水资源利用与保护3水资源量评价新

2020年7月18日1第三章水资源量评价WaterResourcesSimulationandManagement2020年7月18日2主要介绍地表水资源量评价指标与评价方法；地下水资源量分类，评价内容与原则；地下水补给量和储存量的计算，允许开采量的评价模型。重点是：地表水（河流、湖泊、水库）、地下水补给量和储存量的计算、允许开采量的评价模型；难点是水资源的评价指标与评价方法。2020年7月18日3水资源评价是保证水资源持续发展的前提，是水资源开发利用的基础。水资源评价包括：(1)水资源数量评价、(2)水资源质量评价和(3)水资源利用评价及综合评价。2020年7月18日4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、水资源量的支项：主要为（1）降水、（2）蒸发和（3）径流——决定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。2020年7月18日5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。2020年7月18日6（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2020年7月18日7（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。minmaxxxKa2020年7月18日8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。2020年7月18日9(2)年降水量变差系数Cv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：1)(12nxxnix2020年7月18日10式中xi——观测序列值，i＝1，2，…，n；n——样本个数。niinxnnxxxx12112020年7月18日11②变差系数CvxCv2020年7月18日12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）2020年7月18日13（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％2020年7月18日142．径流的时空分布(1)径流的区域分布:由东南向西北递减(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。(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.2020年7月18日153．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2020年7月18日16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。2020年7月18日17(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2020年7月18日18(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，m3Qt——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FtQFWtRtt2020年7月18日19(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2020年7月18日20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2020年7月18日21蒸发主要包括水面蒸发和陆面蒸发。水面蒸发主要影响的因素是（1）气温、（2）湿度、（3）日照、（4）辐射、（5）风速等陆面蒸发受蒸发能力和降水条件两大因素制约（三）蒸发干旱指数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：PE02020年7月18日22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。2020年7月18日23（1）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。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。二、地下水资源的形成与运动规律（一）形成2020年7月18日24按含水介质（空隙类型）分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水。孔隙水：赋存于松散沉积物颗粒构成的空隙网络之中的水。裂隙水：贮存运移于裂隙基岩中的水；岩溶水：贮存并运移于岩溶化岩层中的水称（喀斯特水）。2020年7月18日252020年7月18日262.岩石中水的存在形式(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。一般所指的地下水如井水、泉水、基坑水等都是重力水。2020年7月18日27(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。2020年7月18日283.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，这类含水的岩体大都呈层状，如砂层、砾石层和碳酸盐类岩石都是很好的含水层。隔水层是指不具透水和给水能力的岩层。如致密岩石（花岗岩、闪长岩、石英岩等）。含水层和隔水层的相对性：含水层与隔水层的划分是相对的，它们之间并没有绝对的界线，在一定条件下两者可以相互转化。从广义上讲，自然界没有绝对不含水的岩层。2020年7月18日29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：岩层有储水空间：即有孔隙、裂隙和溶隙等空隙。(2)具有储存和聚集地下水的地质条件：下部要有隔水层托住重力水，并在水平方向上具有某种隔水边界，使之不致完全流失，水能在岩层空隙中保存住，从而形成含水层。也就是说，透水岩层与隔水岩层组合起来，才能成为含水层。(3)具有充足的补给来源：使储水空间能不断地获得补给，方能成为含水层。2020年7月18日304.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：存在于地面以下局部不透水层上面的滞水，分布范围有限，是季节性或临时性的水源。这种水的矿化度一般较低，但因接近地表，水质容易被污染。2020年7月18日314）承压含水层是理想的供水水源2020年7月18日322020年7月18日332020年7月18日34在下图中，①是地表径流，②、③是地下径流。三类径流流速的比较A①＞②＞③B①＞②；①＜③C①＞②；①＞③D①＜②；①＞③2020年7月18日35三类径流在P处遭受相同程度镉污染，受到污染后，（）A、治理难度最大的是①B、最容易治理的是③C、②的污染持续时间最长D、②、③污染持续时间比①长2020年7月18日36若沿P垂线三类径流同时受到相同程度的一次性镉污染。10天后R地进行检测A②最先检测到水体被污染B①最先检测到了最大浓度的污染C任何时候②、③污染程度都比①严重D③中检测到了最大浓度的污染2020年7月18日375.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。地下水的补给：大气降水、地表水体、凝结水、含水层之间和人工补给。含水层之间的补给：承压水补给潜水、潜水补给承压水、越流2020年7月18日38AQM86400365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。地下径流量常用地下径流率M来表示，其意义为1km2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：2020年7月18日391.地下水运动特征(1)迟缓的流速(2)层流和紊流(3)非稳定、缓变流运动（二）地下水运动的特点及其基本规律2020年7月18日402．地下水运动的基本规律又称渗透的基本定律。(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，称为达西定律，即wALHHKQ21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。JKv2020年7月18日41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。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2020年7月18日42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rdu2020年7月18日43(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，称为哲才公式，表示为：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2020年7月18日44由于影响河流径流的许多因素(气象、流域下垫面)等，具有地域性分布变化的规律，致使水资源呈现地域性分布的特点。一、水资源的分区第二节地表水资源量评价（一）分区原则1．区域地理环境条件的相似性与差异性地理