20、第七章 水资源总量计算与评价

第七章水资源总量计算与评价第一节水资源总量概念第二节水资源总量的计算方法第三节水量平衡分析第四节入境、出境水量计算第五节入海水量计算第一节水资源总量概念一.天然状态下的水资源总量在一个区域内，如果把地表水、土壤水、地下水作为一个整体看待，则天然状态下的水资源总量可广义定义为大气降水量，它是水资源的总补给量。地表水主要有河流水、水库、湖泊水，补给源除大气降水外，还有地下水、冰川溶水；土壤水为包气带的含水量，主要由大气降水补给，亦有特殊区域的河流水入渗补给；地下水包括河川基流、地下水潜流（含地下水周边流出量）和地下水储量，由降水和地表水体通过包气带下渗补给。水资源的总排泄量可分为河川径流量、总蒸散发量和地下潜流量，水资源中三种水体的排泄方式不同：地表水由河川径流、水面蒸发和土壤入渗三种途径排泄；土壤水消耗于土壤蒸发、植物散发和下渗补给地下水或以壤中流形式流入河道；地下水通过河川基流、地下潜流（包括周边流出量）与潜水蒸发排泄由此可见，降水、地面水、土壤水、地下水之间存在着一定转化关系，尤其是地表水和地下水之间的相互补排更是水循环的重要部分。三种水体的关系可用区域三水循环概念模型表示大气降水总蒸发植物截留蒸发地表水体蒸发坡面流地表及包气带蒸散发土壤入渗地表径流包气带蒸散发攘中流下渗补给地下水潜水蒸发河川基流地下潜流河川径流地表调蓄土壤调蓄地下调蓄天然状态下，一个闭合区域的总补给量与总排泄量之差等于区域地表、土壤、地下水的蓄水量。时段平衡方程为（（7-1）式中各项分解后，如下式：（7-2）（7-3）方程式（7-3）为年内降水入渗补给量地下水水量式中：P年降水量，R年河川径流量，Rs年地表径流量，Rg年河川基流量，E年总蒸发量，Es年地表蒸发量，Eg年潜水蒸发量，Ug年地下潜流量（包括周边流出量），△V地表、土壤、地下水的年蓄水量，△SR地表年蓄水量，△Ss包气带年蓄水量，△Sg地下水年蓄水量，Pr年降水入渗补给量VUERPggsRggsgsSSSUEERRPggggrSUERP在多年平均情况下，地表、土壤、地下水蓄水变量可忽略不计，多年平均补给量与多年平均排泄量相等，则方程式（7-2）（7-3）变为：（7-4）（7-5）将右式代入左式：（7-6）上式表明：多年平均情况下，闭合区域内大气降水等于地表径流量、地表蒸散发量、降水入渗补给量之和。式中各符号上的横线表示多年平均。ggsgsUEERRPgggrUERPrssPERP在水资源评价中，通常将区域水资源总量W定义为当地降水形成的地表和地下的产水量，则有公式：•（7-7）或（7-8）•上两式是将地表水和地下水统一考虑的区域水资源总量，前者把河川基流量归并于地下水降水入渗补给量中，后者把基流归并于河川径流量中。从式中看出，对闭合流域而言，地下潜流量为零，水资源总量只比河川径流量多潜水蒸发量这一项，随着地下水开采水平的提高，地下潜流量能够被利用，因此，把它作为水资源总量的组成部分。rssPREPWggUERW二、地下水开发利用情况下的水资源总量•由于开采地下水，使地下水位下降，包气带增厚，产汇流条件相应受到影响，从而地表径流量、河川径流量、河川基流量、潜水蒸发量、地下水潜水流量相应减少，包气带土壤含水量与降水入渗补给量将增大，如果不考虑上游区来水与地表水体灌溉回归的影响，水量平衡方程式有如下两种形式：（1）地下水开发利用水平较低，地下水位仍高于河水位（7-9）（2）地下水开发利用水平较高，地下水位低于河水位（7-10）Qmc为浅层地下水开采量的净消耗量，Qrs为河流补给地下水量，△表示相应的减少或增加量，其它符号意义同前。地下水开发利用水平低与高的根本区别在于后者使河川基流量变为河水补给地下水量。mcggggssggssQUUEEEERRRRP)()()()()(mcggggssrsssQUUEEEEQRRP)()()()(由（7-4）和（7-9），可得地下水开采量净消耗量同理，降雨入渗补给量也发生变化，平衡方程式为（7-12）根据式（7-12、11、5），得到降雨入渗补给变化量（7-13）上式反应出在地下水开采条件下，地表水、土壤水、地下水之间的变化及转化关系△Rs＞△Es△Pr＞0地下水位上升△Rs=△Es△Pr=0地下水位稳定△Rs＜△Es△Pr＜0地下水位下降sgggsmcEUERRQmcggggggrrQUUEERRPP)()()(ssrERP（7-11）•根据以上分析，得出降雨入渗补给地下水量等于地表径流减少量与包气带蒸发散量之差，因此，地下水开发时，在一定深度内，随着地下水位下降，由于地表径流量减少量增加，降雨入渗补给量开始增加，但当地下水埋深超过一定深度（即最佳埋深），由于包气带厚度增加，土壤含水量也相应增加，地表蒸发散量增加，因此使降雨入渗补给地下水量逐渐减少第二节水资源总量计算方法•水资源总量可按照水资源分区，用（7-7或8）计算，也可在地表、地下水资源计算的基础上，用扣除重复水量法计算。•由于地表水和地下水之间存在着相互补排、转化、循环的因素，河川径流中包含一部分地下水排泄量，地下水补给量中有一部分来源于地表水体入渗，两者之间存在相互重复部分。因此，在计算水资源总量时，不能直接将地表水资源量和地下水资源量相加作为水资源总量，必须扣除相互转化的重复水量。•扣除重复水量法的计算公式为：W=Wr+U-D（7-14）式中W多年平均水资源总量（亿m3），Wr多年平均河川径流量（亿m3），即地表水资源量，U多年平均地下水补给量（亿m3），即地下水资源量，D多年平均河川径流量与多年平均地下水补给量之间的重复量（亿m3）扣除重复水量法计算水资源总量关键是正确估算地表水、地下水相互转化的重复量，各类型区转化关系有差异，因此，应划分水资源类型区，按评价要求分别计算评价类型区：一般分为：山丘区：分一般山丘区；岩溶山丘区；山间盆地区平原区：主要指一般平原区，也包括沙漠区、内陆闭合盆地平原区水资源总量的评价内容：（1）多年平均水资源总量（2）不同频率（或保证率）的水资源总量（3）地下水开采条件下的水资源总量（4）水资源总量的典型年内分配多年平均降水入渗补给量图7-2山丘区、平原区河川径流与地下水补排关系示意图蒸发量降雨量多年平均河川径流量多年河床潜流量未计入河川径流的多年平均山前泉出露量实际开采消耗量山前侧向流图7-3不同地貌单元重复水量示意图Whr、Wpr：山丘区、平原区多年平均河川径流量；Whrs、Wprs：山丘区、平原区多年平均地表径流量箭头标明的项目为重复水量山区多年平均河川径流量山区多年平均地表径流量多年平均河川基流量一般山丘区多年平均地下水补给量多年平均河床潜流量多年平均山前侧向流量未计入河川径流的多年平均山前泉出露量多年平均潜水蒸发量多年平均实际开采的净消耗量平原区多年平均地下水补给量平原区多年平均降水入渗补给量多年平均河道渗漏补给量多年平均渠系渗漏补给量多年平均水库（湖泊、闸坝）蓄水渗漏补给量多年平均渠灌田间入渗补给量（包括井灌）多年平均越流补给量多年平均人工回灌补给量平原区多年平均河川径流量平原区多年平均地表径流量平原区多年平均河川基流量一、单一山丘区多年平均水资源总量计算（一）一般山丘区地表水资源量为当地河川径流量，地下水资源量按总排泄量计算，相当于当地降水入渗补给量，两种水量之间的重复计算量是河川基流量。水资源总量计算公式为：Wh=Whr+Uh-Dh（7-15）Wh：一般山丘区多年平均水资源总量（亿m3）；Whr：一般山丘区多年平均河川径流量（亿m3）；Uh：一般山丘区多年平均地下水补给量（亿m3）Dh：一般山丘区多年平均重复水量（亿m3）上式中地下水补给量难以计算，只能以地下水的排泄量近似作为补给量，公式为：Uh=Whrd+Uu+Uf+Us+Ehu+qm（7-16）Whrd：多年平均河川基流量（亿m3）；Uu：多年平均河床潜流量（亿m3）；Uf：多年平均山前侧向流量（亿m3）；Us：未计入河川径流的多年平均山前泉出露量（亿m3）；Ehu：多年平均潜水蒸发量（亿m3）；qm：多年平均实际开采的净消耗量（亿m3）重复计算量：Dh=Whrd（7-17）由式（7-15、16、17）可得一般山丘区多年平均水资源总量计算公式：Wh=Whr+Uu+Uf+Us+Ehu+qm（7-18）（二）岩溶山丘区：岩溶山丘区地下水埋深比一般山丘区大，地表各类岩溶形态不同程度发育，有利于降雨入渗，地下水向中、深层入渗量大，在侵蚀基准面上，河流多为干谷，水资源总量为河川径流量与地下水资源量之和：即Wh=Whr+Uh（7-19）在裸露型侵蚀基准面上的岩溶发育地区，河川径流几乎全部入渗，甚至以地下暗流形式出现。岩溶水以泉水与地下潜流形式排泄，多年平均泉水流出量可近似认为是水资源总量。（三）山间盆地区•山间盆地区的地表水资源量仍为河川径流量Wbs，地下水资源量包括盆地降水入渗补给量和一般山丘区的来水补给，通常用总补给量减去井灌回归补给量作为地下水资源量。重复水量包括：（1）渠系、渠灌入渗补给量；（2）山前侧渗补给量；（3）山间盆地河道排泄量中的降水入渗补给部分这种类型区的水资源估算，通常先汇总周围一般山丘区与盆地区的地下水资源量，在以上汇总中已扣除了山前侧渗补给量与地表水体补给量中的基流部分，即UsK’，所以重复水量为：Db=Whrd+Us（1-K’）+Wbr（Ubp/Ut）所以，山间盆地区（包括周围山区）水资源总量的计算公式为：Wb=Wbs+Ub-Whrd-Us（1-K’）-Wbr（Ubp/Ut）（7-20）式中：Wb：山间盆地区水资源总量；Wbs：山间盆地河川径流量；Ub：山间盆地（包括周围山区）地下水资源量；Us：山间盆地区的地表水体补给量；K’：一般山丘区河川基流量占河川径流量的比值；Wbr：山间盆地区河道排泄量；Ubp：山间盆地降水入渗补给量；Ut：山间盆地总补给量二、单一平原区多年平均水资源总量计算平原区地表水资源量为当地河川径流量；地下水资源量为当地降水入渗补给量与地表水体渗漏（包括流域外引水和区域周边侧向渗漏补给）补给量之和，再减去井灌回归补给量与平原区河川基流量的引、提水灌溉后对地下水的补给量，公式为：Up=Upp+Uris+Uf+Ucs+Ures+Ucir+Uo+Ua（7-21）式中Up：平原区多年平均地下水补给量（亿m3）；Upp：平原区多年平均降水入渗补给量（亿m3）；Uris：多年平均河道渗漏补给量（亿m3）；Uf：多年平均山前侧向流入补给流入量（亿m3）；Ucs：多年平均渠系渗漏补给量（亿m3）；Ures：多年平均水库（湖泊、闸坝）蓄水渗漏补给量（亿m3）；Ucir：多年平均渠灌田间入渗补给量（包括井灌）（亿m3）；Uo：多年平均越流补给量（亿m3）；Ua：多年平均人工回灌补给量（亿m3）平原区的重复水量包括：（1）地表水体补给量（包括河道入渗，渠系及渠灌入渗，人工回灌）；（2）平原河道排泄量中的降水入渗补给部分D=Uris+Ucs+Ucir+Ures+Ua+Wpd（Upp/Up）（7-21）因此，单一平原区多年平均水资源总量计算公式为：W=Wpr+Up-D=Wpr+Upp+Uf+Uo-Wpd（Upp/Up）（7-22）式中：W：平原区多年平均水资源总量；Wpr：平原区多年平均地表水资源量（河川径流量）；Wpd：平原区多年平均河川基流量三、多种地貌类型混合区的多年平均水资源总量多种地貌类型区重复水量包括：（1）山丘区河川径流量与地下水补给量之间的重复量，即山丘区河川基流量Whd；（2）平原区河川径流量与地下水补给量之间的重复量，即平原区河川基流量Wpd，有时还包括来自平原区河川径流量的Uris、Ucs、Ures、Ucir和Ua；（3）山丘区河川径流量与平原区地下水补给量之间的重复量，即山丘区河川径流量流经平原时对地下水的补给量，包括Uris、Ucs、Ures、Ucir和Ua（4