水资源量评价.

1第三章水资源量评价WaterResourcesSimulationandManagement2•主要介绍:•地表水资源量表征与评价方法；•地下水资源量分类，评价内容与原则；•地下水补给量、储存量、允许开采量的评价模型3第一节水资源的形成•1.1、地表水资源的形成与类型•1、地表水的定义：为河流、冰川、湖泊、沼泽等水体的总称。•2、水资源量的支项：（1）降水、（2）蒸发和（3）径流——区域水资源状态的三要素。•3、地表水资源的丰富程度是由降水量的多少来决定的，所能利用的是河流径流量。4•降水、径流和蒸发是决定区域水资源状态的三要素。三者之间的数量变化关系制约着区域水资源数量的多寡和可利用量。•因此，水利工程、工程水文等学科和行业重点研究河流资源的形成与分布问题。•河川径流的形成过程怎样呢？5•1.1.1径流的补给与形成过程•(1)雨水补给–雨水补给是指降水以雨水形式降落。(2)地下水补给–地下水补给河道的水量约占年径流总量的25％～30％。(3)冰川、融雪水补给–平均年径流量约50km3，约占全国年径流量的1.9％6径流是指降水形成的水流汇集于流域出口断面的物理过程。按水流形成及水流途径可分为：①地面径流②表层流（壤中流）③地下径流。径流的形成过程7表层流•下渗水在不连续界面上受阻,形成临时饱和带,产生表层流。•薄而易透水的土层，降雨强度小，土层未达到整层饱和，容易产生壤中流。•在浙江姜湾高坞村（实验）小流域的29次洪水中，表层流占总径流85％以上者有13次。•径流由降水、流域蓄渗、坡地汇流和河网汇流等环节组成。8（一）降水降水是各种径流的重要水量提供者，是流域生成径流的必要条件。（二）流域蓄渗流域蓄渗是雨水耗于植物截留、水分下渗和填洼等综合作用的过程。降雨的损失：①植物截留②填洼③雨期蒸发。9•净雨过程:即降雨过程减去损失过程，得净雨过程。产流过程。•净雨沿坡面和坡地汇入河网，称坡地汇流，然后沿河网汇集到流域出口，称河网汇流。汇流过程。10（三）坡地汇流•坡地汇流是指降雨产生的水流从它产生地点沿坡地向河槽的汇流过程。•坡地汇流包括地面、表层和地下三种径流组成。表层汇流和地下汇流是在有孔介质中受重力控制的水流运动。•地下汇流沿地下潜水层流入河网，流速很小，形成比较稳定的地下径流，是无雨期的基本径流，称基流。11（四）河网汇流•水流沿河网各级河槽向流域出口断面的聚集过程称为河网汇流。•地下径流不一定汇入本流域的河槽。•坡面汇流与河网汇流的作用与流域大小有关。12•（1）降水一般用降水深度来表示，即降水总体积除以对应的面积，以mm为单位。•（2）降雨的统计特征值•式中xmax—最大年降水量；xmin—最小年降水量。•K值越大，降水量年际变化越大；K值越小，降水量年际变化小，降水量年际之间均匀。minmaxxxKa1.1.2降水量的表征13•就全国而言，年降水量变化最大的地区是华北和西北地区，丰水年和枯水年降水量相比一般可达3倍一5倍，部分干旱地区高达10倍以上。•南方湿润地区降水量的年际变化比北方要小，一般丰水年的降水量为枯水年的1.5倍～2.0倍。14•降雨的统计特征值均方差σ•均方差的表达式为：•式中σ——均方差；•——均值，其表达式为：1)(12nxxnix15•式中xi——观测序列值，i＝1，2，…，n；•n——样本个数。niinxnnxxxx121116•统计特征值变差系数CvxCv17•年降水量变差系数Cv值越大，表示年降水量的年际变化越大，反之就越小。•西北地区——0.4•华北、黄河中下游——0.25~0.35•东北——0.2•南方——0.2以下•东南沿南海——0.25以上（台风）18•表示径流的特征值主要有；流量Qt、径流总量Wt、径流模数M、径流深度Rt，、径流系数α。1.1.3径流的表征19•(1)流量Q：为单位时间内通过河流某一断面的水量，单位以m3／s表示。•(2)径流总量Wt：指在一定的时段内通过河流过水断面的总水量，单位为m3。•t时段内的平均流量为Qt，则t时段的径流总量为：•tQWtt20•(3)径流深Rt：是设想将径流总量平铺在整个流域面积所得的水深，单位为mm。•其计算公式为：•式中t——寸间，s；•Wt——径流总量，m3•Qt——平均流量，m3／s；•F一流域面积，km2；•Rt，一某时段t的径流深度，mm。3101000FtQFWtRtt21•(4)径流模数M：为单位流域面积上产生的流量，单位为m3／(s•km2)。可表示为：FQM)101(10333mLFQM22•（5）径流系数：为某时段内的径流深度与同一时段内降水量之比，以小数或百分比计，其计算公式为：•••式中R——某时段内的径流深度，mm；•P——同一时段内的降水量，mm。•由于径流深度是由降水量形成的，对于闭合流域径流深度将小于降水量，即αl。PRt23（6）径流的统计特征•平均值•均方差•丰枯比•离势系数Cv24Cv•降水补给的河流冰川、融雪、降水混合补给河流地下水补给的河流Cv值。–秦岭以南年Cv值——0.5以上，–淮河流域大部分——0.6～0.8之间；–松辽平原和三江平原——0.8以上；–黄河流域——0.6以下，–内陆河流域，山区的Cv——0.2～0.5之间–高原西部——1.0，最大可达l.2以上。25•1.1.3蒸发•主要包括水面蒸发和陆面蒸发。•主要影响的因素是（1）气温、（2）湿度、（3）日照、（4）辐射、（5）风速等•干旱指数γ：是衡量一个地区降水量多寡、进行水资源分析的一个重要参数:某一地区年水面蒸发量E0与年降水量P的比值；PE026•干旱指数γ表示某一特定地区的湿润和干旱的程度，γ值大于1.0，表明蒸发大于降水量，该地区的气候偏于干旱，γ值越大，干旱程度就越严重；反之气候就越湿润。•我国干旱指数γ在地区上的变化范围很大。最低值小于0.5，如长江以南、东南沿海等地；最大值可大于100，如吐鲁番盆地的托克逊站，干旱指数高达318.9。27第一节水资源的形成1.1地表水的形成与分布1.2地下水的形成与分布28•1.2.1地下水的形成√1、岩石的空隙2、岩石中水的存在形式3、含水层和隔水层4、地下水的分类5、地下水循环•1.2.2地下水运动规律1、地下水运动特征2、地下水的运动规律1.2地下水形成与分布291.2.1地下水的形成•地下水定义：埋藏在地表以下空隙(孔隙、裂隙、溶隙)中的水称之为地下水。•空隙与水301.2.1.1．岩石的空隙性•（1）所有岩石都有空隙，十分致密坚硬的花岗岩，其裂隙率也达0.02％一1.9％。•（2）空隙的多少、大小、形状、连通与分布规律，对地下水的分布与运动具有重要影响•（3）分类：松散岩石中的孔隙、坚硬岩石中的裂隙和可溶岩中的溶隙(穴)三大类。•（4）定量描述孔隙、裂隙和溶隙大小的是孔隙度、裂隙度和溶隙度。•（5）算法都是用空隙体积除以岩石总体积311分选良好,排序疏松的砂;2分选良好，排列紧密的砂3分选不良的,含泥、砂的砾石；4经过部分胶结的砂岩325—具有结构性孔隙的粘土；6—经过压缩的粘土；7—具有溶隙及溶穴的可溶岩33孔隙大小的影响因素：（1）颗粒排列方式（下图）。（2）颗粒均匀度，越均匀孔隙越小。（3）颗粒形状，浑圆度越高，孔隙度越小。（4）胶结程度越高，孔隙越小。（5）粘土颗粒表面常带电，在沉积过程中构成颗粒集合体，可形成直径比颗粒还大的结构孔隙（上图5和6）。3435三者孔隙率一样。36•按裂隙的成因可分成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。•成岩裂隙是岩石在成岩过程中由于冷凝收缩（岩浆岩）或固结干缩（沉积岩）而产生的。•构造裂隙是岩石在构造变动中受力而产生的。具有方向性，大小悬殊，分布不均一。•风化裂隙是风化营力作用下，岩石破坏产生的裂隙，主要分布在地表附近。37•可溶的沉积岩，如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶穴（隙）。•溶穴的规模十分悬殊，大的溶洞可宽达数十米，高数十乃至百余米，长达几至几十公里，而小的溶孔直径仅几毫米。38几个问题1.自然界岩石空隙的实际发育很复杂。如，某些粘土干缩后可产生裂隙，其水文地质意义，甚至远超其原有的孔隙。2.固结程度不高的沉积岩，往往既有孔隙，又有裂隙。可溶岩石，由于溶蚀不均一，有的部分发育溶穴，而有的部分则为裂隙，甚至还保留原生的孔隙。3.因此在研究岩石空隙时，必须注意实地考察394.岩石中的空隙，必须以一定方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。（1）松散岩石中的孔隙分布于颗粒之间，连通良好，分布均匀，各向同性，赋存于其中的地下水分布与流动都比较均匀。40（2）坚硬基岩的裂隙宽窄不等，长度，往往具有一定的方向性。只有当不同方向的裂隙相互穿切连通时，才构成连通的裂隙网络。裂隙的连通性远较孔隙为差。因此，赋存其中的地下水相互联系较差。分布与流动往往是不均匀的。（3）可溶岩石的溶穴大小悬殊且分布极不均匀，赋存其中的地下水分布与流动也极不均匀411.2.1地下水的形成1、岩石的空隙√2、岩石中水的存在形式3、含水层和隔水层4、地下水的分类5、地下水循环1.2.2地下水运动规律1、地下水运动特征2、地下水的运动规律1.2地下水形成与分布421.2.1.2岩石中水的存在形式•（1）结合水(吸着水、薄膜水)、（2）重力水、（3）毛细水43(1)结合水•松散岩石颗粒表面因分子引力及静电引力作用而具表面能，而吸附水分子。•里层是强结合水，也叫吸着水；外层是弱结合水，也叫薄膜水•颗粒越细，表面积越大，结合水含量越高，黏土最高，坚硬岩石最低。•结合水区别于普通液态水的最大特征是具有抗剪强度，即必须施一定的力方能使其发生变形。4445(2)重力水•当薄膜水厚度不断增大，固体表面引力不断减弱，以至液态水就会在重力作用下向下自由运动，在空隙中形成重力水。•岩土空隙中的重力水能够自由流动。井泉取用的地下水，都属重力水，是水文地质研究的主要对象。46(3)毛细水•地下水面以上岩石细小空隙中具有毛细管现象，形成一定上升高度的毛细水带，毛细水不受固体表面静电引力的作用，而受表面张力和重力的作用，称半自由水。4748•毛细管水面随着地下水面的升降、补给、蒸发作用而发生变化。•但是，毛细管长度不变，它只能进行垂直运动，可以传递静水压力。491.2.1地下水的形成1、岩石的空隙2、岩石中水的存在形式√3、含水层和隔水层4、地下水的分类5、地下水循环1.2.2地下水运动规律1、地下水运动特征2、地下水的运动规律1.2地下水形成与分布50•含水层是指能够透过并给出相当数量水的岩层•隔水层是指不具透水和给水能力的岩层。•形成含水层的基本条件为：•(1)岩层要具有能容纳重力水的空隙•(2)具有储存和聚集地下水的地质条件•(3)具有充足的补给来源1.2.1.3.含水层与隔水层51含水层类型（P34）划分依据含水层类型特征空隙类型孔隙含水层裂隙含水层岩溶含水层松散堆积物的孔隙坚硬岩石的裂隙可溶岩的储水空间埋藏条件潜水含水层承压含水层上层无隔水层，直连包气带上层有稳定隔水层，承压渗透性能空间变化均质含水层非均质含水层各向渗透性相同各向渗透性不相同52•由于地形和地质条件的不同，地下水类型和水量分布也有较大差异。•孔隙水的分布以昆仑山-秦岭-淮河为界分成南北两个大区。北区新生代构造盆地是我国孔隙水主要分布地区。•岩溶水以长江为界分成两大区。北方岩溶化程度低，兼有岩溶和裂隙特点，形成流场。•基岩裂隙水在我国分布广，但水量不大。531.2.1地下水的形成1、岩石的空隙2、岩石中水的存在形式3、含水层和隔水层√4、地下水的分类5、地下水循环1.2.2地下水运动规律1、地下水运动特征2、地下水的运动规律1.2地下水形成与分布542.1.2.4．地下水的分类•目前采用较多的一种分类方法是按地下水的埋藏条件把地下水分为三大类：•上层滞水、潜水、承压水。•孔隙水、裂隙水、岩溶水是按空隙性质分类•结合水、毛细水、毛管水是按存在形式分类55•上层滞水