水资源开发与保护电子教案

第五章水资源数量评价水资源评价主要是指对水资源数量、质量时空分布特征和开发利用条件的分析论证。

评价的重点对象一般是在现实经济技术条件下便于开发利用的淡水资源，特别是能迅速恢复补充的地表水和地下水。水资源的使用价值取决于水的质量和数量两个方面。水质评价是水量评价的前提，水量评价则是评价工作的核心。水资源数量评价的内容包括：评价区各种天然水数量的时空分布规律的研究；各种水量的计算及其资源归属的分析；可利用量的估算；各类水利用现状的调查及其开发利用前景的预测；第五章水资源数量评价水资源数量评价的目的:

是为评价区社会经济的发展、城乡规划、工农业产业结构调整提供必需的水资源基础资料，其成果又是指导水资源开发利用、制定水资源规划、实施科学管理及水源地工程设计的重要依据。第五章水资源数量评价由于水资源分布广泛，且具有系统性、流动性、可恢复性和数量有限的特点，所以水资源数量评价不仅在计算方法上有别于其它的自然资源，而且分析论证的内容也更加全面。一、在水质评价的基础上进行水量评价§1

水资源数量评价的基本原则

二、按流域和地下水系统进行评价

地表水是按流域分布的，流域出口的水量是上游各级河流汇集的总水量。因此，水量的评价，应按完整的地表水流域来进行。为了研究流域内部水量状况，地表水资源评价一般要根据水系或不同级别流域嵌套的特点进行分区计算。分区时应考虑气候、地形、下垫面的差异。由于计算区是人为划分的，各区之间存在着水量流入、流出的关系，出于地表水资源整体性考虑，评价时应充分重视河流的分支性、流域嵌套的结构特点。§1

水资源数量评价的基本原则二、按流域和地下水系统进行评价

地下水资源是按一定的地下水系统分布埋藏的，不论是孔隙水、裂隙水还是岩溶水，系统内部的水是一个有机整体，具有密切的水动力联系和水化学组分迁移聚集的完整性。地下水资源量应按完整的地下水系统来进行。若指定的评价区仅为地下水系统的一个局部，水量计算时，计算区应适当扩大，使之覆盖一个完整的系统。如果评价区包容若干个地下水系统，则应按地下水圈划的结果，逐一评价。§1

水资源数量评价的基本原则三、根据“三水转化”的规律进行评价

在水文循环过程中，地表水、地下水接受大气降水的补给并通过蒸发作用将水分释放到大气中，三者不断发生相互转换。四、根据发展变化的观点进行评价

认识的深入、环境的变化、科技的进步都会影响评价的结果，所以评价的结果不是一成不变的§1

水资源数量评价的基本原则§2

地表水资源量评价的内容一、地表水资源量评价的条件

在实地调查和积累一定水文、气象资料基础上进行

地表水系统的划分通常以大河流域作为一级分区，然后，再结合气候、水文地质条件和水资源开发利用规划的需要，按流域的层次性进行次一级或更次一级的分区。

必需注意水文资料的时序性和周期性§2

地表水资源量评价的内容二、地表水资源量评价的内容

（一）查清评价区地表水的形成、分布规律，计算降水、冰雪消融水、泉水和地下水泄流对地表河流、湖泊的补给量，调查各水文要素在空间和时间上的分布状况及均匀程度；（二）计算评价区地表水资源量的多年平均值，丰水、平水、枯水年出现的频率及相应的水量，初步确定适合不同用途的地表水资源量；（三）初步提出开发利用的工程措施和备选方案；（四）对开发利用后发生的变化和可能出现的问题，作出预测分析；（五）提出防止水源污染保护环境的相关建议

一、河流水量分析计算（一）地表径流及其表示方法通常径流的表示方法如下：1．流量Q单位时间内通过河流过水断面的水量称为流量，常以m3/s计。2．径流总量W在时段T内通过流域出口河流过水断面的总水量，以m3计。由于它是一个相当大的数字，在实际中常用亿立方米（108m3）或立方公里（km3）来表示。W=Q·T

（4.1）§3

地表水水量的计算方法一、河流水量分析计算（一）地表径流及其表示方法3．径流深度R把某一时段内的径流总量平铺在相应流域面积上的平均水层深度称为径流深度，以mm计。R=W/(1000·F)（4.2）式中：F—流域面积(km2)。

4．径流模数M单位流域面积上产生的平均径流量称为径流模数，以m3/s·km2计。M=Q/F（4.3）§3

地表水水量的计算方法一、河流水量分析计算（一）地表径流及其表示方法5．径流系数a同一时段内的径流深度（R）与降水量（P）之比值称为径流深度，以小数和百分数计。a=R/P（4.4）6．径流变率K又称模比系数，是指同一时段内某一年的径流量（Qi）与多年平均径流量（Q平均）之比值。K=Qi/Q平均

（4.5）年径流变率反映了这一年的径流量偏丰（K>1）或偏枯（K<1）的程度。

§3

地表水水量的计算方法§3地表水水量的计算方法一、河流水量分析计算按径流深度和径流系数可将我国的河川径流划分为五个带，即：（1）丰水带

年径流深度一般在1000mm以上，径流系数一般大于0.5的地带。包括东南沿海和华南地区、云南省西部、西藏东南部和台湾（2）多水带

年径流深度一般为300~1000mm以上，径流系数为0.3~0.5的地带。包括秦岭、淮河以南、长江中下游及云贵川和广西地区、东北长白山区，相当于湿润带。（3）过渡带

年径流深度一般为50~300mm，径流系数0.1~0.3的地带。包括黄淮海平原、山西和东北三省大部、四川西北、西藏东部、甘肃、青海的东南部等地区，相当于过渡带。一、河流水量分析计算按径流深度和径流系数可将我国的河川径流划分为五个带，即：（4）少水带

年径流深度一般为10~50mm，径流系数0.1以下的地带。包括东北西部地区、内蒙古大部、陕北地区、甘肃、宁夏大部、新疆西部和北部等地区，相当于干旱带。（5）干涸带

年径流深度一般在10mm以下的地带。包括内蒙古、宁夏、甘肃的沙漠地带、青海的柴达木盆地、新疆的塔里木盆地、准噶尔盆地及芷北羌塘地区，相当于十分干旱带。§3

地表水水量的计算方法

一、河流水量分析计算（二）河水流量过程线的分割方法

流量过程线是指河流断面上的流量随时间的变化曲线。流量过程线既能反映流量变化的特征，也在一定程度上综合反映出流域的气候和自然地理特征。对流量过程线进行分割，可以了解地表水和地下水对河流水量的补给情况。1、水平直线分割法

从一次洪水的流量过程线上找出涨水段的最低点A（图4.1）；从A点引一水平线和退水曲线相交于B点，B点即为地面径流的终止点。于是AB以下的水量作为基流量，AB线以上作为地面径流量。§3

地表水水量的计算方法一、河流水量分析计算（二）河水流量过程线的分割方法

2、斜线分割法

考虑当次降雨对潜水的补给，故在产汇流期间，地下径流会比雨前有所增加，则上法中的B点应高于A点，即地面径流应终止于B′点（图4.2）。B′点可根据洪峰后天数N，在退水曲线上定出。N可根据流域面积来确定。流域面积(km2)N值/(天)<100021000∽500035000∽10000410000∽250005>250006表4.1不同流域面积的N值§3

地表水水量的计算方法一、河流水量分析计算（二）河水流量过程线的分割方法

水平直线分割法和斜线分割法有一个共同的缺点，就是分隔出来的地下水补给量随意性很大。它忽视了流域的水文地质条件和地下水与河水之间不同的水力联系。但这两种方法简便易行，分割出地下水补给的总量尚能保证一定的精度。（三）河流多年平均径流量的计算表

Q平均

=

§3

地表水水量的计算方法§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容1．计算补给资源量地下水补给资源量的计算应以地下水系统为单位来进行。补给资源量是天然条件或人为开采状态下，地下水系统从外界获得的有补给保证的水量。也就是开采利用后，能够通过现代水文循环予以补充的水量，属于地下水资源中可再生的部分。其数量用地下水系统各项补给量总和的多年平均值表示。§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容2．计算储存资源量作为储存量多年平均值的储存资源量，在计算时应充分考虑地下水动态的变化。计算储存量的方法目前主要为体积法。§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容

3．可开采资源量的评估上述地下水资源量是地下水系统的资源拥有量的底数，由于受各种条件的限制，这些水量不可能全部开采出来。为了指导各种采供水活动，制定开采利用规划，在区域水量评价中还须对各地下水系统可供开发利用的水量做出进一步的估计和论证，这就涉及到所谓可开采资源量的问题。§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容

3．可开采资源量的评估

决定可开采资源量大小的因素有很多，其中地下水系统的供水功能（包括地下水资源的数量、分布埋藏条件）及人为采水的技术能力都是重要的因素。除此之外，能够取出的水量并非都是允许的。在许多地区，稍大的开采强度就会引发明显的环境负效应，如地面沉降、地面塌陷、海水入侵及生态退化。可见，可开采资源量的大小还受环境条件的制约。一、区域地下水资源量评价的内容

3．可开采资源量的评估

概念：指通过技术上经济合理的取水构筑物，在整个开采过程中动水位不超过设计要求及没有持续下降的趋势，水质变化在允许范围内，不破坏邻近水源地开采和改变生态环境的前提下，单位时间从含水系统或取水地段内能够取得的最大水量，通常用m3/d表示。

§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容

3．可开采资源量的评估严格地说，可开采资源量的确定，是个协调开采活动与地下水质、量时空分布格局的运筹过程，属于地下水资源管理和规划的任务，而不是区域水量评价阶段所能完成的。区域水量评价实际上对地下水系统最大的水量支付能力做出的一种估计§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容

3．可开采资源量的评估一般情况下可开采资源量的最大值是补给资源量，储存资源在开采地下水过程中会有时动用一部分，但他不能作为专门的开发对象。§4

地下水资源量评价的内容一、区域地下水资源量评价的内容4．开发利用条件分析圈定有开采价值的含水层或含水体（指分布较广、补给充沛、厚度较大、透水性好、水质优者）。§4

地下水资源量评价的内容

式中：Q补－规定时段内，均衡区各种补给量总和（m3）Q排－规定时段内，均衡区各种排泄量总和（m3）△Q储－规定时段内，均衡区内储存量变化量（m3）

对于一个地下水系统而言，在天然条件下，多年的补给总量与排泄量十分接近，即Q补＝Q排一、水量均衡法1、水量均衡法的基本原理水均衡方程式：

§5

补给资源量评价2、水量均衡法应用的步骤

（1）均衡区的确定

（2）均衡要素的确定

（3）确定均衡期

（4）建立水量均衡方程

(Q降＋Q表＋Q径）－（Q溢出＋Q侧排＋Q开排＋Q蒸排）

＝－μ.F.△h

（5）计算补给量和排泄量一、水量均衡法

3、均衡项的水量计算方法（1）大气降水入渗补给量的计算

Q=α.F.P

式中：α---降水入渗系数（无量纲）

F----接受降水入渗的地表面积（m2）

P----多年平均的年降水量（m/a）

在地下水径流滞缓的地区降水入渗系数可由下式计算：

α＝μ.△h/P

式中：μ－－水位变动带介质的给水度

△h－－次降水所引起的水位抬升值

P－－次降水量一、水量均衡法在地下水径流较强的地区3、均衡项的水量计算方法

（2）地表水渗漏补给量的计算1)断面流量差法 Q渗=(Q1-Q2)△t-BLZ式中：Q渗－－－河道或渠道在△t时段的总渗漏量(m3)Q1、Q2－－－分别为河渠上、下游测流断面的平均流量(m3/s)

△t－－计算时段(换算成秒)

B－－河渠的水面宽度(m)L－－两断面的距离(m)Z－－△t时段的水面蒸发深度(m)一、水量均衡法

3、均衡项的水量计算方法（2）地表水渗漏补给量的计算

2)

渗流断面法

Q渗=kLIh式中：k－－含水层渗透系数（m/d）

L－－河渠渗漏段的长度(m)

I－－河渠某一测地下水的水力梯度

h－－水力梯度取值段含水层的平均厚度（m）

一、水量均衡法

(3)径流量计算

Q径=K.I.M.L式中：K－－含水层渗透系数（m/d）

I－－地下水的水力梯度

M－－含水层厚度（m）

L－－断面长度(m)3、均衡项的水量计算方法一、水量均衡法（4）潜水蒸发量的确定（经验公式）

式中：潜水蒸发强度（mm/d

）

修正系数

水面蒸发强度（气象站观测的蒸发量mm）

h

潜水埋深（m）潜水蒸发极限深度（m）无量纲指数，一般1－3一、水量均衡法二、地下水水文分析法该方法是仿照陆地水文学的测流分析的一种方法。

基本原理是：一个地下水系统就其水量循环过程来说，无论补给方式多么复杂，补给量总要转化为地下径流量，而地下径流又必然会在适当的地点溢出地表，成为地表水。如果已知地下水的总径流量或总排泄量，则可推算出地下水的补给量。

二、地下水水文分析法地下水文分析法实质上属于水量均衡法的范畴。只不过它的适用条件比较特殊，即地下水的补给量必须全部转化为地下水的泄流。所以，该方法只能用于一些特定地区，如岩溶管道流区、具有全排型岩溶大泉的岩溶水系统和发育在基岩山区的裂隙水系统等其它许多方法难以应用的地区。目前常用的方法有地下径流模数法和基流分割法二、地下水水文分析法

1、地下径流模数法

地下径流模数：将系统的总径流量平摊到整个系统，就可得出一个比例系数即单位面积产生的地下径流量。一般说来，在天然条件下地下水系统的总排泄量或总径流量是由来自系统各处的补给量转化而成的，所以可以认为地下水径流量的大小与汇水补给面积成正比。如果已知地下径流模数和汇水补给面积就可以计算地下径流总量。很显然，地下径流模数是区域平均的概念，即在同一流域或同一地下水系统的不同地点它都被理解为一个相同的定值。二、地下水水文分析法

地下径流模数是计算地下径流总量，推算地下水补给总量的重要参数。可利用下式求出：M=Q/F或Q=M.F(4.30)式中：Q－测流点处的地下径流总量(m3/s)M－地下径流模数(m3/s.km2)F－测流点控制的上游汇水补给面积(km2)

应该指出，上述讨论是针对天然条件而言的，即总补给量等于总径流量和总排泄量。所以在实际工作中，当地下水径流量不易求得时，也可用总排泄量替代。于是，就有如下几种计算地下径流模数的办法。

评价过程：先根据局部资料求出径流模数，再计算评价区的径流量及补给量1）清水流量法

理论基础：我国大部分地区降水比较集中，除雨季外山区河流的水量基本上来自地下水的泄流。此时，河流的清水流量就是流域内的地下径流量。如果能测得河流的清水流量，并求得测点以上的汇水补给面积，就可用4.30式计算地下径流模数。

1、地下径流模数法二、地下水水文分析法

1、地下径流模数法

1）清水流量法

测点以上的控制面积一般可以根据地形并结合地质结构确定，在地表分水岭与地下水系统边界一致的情况下，可按测点以上的流域面积来圈定。若地表分水岭与地下水系统边界不一致，应根据地下水系统边界来圈定。否则地下水径流模数缺乏代表性。二、地下水水文分析法1、地下径流模数法

2）泉流量法

理论基础：泉是地下水的一种排泄方式。每个泉都有其相应的汇水补给区，因此可以根据泉水流量和相应的汇水补给区，求得地下径流模数。在实际应用中，泉水流量可以直接测定。对于非全排型的泉水，除了测定泉水流量外，还需计算泉口处的潜排量，以两者之和作为求取地下径流模数的流量数据。泉的汇水补给面积可根据野外调查资料，结合地下水系统圈定办法分析得出。在地表散泉较多的地方，应选取泉的成因、汇水补给面积易于查明且地层、岩性有代表性的作为计算对象。二、地下水水文分析法2基流分割法1）水平直线分割法二、地下水水文分析法

从一次洪水的流量过程线上找出涨水段的最低点A；从A点引一水平线和退水曲线相交于B点，B点即为地面径流的终止点。于是AB以下的水量作为基流量，AB线以上作为地面径流量。二、地下水水文分析法2基流分割法1）水平直线分割法当洪水前期河流水量很枯的情况下，用这种方法来分割深层地下水补给比较简便有效。因为不管流域的水文地质条件如何，深层地下水补给可以认为固定不变。但是，当河流兼有深层地下水和潜水的补给时，此法不宜使用。因为雨后潜水补给总是有所增加，用直线法分割出地下水补给量比实际情况要少，而地面径流历时又比实际情况偏长。二、地下水水文分析法2基流分割法1）水平直线分割法

考虑当次降雨对潜水的补给，故在产汇流期间，地下径流会比雨前有所增加，则上法中的B点应高于A点，即地面径流应终止于B′点（图4.2）。B′点可根据洪峰后天数N,在退水曲线上定出。N可根据流域面积来确定(表4.1)。连接AB′，