《精编》水资源数量评价与质量评价

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1、第六章水资源评价 水资源评价 waterresourcesassessment 是对一个国家或地区的水资源数量 质量 时空分布特征和开发利用情况作出的分析和评估 水资源评价是保证水资源可持续利用的前提 是进行与水有关活动的基础 是为国民经济和社会发展提供供水决策的依据 6 1水资源评价概述 6 1 1水资源评价工作发展进程 统计天然情况下河川径流量及其时空分布特征 水资源工程规划设计的水文特征值计算方法及参数分析 水资源工程管理及水源保护水资源供需情况的分析和展望 水资源开发前景展望 6 1 2水资源评价的要求 技术原则按照行业标准 水资源评价应包括水资源数量评价 水资源质量评价 水资源开发利

2、用及其影响评价三部分内容 水资源评价工作要客观 科学 系统 实用 遵循的技术原则有 地表水与地下水统一评价水量水质并重水资源可持续利用与经济社会发展和生态系统保护协调全面评价与重点区域评价相结合 一般要求 水资源评价工作应该调查 搜集 整理 分析利用已有资料 在必要时再辅以观测和试验工作 水资源评价应分区进行 各单项评价工作在统一分区的基础上 可根据该项评价的特点与具体要求 再划分计算区或评价单元 全国及区域水资源评价应采用日历年 专项工作中的水资源评价可根据需要采用水文年 应根据经济社会发展需要及环境变化情况 每隔一定时期对前次水资源评价成果进行全面补充修订或再评价 6 2水资源数量评价 水

3、资源数量评价主要包括地表水资源量计算 地下水资源量计算以及水资源总量计算 6 2 1降水 降水资料的收集降水资料的收集主要是通过水文气象部门的水文站 雨量站 气象站 雷达探测 气象卫星云图等观测获取 在实施水资源评价时 历年的降水资料可通过 水文年鉴 水文资料 水文特征值统计 等统计资料收集获取 有时需要到水文 气象部门去摘抄 在收集资料的过程中 要对观测值和特征统计资料做合理性检验 计算要求降水量计算应以雨量观测站的观测资料为依据 且观测站和资料的选用应符合下列要求 选用的雨量观测站 其资料质量较好 系列较长 面上分布较均匀 在降水量变化梯度大的地区 选用的站要适当加密 同时应满足分区计算的

4、要求 采用的降水资料应为经过整编和审查的成果 计算分区降水量和分析其空间分布特征 应采用同步资料系列 而分析降水的时间变化规律 应采用尽可能长的资料系列 资料系列长度的选定 既要考虑评价区大多数观测站的观测年数 避免过多地插补延长 又要兼顾系列的代表性和一致性 并做到降水系列与径流系列同步 选定的资料系列如有缺测和不足的年 月降水量 应根据具体情况采用多种方法插补延长 经合理性分析后确定采用值 计算内容 计算各分区及全评价区同步期的年降水量系列 统计参数和不同频率的年降水量 以同步期均值和点据为主 不足时辅之以较短系列的均值和点据 绘制同步期平均年降水量和等值线图 分析降水的地区分布特征 选取

5、各分区月 年资料齐全且系列较长的代表站 分析计算多年平均连续最大四个月降水量占全年降水量的百分率及其发生月份 并统计不同频率典型年的降水月分配 选择长系列观测站 分析年降水量的年际变化 包括丰枯周期 连枯连丰 变差系数 极值比等 根据需要 选择一定数量的有代表性测站的同步资料 分析各流域或地区之间的年降水量丰枯遭遇情况 并可用少数长系列测站资料进行补充分析 流域平均降雨量的计算方法 算术平均法设 为同一时期内各站实测降水量 mm 为站数 则流域降水量 mm 为 计算简单 但当降水量随地形变化较大时 精度较差 等值线法当流域 或区域 内可选择的降水量观测站较多 且降水量空间分布不均匀时 可以绘制

6、年降水等值线图 然后 量算每两条等值线之间的面积 再通过一定的计算方法就得到相应的降水量 具体步骤 第一步 将各站实测降水量注记在流域地形图上 用绘制等高线的方法绘制出等降水量线 第二步 用求积仪求出每相邻两条等降水量线之间的面积 用它乘以该面积两侧等降水量线的水量平均值 得到该面积上的降水总量 图6 2降水等值线图 第三步 把各个面积上的降水总量相加 用总面积去除 即得到流域平均降水量 其计算公式为 式中 为流域平均降水量 mm 为流域面积 km2 为两条等降水量线之间所包围的流域面积 km2 分别为面积两侧的等降水量线所代表的降水量值 mm 泰森多边形法具体做法 把流域内各降水量观测站 包

7、括流域附近的站 绘在流域地形图上 把降水量观测站每三个用虚线连接起来 从而形成许多三角形 在每个三角形各边上做垂直平分线 所有的垂直平分线另构成一个多边形网 每个多边形内有一个降水量观测站 如图6 3 根据下面假设和计算公式即可求出流域平均降水量 图6 3泰森多边形示意图 假设每个多边形上的面降水量等于其中降水量观测站的观测值 其值分别为 设 为流域内各降水量观测站所控制的多边形面积 流域总面积 则流域平均降水量可由下式计算 6 2 2蒸发 水面蒸发影响水面蒸发的因素主要有两类 一是气象因素 如气压 温度 风速 湿度 降水等 二是自然地理因素 如水质 水深 水面和地形等因素 水面蒸发量的计算方

8、法主要有 器测法 利用蒸发器直接测量出水面蒸发量蒸发器的类型可分为埋入式 地面式 漂浮式和大型蒸发池等几类 其中E 601型蒸发器是我国最常用的蒸发器 器测法计算公式如下 式中 E器为器测蒸发量 mm P为降水量 mm W为器内水位差 mm 由于蒸发器受地方环境影响和气候影响 观测的蒸发量与实际水面蒸发量并不一致 需要经过修正才能代表天然水体的蒸发量 其修正公式如下 式中 E水为水面蒸发量 mm K为折算系数 水量平衡法 一般只用于较长时段计算对于任何水体 在任意时段内都有水量平衡方程式 如下 式中 E为蒸发量 I为入流量 P为降水量 O为出流量 F为渗漏量 W为蓄水变化量 水气输送法假设一个

9、稳定的 均匀的 并且是紊动的气流越过无限的自由水面 可以认为 至少在靠近水面处 流态仅沿垂直方向变化 则水汽输送量 单位时间通过单位面积的水汽量 和水汽含量在输送方向上的梯度有关 关系式如下 式中 E 为水汽垂直通量 即水面蒸发率 g cm2 s 为湿空气密度 g cm3 q为比湿 g g z为水面垂直向上的距离 cm Kw为水汽紊动扩散系数 cm2 s 根据气象动力学原理对该式进行推导 可得出水汽通量法的基本公式 式中 v为风的剪切速度 cm s Km为紊动粘滞系数 cm2 s P为环境大气压 百帕 e1 e2分别为高程z1 z2处的水汽压 百帕 u1 u2分别为高程z1 z2处的风速 cm

10、 s 其他符号意义同前 水面蒸发量 水气垂直通气量 水体密度 土壤蒸发土壤蒸发取决于两个条件 一是土壤蒸发能力 二是土壤的供水条件 影响土壤蒸发能力的因素是一系列气象因子 如温度 湿度 风速等 影响土壤供水条件的因素有土壤含水量 土壤孔隙性 地下水位的高低和温度 梯度等 土壤蒸发量常用的计算方法 经验公式法根据空气动力方程建立的经验公式 式中 E土为土壤蒸发量 Ks为质量交换系数 反映气温 湿度 风等外界条件 es 为土壤表面水汽压 当表土饱和时 es 就等于饱和水汽压es ea为大气水汽压 器测法 目前 我国常用的仪器是面积为500cm2的 500型土壤蒸发器 一定时段内的土壤蒸发量 可由下

11、式计算 式中 E土为土壤蒸发量 R为径流量 F为渗漏量 P为降水量 G1 G2为前后两次筒内土样的重量 公式中系数0 02为土壤蒸发器 面积为500cm2 的蒸发量换算系数 植物蒸腾 植物蒸腾是植物根系从土壤中吸收水分 通过叶面 枝干蒸发到大气中的一种生理过程 其观测往往是在一个生长植物的容器内进行 测量时将土壤表面密封以防止土壤蒸发损失水分 通过定时对植物及容器进行秤重 来测定各个时段植物的蒸发量 但是常常与土壤蒸发一起计算 流域总蒸发量流域内的总蒸发包括水面 土壤 植被和其他方面的蒸发和蒸腾 一个地区只要气候条件一致 水面蒸发将大致相同 而土壤蒸发 植物蒸腾和其他方面的蒸发则受土壤条件及植

12、被状况的影响 6 2 3地表水资源量地表水资源量评价 主要以河流 湖泊 水库等水体作为评价对象 对于一个流域来说 河川径流量就是全流域可能被利用的地表水资源量 河川径流量在时程上不断变化 但在较长时间内可以保持动态平衡 故通常可用多年平均的河川径流量作为地表水资源量 此外 为了充分有效地利用水资源 还应对不同保证率的干旱年份的可利用量做出评价 基本规定 地表水资源数量评价应包括下列内容 单站径流资料统计分析 主要河流 一般指流域面积大于5000km2的大河 年径流量计算 分区地表水资源数量计算 地表水资源时空分布特征分析 入海 出境 入境水量计算 地表水资源可利用量估算 人类活动对河川径流的影

13、响分析 单站径流资料统计分析应符合下列要求 凡资料质量较好 观测系列较长的水文站均可作为选用站 包括国家基本站 专用站和委托观测站 各河流控制性观测站为必须选用站 受水利工程 用水消耗 分洪决口影响而改变径流情势的观测站 应进行还原计算 将实测径流系列修正为天然径流系列 统计大河控制站 区域代表站历年逐月的天然径流量 分别计算长系列和同步系列年径流量的统计参数 统计其他选用站的同步期天然年径流量系列 并计算其统计参数 主要河流年径流量计算 选择河流出山口控制站的长系列径流量资料 分别计算长系列和同步系列的平均值及不同频率的年径流量 主要河流年径流量计算 选择河流出口控制站的长系列径流量资料 分

14、别计算长系列和同步系列的平均值及不同频率的年径流量 分区地表水资源数量计算应符合下列要求 针对不同情况 采用不同方法计算分区年径流量系列 当区内河流有水文站控制时 根据控制站天然年径流量系列 按面积比修正为该地区年径流系列 在没有测站控制的地区 可利用水文模型或自然地理特征相似地区的降水 径流关系 由降水系列推求径流系列 还可通过绘制年径流深等值线图 从图上量算分区年径流量系列 经合理性分析后采用 计算各分区和全评价区同步系列的统计参数和不同频率的年径流量 应在求得年径流系列的基础上进行分区地表水资源数量的计算 入海 出境 入境水量计算应选取河流入海口或评价区边界附近的水文站 根据实测径流资料

15、采用不同方法换算为入海断面或出 入境断面的逐年水量 并分析其年际变化趋势 地表水资源时空分布特征分析应符合下列要求 选择集水面积为300 5000km2的水文站 在测站稀少地区可适当放宽要求 根据还原后的天然年径流系列 绘制同步期平均年径流深等值线图 以此反映地表水资源的地区分布特征 按不同类型自然地理区选取受人类活动影响较小的代表站 分析天然径流量的年内分配情况 选择具有长系列年径流资料的大河控制站和区域代表站 分析天然径流的多年变化 地表水资源可利用量估算应符合下列要求 地表水资源可利用量是指在经济合理 技术可能及满足河道内用水并顾及下游用水的前提下 通过蓄 引 提等地表水工程措施可能控制

16、利用的河道外一次性最大水量 不包括回归水的重复利用 某一分区的地表水资源可利用量 不应大于当地河川径流量与入境水量之和再扣除相邻地区分水协议规定的出境水量 人类活动对河川径流量的影响分析应符合下列要求 查清水文站以上控制区内水土保持 水资源开发利用及农作物耕作方式等各项人类活动状况 综合分析人类活动对当地河川径流量及其时程分配的影响程度 对当地实测河川径流量及其时程分配作出修正 河川径流量计算河川径流量的计算方法有 代表站法 等值线法 年降水 径流函数关系法等 代表站法在计算流域内 如果能够选择一个或几个基本能控制本流域大部分面积 实测径流资料系列较长 精度满足要求的代表性水文站 且流域内上 下游自然地理条件比较一致 可以用代表性水文站的年径流量按面积比的方法 推算流域多年平均年径流量 假如流域仅有一个控制站 且上 下游的降水量差别较大 自然地理条件也不太一致 但下垫面却相差不大 这样 可以用降水量作为权重来计算流域多年平均年径流量 流域多年平均年径流量为 式中 W为流域多年平均年径流量 Wa为控制站以上面积的实测径流量 Pa fa为控制站以上面积的平均年降水量 集水面积 Pb fb为