水资源评价的概念及类型.ppt

2020 2 14 1 第三章水资源评价的概念及类型 水资源评价一方面是对水资源质量 水量进行计算和评估 另一方面是研究水资源的开发利用 优化调度 合理配置和控制管理 因此 水资源评价工作与经济 社会和环境条件密切相关 这一章重点讨论水资源评价的概念 内容和分类 2020 2 14 2 本章主要内容 第一节水资源评价的概念及意义第二节水资源评价活动的内容第三节现代水资源评价类型 2020 2 14 3 第一节水资源评价的概念及意义 水资源评价是水资源合理开发利用的前提水资源评价是科学规划水资源的基础三水资源评价是保护和管理水资源的依据 2020 2 14 4 一 水资源评价是水资源合理开发利用的前提社会的发展及人民生活水平的提高 不仅用水量大幅度增加 水体也不断受到污染 水的供需矛盾日趋尖锐 水资源的开发利用已成为各国政府和人们关注的问题 一个国家或地区 要合理地开发利用水资源 首先必须对本国或本地区水资源的状况有全面了解 包括水源 水资源量 开采利用量 水质和水环境状况等 所以 科学地评价本地区水资源的状况 是水资源合理开发利用的前提 2020 2 14 5 二 水资源评价是科学规划水资源的基础1968年美国提出了首次水资源评价报告 全国水资源 提供了美国全国水资源状况 水资源分区以及水资源目前和长远的开发利用等综合性参考资料 1978年 鉴于水与国家发展及人们生活的密切关系 又提出了第二次全国水资源评价报告 该报告历时8年 耗资950万美元 成为20世纪70年代末以来美国科学的综合规划水资源的基础 2020 2 14 6 二 水资源评价是科学规划水资源的基础根据国家经济社会发展的需要 我国在20世纪70年代末 80年代初期组织开展了全国第一次水资源调查评价 而在21世纪初又组织开展了全国第二次水资源调查评价工作 例如 我国20世纪80年代初 由原地质矿产部组织开展了第一轮全国地下水资源评价 于1984年年底提出了评价成果 自第一次评价工作20年来 由于受气候变化 人类工程经济活动及地下水开采量急剧增长等因素的影响 区域水循环条件已发生了较大的变化 第一次评价成果已不能反映当前水资源的实际状况 为此 国土资源部在2000 2002期间 组织开展了新一轮全国地下水资源评价工作 对全国地下水资源进行了重新计算和评价 于2003年10月31日召开 新一轮全国地下水资源评价成果新闻发布会 公布了第二次全国地下水资源评价成果 2020 2 14 7 三 水资源评价是保护和管理水资源的依据水是人类不可缺少而又有限的自然资源 因此必须保护好 管理好 才能兴利去害 持久受益 水资源的保护 管理 供需平衡 合理配置 可持续利用 水质免遭污染 水环境良性循环 水资源保护和管理的政策 法规 措施的制定等 其根本依据就是水资源评价成果 2020 2 14 8 第二节水资源评价活动的内容 水资源评价是指对于水资源的源头 数量范围及其可依赖程度 水的质量等方面的确定 并在其基础上评估水资源利用和控制的可能性 基于联合国教科文组织和世界气象组织给水资源评价这一定义 水资源评价活动应当包括对评价范围内全部水资源量及其时空分布特征的变化幅度及特点 可利用水资源量的估计 各类用水的现状及其前景 评价全区水资源供需状况及预测 可能的解决供需矛盾的途径 为控制自然界水源所采取的工程措施的正负两方面效益评价 以及政策性建议等 2020 2 14 9 水资源评价不同于水资源规划 而应当是进行水资源规划可行性研究的基础性前期工作 水资源评价活动应当具有明确的目的性 这种目的应当密切结合评价范围 流域 区域 各级行政区划 国家等 的水资源特点及其面临的问题 为进行水资源的治理 开发 利用 保护的综合规划提供必要的信息和资料 现代水资源评价活动大致应当包括以下内容 基础评价 水的利用评价 因水引起的灾害评价 水环境评价等 2020 2 14 10 图3 1现代水资源评价活动内容图框 2020 2 14 11 第二节水资源评价活动的内容 水资源基础评价水资源利用评价三水环境评价 2020 2 14 12 一 水资源基础评价水资源基础评价是指水资源评价活动中的基础性工作 包括对评价范围内的水文 水文气象 水文地质等基本资料的统计及系统整理 图表化等工作 2020 2 14 13 一 水资源基础评价水资源基础评价活动只能在具有一定条件的情况下进行 这些条件主要指 评价区域内有足够的水文和气象站网 积累有一定长度观测资料系列 有各类水文资料的整编或分析技术能力及水平 有区域内地形 地质 地貌 土壤 植被及土地利用的情况的调查和评价 具备有关的已有成果如各类地图 专用图 等值线图和图标 整编资料或资料库等 2020 2 14 14 一 水资源基础评价进行水资源基础评价需要首先制定评价工作大纲 包括明确评价目的 评价范围 需进行的项目 各类资料的收集标准和评价方法 预期成果等 水资源基础评价的各有关方面及其相互关系见图所示 2020 2 14 15 2020 2 14 16 评价范围视评价目的而定 一般为进行国家级水平的全国水资源评价的范围就是一个国家的国土范围 联合国水会议号召各国进行的就是国家级水平的水资源评价 在进行全国水资源评价时 各类评价指标均指在国界范围以内定值 对根据某一特定目的水资源评价也可以在某一特定区域内进行 即可不限于行政区域或流域界 例如对中国华北地区或西南地区进行评价 通过国际间的协作 也可超越国界的范围在某一跨国领域 包括大洲以至全球进行水资源评价 2020 2 14 17 水资源分区为便于进行水资源评价活动 在评价范围确定后 通常对评价范围内根据自然条件进行水资源分区 由于河川径流量是水资源的最主要组成部分 通常以各大河天然流域作为一级分区 然后参考气候和地质条件再进行次一级分区 专题讲述 2020 2 14 18 各类资料的收集及初步整理在水资源基础评价中 评价项目主要针对水文循环的各有关要素 如降水 河川径流 土壤水 地下水 蒸发等 通常以年为单元收集上述要素的逐年资料 然后进行统计以取得水文循环各要素特征的有关数据 如多年平均年 季 月 值 相应变差系数Cv值等 并做出各有关特征值等值线图或分区图等 为求得水资源评价的精度一致 在对水文循环各要素的资料系列进行统计时 最好在有条件时各站都采用同一观测期内的同步资料系列 2020 2 14 19 各类资料的收集及初步整理在河川径流量的统计中 对于境外来的入境水量 一般有两种方法 一种是不计境外流入的水量 即只计评价范围内产水量 而由境外流入的水量则扣除在外 另一种方法是把境外流入境内的水量也算入境内的水资源量 因为这些水已经进入了可以使用的范围内 2020 2 14 20 关于地下水观测资料 埋藏于地表面以下的地下水有两种 一种深藏于地下几十米 几百米甚至几千米之下 与大气降水的水力联系较弱 在年水文循环周期中几乎得不到新的补充 通常对这类地下水称为深层地下水 在进行水资源评价活动中常不计入这种深层地下水资源 另一种地下水埋藏较浅 既可通过潜水蒸发 又可通过大气降水直接深入并接受补给 这部分地下水直接参与水文循环 一旦取用可以重新获得更新补充 这部分地下水成为浅层地下水 是参加全球水平衡计算和作为水资源评价的要素之一 2020 2 14 21 浅层地下水资料的取得主要是通过地下水位观测井测量地下水位的时空变化 这种观测多用于平原地区和山间盆地 而山丘区的浅层地下水则绝大部分均在非降雨期内以河川基流的形式补给河流 因而与河川径流量计算重复 但只凭地下水观测井的观测资料来估算地下水因受观测点的限制 不能得出浅层地下水的全貌 通常还需要通过在大面积范围内对降水入渗和水平衡的分析 为此需要在一些有代表性的点上 进行地下水动态观测和抽水试验等手段 对有关水文地质参数 如给水度 降水入渗补给系数 潜水蒸发 地表水体渗漏补给系数等进行分析 以求得浅层地下水年入渗补给量 并从而估计地下水年资源量 2020 2 14 22 对于蒸发项 通常直接测量 资料为蒸发站水面蒸发观测资料 水面蒸发量又称蒸发能力 主要通过蒸发皿直接观测 但所得资料需经折算 才能得到当地的自然蒸发能力 这种由蒸发皿测得的水面蒸发资料 随蒸发皿的口径 水深和安置方式的不同而有变化 在进行水平衡分析时 降水 径流和水面蒸发一般尽量采用同步观测期观测资料系列 或至少降水和径流采用同步观测期系列进行分析 以使所求得的陆面蒸发时空变化规律比较好 2020 2 14 23 除水文气象资料外 为进行水资源评价活动还需要收集评价范围内的自然地理 地形 地质 地貌及土壤 土地利用和地表被覆资料 收集自然地理资料的目的在于这些资料可用于解释水文循环诸要素时空变化的原因 以及用于对无资料地区的水文循环要素进行内插 对由于用水及流域情况发生变化的情况下水资源特征可出现的变化进行预估 以及用于对水资源开发的代价进行估计等 在有条件时 对上述资料等最好经过初步整理后 建立必要的计算机资料库 已备今后资料的增减或修改和进行评价工作 2020 2 14 24 各类水文循环要素的分析计算及图表化在水资源基础评价工作中 对降水 河川径流 蒸发能力 地下水的观测资料系列 在选定站点并确定适用的同步观测期后 即可进行选样及统计分析 对降水资料的整理 包括单站降水深的多年平均值及其变化系数Cv的分析计算 同样采用矩法初估统计参数 然后通过适线法确定 并按照各水文站所控制的流域面积计算各控制面积上的多年平均径流深 2020 2 14 25 各类水文循环要素的分析计算及图表化根据需要还可以对降水 河川径流按月 季以及每年最大4个月 或最大3个月 2个月 1个月 与每年最小3个月 或最小2个月 1个月 的径流量进行选择和统计分析 对于代表性好且具有较长期的观测系列 长于取用的同步观测期 的雨量站和流量站 除进行所采用的同步观测期内的各项统计参数分析外 还应就其全部观测资料系列进行统计分析 以备进行比较 2020 2 14 26 各类水文循环要素的分析计算及图表化对于蒸发能力 水面蒸发 的观测资料 在不同型号蒸发皿的实测资料进行折算到大面积水体的水面蒸发量后 再进行年 月蒸发能力的统计 根据对比观测试验 不同类型蒸发器皿的折算系数在一年内随季节而变化 且随不同地理环境 同一类型的蒸发器皿折算系数在各地并不相同 都需通过对比观测确定 2020 2 14 27 对于浅层地下水观测资料 一般不直接进行统计分析 而是用以计算对地下水的补给量和地下水的排泄量 即通过分析确定水文地质如给水度 和降水入渗补给系数 2020 2 14 28 给水度 是单位饱和水分岩体 或土体 在重力作用下排出的水体积与该饱和水分岩 土 体体积的比值 这个值和岩性关系密切 且和地下水埋深有关 在一般情况下 当地下水埋深小于毛细管上升高度时 值随地下水埋深的增加而增加 若当地下水埋深等于或大于毛细管上升高度时 值接近为一常数 2020 2 14 29 降水入渗补给系数 是降水入渗补给地下水量和相应降水量的比值 和下垫面条件有密切关系 且和平均年降水深的大小有关 2020 2 14 30 潜水蒸发系数C是指潜水蒸发量与相应水面蒸发量的比值 并随不同地理带 如冻土带 干旱带和其他带 及岩性 地下水埋深等有关因素而变化含水层渗透系数K是当水力比降为1时的渗流速度 以每日米 m d 计 K主要与岩性有关 2020 2 14 31 对于灌区 还应分析 渠系渗漏补给系数m 即渠系渗漏补给地下水量与渠首引水量的比值 田间灌溉入渗补给系数 则是田间灌溉水量入渗补给地下水量与灌溉水量的比值 通常还可分为渠灌入渗补给系数和井灌回归补给系数两种 这些系数都需要通过当地的现场试验求得 2020 2 14 32 根据求得的各类参数及当地降水资料 径流资料和灌水记录等 就可求出地下水资源量 计算通常按分区进行 一般水资源分区尽量和分析降水 河川径流的分区保持一致 但一般需再分为山丘区和平原区两大类分别进行计算 所谓地下水资源量是指地下水总补给量中扣除井灌回归量 这是因为井灌的水源是取自地下水的原因 还要扣除山前区向平原区的侧渗补给量 这是因为在二者间计算有重复 2020 2 14 33 陆地蒸发量是通过间接计算 即由多年平均降水深减去多年平均径流深而得 这是指如果地下水位的多年平均值接近一个常数而言 如果地下水位有增加或减少的趋势 则在水平衡计算中还应考虑地下水的变化量 2020 2 14 34 在水资源基础评价中 降水和蒸发是参考项 并不直接参与水资源量的计算 降水和蒸发在评价中对确定评价范围内的干旱或湿润程度是关键因素 因此通常有必要在进行评价时进行统计分析 2020 2 14 35 对分析出的各类水文循环要素的统计特征值 以等值线图或分区图的形式表达 是反映这些要素与自然地理因素间关系的一种有用的方法 这些图可一目了然地表现各类要素的地区分布趋势 又便于对各要素的统计特征值进行合理性检查 还可以用作内插无实测资料地点所需要的有关要素数据 2020 2 14 36 绘制等值线图的基础是各站点的统计数据 对于降水 水面蒸发 地下水位等项 数据所反映的就是这个响应站点所处位置的情况 在绘制等值线图时 代表数据就标在该点所在位置即可 但对于河川年径流量 则水文站所反映的径流量数据是来自该站点所控制的流域面积上的情况 2020 2 14 37 水资源量的计算在水资源基础评价中一项重要的成果 就是对评价范围内包括各水资源分区内的水资源量给出定量的回答 水资源量应当包括河川径流和浅层地下水两部分 也称地表水资源量和地下水资源量 以及包括二者在内的水资源总量 2020 2 14 38 水资源量的计算地表水资源量主要指河川径流的年径流量 这个值可能是已经经过用水还原处理后的天然河川年径流量 或是根据实测流量资料未加还原处理的实测年径流量 地下水资源量就是通过水平衡计算的所有渗入或曾经渗入补给到地下的水量 但不包括在地下水计算中重复的井灌回归量和山区平原间侧渗量 2020 2 14 39 水资源量的计算由于在估计山丘区地下水量时 主要是通过对河川径流的基流统计而得 因此当计算某一范围的水资源总量 包括地表和地下水资源在内 时 就必须扣除这两者间重复计算过的水量 即只计算地下水资源中未和河川径流量重复的部分 这部分地下水资源量主要产生在平原地区 还有部分产生在山间盆地 这样扣除重复计算量后的水资源总量代表在当前自然条件下可用水资源的最大潜力 其中有相当一部分是在现实条件下不能充分加以利用的 当然 在这样计算的水资源总量中 也不包括通过专门的人为措施可更多地使降水转化为可用水量的情况 2020 2 14 40 为全面了解水资源的其他功能如水能 水运和水产的资源特点 在水资源基础评价工作中应对上述各有关方面的潜势进行评价 以作为综合开发水资源时的参考 对水能资源一般应给出分区的水能理论蕴藏能量及可能开发的水能资源量 见水力资源复查成果 对水运资源可给出天然河道及湖泊的可能通航历程及其分级情况 对水产资源方面可给出地表水体的水面面积和各类主要水生生物的繁殖 洄游地点及河段等 2020 2 14 41 水的供需分析水资源的核心问题之一就是在人类社会的发展过程中水资源供需问题 世界范围内的一些地区已经出现了水资源供需关系紧张的局面 并随社会和经济的进一步发展供需紧张的程度也会更加激烈 因此 在水资源评价工作中 水的供需分析是一项很重要的内容 人类社会和经济的不断发展 各类用水量不断增加 而使水的供应能力增大 但是 水资源的可供能力限于评价区域自然条件 社会经济和技术条件而受到制约 于是水资源供需矛盾问题开始突出 这对矛盾不断发展的主要方面是用水的不断增长 而供水则处于被动地位 因此 在水资源评价利用工作中 必须首先弄清用水的情况及其发展前景 再来研究供水的保证 2020 2 14 42 水的供需分析用水调查的目的有二 一是为恢复水文观测系列资料到天然来水情况 这种调查需要按测试站与测站的区间 并按与各年观测资料相应的历史年 月去调查各自的用水情况 二是为了解当前各行业用水情况 以作为估计今后发展的根据 2020 2 14 43 调查用水情况是一项基础性工作 一般应先做用水行业调查 然后从各行中选出有代表性的对象 进行实地调查 用水的分类一般按工业用水 农业用水 城市生活用水几个方面 调查可从两方面入手 一方面针对代表性用水作典型调查 经分析后推算到群体 该调查方法工作量较大 且由点推面的估计有时因典型的选择代表性不全面而致计算的总用水量有偏差 另一方面从供水水源的供水量上做归总的统计 该方法的困难在于供水水源的分散 集中供水工程措施的供水量比较好统计 但分散的 自备的供水水源则不好统计 2020 2 14 44 供水状况进行调查 是调查评价范围内的供水状况 并评价其供水能力 目的是对能否达到水资源系统的供需平衡 是否在某时空段出现过水资源供需紧张或出现供水缺口等现象以及供水工程的供水保证率和运动情况进行了解 并分析其原因 2020 2 14 45 出现供水缺口一般有两种情况 一种是工程设备能力不能适应用水增长的要求 出现供不应求 另一种情况是水源短缺 当地用水要求已超过某些年份的实际天然来水量 也包括在实际来水小到某个程度时 各类供水工程措施的实际供水能力大大低于额定供水能力的情况 也会出现供不应求 甚至出现水资源危机 2020 2 14 46 通过供需现状分析以了解在现实情况下水资源是富余或是短缺 以及水资源的供水潜力 对水资源供需情况的展望分析 应当包括用水增长预测和可能增加的供水能力预估 2020 2 14 47 用水增长的预测方法通常有趋势法外延及参照国民经济和社会发展的长远预计目标进行估计的两种 前一种方法是以已经出现的用水增长趋势进行外延 特别应注意最近几年的增长速度进行外延 这种方法比较简便易行 适用于经济增长比较平稳地发展 不受政策性变化影响的情况 后一种方法是以人口的增长及城市和农村人口比例的变化 国民经济的增长速度进行用水量预估 并参照可能的政策性措施分项进行的方法 2020 2 14 48 用水预测是基于各行各业的需水预计的要求 在供需平衡分析中 必须对各行业提出的需水预计要求进行分析 使其能建立在节约用水 合理用水的基础上 在用水预测中 考虑节水措施是必要的 但节水措施是需要一定的投入才能实现的 因此 对未来水资源供需关系的展望需要在可能的经济发展条件下 不断调整供水能力的增加与用水需求增长间的关系后 才能最后确定 2020 2 14 49 三 水环境评价 水是环境系统中最活跃 最敏感的环境因子 因而在环境质量评价中 水环境是其中一个重要的目标 水环境评价包括对水本身质量及数量的评价 以及水与其他环境因素的相互作用 开发利用水资源的目的是为了改善某些不适合人类社会生存及发展不利的水环境 建设有利益于人类社会生存及发展的水环境 但有时在改造水环境过程中也会带来一些新的矛盾 仍需进一步采取措施 为此 要对水资源开发中的水环境质量现状及可能出现的问题进行评价 水环境评价是水环境管理工作的重要手段之一 水环境评价包括水质评价 水资源在天然状态和开发利用条件下对生态环境 社会环境和自然环境的影响评价 2020 2 14 50 水质评价在水资源评价中对水质的评价包括各种水体中天然水的本底值 河流挟带的悬浮物及泥沙 水中污染物等的含量 成分及其时空变化的分析 对水质的评定是水资源评价中的必须项目 包括地表水 地下水体 河流泥沙的天然水质和人为活动条件下化学元素的变异和水污染状况等 2020 2 14 51 水在环境中的作用自然界的水对于人类的生存条件具有两重性 一方面可造成有利于人类生存的环境 如为人类提供休养生息的条件 另一方面有时又会带给人类自然灾害的困扰 如洪 涝 旱灾害 水致疾病传播等 2020 2 14 52 当人类科学技术发展到一定水平后 人类逐渐学会通过工程和其他措施来改造水环境 使之向有利于人类的生活和生产的方向转化 但也由于认识上的不够全面 违背了自然规律 因而有时会出现事与愿违的结果 因此 在进行水环境质量评价时 应当对天然条件下的和水资源开发利用后及拟开发利用条件下的水环境质量予以评价 水质的评价属于水环境评价的基础部分 加上对自然界水在环境中的作用评价 就组成水环境评价的全部内容 2020 2 14 53 因水引起的自然和人为灾害有两类 一类是因水的时空分布不均及水和地面作用所引起的洪 涝 渍 旱 碱 水土流失 滑坡 泥石流 水工程溃决等灾害 另一方面是以水为媒体传播的疾病 或因水质所引起的地方病等 必须对以下几个方面进行调查 2020 2 14 54 对洪水及其灾害进行调查 统计和分析工作 评价范围内典型洪灾概况及其造成的损失 洪泛区的变化范围 不同发生频率的洪