第五章-水资源量的计算

第五章水资源量的计算水资源分析与计算，一般是针对水资源区划确定的的某一特定区域而进行的。它是在收集整理气象、水文资料的基础上，研究区域内降水、蒸发、径流等要素变化规律以及区域地表水、土壤水、地下水的相互转化关系。计算地表水资源、地下水资源及总水资源的数量，分析其水质即时空变化规律，为区域水资源的开发规划提供科学依据。水资源分析计算的主要内容是在水资源分区的基础上，分别进行降水量、地表水资源量、地下水资源量及水资源总量的分析评价。第一节基本资料的收集与整理一、基本资料的收集(一）降水资料的收集收集资料应注意事项：1、选用的观测站要求资料可靠、系列较长、面上分布比较均匀。2、收集各观测站降水量资料本身的同步性，还要兼顾降水量与径流量资料的同步性。3、认真校对选用资料，对资料来源、质量及相关情况应详细注明。4、收集适当比例尺的地形图，作为工作底图，以进行站点分布图、各种等值线图等图件的绘制。5、收集区域内的土壤、植被、地质、河流水系、气象、流域水利工程、区域社会经济、水资源开发利用状况等资料，以便进行资料的审查、插补延长和径流量的还原计算。（二）径流资料的收集收集内容主要有：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、本区域的自然地理特性资料。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、资料的可靠性审查降水资料的可靠性审查：1、与邻近站资料对比。2、与其他水文气象要素比较。径流资料的可靠性审查1、与邻近站资料对比。2、与其他水文气象要素比较。3、上下游水量平衡、径流模数、断面水位流量关系等。三、资料的一致性审查资料的一致性是指一个序列中不同时期的资料成因是否相同，具体表现在测站的气候条件及周围环境是否发生变化。由于人类活动往往形成观测站周围环境的变化，如伐木、农田灌溉、城市化及兴修水利工程等会导致降水和径流等水文要素的变化，使资料的一致性遭到破坏；因观测方法变化或观测站迁移造成的资料不一致，也应该进行修正。titaXX1（一）、单累计曲线法设有年降水量（径流量）系列Xt(t=1,2,3……n),则有二、双累计曲线法当分析站周围有较多雨量站，且认为这些雨量站降水资料一致性较好时，可通过绘制分析站的累积降水量与多站平均累积降水量关系曲线，以分析单站降水资料的一致性，称为双累积曲线法。若降水系列的一致性较好，该曲线为单一直线关系。还可以做累积降水量与累积径流量的双累积曲线。若降水系列的一致性较好，该曲线为单一直线关系。四、资料的代表性审查资料系列代表性，指样本资料的统计特性能否很好的反映总体的统计特性。如果在一个随机系列中，有一个或几个完整的丰、枯周期，其中又包含长系列中的最大值和最小值，各种统计特征相对稳定，则一般认为这个系列的代表性较好。代表性审查包括：周期分析、稳定期分析、代表性分析（一）资料系列的周期分析我国降水量的年际变化具有丰水年组和枯水年组交替出现的周期性趋势。周期分析的方法较多，通常采用差积曲线法，将每年的降水量（径流量）与多年平均降水量（径流量）的离差依次累加，然后绘制差积值与时间的关系曲线进行周期分析的方法。年降水量模比系数差积曲线的绘制：1、计算系列多年的平均值及各年的模比系数Ki；2、将开始年份至当前年份各年的（Ki-1）依次累加，得到一个系列Σ(Ki-1)；3、以t为纵坐标，Σ(Ki-1)为横坐标，即可绘制出年降水量模比系数差积曲线。（二）资料稳定性和代表性分析稳定性分析的目的是通过降水系列（或径流系列）某种指标或参数达到稳定的历时来确定代表期的方法。稳定期或代表期的分析，常用累积平均曲线法和长短系列统计参数比较法。（1）累积平均曲线法。指降水（或径流）资料系列的逆时累积平均值与时间的关系分析降水（或径流）系列稳定期的方法。Xi=1/i(X1+X2+……Xi）（2）长短系列统计参数比较法五、资料的插补延长插补是指以某种方式对系列中缺测的值作出估算，使系列连续；延长是指利用不同测站长短系列间的关系，对较短的系列中未观测的一段时间的值作出估算，使其达到与长系列或要求的长度相等的系列。（一）降水资料的插补延长主要有四种方法：（1）两站距离很近（2）地形气候条件一致的地区（3）个别非汛期月份的站点（4）绘制降水量等值线图，用内插的方法补缺测站点的降水量。（二）径流资料的插补延长常用方法有三种：（1）流域平均年降水量与年径流量相关分析法。（2）相邻流域流量相关分析法。（3）上下游站年径流量相关分析法。六、径流量的还原计算对于实测径流已不能代表天然状况的水文站应进行还原计算，将实测径流还原为天然径流系列。还原时，应按照河系自上而下对各水文站控制断面分段进行，然后进行累加计算。常用的还原计算方法有分项调查法和降水径流关系法。（一）分项调查法对于流域中各项影响因素所造成的径流变化逐一调查和计算，就可以得到最终的还原水量。W天然=W实测±W农业±W工业±W生活±W调蓄……………………（二）降水径流关系法建立人类活动影响之前的降水径流模型，然后用人类活动影响后的各种降水资料代入建立的降水径流模型，计算出不受人类活动影响的天然年径流量。主要的模型有1、多元统计分析法2、产汇流模型法七、统计参数的分析确定降水系列的统计参数应先根据矩法和极大似然法等得到初值，并绘制经验频率曲线，然后再采用适线法确定统计参数的最终值。第二节降水量的分析计算一、降水量分析计算的内容水资源分区确定后，需要对区域降水进行分析与计算，为区域地表水资源、地下水资源评价奠定基础。降水量的分析与计算通常包括：1、确定区域年降水量特征值；2、绘制多年平均降水量及年降水量变差系数等值图；3、研究年降水量的年内分配、年际变化和地区分布规律等。具体的提交成果：雨量站分布图、降水量统计参数及频率计算表、年际及典型年内降水量分配表、连续最大4个月降水量占全年降水量百分比图、多年平均降水量等值线图、年降水量变差系数等值线图、年降水量偏态系数与变差系数比值分区图。二、降水量等值线图的绘制为了研究年降水量的空间变化规律，估算无资料地区各种指定频率的年降水量，必须绘制年降水量统计参数等值线图。年降水量统计参数有:多年平均降水量、年降水量变差系数、年降水量偏态系数。绘制上述等值线图时，应注意依据下列原则和方法：（1）根据选用站点的资料精度情况，将其划分为主要点据、一般点据和参考点据。（2）绘图前，要充分分析了解研究区内水汽来源、降水主要成因、冷暖峰面活动规律以及地形对降水的影响等情况。（3）选择资料质量好，系列完整、面上分布均匀且能反映地形变化影响的雨量站作为绘制等值线的主要依据。（4）选择准确、清晰有经纬度或者投影坐标且能分清高山、丘陵和平原等地形图作为工作底图。（5）应进行等值线图合理性检查，主要从气候、地形及其他地理条件等方面进行检查，切忌出现降水量等值线横穿山岭，此外还可将等值线图与以往编制的等值线图进行对比分析。三、降水量的年内分配和年际变化降水量的时程变化主要表现在降水量的年内分配和年际变化两个方面。（一）降水量的年内分配降水量的年内分配主要采用以下三种方法：（1）从研究区域内选择出典型站，绘制出典型年降水量年内分配表以反映年内分配特征。（2）统计研究区多年平均各月降水量或者多年平均各月降水量占年平均降水量的百分比，以表示降水量年内分配特征。（3）统计研究区域连续最大4个月降水量占全年降水量百分比系列，以反映年降水量集中程度和相应出现的月份。（二）降水量的年际变化降水量的年际变化的大小，通常用实测年降水量的最大值和最小值的比值Km、年降水量变差系数Cv值来表示。第三节地表水资源量的分析计算一、地表水资源量的含义及分析计算的内容地表水资源量通常用地表水的动态水量即河川径流量表示。地表水资源量计算主要内容包括：1、多年平均年径流量；2、不同频率的年径流量；3、河川径流量的年内分配；4、年际变化和地区分布等。二、地表水资源量的计算方法根据区域的气候及下垫面条件，综合考虑气象站、水文站点的分布、实测资料的年限及质量等情况，河川径流量的计算可选用：（一）代表站法在研究区域内，选择一个或几个基本能控制全区、实测径流资料系列较长并且具有足够精确度的代表站，从径流形成的条件的相似性出发，将代表站的年径流量按面积比或综合修正的方法移用到整个研究区域内，从而推求区域多年平均及不同保证率的年径流量，这种方法称为代表站法。1.单一代表站代代设设＝WFFWW设、F设分别表示设计区域的年径流量和面积，W代、F代分别表示代表流域的天然年径流量和集水面积一个代表站）（＝代上代下代设设WWFFWnWFFWFFWFFWnn代代设代代设代代设设＝......222111两个或两个以上代表站nn代代代代代代设设............21211）若设计区域内气候及下垫面条件差别较大2）若设计区域内气候及下垫面条件差别不大代表站法计算区域不同频率年径流量（1）用代表站法求得的设计区域逐年径流量，构成了该区域的年径流系列（2）在此基础上进行频率计算，即可推求设计区域不同频率的年径流量。2.等值线法借用包括该区在内的全区多年平均年径流深等值图，从图上查算出流域内的平均年径流深，乘以流域面积，来计算流域多年平均年径流量。R1R2R3R4R5f1f2f3f4f5图1多年平均年径流深等值线图流域多年平均年径流深FfRRffRRRniiininiii1111122'两条等年径流量线之间所包围的流域面积流域面积流域多年平均年径流量等年径流量线所代表的年径流量等值线图计算多年平均年径流量的说明对于面积不同的区域，应用等值线图计算多年平均年径流量的精度是不同的。大面积区域计算精度较高，但实用意义不大中等面积区域计算误差最小小面积区域值线法计算误差较大，需要结合实地考察资料进行验证在代表流域内，选择具有充分实测年降水、年径流资料的分析代表站，统计逐年面平均降水量P、年径流深R，建立年降水径流关系。3.年降水—径流函数关系法通过建立年降水—径流函数关系，用年降水资料来推算年径流量。R=AeBPA、B为模型的经验参数图水资源量与降水量相关关系图)(PfRg110010009008007006005004003000100200300400R、Rs、Rg(mm)P(mm)ⅠⅡⅢPBseAR22PBeAR11代表站法等值线法函数关系法在计算流域内，选择一个或几个代表性水文站，基本能控制本流域大部分面积、实测径流资料系列较长、精度能满足要求，且流域内上、下游自然地理条件比较一致流域面积不大且缺乏实测径流资料的情况，或是在有实测径流资料但流域面积较大且不能控制全区的情况研究流域有足够年份的实测降水、径流资料或相邻相似代表流域有足够年份的实测降水、径流资料三种计算方法比较三、出境、入境水量计算一般情况下，入境水量和出境水量并不相等，出境、入境水量也需要进行年内、年际变化分析。（一）代表站法（二）水均衡法四、径流量年内及年际变化4.1、河川径流量的年内分配在多年平均及不同频率河川径流量计算的基础上，尚要研究河川径流量的年内分配，并给出正常年或丰、平、枯水等不同典型年的逐月河川径流量，为水资源的开发利用提供必要的依据。（一）有充分径流资料时河川径流量年内分配的计算1.正常年径流量年内分配的计算正常年河川径流量的年内分配近于多年平均情况，一般可用年径流的月分配过程、连续最大四个月径流量占年径流百分率或枯水期径流量占年径流百分率等来反映。（1）年径流的月分配过程各月径流量的多年平均值与多年平均年径流量的比值，即为相应月份的年内分配的相对值，其分配过程可用柱状图或过程线来表示。01020301