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水资源评价理论与方法


《水资源评价理论与方法》

课程简介
一、教学目的及要求
通过对该课程的学习,掌握水资源评价的基本内容 及其基本方法。 要求掌握水资源区划的主要方法;水资源量的估 算;可供水量的计算;需水量的调查与估算;水资源 供需平衡分析方法。并了解水资源开发规划的基本原 则和程序。

二、教学内容及课时安排
第一章:绪


说明水资源的含义及其特点;水资源评价和管理的 任务、内容。本章计划学时:1

第二章:水资源区划
介绍水资源区划的原则与指标;水资源区划的方法。 本章重难点:水资源区划的方法——主导因素法、 谱系群分析法。本章计划学时:3 各小节学时安排:第一、二节共1学时;第三节2学时

第三章:水资源估算
本章讲述如何推求某一区域的水资源量,具体内 容包括:基本资料的搜集、审查;地表水资源量的 计算;地下水资源量的计算;水资源总量的计算。 本章重难点:基本资料的搜集、审查;地表水资 源量的计算 本章计划学时:8 各小节学时安排:第一、二节共3学时; 第三、四节共3学时; 第五、六节各1学时

第四章:可供水量的计算
可供水量计算是水资源供需分析的重要环节。本 章通过分别对蓄水工程可供水量、引水堤水工程可 供水量、地下水可供水量、区域可供水量的计算来 说明不同研究对象可供水量的计算方法。最后还介 绍了可供水量的预测方法。 本章重难点:可供水量的含义;蓄水工程可供水 量的计算方法 本章计划学时:6 各小节学时安排:第一、二节共2学时; 第三、四、五、六节各1学时

第五章:需水量调查与估算
为了与可供水量配合进行水量平衡分析,需要求出不 同水平年不同保证率的分析区总用水量。本章通过分别 对农业用水量、工业用水量以及城镇居民生活用水及农 村人畜用水的计算来说明需水量的调查与计算方法。最 后还对一个总用水量的实例进行了分析。 本章重难点:农业需水量的调查与估算;工业用水评 价指标;工业用水的经济分析法 本章计划学时:6 各小节学时安排:第一、二节共2学时; 第三节2学时; 第四、五节共2学时

第六章:水资源供需平衡分析
本章按照水量平衡原理研究水资源的可供水量与社会 需水量的对比关系,即水资源的供需平衡分析。 本章重难点:供需分析中的指标体系和综合评价 本章计划学时:5 各小节学时安排:第一、二节共1学时; 第三节2学时; 第四节共2学时

第七章:水资源开发规划
为了合理开发、利用和保护水资源、防治水害,保持 水环境需要确定较为完整的计划,即进行水资源的开发规 划。本章重点分析水资源开发规划的原则和程序,并简单 介绍水资源开发系统的基本知识。 本章重难点:水资源开发规划的影响评估;防洪规划 本章计划学时:5 各小节学时安排:第一、二节共4学时; 第三、四节共1学时

三、考试及成绩评定
期中考核,期末考试; 期中考核成绩占30%,期末考试成绩占70%。

参考书目
1、《水资源学》 陈家琦 科学出版社 2002年
水利水电出版社 2、《向现代化迈进的中国水利》 矫勇、张国良 2004年 3、《水资源经济》 杨培岭 水利水电出版社

2003年

4、《水资源系统工程》 金菊良 丁晶 2002年

四川科学技术出版社

第一章 绪 论
第一节 水资源的含义及其特点
一、水资源的含义
广义的含义: 水资源是指地球上目前和近期可供人类直接或间接取用的水。 狭义的含义: 1、可按社会的需要提供或有可能提供的水量; 2、该水量有可靠的来源,且该来源可以通过自然界水文循环 不断得到更新或补充; 3、该水量可以由人工加以控制; 4、该水量及其水质能够适应人类用水的要求。

二、水资源的特点
1、可恢复性和有限性; 2、时空分布的不均匀性; 3、不可替代性; 4、多种用途的特性,如农业灌溉、工业生产、生 活用水、水力发电、航运、水产、旅游等等; 5、水利与水害的双重性。例:1991年淮河、太湖、 松花江等地发生大洪水,受灾面积达3.68亿亩, 受灾损失达779亿元。

第二节 我国水资源概况
一、我国水资源的特点
1、总量不少,人均、亩均占有量较少; 2、地区分布不均(地形造成气候差异) 在我国青藏高原地区,海拔大于4000米,降水稀少;青藏高 原以北、川东地区,海拔大约在1000~2000米之间,年降水量有 所增加;大兴安岭、太行山、巫山、云贵高原以东地区,海拔小 于1000米,季风频繁,降水丰沛。 比较项目 南方 北方 水资源总量 81.0% 14.4% 人口 54.7% 43.2% 耕地 35.9% 58.3%

3、年际、年内变化大,水旱灾害频繁。

二、我国水资源开发现状及存在问题
现状: 1、水利工事大幅增加; 2、水利工程供水能力显著提高; 3、水资源的重复利用率低。 问题: 1、地区性缺水; 我国人均水资源不足2300m3 ,约为世界人均水 资源占有量的1/4;全国669个城市中,有400多个城 市缺水,其中缺水比较严重的城市有110个;全国每 年因城市缺水影响产值2000亿元以上。

2、管理问题;
全国灌区农业用水利用率约40%,发达国家可达70~80%; 部分地区存在大水漫灌现象。通过加强管理、采取一定截水措施, 已有改观,见下表: 比 项 较 目 农田实灌面积 (万hm2) 4092 4320 灌溉用水量 (亿m3) 3580 3440 亩均灌水量 (m3) 583 531

1980年 1993年

2000年

4824

3466

479

3、水质污染问题
对全国92100km河长进行水质调查,符合饮用水标准的河长约 占1/3,有11%的河长水质低于农业灌溉要求,约6%的河长中有 毒含量超过排放标准。

第三节

水资源评价和管理的任务、内容

一、水资源评价和管理的任务
1、水资源的调查工作 (1)研究特定区域内降水、蒸发、径流诸要素的变化规律及其转化 关系; (2)阐明水资源(地表、地下)总量、质量及其时空分布特点; (3)分析计算需、供水量。 2、水资源的供需分析 3、寻求优化方案

二、水资源评价和管理的内容
1、水资源区划; 3、水质评价; 5、水资源开发规划; 7、水资源管理 2、水资源量的计算; 4、水资源供需分析; 6、水资源系统分析;

第二章 水资源区划
第一节 概述
一、水资源区划的定义 水资源区划就是在水资源分析计算的基础上,以 对各部门需水要求有决定意义的若干指标为依据,充 分考虑自然条件和水资源时空变化的差异性、相似性, 把特定区域划分为若干个水资源条件有着明显差异的 地区(计算单元),为分区制定合理的水资源开发利 用方案提供科学依据。 简言之:即根据重要指标划分计算单元。

二、水资源区划的内容
选 定 指 标

确 定 分 区 界 线

阐 明 各 区 特 点

提出 措施 与 方案

第二节 水资源区划的原则与目标
一、水资源区划的原则
1、最大性原则 同一分区内水资源的变化:具有最大相似性; 不同分区内水资源的变化:具有最大差异性; 2、有利原则 有利于综合研究、开发、利用、管理和保护;有利于揭示供 需矛盾、余缺状况;有利于资料的收集、整理、统计和分析;有 利于计算成果的校核、验证以及各分区之间的协调、汇总;有利 于兼顾工农业布局以及今后的发展。 具体而言,有以下主要指标: 1、按流域水系划分; 2、按骨干供水设施工程的供水范围分区; 3、按相似性分区; 4、按行政区划。

二、水资源区划的指标
1、基本指标 水资源的数量、质量、能量指标; 2、辅助指标 旱涝指数、径流年内分配、枯季最小流量等

第三节 水资源区划的方法
总体思路:逐级划区 分区原则: 1、供需矛盾突出的地区分区宜小;反之分区可适当调大; 2、关键性的水利枢纽应独立分区; 3、城市与农村、山区与平原应分开分析; 4、可以把相关的几项工作结合考虑,以便一份成果,多 方适用; 5、对比以往水资源工作的成果和资料;

常用分区方法:
一、综合法
选择两个或两个以上的水资源区划指标,将特定区域 分为若干个干区、小区等,即采用多指标逐级进行水 资源区划的方法。一般情况下,划分高级单元时,以 较概括的、较稳定的水资源特征为基本指标;划分较 低级单元时,则以较具体的、较易改变的特征值为基 本指标。通常情况下,第一级称为水资源地区;第二 级称为水资源区。 1、水资源地区的划分
基本指标主要是:水量——多年平均径流深 辅助指标:干燥指数、径流量与蒸发量之比

2、水资源区的划分
基本指标:可能来水量、径流年内分配
径流年内分配指标主要包括:
(1)汛期和枯水期出现的时间、水量;
(2)连续四个月径流量最大的月出现时间与水量集中程度; (3)主要灌溉期来水量与年来水量的比值; (4)径流量最小月和年最大流量出现时间,以及径流年内分配不均 匀程度

二、主导因素法
选择对用水部门生产价值影响最大的关键性因素 作指标,结合当地自然地理等因素,对特定区域进行 水资源区划。主导因素法原则上只需选择一个基本指 标。
优点:能较好地反映水资源变化在同一分区地相似性 和不同分区的差异性; 缺点:缺乏严格的度量标准,有一定的任意性。

三、谱系群分析法
在特定的区域内,选择资料质量好、面上 分布均匀的若干代表站,根据选定的区划指标 的逐年实测资料,进行各站组合计算相关系数, 然后采用逐次形成法依次进行联结合群,反复 进行所选代表站都合群为止,这时将大于或等 于一定置信水平下相关系数临界值的群作为同 一个水资源区划。该方法常采用多年平均降水 量作为区划指标。 具体步骤参见P-11实例。

第三章 水资源估算
第一节 概述
?完整流域:大气降水补给的总水资源量; ? 水资源量? ?不完整流域:当地水资源量+入境水资源量 ?

推求水资源量的具体内容: 1、基本资料的搜集、审查
1)水文气象、流域特征、水利工程、社会经济等资料的搜集; 2)资料的三性审查:可靠性、一致性、代表性;

3)资料的插补延长。

2、地表水资源量的计算
1)代表站的统计特征值计算; 2)多年平均值及变差系数等值线图的绘制; 3)分析其时空变化规律; 4)推求计算区域的降水、蒸发、径流过程; 5)推求计算区域当地、入境、出境的河川径流量。

3、地下水资源量的计算
1)山区区域:以地下水总排泄量估算; 2)平原区域:以地下水总补给量估算(即可开采量)。

4、水资源总量的计算
1)当地水资源总量:地表 + 地下 - 两者重复

2)区域水资源总量:当地水资源总量 + 入境水量

第二节 基本资料的搜集、审查与分析
一、基本资料的搜集
1、本区域内和邻近区域的水文气象资料 如:降水、蒸发、径流、泥沙等。 2、本区域的流域特性资料 如:区域面积、地形、地貌、土壤、植被等。 3、区域内水利工程概况 如:历年各级水库的有效库容及其灌溉面积;引、提水量及其灌溉 面积;灌溉定额、渠系有效利用系数、田间回归系数等。 4、区域内水文地质特性资料 如:岩性分布、地下水埋深、地下水开采情况等。 5、社会经济资料
如:人口、耕地的数量及其分布,当地经济发展情况。 6、水质监测资料 如:主要工矿企业的排污量、排放途径、影响范围、污染后果等。

二、基本资料的审查分析 (一)资料的可靠性审查
资料的可靠性审查是鉴定原始资料的可靠程度,审 查重点是资料的特大值和特小值。如: 降水量:地区分布规律,局部暴雨; 径流资料:上下游、邻近站对比,水量平衡分析, 极值对比; 水面蒸发:气象因素; 泥沙:上下游沙量平衡,年径流量与年输沙量之间 的关系;

(二)资料的一致性审查与径流还原计算
●一致性审查的原因及目的 ●径流还原计算的含义 ●径流还原计算的主要方法

1、分项调查法
对流域中各项影响因素所造成的水量变化逐一 调查、观测加以定量,从而获得总的还原水量。

(1)灌溉耗水量

W灌溉 ? (1 ? ? )mF ? (1 ? ? )?m毛 F

?—田间回归系数,即通过田间渗漏回归河道的水量占净灌溉水 量的比值;
灌水定额:单位面积上的一次灌水量; 灌溉定额:农作物全生长期各次灌水定额的总和;若不 考虑输水损失只计算有效灌溉时为净灌溉定额;考虑输 水损失则为毛灌溉定额。

m—灌区综合净灌溉定额;

? ——灌区渠系有效利用系数;
??

净灌溉水量M 净 毛灌溉水量M 毛

(2)工业、城镇用水量

W工城 ? (1 ? ? )W工城用
(3)水库蒸发损失水量

W库蒸=(E 水-E陆)F库 E 水=KE 测 E陆=P-R
(4)水库渗漏损失水量 (5)水库蓄水变量 (6)跨流域引水量 (7)河道分洪水量

2、双累积曲线法
具体步骤如下:
(1)由人类活动前的实测降水径流资料,建立年降水径流 模型; (2)根据实测降水资料,由模型求得逐年的年径流量计算 值 R计 ,并计算逐年累积值 R 计。

?

(3)由逐年实测径流资料,计算累积值 R 实。点绘对应 年份的 R 实 与 R 计 的相关线,即得径流双累积曲线。

?

?

?

(4)径流双累积曲线偏离450线的累积还原总水量即为还 原水量。

3、蒸发差值法
天然情况: 现状: 通常认为: 即得:

P天然 ? R天然 ? E天然
P现状 ? R现状 ? E现状

P天然 ? P现状
R 天然-R 现状 ? E现状-E天然

此式说明:人类活动对河川径流的影响可视为流 域陆面蒸发量的增大。因此有:

R还原 ? E现状-E天然

4、径流还原计算成果的合理性分析
(1)原始基本资料的审核
(2)不同计算方法的计算成果比较 (3)水量平衡分析

(4)降水径流相关图分析

(三)资料的代表性审查
资料代表性的含义:
指样本对总体的代表性,即样本资料的统计特性 对总体统计特性的代表程度。一般而言,资料长度越 长其代表性越好。

资料代表性分析的主要工作:
对长序列而言,主要研究其周期变化规律;对短 序列而言,主要是评定其代表性。因而主要有以下分 析方法。

1、系列的周期性分析
(1)平滑滤波器分析周期(例3-1)
i ? l ?1 t ?1

x

l ?1 ( ?i ) 2

h ? l

? x(t )

当逐一求出后,绘出的过程线即为滑动均 值过程线。每一个步长可绘出一条滑动均值过 程线。当步长 l 为1时,即为原序列;当 l ? n 时,所得的即是序列均值。步长取得最合适的 过程线,反映周期变化最清楚。

(2)累积滤波器分析周期
模型形式为:

x (i) ? x (i ? 1) ? x(t )
差积曲线的绘制步骤: ①求序列的算术平均值

x



②求序列中每一项与平均值之差
i

?x(t ) ? x(t ) ? x ;

③计算其累积值 曲线

? ?x(t ), i ? 1,2,?, n ,即可点绘差积
t ?1

? ?x ~ t 。

2、资料的代表性分析
长序列:周期性分析; 短序列:借助有长期观测资料的参证站,通过计 算参证站长系列和不同时段短系列的统计参数 来判断其代表性。(p28表3-5)

三、资料的插补延长
(一)降水资料的插补延长
1、相关分析法 2、地理内插法
(1)算术平均法
(2)加权平均法(即泰森多边形法,见图3-1) (3)等雨量线法

3、水文比拟法

P设N ?

P参N P参n

P设n

(二)径流资料的插补延长
1、年径流量的插补延长
(1)流域平均年降水量与年径流量的相关分析 (2)上、下游站年径流量的相关分析 (3)与邻近流域年径流量的相关分析 (4)汛期径流量与年径流量的相关分析

2、月径流量的插补延长 (1)汛期月径流量的插补
①水位流量关系法 ②相关分析法

(2)非汛期月径流量的插补
①用缺省月份的多年平均值代替 ②按退水规律插补

第三节 地表水资源
地表水:有经济价值又有长期补给保证的重力地表水。 一般情况下:

P ? R ? E ? ?V
一、降水量
根据水资源评价工作的要求,降水量的分析与计 算,主要包括以下内容: 1、多年平均年降水量及降水量变差系数等值线图的绘制 2、研究降水量的年际变化,推求区域不同频率代表年的 年降水量 3、研究降水量的年内变化,推求多年平均及不同频率代 表年的年内分配过程

(一)降水量参数等值线图的绘制
1、分析代表站的选取 选择资料质量好,实测年限较长,面上分布均匀 和不同高程的测站。降水资料主要来源于《水文年 鉴》、《水文图集》、《水文资料》、《水文特征值 统计》等。 2、年降水量统计参数的分析计算 其统计参数主要包括:多年平均年降水量 P 、年 降水量变差系数 C v 、年降水量偏态系数 C 。

Cv 值反映系列各值相对于系列均值的离散程度,
即可反映河川径流在多年中的变化情况。在我国,南 方流域的 C v 值小于北方流域;大流域的 C v 值小于 小流域。 C s 值反映系列各值在均值两边的对称程度。它大 约是 C 值的2~3倍。
v

s

3、降水量统计参数(P ,C v)等值线图的绘制

(1)将各测站年降水量统计参数( P C v , )分 别标注在带有地形等高线的工作底图的站址处。 (2)了解本地区降水成因、分布趋势及其量级 变化。 (3)按“主要站为控制、一般站为依据、参考 站作参考”的原则勾绘等值线图。

4、等值线图的合理性分析
(1)绘制的等值线图是否符合自然地理因素对降水量影 响的一般规律。其一般规律如:靠近水汽来源的地区年 降水量大于远离水汽来源的地区;山区降水量大于平原 区;迎风坡降水量大于背风坡;高山背后的平原、谷地 降水量一般较小;降水量大的地区值相对较小。 (2)检查绘制的等值线图于邻近地区的等值线是否衔 接。 (3)检查绘制的等值线图与陆面蒸发量、年径流深等 值线图之间是否符合水量平衡原则。

(二)区域多年平均及不同频率年降水量的计算 1、区域降水量系列直接计算法
(1)根据实测年数据量资料,采用算术平均或面积加 权平均法计算,得到历年区域年降水量系列。

(2)对该系列进行频率计算,即可求取区域多年平均 的年降水量及不同频率的区域年降水量。

2、降水量等值线图法
当区域面积较小时,适用该方法,反之采用频率计算 方法。

(三)区域年降水量的年内分配
1、降水量百分率及其出现月份分区图
包括:多年平均连续最大4个月降水量占多年平 均降水量的百分率及其出现时间;连续最大4个月降水 量占年平均降水量的百分率等值线及其出现月份分区 图。

2、各代表站不同频率的降水量年内分配

二、蒸发量
(一)水面蒸发
1、水面蒸发器折算系数
水面蒸发器折算系数是指天然大水面蒸发量与某种型号水面器 同期实测蒸发量比值。折算系数有以下特点: (1)折算系数随时间而变,一般是秋高春低。 (2)有一定的地区分布特点,在我国一般从东南沿海向内陆呈 递减趋势。

2、多年平均年水面蒸发量等值线图的绘制

(二)陆面蒸发
陆面蒸发又称流域蒸发,是指特定区域天然情况下的实际总蒸 散发量。它等于地表水体蒸发、土壤蒸发、植物散发量的总和。陆 面蒸发的估算主要有以下两种方法:

1、流域水量平衡方程式间接估算法

E ? P ?R
2、基于水热平衡原理的经验公式估算法(如彭门公式)

(三)干旱指数与旱涝分析
1、干旱指数

E0 r? P

干旱指数是反映气候干旱程度的指标,通常定义为年蒸发能
力与年降水量的比值。

2、旱涝分析
我国采用的旱涝标准主要有: (1)湿润度与蒸散度比值法 (2)旱涝指数指标法


??

P?P

? <-2时为大旱;-2< ? <-1时为旱;-1< ? <1时为正常; ? 1< ? <2时为涝; >2时为大涝。 P ? G ?W ? R
(3)供需比指标法

?

k?

Y ? Wm

k <0.5时为旱;0.5≤ k ≤0.8时为偏旱;0.8≤ k ≤1.3时 为正常; k >1.3时为偏涝。


三、河川径流量
(一)径流资料的统计处理
主要内容包括:径流还原计算、统计特征 值计算、径流资料的插补延长。

(二)多年平均径流深 R 及年径流变差系 数 C v 等值线图的绘制
重点是:等值线图的合理性检查。

(三)河川径流量的分析计算
1、代表站法
基本思路:选取代表站,并计算代表站逐年及多年平均年径流 量和不同频率的年径流量,然后根据径流形成条件的相似性,把代 表站的计算成果按面积比或综合修正的方法推广到整个研究范围, 从而推算区域多年平均及不同频率的年径流量。(参见P41-42)

2、等值线图法
重点:面积加权法、经验公式法

3、年降雨径流相关图法
基本思路:选取具有实测降水径流资料的代表站,由区域实测平 均降水量,在代表站年降水径流关系图上查得逐年区域年径流量, 进行频率计算,即可得到不同频率得区域年径流量。

4、水热平衡法

(四)河川径流量的年内分配
1、多年平均年径流的年内分配
(1)多年平均月径流过程 通常采用月径流量多年平均值与年径流量多年平 均值之比值的柱状图或过程线的年内分配表示。 (2)多年平均连续最大4个月径流百分率 即连续最大4个月的径流总量占多年平均径流量 的百分数。 (3)枯水期径流百分率 即枯水期径流量与年径流量的比值的百分数。

2、不同频率年径流的年内分配
通常采用典型年法。

第四节 地下水资源
一、概述 区域地下水资源是指区域浅层地下水体在当地降水 补给条件下,经水循环后的产水量。通常按地形地貌 等特征分为山丘区和平原区。 地下水资源计算的基本方法主要有:四大储量法 (静储量、动储量、调节储量、开采储量)、地下水 动力学法、数理统计法、水均衡法。水均衡法以均衡 区的水量平衡分析为基础,研究地下水各项补给量、 各项排泄量和地下水蓄变量之间的动态关系。 一般情况下,山丘区以总排泄量估算总补给量, 代表地下水资源量;平原区直接以总补给量估算地下 水资源量。

二、山丘区地下水资源量的计算
? ( )选择代表站 ?1 ? ? ?直线平割法 ? ? ? ? ? ?综合退水曲线法 ? ? ? ? ? ? (2)常用分割法?直线斜割法?消退流量比值法 ? ? ? ? ?消退系数比值法 ? ? ? ? ? ? ?经验关系法 ? ?1、河川基流量R g山 ? ? ? ?长序列法 ? ? ? ? (3)多年平均河川基流量?典型年法 ? ? ? W g山 ? ?相关法 ? ? ? ? ? ?模数分区法 ? ? (4)R g山的计算? ? ? ?等值线法 ? ? ?2、河床潜流量U 潜 ?3、山前侧向流出量U 侧山 ? ?4、山前泉水出露量U 泉 ? ?5、山间盆地的潜水蒸发量E g山 ? ?6、浅层地下水实际开采的净消耗量g山 ?

Wg山 ? R g 山 ? U 潜 ? U 侧山 ? U 泉 ? E g 山 ? g山

三、平原区地下水资源的计算
(一)以补给量估算
?1、降水入渗补给量U p ? ? ?水文分析法 ? ( )河道渗漏补给量U 河渗 ? 1 ? ? ?地下水动力学法 ? ? ? ? ?补给系数法 ? ? ? ? (2)渠系渗漏补给量U 渠渗 ?地下水动力学法 ? ? ? ?经验公式法 ? ? ? 2、地表水入渗补给量U s ? ? W g平=? (3)渠灌田间入渗补给量U 渠灌 ? ? ? ?渗漏剖面法 ? ? (4)水库蓄水体渗漏补给量U 库渗 ? ? ? ?水量平衡法 ? ? ? (5)人工回灌补给量U 人工 ? ? ? ? ? ?3、山前侧向流入补给量U 侧山 ? ?4、越流补给量U 越流 ?

(二)以排泄量估算
? ( )地中渗透仪实测法 ?1 ? ? ? ?1、潜水蒸发量E g (2)经验估算公式法 ? ? (3)潜水蒸发系数法 ? ? ?2、河道排泄量R g平 ? Wg平=? ?3、侧向流出量U 侧平 ? ?4、越流排泄量U 越排 ?5、人工开采净消耗量g 平 ? ? ?

(三)地下水可开采量
地下水可开采量是指在经济合理、技术可行和不 造成地下水位持续下降、水质恶化及其它不良后果条 件下可供开采的浅层地下水量。其具体估算方法有以 下三种: 1、实际开采量调查法 即将实际开采量近似代表多年平均可开采量。 2、可开采系数法 重点在于确定可开采系数。它等于可开采量与总补给 量之比。 3、多年调节计算法 该方法进行逐年的补给量和消耗量的平衡计算,两者 之差即为地下水可开采量。

四、不同频率代表年的地下水资源量
(一)山丘区
建立代表年的河川基流量和地下水资源量的相关图。

(二)平原区
建立代表年的降水入渗补给量和地下水资源量的相关图。

第五节 水资源总量
水资源总量的计算主要包括以下内容:
(1)多年平均水资源总量的计算
(2)不同频率水资源总量的计算 (3)地下水开采条件下的水资源总量

一、区域多年平均水资源总量的计算 W ? R ? Wg ? W重 (一)山丘区域 W山 ? R山 ? Wg山 ? Rg山
(二)平原区域

W平 ? R平 ? Wg平 ? Rg平-U s
W ? ( R山 ? R平)(Wg山+Wg平) W重 ? ?
E ?P ?R
可推出:

(三)平原与山丘的混合区域

(四)水资源总量计算中的平衡分析

P ?R?E R ? Rs ? R g E ? Es ? E g W ? R ? Eg
这里:

Rs ? R ? R g Eg ? W ? R Es ? E ? E g

Rg ? R山g ? R平g

平原地区的河川基流量相当于地下水河道排泄量,是指当河 道水位低于两岸地下水时,地下水向河道排泄的水量。

二、区域不同频率水资源总量的计算及年内分配
(一)总量计算 1、直接法
逐年计算区域河川径流量、地下水资源量、重复水量。

2、相关法 建立 Wi ~ Ri 或 Wi ~ Ri ? U pi 的相关图。 3、简化倍比法
山丘区

W Wi ? Ri R
W Wi ? ( Ri ? U pi ) (R ? U p )

平原区

(二)年内分配计算
典型年同倍比缩放法,其缩放倍比为代表年区域水资源总量 与典型年区域水资源总量之比。

三、地下水开采条件下水资源总量的计算
?地表径流量的减少量?Rs (+) 降水入渗补给量的增加量?U p ? ? ?包气带土壤水蒸发量的增加量?E s ( ?)
即:

?U p ? ?Rs ? ?E s

?1、地表径流量的减少量?R s (? ) ? ?2、河川基流量的减少量?R g (? ) 地下水开采净消耗量?g ? ? ?3、潜水蒸发量的减少量?E g (? ) ? ?4、包气带土壤水蒸发量?E s (?)
即:

?g ? ?Rs ? ?Rg ? ?E g ? ?E s

可推出:

?g ? ?Rg ? ?E g ? ?U p

第六节 入境与出境水量
一、概述
入境水量:天然河流经区域边界流入区域的河川径流量。 出境水量:天然河流经区域边界流出区域的河川径流量。

二、计算
1、代表站法 2、水量平衡法

三、时空分布
1、年内分配 多年平均年水量的月分配过程;连续点4个月、枯水期水量 占年水量的百分率。 2、多年变化 变差系数;周期变化规律;分区法。

第四章
第一节
一、可供水量的定义
1、定义

可供水量的计算
概述

指在不同水平年、不同保证率情况下,考虑需水要求,供水工程设 施可能提供的水量。

2、可供水量应满足的要求
(1)能反映水资源的余缺程度; (2)有别于工程实际供水量与最大供水能力; (3)不包括工程弃水与不可用水; (4)具有可规划性; (5)适用性

二、影响可供水量的因素
1、供水工程条件 供水工程设施一般有:蓄水工程,如水库、塘坝;引水工程,如有坝 引水、无坝引水;提水工程,如抽水站等。 2、来水条件 可供水量的计算与年来水量及年内变化有密切关系。 3、用水条件 指用水特性。如用水结构、分布、性质、要求、规模。

三、可供水量的计算方法
1、系列调算法
根据实测和调查的来、用水等资料系列逐年计算 可供水量,然后经频率计算,求出不同保证率代表年 的可供水量。(参见P66例4-2)

2、典型年法
根据实测和调查的来、用水等资料系列中选出不 同保证率典型年,计算其可供水量。

第二节 蓄水工程可供水量的计算
一、大中型水库可供水量
(一)年调节水库 年调节水库是指当年来水为当年所用的水库。它的库容系数一般小 于0.3,即 ? ? 0.3。 库容系数是指水库的调蓄库容(通常以兴利库容或有效库容表示) 与水库控制面积以上多年平均来水量的比值。 具体计算方法有: 1、典型年调算法 参见P-68例4-3。 2、系列调算法 该方法根据历年资料系列推求逐年的可供水量(按典型年调算法计 算),然后进行频率计算,从而求出不同水平年、不同保证率情况下水 库的可供水量。 3、简化方法 简化法的适用情况: (1)水库放水能全部为用户所用,可供水量达到最大值,即“以供定需” 的情况。 (2)水库供水范围内用水户已经饱和,水库多余的弃水无法为用户所用, 即“以需定供”的情况。 (3)当研究区域水库工程较多,某些水库的资料不全时,可通过一些资 料齐全、系列较长的典型水库,分析来水与供水的关系,以便资料不全 的水库参考。

简化法的具体步骤如下:
①选择具有不同库容系数 ? 的典型水库;

②计算各水库逐年的水量利用系数 ? i ;

? ?M

③对? i 进行排频计算; ④绘制 ? ~ ? ~ P(%) 相关图; ⑤利用相关图按下式计算不同代表年的水库供水量。

W0

M p ? ? pW0
(参见P-70例4-4)

(二)多年调节水库
多年调节水库是一种跨年度调节的水库,即当年的来 水并非为当年所用,而要以丰补枯,它的水库库容系数 ? 一般大于0.3~0.5。 多年调节水库一般采用系列调算法,即由来水、用水 量的长系列资料,用时历法逐年作调节计算。也可按一定 的计算原则:低于设计保证率年份的可供水量,按“以需 定供”求得;高于设计保证率的可供水量,由计算得出的 保灌面积乘以该年综合亩毛灌溉定额求得。 1、简化计算方法的适用情况 (1)当水库参数和用户在未来不同水平年不会发生变化或 变化很小,而且水库有多年实际运行资料时,可直接由供 水量进行排频计算,从而求得不同水平年在不同保证率情 况下的水库可供水量。 (2)当水库资料不全时,可通过建立与供水量有关的基本 资料的相关分析,从而求得所需成果。这种相关分析主要 有以下两种:

① ? 来~? 存 关系(来水量变率~存水系数)曲线的绘制 ? 来=W来 W0

? 存= ?W V兴 水库年末最大存水量不能超过该水库的兴利库容,即存水系 ? 数 ? 存 ? 1.0 。由几个典型水库分别计算,以为 ? 来 纵坐标, 存 为横坐标,根据点群不同保证率范围,分别绘制出不同调节 系数典型水库的? 来~?存~P(%) 相关图。
② ?总~n 关系(年总水量系数~供水系数)曲线的绘制 n ? W供 V兴

? 总=? 来+? 存=

W来 ? ? W V兴

通过对典型水库资料的计算,逐年求出 n 和 ? 总 ,然后以 n 为纵坐标,? 总为横坐标,根据点群不同保证率范围,分别 绘制出不同调节系数典型水库的 n~?总~P(%) 相关图。

2、简化计算的具体步骤 (1)计算水库库容系数 ? ,? ? V兴 W0,根据 ? 的大小选 n 择与典型水库接近的 ? 来~?存~P(%) 、 ~?总~P(%)相关
图进行查找。 (2)计算来水变率 ? 来 ,由 ? 来 值查选定的 ? 来~?存~P(%) 相关图,求出相应的 ? 存 值。

(3)由公式 ? 来 ? W来 V兴 计算出 ? 来,按 n~?总~P(%) 计 算出水库年总水量系数 ?总 ,查找选定的 ?总=?来+?存 相 关图,即可求出不同保证率下的供水系数值 n 。 (4)由公式 W供 ? nV兴 ,引入保证率的概念,则有 W供p ? n pV兴p ,即求得资料不全的多年调节水库的年可 供水量。

二、小型蓄水工程可供水量
1、复蓄指数法
复蓄指数是指水库、塘坝年可供水量与兴利库容的比值,其意 义同供水系数。由 n ? W供 V兴 ,可得:

W供 ? nV兴
2、保灌系数法
复蓄指数为塘坝保证灌溉面积与灌溉面积之比,即 c ? ? 保 ? 由保灌系数可按下式推求塘坝的年可供水量:

W供 ? c?m

3、水量利用系数法

水量利用系数? 是指蓄水工程年可供水量与年径流量的比值。 在分析出水量利用系数后,可按下式计算年可供水量:

W供 ? ?W p

4、灌溉水库水利计算查算图法
具体步骤参见P73。(例4-5)

第三节 引水、提水工程可供水量的计算
引水、提水工程: 一般指引用或抽取天然流量以供水的工程。该水量只引用,不能 用于调节径流。

一、分析计算要点
1、根据实测流量资料,统计历年灌溉供水关键期最小5日平均流量系 列,经排频计算求得不同保证率下的最小5日平均流量,按照引水成 数或抽水成数估算不同保证率下的引水、提水工程的供水流量,再 比上灌区关键供水期万亩农田灌溉需水流量定额,即求得不同保证 率下的可保灌农田面积,该值与同保证率下的综合亩毛灌溉定额之 积即为可供水量。 Qm 一般情况下:

W供 ? m

q

? m? 保

水量丰沛地区:

W供 ? m?保+m?(? ? ?保 )
? m??+m???保

2、当设计保证率和实灌面积已知时,若保证率低于设计 保证率,可供水量按“以需定供”的原则供水;若保证 率高于设计保证率时,乘以一个小于1.0的保灌系数。 3、当流域不同保证率的典型代表年已经选定,而引、提 水工程相应该典型年的灌区实灌面积有调查统计数字, 则可用实灌面积乘以综合亩毛灌溉定额计算其可供水量。 4、当水源水量有相当的保证时,可对历年灌溉供水期最 低5日(或旬)平均水位组成的系列进行排频计算,求 得指定保证率的最低枯水位,再对照引水枢纽型号尺寸 或泵站水泵特性,求得指定保证率的可供流量。进一步 可按情况1计算可供水量。

二、引、提水工程可供水量的计算方法
(一)引水工程
引水工程可供水量是指用水户通过引水工程直接从河流、湖泊中直 流引用的水量。 1、大中型引水工程可供水量的计算 这类工程的可供水量大小与河道天然来水、渠道过水能力、下 游河道过水流量以及用户的用水要求均有关系。一般按选择的典型 年逐一进行。其计算可按以下公式逐月进行:

当W ? M时,W可供 ? M 当W ? M时,W可供 ? W
2、小型引水工程可供水量的计算 这类工程往往资料缺乏,引水方式多为沿河节节拦截,渠首枢 纽处的流域面积常与抽水工程嵌套重复,因而多采用简化的方法估 算可供水量。

W可供 ? c?m ? ? 保 m

(二)提水工程
提水工程可供水量是指用水户通过动力机械设备直接从河道、 湖泊中提取引用的水量。提水工程的可供水量主要取决于供水水源的 保证程度和用户的需水要求。 1、从河道取水

W可提 ? ? q(t )dt
t

当Q(t ) ? Q下时,q(t ) ? 0; 当Q下 ? Q(t ) ? Q设时,q(t ) ? Q(t ) ? Q下; 当Q(t ) ? Q下 ? Q设时,q(t ) ? Q设; 当Q(t ) ? Q下 ? Q设时,q(t ) ? Q(t ) ? Q下,但不大于Q设
需要注意的是:由于提水设备不可能全年开机,用户也不一定是 全年都有需水要求,因此该式算出的可能最大提水量通常远大于提水 工程的可供水量。实际估算时,往往先调查提水工程抽取流量的大小 与开机时间,两者相乘求得可供水量。 2、从湖泊、大江、大河提水 该类工程可供水量大小取决于提水设备能力和用户的需水要求以 及指定保证率下江、湖的最低枯水位。(p78表4-9)

第四节 地下水可供水量的计算
一、地下水可利用水量的计算
地下水可利用水量是指地下水源长期有保证的供水量。它等于地下水 可能最大补给量与地下水的无效损失量之差。 1、地下水可能最大补给量 地下水可能最大补给量是指在理想条件下,地下水库能得到的最大 补给量,即各个有长期保证的补给量之和的最大值。它的特点是:
(1)地下水可能最大补给量不是各项补给量可能最大值的简单求和。 (2)地下水可能最大补给量随补给条件的改变而变化。 (3)当补给条件基本不变时,地下水可能最大补给量的多年平均值可视为不变。

2、地下水无效损失量 地下水无效损失量是指未被利用的无效部分,包括地下水流出量、 越流排泄量和浅水蒸发量。其特点是: 地下水无效损失量随地下水埋深 的增加而相应减小。 原因是:埋深大,潜水蒸发减小;
埋深大,上下含水层之间的水头差变小,使得越流排泄减小; 埋深大,地下水出流坡度减小,甚至出现倒流现象。

地下水补给量随地下水埋深的变化规律是:
(1)自地表到地下水最佳埋深以上,地下水的补给量随埋深增加而增加; (2)最佳埋深时,地下水的补给量即为可能最大补给量; (3)超过地下水最佳埋深时,地下水的补给量随地下水埋深的增加反而减小。

3、地下水可利用水量计算公式

W可利 ? Wm补 ? W出 ? W越 ? E潜
二、地下水可供水量的计算
对地下水开采利用程度较高的地区:考虑补给量与开采量之间的平 衡关系,开采量不大于极限开采量。极限开采量是指在经济合理、技 术可行和不造成地下水位持续下降、水质恶化及其他不良后果条件下 可供开采的地下水量。 对地下水开采利用程度较低的地区:只要提水设备能力允许, 按“以需定供”原则开采。

(一)实际供水调查法
1、根据泵站的提水能力与开机时间计算

W可供 ? ? qi ?ti
i ?1

n

2、根据耗电量或耗油量计算

W可供 ? c1q? ? c2 q??
3、根据灌水次数和灌水定额计算

W可供 ? ? ni qi ?i
i ?1

n

(二)可开采系数法

W可供 ? ?W地

第五节 区域可供水量的计算
一、区域可供水量的计算原则
六原则: 1、先小后大; 2、先自流水后蓄水、提水; 3、先近后远; 4、先地表后地下; 5、先本流域后外流域; 6、先高后低(就水质而言) 三个有利于: 1、有利于系统内的供需平衡; 2、有利于消除各项用水矛盾; 3、有利于生态效益与经济效益

二、汇总计算应注意的问题
1、取各项工程同一典型代表年的供水量汇总; 2、按地表、地下可供水量分别汇总; 3、避免可供水量的重复计算; 4、汇总成果应进行合理性检查:
(1)除从大江、湖泊取水的供水工程外,区域其它各类供水工程的可供 水量总和只能是其控制面积相应保证率年来水量的一部分。即:

W供 ? ?M p Fc
(2)农业灌溉可供水量不大于该水平年相应保证率有效灌溉面积的灌溉 需水量。即:

W供灌 ? ? 有效 m p

(区域可供水量的算例P82例4-6)

第六节
参见教材实例P87

可供水量的预测

第五章

需水量调查与估算
第一节 概 述

?农业用水 — —灌溉用水 — —频率分析 ? 用水部门?工业用水 — —经济规模 ?生活用水 — —人口、牲畜数量 ?

第二节
一、农业灌溉用水的估算

农业用水

农业用水的范围: 农业灌溉用水、牧业用水、林业用水、渔业用水

农业灌溉用水是指为满足作物生育期总的用水要求,除天然降水 供给部分外,通过各种水利设施补送农田的水量。 农业灌溉用水与灌溉面积、作物组成、有效降雨、土壤性质、田 间配套、渠系渗漏、灌溉方式以及管理水平有关。

(一)作物田间需水量
作物田间需水量:指作物全生育期或某一时段内正常生长所需水 量。它等于植株蒸腾与株间蒸发两项之和。有时也叫田间腾发量。 田间耗水量:作物田间需水量与深层渗漏量之和。 因而: 旱作物:田间耗水量=田间需水量; 水稻田:田间耗水量=田间需水量+深层渗漏量 估算作物需水量的方法大致有两类:其一是直接计算法,它是利 用作物需水量与主要气象因素或作物产量、土壤含水率等经验关系式 来直接计算作物需水量。其二是间接法,它是先根据气象资料计算参 照作物腾发量,再考虑作物和土壤因素,乘以作物系数,得出作物实 际需水量。 1、直接计算法(经验公式法) (1)建立水面蒸发与作物需水量之间的关系(水稻田)

E ? ?E 0
(2)建立作物产量与需水量之间的关系(旱作物)

E ? ?Y

2、间接计算法(彭曼法)
该方法的思路:先求得作物参照需水量,再考虑作物和土壤的因 素,乘以某个需水系数,得出作物实际需水量。 作物参照需水量:指土壤水分充足、地面完全覆盖、生长正常、 高矮整齐的开阔(有200米以上长度及宽度)矮草地(草高8~15cm) 的需水量。

E ? ? w? c E0

作物参照需水量等值线图及其应用(参见P95)

(二)水稻田间渗漏量
深层渗漏:由于降水量过多或灌水量太多,根系吸收层中的土壤 含水量超过了田间持水量,超过的水量在重力作用下向根系吸收层 以下的土层渗漏,这种现象叫深层渗漏。 对于整个地区主要考虑田面渗漏量。生产实践中主要以实测和 调查资料为主。

(三)农作物的灌溉制度
灌水定额:单位面积上的一次灌水量; 灌溉定额:农作物全生长期各次灌水定额的总和;若不考虑输水 损失只计算有效灌溉时为净灌溉定额;考虑输水损失则为毛灌溉 定额。 灌溉制度:农作物的灌溉制度是指根据作物需水特性和当地气候、 土壤、农业技术及灌水技术等条件,为作物高产及节约用水而制 定的适时适量的灌水方案。其主要内容包括作物播种前及整个生 育期的灌水次数、每次灌水日期和灌水定额及灌溉定额。

1、水稻的灌溉制度
(1)泡田期的灌溉用水量

M 1 ? 6.67?1 ? (S1 ? e1t1 ? P1 )
(2)生育期灌溉制度

h1 ? P ? m ? E ? C ? h2

2、旱作物得灌溉制度
(1)旱作物的灌溉制度

W0 ? WT ? P0 ? K ? M ? E ? Wt
(2)基本资料的收集与分析 1)土壤计划湿润层的深度 2)土壤最适宜含水率及允许最大、最小含水率 3)有效降雨量 4)地下补给量 5)计划湿润层加深而增加的水量 (3)旱作物的灌溉制度 1)播种前灌水定额的确定 2)生育期灌溉制度的确定

(四)灌溉用水量
1、渠系水利用系数 2、灌溉用水过程的推求

??

M净 M毛

灌溉用水过程可以用灌溉制度推求,也可以用综合灌水定额 求取。具体步骤如下:
(1)计算综合净灌水定额

m综,净 ? ? 1 m1 ? ? 2 m2 ? ? 3 m3 ? ? ? ? i mi
(2)计算综合毛灌水定额

m综,毛 ? m综,净 / ?
M 毛 ? m综,毛 F

(3)计算全灌区毛灌溉用水量

(五)代表年的选择
1、按年雨量选择 2、按主要作物生长期的降雨量选择 3、按干旱年的雨型分配选择

谢谢!


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