互关系的研 究。地下水资源的研究，也从数学模型发展到管理模型与经济模型的研究。许多新的 分支学科的产生与发展，如区域水文地质学，岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境 水文地质学、医学环境地球化学、污染水文地质学，以及数学水文地质学、水资源水文 地质学等。新技术、新方法的应用，除计算机技术外，如遥感技术、同位素技术、自 动监测技术、室内模拟技术，以及有关水质分析技术等，都得到普遍应用，对推动水文 地质学的发展，发挥了重要作用。 1 2 2 水资源质量 我国评价方法的研究方面，主要集中在评价指数的数学处理上，几乎用尽了全部的 数学手段，但在评价结果的合理性方面仍进展不大。人们十分关心我国现行水资源质量 评价方法的科学性和合理性。从评价结果的表达上看，地图重叠法将水质级别的空间分 布表示的较为清楚、直观。如果单元河长划分的较为符合实际的话，这种表达也有可取 之处。目前沿用的水资源质量评价方法有不少缺点，使我国的水资源质量评价与发达国 家拉大了差距。 国外的水质评价是个多学科的对多介质、多参数的水质数据的分析过程。水质评价 是针对具体水域而言的，目标是确定有问题的水域和问题之所在。因此，不存在我国水 一2 一 工程硕士论文 阜新市经济转型期水资源评价与开发 第一章绪论 质评价中，只统计各类水占多少百分数和虚假达标问题。国外不仅要考虑水质的人为用 途而且要考虑水域的生态保护，生物多样性的要求。目前我国这种不分生态区不分水域 的人为水质分类不能满足生态保护的要求，也衡量不出生态环境的变化及其损益。 1 3 本文研究内容 本文是针对阜新地区产业转型而做的水资源评价与矿井废弃水研究。 包括内容 、收集整理阜新地区自有记录以来的降水、蒸发、径流、泥沙、地下水、水质、 取水、用水、退水以及与水资源评价有关的国民经济发展的各类资料，并对水文资料进 行合理性、可靠性和一致性分析“3 。 、按流域和行政区分区 、进行地表水资源评价 、进行地表下资源评价 、进行合理性分析 、进行水资源质量评价。1 、矿井作为深层地下水( 与地表水利联系不密切的承压水) ，一般不属于水利部 门的研究范畴，水利部门的水资源评价与研究包括地表水、浅层地下水( 包括潜水地下 水以及与地表水水利联系较为密切的承压水) 。本文水资源评价部分主要指地表水和浅 层地下水。考虑到阜新市水资源短缺及矿井水废弃的事实，我们重点选择了8 个矿井展 开了水资源开发利用研究【3 】 4 1 。 实用性 1 、本成果主要为经济转型服务，根据水资源区域性的特点，在全面反映全市水资 源特征基础之上，有针对性地划分水资源分区，反映出转型区即城市产业中心区和农业 示范区以及辐射区的水资源状况。 2 、本成果在水资源数量、质量、可利用量、地表水、地下水、总量评价中，各部 分相互之间紧密结合，相互协调，互为补充，组成有机整体。全方位满足水资源开发利 用需求嘲。 3 、阜新地区水文地质特殊，一些地区流域分界不分明，水量转化关系复杂，随着 用水的不断加大，更加大了“三水转化“的研究难度。 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第一章绪论 4 、通过对实测的各矿井涌、排水量资料分析得出了矿井涌水量是由随机波动量与 稳定增长量两项组成。提出了分离随机量和稳定量的技术方法，并找到了从历年涌水量 过程中提取随机涌水量序列以及推求设计保证率情况下可利用矿井涌水量的技术方法。 本成果是阜新市水资源规划、城市规划、土地利用规划的依据。所提出的矿井水开 发利用方法可以在有矿业生产的地区得到广泛的适用。 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第二章研究区域概况 2 1 评价区范围 第二章研究区域概况 本评价区阜新市两县两区，即阜新县、彰武县、市区、清河区。 2 2 区域自然地理 阜新市位于我省西北部，地理位置东经1 2 1 0 1 1 2 2 。5 6 ，北纬4 1 。4 17 4 2 5 6 。 全市总面积1 0 3 5 5 k m 2 ，人口1 9 1 3 万人。 阜新地跨辽西山地与下辽河平原两大地貌区。其中辽西山地区属于间隙性掀斜上升 隆起区，剥蚀作用较为强烈，第四系松散堆积物不甚发育，而位于下辽河平原之柳绕平 原的广大地区，地势平坦，第四系松散堆积物巨厚。彰武北部为科尔沁沙漠延伸地，有 半流动沙丘及其间的湖沼洼地。地质构造处于内蒙地轴的东段南缘、燕山隆起北部，下 辽河沉降带的东北部。 阜新地区土壤主要有褐土、草甸土、风沙土、棕壤土，还有少量的盐土、碱土、泥 炭土、水稻土等。植被主要有森林和草地，森林覆盖率2 8 4 。但由于北部毗邻内蒙， 受风沙侵蚀，水土流失极为严重。 阜新地区处于北温带大陆性季风区，冬季寒冷少雨，夏季炎热多雨。年降水量 4 8 0 n u n ，时程分配极不均匀，降雨量的7 0 集中在6 、7 、8 月份。径流基本与降水同步， 主要集中在夏季6 8 月，占全年径流量的8 0 2 皇右【5 】。 2 3 河流水系和水文地质条件 2 3 1 河流水系 阜新地区河流分为大凌河和辽河两大水系。大凌河水系包括细河和忙牛河；辽河水 系包括绕阳河、柳河、养息牧河、秀水河。 绕阳河发源于阜新县的察哈尔山，于泡子村流入新民。境内河长1 1 4 1 a n ，流域面积 3 6 8 9 k m 2 ，河道平均比降7 4 。流域内多丘陵，植被稀少，水土流失较重。 柳河发源于内蒙古的奈曼旗双山子，于四堡子乡流入阜新。境内河长1 8 8 k m ，河道 平均比降1 5 ，流域面积1 7 3 9k m 2 。流域土壤以亚砂土和风沙土为主，河流含沙较大。 一5 一 t 程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第二章研究区域概况 养息牧河发源于彰武县科尔沁沙丘南缘的章古台镇，流经彰武的中部地区，由养息 牧门流入新民县。境内河长7 7 k r a ，流域面积1 4 9 5 k m 2 。 秀水河发源于内蒙古的南部荒漠，由本区的东北部流入沈阳市康平县，境内流域面 积2 9 3 k m 2 ，河长1 7 k m ，河道比降5 8 。 细河发源于阜新县的扎兰营子乡，流经阜新县、阜新市区、清河门区，由义县汇入 大凌河。境内河道长度为8 6 k m ，流域面积2 2 4 2 k m 2 。 丰亡牛河发源于内蒙古境内敖汉旗南营予，为阜新与朝阳的界河，境内河道长度 4 1 k m ，流域面积8 9 7 k 2 。 各河具体流域面积及特征见表2 1 。 表2 1 阜新市主要河流特征表 单位：河长k ，面积时 水系河流名发源地省内河长市内干流河长市内面积 秀水河 内蒙科左后旗白银花乡1 4 21 72 9 3 养息牧河 彰武县北部丘陵区1 0 77 71 4 9 5 辽河 柳河内蒙古奈曼旗双山子2 8 81 8 8 1 7 3 9 绕阳河阜新县扎兰屯查哈尔山2 8 31 1 4 3 6 8 9 细河 阜新县扎兰乡1 1 48 62 2 4 2 大凌河 牛亡牛河内蒙敖汉旗1 3 6 4 l8 9 7 2 3 2 水文地质条件 阜新地跨辽西山地丘陵区与下辽河平原区两大地貌单元，总体地势为西高东低，其 西部为辽西山地之以医巫闾山为主的低山丘陵区，东部为下辽河平原北部之柳绕平原 区，辽北波状平原之铁法低丘分布于东北。 辽西山地丘陵区属于间隙性掀斜上升隆起区，剥蚀作用较为强烈，地表岩层以变质 岩、火山岩、碎屑沉积岩为主，第四系松散堆积物不甚发育。而位于柳绕平原的广大地 区，地势平坦，第四系松散堆积物巨厚，地表岩性以亚砂土、粉细砂为主。 2 3 2 1 地下水的赋存条件 区域水文地质条件受气象、水文、地貌、岩性以及地质构造等多种因素的影响，地 下水的赋存条件主要受岩层的孔隙、裂隙和断裂构造发育程度的控制。区域地层及第四 系的分布，决定了区域地下水的赋存环境、含水类型和富水程度。 辽西山地丘陵区及东北部的铁法低丘区，由于剥蚀作用强烈，基岩裸露，构造裂隙 和风化裂隙发育形成的裂隙系统，造就了基岩裂隙潜水的赋存环境。 柳绕平原及河谷平原广泛分布的第四系，结构松散，孔隙发育，构成了孔隙水含水 6 一 工程硕士论文 阜新市经济转型期水资源评价与开发 第二章研究区域概况 层组。 2 3 2 2 地下水分类及其补、径、排条件 根据地下水的赋存条件和水力性质，本次评价将区域的地下水划分为第四系孔隙水 和基岩裂隙水两大类型。 第四系孔隙水 是指赋存于平原区及山问河谷平原第四纪松散含水层中的浅层地f 水。 其补给主要来源于降水入渗，山问河谷平原及柳绕平原的山前区除降水补给外，还 有一般山丘区的地下径流补给即山前侧渗补给量，局部地段还存在灌溉入渗补给及地表 水渗漏补给。 山问河谷平原区的地下水力坡度较大，一般在3 1 0 之间，沿河谷向下游方向径 流较强。柳绕平原区除山前地带外，地下水力坡度较小，一般在l 3 之间，地下水的 侧向径流较缓。 区域第四系孔隙水的排泄方式有潜水蒸发、河道排泄、人工开采、侧向径流等排泄 方式。其中柳绕平原的地下水以蒸发排泄为主，河道排泄为辅，近年来，由于地下水开 采量的加大，人工开采在该区的地下水排泄中，所占比重越来越大：山间河谷平原的地 下水排泄方式以河道排泄和潜水蒸发为主，但在局部河段如细河的阜新段，人工开采也 占有很大的比重。 基岩裂隙水是指赋存于一般山丘区基岩裂隙中的浅层地下水。 该类地下水受大气降水补给，补给量主要受裂隙发育程度、植被情况等因素影响。 其径流方式主要受裂隙发育程度和连通程度的控制，岩石破碎、裂隙发育、相互连 通区有可能成为地下水的富集区，反之则是地下水的贫乏区。即裂隙发育、连通程度的 不均匀性，决定了基岩裂隙水分布的不均匀性。基岩裂隙水的排泄方式基本可以分为两 种：垂向的蒸( 散) 发排泄、向河道排泄或河谷( 平原区) 排泄。 2 4 水资源分区 根据河流径流情势，水资源分布特征及自然地理条件的相似性，兼顾水系和行政区 划的完整性进行划分。 t 程硕士论文阜新市经济转型期水费源评价与开发第二章研究区域概况 2 4 1 计算分区 地表水 以2 个流域、6 条河流或区间、4 个县区为依据，交叉形成的计算分区，把阜新市分 解成9 个流域分区，4 个行政分区1 6 个计算分区和若干个调查分析单元。 地下水 以地表水分区为基础，根据地形地貌特征、地层岩性，地质构造及水文地质条件， 进一步划分成平原区、山区不同级别类型区或亚区水文地质单元，称计算分区。3 3 个计 算分区，其中一般山丘区1 6 个，河谷平原区1 1 个，柳绕平原区6 个。 2 4 2 成果汇总分区 本次评价成果汇总采用流域和行政分区两类，流域按水资源河流或区间、行政划分 到县区，按8 个流域分区、4 个行政分区汇总。 2 5 分区计算面积的采用 评价面积采用计算面积，区域计算面积1 0 3 5 5 k m 2 。 行政计算面积以各水利局在1 ：1 0 万地形图圈定的行政界限为依据，投影到l ：2 5 万流域地形图上，所得面积为行政分区水资源计算面积。 水资源分区详见表2 2 及附图1 。 表2 2阜新市水资源计算分区及面积表单位；面积时 辽河流域大凌河流域 行政分区面积 柳河绕阳河细河 秀水河养息牧河闹德海 韩家杖子韩家杖子 忙牛河 以上 闷黼以下 海州以上 海州以下 以上以下 阜新县 0 2 4 69 3 56 3 91 9 3 42 1 01 6 3 18 9 7 彰武县3 6 4 1 2 9 31 4 9 51 5 96 4 55 49 9 5 市区3 6 96 81 3 21 6 9 清河门区9 99 9 阜新市 1 0 3 5 52 9 31 4 9 51 0 9 46 4 56 9 32 9 9 63 4 21 9 0 08 9 7 丁程硕士论文 阜新市经济转型期水资源评价与开发 第二章研究区域概况 2 6 资料的选用及评价系列的确定 2 6 1 资料的选用范围 按照国家第二次水资源评价的时限约定，收集阜新市有资料以来至2 0 0 0 年省内和邻 近市、县及外省水文、水利、气象、地质、市政等部门和各用水行业资料，分为实测资 料和调查资料两种，进行分析整理，以其为基础进行水资源数量分析评价“”“”。 资料系列较长、观测精度高、具有代表性的观测站本次均予采用。本次评价共选用 实测年限较长、质量较好的雨量8 2 站，蒸发3 4 站、径流1 6 站、地下水1 2 0 站、泥沙1 3 站 资料以及供水工程、引水工程、提水工程、灌区等处资料若干 8 1 l 9 1 。 区域地形、地貌及地质情况资料依据辽宁省l ：l o 万地形图( 1 9 8 3 年版) ，1 ：2 5 万 电子地图( 1 9 9 6 年版) ，平原区1 ：2 0 万和全省l ：4 0 万地质及水文地质报告及其相应图 件。 2 6 2 评价采用资料系列的确定 根据全国水资源评价要求和长系列分析，降水、径流要素分析与计算、地表水水资 源评价采用1 9 5 6 2 0 0 0 年系列资料，蒸发分析与计算、地下水资源评价采用1 9 8 0 2 0 0 0 年系列资料。为满足绘制水资源要素同步期等值线的要求，根据不同情况进行插补。 工程硕士论文 阜新市经济转型期水资源评价与开发第三章水资源数量评价 3 1 降水 3 1 1 资料的选用 第三章水资源数量评价 通过对所收集的阜新市内及相邻省、市水文部门、气象部门有记载以来资料的分析， 选用实测年限较氏、质量较好的雨量站8 2 个，共计3 4 1 2 站年，实测系列最长的5 9 年， 最短系列1 9 年。其中5 0 年蚍上2 0 站，占选用站的2 4 ，3 0 年以上7 0 站，占选用站 的8 5 ，2 0 年以上7 8 站，占选用站的9 5 。全市选用雨量站密度约3 2 4 k m 2 一个站。雨 量站分布图见附图2 。 3 1 2 资料插补延长 为满足1 9 5 6 2 0 0 0 年同步期降水的需要，要进行一至性分析，对不足期的选用站缺 测年份年降水量或月雨量进行插补延长。 3 1 2 1 最小二乘法拟合相关线法插补延长 假设连续资料站序列为x j ，相临的缺测站的资料序列为j ，相应时段可以组成相关 的资料序列( x j ，埘) 。根据最小二乘法的原理，对于n 对数据( x j ，妇) ( j = l ，2 i l ；) 去求系数a j ( j = o ，1 ，m ) 的最好值，应该使妒( a 0 ，a l ，a m ) 取值最小，就可以用多 元函数求极值的办法解决，做法如下。 伊( ，a t ，) = 【p ( 石，) 一乃】2 = ( a i x ；一，) 对a k 求偏导( k - a ) ，l ，l n ) ，得m + 1 个方程：要：2 杰( 羔q 弓一乃埘：2 宝宝q x ，1 + t 一窆y ，；】_ 0 ，即得： t u k ，= li f f i 0 j f f i ii = 01 = 1 乜。寸= 乃巧。令x ；= s k ，y ，0 = t 可以得到下式。 口i s 。= 正( 七= o ，l ，m ) ”( 3 1 ) i - - - o 该式就是正规方程组，也就是关于a i 为未知数的m + 1 个线性方程组，解此方程可 以得到多项式的系数。作者利用m a t l a b l e 数学工具求解【1 l 】f 1 2 1 。 3 1 2 2 利用等值线或经验相关分析法插补延长 l m 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源谔价与开发第三章水资源数量评价 插补延长方法采用经验相关或等值线法，采用经验相关分析法时相关系数达到0 9 以上时采用，否则进行多种方法比较分析确定。 3 1 3 统计参数对比分析： 为了检验不同系列统计参数计算中可能出现的抽样误差，即研究较短系列的频率分 布是否接近于总体分布，要进行两方面的工作：一是多年系列丰、枯周期性变化分析， 研究其周期规律，作为资料插补和评价资料成果代表性的参考：另一个是分析不同步长 系列统计参数的稳定性，评价采用值。 分析方法 ( 1 ) 、周期性分析 、五年滑动均值过程线法 长系列站年降雨量和太阳黑子的五年滑动均值过程线，也就是利用平滑滤波器周 期分析法、【1 4 1 。 1 t + l 一1 公式为： i ( 孚+ f ) = 五( f ) 一( 3 2 ) # 1 式中：l 一为步长( 采用5 ) i 一为序号 z ( f ) 各年特征值 i 滑动平均值 按上述公式分别进行长系列站年降雨量和太阳黑子的五年滑动均值的计算，并进 行绘图，进行对比分析周期。 、降水量模差积曲线 差积曲线能够反映降水的丰、枯变化。差积曲线形状不同，反映了年降水周期也 不同”o l 。具体做法是： 首先计算多年平均年降水量( p ) 及各年降水量模比系数k - p 徊；然后将逐年 ( k i - 1 ) 从资料开始积累到终止年，绘制逐年( k i 1 ) 与对应年份的关系线，即为降 水量模比系数差积曲线。差积曲线上升说明丰水期，下降说明枯水期，从中可分析出周 期性。 ( 2 ) 、同步性分析 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发第三章水资源数量评价 、长短系列统计参数对比分析。为了验证不同系列长的资料的代表性。用闹得 海、彰武作为长系列站。从1 9 9 9 年逆进计算不同步长系列的均值及c v 值，并与长系列 统计参数值进行分析比较，来判断不同步长的代表性，尤其看1 9 5 6 2 0 0 0 系列的代表 性。 、长短系列不同年型频次( ) 分析 本方法假定长系列的频率曲线代表总体分布【1 4 】，按频率小于1 2 5 ；1 2 5 3 7 5 ； 3 7 5 6 2 5 ；6 2 5 8 7 5 ；大于8 7 5 这五等，分别将各系列长度划分为丰、偏丰、平、 偏枯、枯五种年型，统计不同系列出现的频次( ) ，咀此来论证短系列频率曲线经验 点据分布的代表性。选用阜新地区闹德海站和彰武站计算不同时段( 1 9 3 9 2 0 0 0 ，1 9 5 6 1 9 7 9 ，1 9 8 0 2 0 0 0 ，1 9 5 6 2 0 0 0 ) 的均值和c v 值，各时段均值相差不大，最大相差6 ， 1 9 8 0 年以后均值比1 9 8 0 年以前偏d , t 旧。c v 值没有变化。 3 1 4 降水参数的计算及等值线图的绘制 降水量统计参数，采用矩法公式计算1 q 均值：牙：! 争置 n 鲁1 经验频率采用数学期望公式 p ：! l 1 0 0 ( 3 5 ) 理论频率曲线采用皮尔近型分布。 也就是一般需要求出指定频率p 所相应的随机变量取值x p ，也就是通过对密度曲线 进行积分“”，即： 尸= 啦_ ) 。为卜卜舟。， 求出等于及大于x p 的累积频率p 值。直接上式计算p 值非常麻烦，实际做法是通 过变量转换，变换成下面的积分形式： 12 - 一 工程硕士论文阜新市经济转型期水蛊源评价与开发第三章水资源数量评价 爿垂中，) = ，睁t p 。 。一 ( 3 7 ) 式( 3 7 ) 中被积函数只含有一个待定参数g ，其它两个参数z 、c v 都包含在由 中。，是标准化变量，西= x - - x 称为离均系数。中的均值为0 ，标准差为1 。因此，只 z c 需要假定一个c 。值，便可从式( 3 7 ) 通过积分求出p 与中之问的关系。对于若干个给 定的c s 值，中和p 的对应数值表，已先后由美国福斯特和前苏联雷布京制作出来。由中 就可以求出相应频率p 的x 值： x2 i 【1 + q 面) 偏差系数g ，采用q 与c ，的倍比关系，经长系列资料分析，全省采用g = 2 0 变差系数g 值的分析，应先用矩法初步计算，在此基础上，再用适线法调整确定。 适线时尽量照顾中低水点据。对系列中特大值与特小值可适当处理。 根据选用站多年均值降水量，在进行合理性分析的基础上，参照地形等高线，绘制 了阜新地区多年平均降雨量等值线图，见附图3 。选用雨量站特征值统计表见3 1 。 1 3 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发 第三章水资源数量评价 表3 1选用雨量站特征值统计表单位：m 实测实测同步期实测实测 同步期 实测实测 同步期 站名 系列年份年均值 年均值 站名 系列年份年均值年均值 站名 系列年份年均值 年均值 马虎山3 86 0 2 6 6 0 2 ，6马莲岗子4 55 4 5 3 5 4 5 3八里营子3 34 5 2 3 4 5 2 3 巨流河5 l6 1 7 6 6 1 9 4新民 6 l 6 1 6 ，2 5 9 4 2西山嘴子4 54 4 8 5 4 4 8 5 东獾予洞 4 54 9 6 34 9 6 3 铁丝房 2 6 5 8 0 6 5 8 0 6北票3 24 6 7 74 6 2 尚屯水库 3 65 9 8 2 5 9 8 2 台安 5 26 5 6 76 3 8 4凛水河子4 14 7 0 34 7 0 ，3 大官营子 4 64 7 6 4 4 7 8 5哈大营子1 94 6 5 9 4 6 5 9后薛家店3 23 8 8 9 3 8 8 9 花古窝堡 2 24 8 0 2 4 8 0 2 骛欢池 5 54 4 5 54 5 l 青龙山 2 64 3 2 8 4 3 2 8 张强5 05 2 2 65 l l - 9西哈尔套街5 64 2 6 14 4 2 黄家店 4 54 4 4 14 4 4 1 方家屯1 95 4 8 7 5 4 8 7韩家杖子g o4 4 5 14 4 2 7六台成4 24 5 8 1 4 5 8 1 尖山子水库 4 55 2 85 2 8 许家 1 94 9 0 34 9 0 3 冷家店 4 5 4 5 0 2 4 5 0 2 獾子洞水库2 65 0 1 7 5 0 1 7双庙1 94 8 34 8 3 大庙 3 74 6 2 7 4 6 2 ，7 彭家堡5 05 8 3 8 5 7 7 1上招束沟5 04 7 9 4 4 7 2 1大乌兰3 54 6 64 6 6 后新秋 5 55 0 0 6 5 0 1 9 大兴庄 5 04 9 1 14 8 5 ，5九莲洞 4 54 9 5 3 4 9 5 3 冯家4 14 8 8 4 4 8 8 4东白城子5 05 1 9 7 5 1 3 6蒙古营子4 14 7 5 34 7 5 3 阿尔乡 4 8 4 7 6 4 4 7 2 8沙岭岗4 55 3 1 4 5 3 1 4王道营子4 04 8 i 6柏7 6 苇子沟 3 85 4 i 3 5 4 1 3 红旗堡 5 l5 8 9 15 7 4 4 留龙沟3 55 1 8 65 5 0 小荒地 4 75 6 3 95 6 4 杨家窝堡 3 36 0 7 9 6 0 7 9 义县 5 75 1 7 75 2 l 扣河子3 24 3 1 2 4 3 1 2大巴2 64 8 0 5柏0 5朱家洼子3 74 8 6 8 4 8 6 8 福兴地 2 l 4 0 9 8 4 0 9 8友邻水库4 55 0 6 2 4 9 8 5海州5 85 1 5 7 5 0 3 3 白银花 4 04 2 0 1 4 2 0 1 无粱殿 3 85 0 9 15 3 7 4八家于 4 74 3 9 8 4 5 7 3 哈达营子 4 54 4 3 8 4 4 3 8 腰衙门 5 05 2 4 7 5 1 8 2北新邱4 24 6 0 84 6 0 8 石门子4 14 1 l44 1 1 4胡家5 15 7 8 65 5 5伊马图4 85 2 25 l o 8 库伦 4 6 4 2 8 3 4 2 9 9大虎山2 15 4 3 6 5 4 3 6花尔楼3 55 1 6 9 5 3 2 1 白庙子 3 84 0 2 9 4 0 2 9王回窝堡4 86 2 5 5 6 2 0 3紫都台 3 54 7 64 7 6 六家子 2 94 5 8 6 4 5 8 6 白厂门 4 75 4 3 15 2 8 3大青山4 55 2 4 55 2 , 1 5 下养畜牧 2 4 3 6 2 3 3 6 2 3司屯4 05 7 5 8 5 7 5 8复兴堡4 75 3 9 8 5 3 7 4 三家子 4 14 14 0 9 1 龙岗子3 96 0 1 3 5 9 9 1巴图营子3 85 1 1 9 5 1 1 9 闹德海水库 5 44 3 6 1 4 4 1 9 八家子 2 45 8 7 8 5 8 7 8 彰武5 95 0 95 0 3 4瓦房3 54 8 1 6 4 8 1 6 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发 第三章水资源数量评价 3 1 5 降水量年际变化和年内分配 阜新市年降水量具有多年丰桔周期变化和年内分布不均特点。 根据彰武代表站5 0 年降水观测资料，绘制了5 年滑动均值模比系数过程线进行分 析，年际变化多为二、三年左右小的丰枯交替。而且丰水期和枯水期呈现出一定降水量 的周期性，丰、枯水期持续的年限为8 1 4 年，平均为1 1 年左右。选用系列较长的彰武站， 见图3 1 。 选用闹德海站和彰武站做代表站，计算年最大降水量与年最小降水量的比值，可看 出阜新市降水量年际问变率较大，最丰年水量是最枯年的2 3 倍。 变差系数大小也可以反映年际间变化。以年降水量变差系数c v 值作比较，本区年 降水量变差系数，一般在0 2 5 0 3 0 问。 我省由于其特定地理位置及季风气候影响，降水的季节变化很大，年内分配很不均 匀。各月降水量变化较大，阜新地区也如此，年降水量主要集中在汛期6 8 月，占全 年降水量的6 8 。春秋冬季水量少，分别占全年的1 3 、1 7 、2 。见图3 2 。 降水量( r a m ) 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 o 厂 r_1 广 广1ilr 1 月2 月3 月4 , 95 月6 月7 月8 月9 月1 0 月1 1 月1 2 月 图3 2阜新地区降水量年内分配图 3 2 径流 本章所指径流量为天然径流量，主要影响因素有气候因素、自然地理因素和人类活 动等。随着社会的发展对水资源的需求，人类活动的影响日见显著。为分析和研究径流 量及其变化规律，对影响天然径流的人类活动( 蓄、引、提等取用水) 情况进行调查， 对实测径流量进行还原。 1 量 工程硕士论文阜新市经济转型期水资源评价与开发 第三章水资源数量评价 3 2 1 资料的选用和审查 收集阜新市内及相邻省、市水文部门、水利部门实测和调查有记载以来资料，实测 资料选用年限较长且质量较好的系列，调查资料尽量选用真实可靠经过审查整理的资 料。选用径流站1 6 个( 其中阜新市境内6 个，境外1 0 个) ，共计6 2 6 站年。实测系列 最长的4 5 年，最短系列2 1 年，4 5 年以上1 2 站，占7 5 ，3 0 年以上1 4 站，占8 7 5 。 3 2 2 径流资料的还原及插补延长 1 9 8 0 年以前径流量直接采用已有还原结果。对1 9 8 0 年以后的实测径流量系列进行 了调查还原。 调查和还原的内容包括大中型水库蓄水变量，工业、农业、生活取用水耗水量、跨 流域引排水等。 根据评价要求系列咀日历年为时段，典型年以月为时段，其中4 9 月以旬为单位， 按照河流由上到下逐段进行。 还原计算按如下方程式进彳亍【1 8 1 ： w 天然= w 翔+ w 寝韭+ w _ i 城w 库壹量w 跨引( 捧) + w 库蔫+ w 库津( 3 8 ) 式中：w 。* ：还原后的天然径流量 w 女一：水文站实测径流量 w 农业：灌溉消耗地表水还原量 w ：工业和城市生活耗水还原量 w 镕姐：时段始末水库蓄水变量 w mc 捧) 跨流域引( 排) 水还原量 w 一一：库区由陆地改变为水面增加的的蒸发损失量 w 错：水库渗漏水量 为了进行径流系列同步分析，对彰武、海州、六合成等部分站进行了插补延长。插 补延长的资料4 6 站年，占径流资料总站年数的7 。 灌溉耗水量资料很少，以实地调查为主。实灌面积要调查核实，要有明确依据；灌 溉定额及用水月分配( 包括回归系数) ，因降水量各年大小不同，土壤透水性各地不一， 尽可能调查收集靠近较大灌区的实测或试验资料，因地制宜，从当地实际出发，经分析 认为合理的，就采用实际调查数据。