第三章-水资源量评价

LOGO第三章水资源量评价第一节水资源的形成第二节地表水资源量评价第三节地下水资源量评价第一节水资源的形成一、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、水资源量的收支项主要为：（1）降水、（2）蒸发、（3）径流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。第一节水资源的形成因此，在讨论地表水资源的形成与分布时，重点讨论构成地表水资源的河流资源的形成与分布问题。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。第一节水资源的形成（一）降水降水作为水资源的收入项，决定着不同区域和时间条件下地表水资源的丰富程度和空间分布状态，制约着水资源的可利用程度与数量。表示降水量的年际变化程度：（1）年降水量的极值比Ka（2）年降水量的变差系数Cv值来表示第一节水资源的形成（1）年降水量的极值比Ka：年降水量的极值比Ka可表示为式中xmax——最大年降水量；xmin——最小年降水量。Ka值越大，降水量年际变化越大；Ka值越小，降水量年际变化小，降水量年际之间均匀。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。minmaxxxKa第一节水资源的形成数理统计中用均方差与均值之比作为衡量系列数据相对离散程度的参数，称为变差系数Cv，又称离差系数或离势系数。变差系数为一无量纲的数。①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：（2）年降水量变差系数Cv1)(12nxxni第一节水资源的形成niinxnnxxxx1211式中xi——观测序列值，i＝1，2，…，n；n——样本个数。②变差系数CvxCv第一节水资源的形成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）第一节水资源的形成（二）径流1.河流径流的补给河流径流的水情和年内分配主要取决于补给来源。(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％。第一节水资源的形成2.径流的时空分布(1)径流的区域分布(2)径流量的动态变化降水补给的河流冰川、融雪、降水混合补给的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；华北平原地区——Cv1.0，东北地区山地——0.5以下，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，盆地——0.6～0.8，高原西部——1.0，最大可达l.2以上。(3)年径流量的季节变化关键取决于河川径流的补给来源和变化规律。第一节水资源的形成3．河流径流的表示方法（1）河流径流：定义：流域上的降水，除去损失以后，经由地面和地下途径汇入河网，形成流域出口断面的水流，称为河流径流，简称径流。（2）径流过程：径流随时间的变化过程，称为径流过程。（3）分类：))(()()(含泥沙固体径流地下径流冰融水雪融水降水形成水源地表径流空间位置径流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)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：第一节水资源的形成tQWtt第一节水资源的形成(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——时间，s；Wt——径流总量，m3Qt——平均流量，m3／s；F——流域面积，km2；Rt——t时段的径流深度，mm。3101000FtQFWtRtt第一节水资源的形成(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第一节水资源的形成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。PR第一节水资源的形成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。其定义为某一地区年水面蒸发量E0与年降水量P的比值：（三）蒸发PE0第一节水资源的形成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、东自沿海等地；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。二、地下水资源的形成与运动规律（一）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。1．岩石的空隙性（1）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、连通情况与分布规律，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三大类。第一节水资源的形成2.石岩中水的存在形式岩石空隙中的水的主要形式为（1）结合水(吸着水、薄膜水)、（2）重力水、（3）毛细水、（4）固态水、（5）气态水。(1)结合水松散岩石颗粒表面和坚硬岩石空隙壁面，因分子引力及静电引力作用而具表面能，而吸附水分子，在颗粒表面形成很薄的水膜。(2)重力水当薄膜水厚度不断增大，固体表面引力不断减弱，以至于不能支持水的重量时，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。第一节水资源的形成(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。第一节水资源的形成第一节水资源的形成第一节水资源的形成3.含水层与隔水层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第一节水资源的形成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。上层滞水：这种水的矿化度一般较低，但因接近地表，水质容易被污染，可做临时水源。潜水：埋藏于地下第一稳定隔水层之上、具有自由表面的重力水。与地表相通，靠降水补给，水量不稳定，水质差，易污染，与地表水联系密切。承压水：充满于两个稳定的隔水层之间的重力水。水量稳定，卫生条件可靠，不易被污染，适合作水源。第一节水资源的形成第一节水资源的形成5．地下水循环含水层或含水系统通过补给，从外界获得水量，径流过程中水由补给处输送至排泄处，然后向外界排出。排泄：含水层失去水量的过程称为排泄。径流：地下水在岩石空隙中的流动过程称为径流。地下径流量常用地下径流率M来表示，其意义为lkm2含水层面积上的地下水流量(m3／(s•km2))，也称为地下径流模数。年平均地下径流率可按下式计算：式中M——年均地下水径流模数(m3／(s•km2))A——地下水径流面积，km2；Q——一年内在面积A上的地下水径流量，m3。第一节水资源的形成AQM86400365（二）地下水运动的特点及其基本规律1.地下水运动特征(1)迟缓的流速河道或管网中水的流速一般都以每秒米来表示，地下水由于在曲折的通道中通行，用每天米来表示其流速。(2)层流和紊流由于地下水是在曲折的通道中缓慢渗流，故地下水流大多数都呈雷诺数很小的层流运动，即水质点有秩序地呈相互平行而不混杂的运动。(3)非稳定、缓变流运动地下水在自然界的绝大多数情况下呈运动要素(流速、流量、水位)随时间改变的非稳定流运动。第一节水资源的形成第一节水资源的形成2．地下水运动的基本规律地下水运动的基本规律又称渗透的基本定律，在水力学中已有论述，这里只引用定律的基本内容。(1)线性渗透定律线性渗透定律反映了地下水层流运动时的基本规律，是法国水力学家达西建立的，称为达西定律，即：上式又可表示为：式中v——渗透速度，m／d；J——水力坡度，单位渗流途径上的水头损失，无量纲。AwLHHKQ21JKv第一节水资源的形成上式表明渗透速度与水力坡度的一次方成正比，因此称为线性(直线)渗透定律。渗透系数K是反映岩石渗透性能的指标，其物理意义为：当水力坡度为1时的地下水流速。过去许多资料都称达西公式是地下水层流运动的基本定律，其实达西公式并不是对所有的地下水层流都适用，而只有当雷诺数小于1～10时地下水运动才服从达西公式，即：式中u——地下水实际流速，m／d；d——孔隙的直径，m；γ——地下水的运动粘滞系数，m2／d10~1Rerdu第一节水资源的形成(2)非线性渗透定律当地下水在岩石的大孔隙、大裂隙、大溶洞中及取水构筑物附近流动时，不仅雷诺数大于10，而且常常呈紊流状态。紊流运动的规律是水流的渗透速度与水力坡度的平方根成正比，这称为哲才公式，表示式为：JKv有时水流运动形式介于层流和紊流之间，则称为混合流运动，可用斯姆莱公式表示式中m值的变化范围为1、2。当m=1，即为达西公式；当m＝2时，即为哲才公式。mJKv1一、水资源的分区（一）分区原则第二节地表水资源量评价由于影响河流径流的许多因素，如气象因素、流域下垫面因素等，具有地域性分布变化的规律，致使水资源相应的呈现地域性分布的特点。1．区域地理环境条件的相似性与差异性2．流域完整性3．考虑行政与经济区划界线4．与其他区划尽可能协调（二）分区方法第二节地表水资源量评价根据各地的具体自然条件，按照上述原则对评价范围进行一级或几级分区。常用的分区方法有：1．根据各地气候条件和地质条件分区可以根据各地的气候条件和地质条件对评价区进行分区，如将评价区分为（1）湿润多沙区、（2）湿润非多沙区、（3）干旱多沙区、（4）干旱非多沙区；或仅根据气候条件分为（1）湿润区、（2）半湿润区、（3）半干旱区、（4）干旱区等。2．根据天然流域分区3．根据行政区划分区(1)全国性水资源评价可按省(自治区、直辖市)和地区(市、自治州、盟)两级划分，(2)区域性水资源评价可按省(自治区、直辖市)、地区(市、自治州、盟)和县(市、自治县、旗、区)三级划分。2020年9月23日33指水资源评价应按江河水系的地域分布进行，全国性水资源评价要求进行一级流域分区和二级流域分区，区域性水资源评价可在二级流域分区的基础上，进一步分出三级流域分区和四级流域分区。我国按流域水系划分为10大流域片，称为一级区。在一级区内进一步划分为若干次级区，称为二级区，全国共划分出77个二级区作为基本单元。流域分区指水资源评价按行政区划进行分区。全国性水资源评价的行政分区要求按省（自治区、直辖市）和地区（市、自治州、盟）两级划分。区域性