水资源复习资料 投稿:卢隗隘

水资源复习资料 考试题型:概念、填空、判断、选择、简答、计算 考试时间:6月30号 10:10-12:10 第一章 绪论 一、水资源的概念: 从狭义上讲,水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水(以江河、湖泊为代表的地表水和以地下水的淡…

科学 对杭城水资源的研究报告 802 郑浩 杭州水文,历史悠长,1904年即设有近代水文观测站。1956年设立市级水文管理机构------杭州中心水文站,1958年更名为杭州市水文站。2003年3月,杭州市水文站和杭州市水资源监测中心合并,更名为杭州…

第1章 绪论 1、 水资源的概念 水资源(Water Resources):通常指地球上目前和近期人类可直接和间接利用的淡水储量。 2、 水资源的特性 (1) 循环性与有限性 (2) 时空分布不均匀性 (3) 用途广泛性和不可替代性 (4) 有利性和…

水资源复习资料

考试题型:概念、填空、判断、选择、简答、计算 考试时间:6月30号 10:10-12:10

第一章 绪论

一、水资源的概念:

从狭义上讲,水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水(以江河、湖泊为代表的地表水和以地下水的淡水为主);从广义上讲,是指在一定的经济技术条件下能够直接或间接使用的各种水和水中的物质,在社会生活和生产中具有使用价值和经济价值的地球上的各种水体 都可以称为水资源(包括天上的雨雪、河湖中的水体、浅层和深层的地下水、土壤水、冰川、海水等等)。人类可利用水资源就是指某一地区逐年可以恢复和更新的淡水资源。

二、水资源的主要特点

(1)水资源的循环性(转化)

(2)储量的有限性和资源的可恢复性(再生性)

(3)分布的不均匀性

(4)利用的多样性(调节性)

(5)利、害的两重性

三、我国水资源的特点和问题

一)、我国水资源的特点:

A、水资源总量丰富,但人均并不丰富

B、空间分布不均匀,水-土配合不协调

C、时间分配不均匀,年内/际分配不平衡,水旱灾害频繁

二)、我国在水资源开发利用中存在的问题:

A、防洪标准低,洪水对国民经济发展和社会稳定影响大

 目前主要江河防洪标准一般为10~20年或更低(5~10年)

 长江30-50年就有一次全流域特大洪水,1932年洪水淹死14.5万人,

直接经济损失13.8亿银元;1935年洪水淹死14.2万人,损失3.5亿

银元;1954年洪水淹死3万人;1998年洪水,直接损失2551亿元

B、 干旱缺水严重

 沿海和北方缺水尤其严重,目前400多个城市供水不足

C、水生态环境恶化

 水蚀、风蚀等土壤侵蚀严重(367万km2),为国土面积的38%

 河流断流、河湖萎缩

 森林、草原退化,土地沙化

 地下水超采,地下漏斗面积形成并不断扩大

D、水能资源开发利用程度低

 水能资源丰富,世界首位;1999年止开发利用程度仅为可开发量的

10%

E、水污染日益严重

 全国废水排放量呈现逐年增长趋势,1970年-1998年,150-395亿

m3;95%直接排入河道或地下水。

 水体的主要污染物为氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚等;

 海河、辽河、淮河和长江流域污染严重

F、水土流失严重

 水土流失面积150万km2 ;

 黄河流域泥沙流失量16亿t/年;近年长江流域土壤流失量24亿t/

年,1/5流域面积发生水土流失;

 森林、草原掠夺式开发是主要原因。

四、水资源开发利用建设的程序

一)、水利水电工程项目建设的程序

水利工程建设程序一般分为:详细流程框图如p11图1-1

 项目决策阶段

 项目建议书(选址、规划、初可研、论证、投资估算)、可研报告

 项目设计阶段

 初步设计、投资概算、施工图设计和确认

 施工阶段

 施工准备(含招标设计)、建设实施

 竣工验收阶段

 生产准备、竣工验收、决算

 后评价阶段

 工程总结、评价

二)、水资源计算和管理与水利水电工程的关系

在水利工程建设的各个阶段都涉及了水文学和水资源的分析和计算。

 项目决策阶段

 项目设计阶段

 施工阶段

 竣工验收阶段

 后评价阶段

五、水资源评价的概念和内容

一)、水资源评价的概念和意义

1、水资源评价的概念

1988年,联合国教科文组织和世界气象组织共同提出的文件中对水资源评价的定义是:“水资源评价是指对于水资源的源头、数量范围及其可依赖程度、水的质量等方面的确定,并在其基础上评估水资源利用和控制的可能性。”

水资源评价一般是针对某一特定区域而言,在水资源调查的基础上,研究特定区域内的降水、蒸发、径流诸要素的变化规律和转化关系,阐明地表水、地下水资源数量、质量及其时空分布特点、开展需水量调查和可供水量的计算,进行水资源供需分析,寻求水资源可持续利用的最优方案,为区域经济、社会发展和国民经济各部门提供服务。

2、水资源评价的意义:

《中华人民共和国水法》规定:为查明水资源状况、进行全国/区域规划,必须进行水资源估算和评价

 水资源评价是水资源合理开发利用的前提

 水资源评价是科学规划水资源的基础

 水资源评价是保护和管理水资源的依据

 没有对水资源的综合评价,就谈不上对水资源的合理规划与管理

3、水资源评价的范围

 水资源评价的范围视评价目的确定。

 一般为进行国家级水平的全国性水资源评价的范围就是一个国家的国土范

围;

 对于根据某一特定目的进行的水资源评价也可在某一特定区域内进行,即可

不限制行政区划或流域界限,如对华北地区或西北地区进行水资源评价。

 通过国家间协作,也可以进行跨国界的水资源评价,甚至全球水资源评价。

二)、水资源评价活动的内容

《中华人民共和国水法》规定:为查明水资源状况、进行全国/区域规划,必须进行水资源估算和评价

根据水资源评价的定义,

 水资源计算和评价的任务包括:

 各类用水的现状及其前景、

 核算水资源的价值。

 水资源评价内容包括

 水资源数量评价

 水资源质量评价

 水资源利用评价

 综合评价

 具体有以下几部分的工作:

1、水资源区划

2、水资源量评价

3、水资源质量评价

4、水资源开发利用及其影响评价

5、水资源价值量评价

三)、水资源计算和评价的方法

1、水量平衡法

2、水文学方法

3、数学模型方法

4、其他方法

六、国内外水资源评价工作的发展

 初期:该时期的水资源评价工作目的是为水资源开发规划设计准备有关各类水文资

料的汇总,包括了观测资料的系列、统计特征值、各类水文特征值的图表以及区域水文的研究等。

 美国在1840年,对俄亥俄河和密西西比河进行河川径流量的统计,之后编

写了《纽约州水资源》、《科罗拉多州水资源》、《联邦东部地下水》等相关专

著;

 前苏联1930年编制了《国家水资源编目》,之后编撰了《苏联手册》等水资

源相关工作,都在在一定程度上对河川径流水量进行了统计和计算,也涉及

了径流化学成分的资料。

 到20世纪六十年代-今,由于水资源问题日益突出,水资源工程大量出现,水资源

开发利用的管理和保护日益被重视。

 1965年美国国会通过了水资源规划法案,成立了水资源理事会,开始进行

全美国水资源的评价工作,1968年完成了评价报告。这是美国进行的第一

次国家级水资源评价报告。报告对美国水资源的现状和展望进行了研究和分

析,比较了水资源的供需情况,并评价了水资源的专门问题,讨论了缺水地

区的情况和存在问题,划分了美国主要的水资源分区,并提出了2020年美

国需水量展望,进行了约半个世纪的需水预测。

 1978年进行了第二次水资源评价活动。这次评价工作重点为分析可供水量

和用水要求。将用水分为河道内用水(航运、水力发电等)和河道外用水(工

业、农业、城市供水等),并重新对各类用水现状以及未来发展进行了分析。

同时对水资源有关的关键性问题进行了专项研究,包括地区地表水供水不

足、地下水超采、水质污染、饮用水质量、洪水灾害、侵蚀和泥沙、清淤和

清淤物的堆置、排水和湿洼地、海湾和河口沿岸水质恶化等问题,都提出了

可能的解决途径。

 我国从20世纪50年代开始进行各大河流流域的规划,对有关河流全流域河川径流

量进行系统统计。中科院地理所在50年代提出了我国东部入海大江大河的年径流量统计。

 1963年水科院较为系统地整编了全国水文资料、提出统计图表。《全国水文图集》

对全国的降水、河川径流、蒸散发、水质、侵蚀泥沙等水文要素的天然情况统计特征值进行了分析,编制了各种等值线图、分区图等。这项工作是我国第一次水资源基础评价的雏形,但是,它只涉及了水文要素的天然基本情势,未涉及水的利用和污染问题。

 1980年左右,在全国农业区划工作带动下,在全国开展了水资源调查评价和水资源

利用的调查分析和评价工作。但由于当时条件限制,与水有关的部门(水利电力部、地质矿产部、交通部水运部门等)分别独立进行了评价工作,无协调一致的成果。

 水利部提出了《中国水资源评价》和《中国水资源利用》两部分;

 地质矿产部提出了《中国地下水资源评价》;

 交通部提出了《中国水运资源评价》。

 因此并没有达到国家级成果的水平,仅限于部门级的成果。

 为此,1985年国务院批准建立全国水资源协调小组,由各个有关部门领导参加,决

定提出各部委认可的全国水资源成果。

 1987年,在上述成果的基础上,提出了《中国水资源概况和展望》

 包括了中国水资源量的概况及其特点、水质和泥沙概况、水能、水运、水产

资源概况、水资源利用概况及存在的问题、水资源开发利用展望及供需分析等,分别从城乡供水、农田水利、内河航运、水能利用、水产养殖、防洪、水土保持和水源污染几方面分别进行阐述。

 报告还提出了在水资源开发管理方面的政策性建议。

 到了21世纪初(2003)我国开展了第二次全国水资源调查评价工作。

 从各国开展水资源评价工作的进程看,水资源评价的内容是随着时代的前进而不断

增加。

 从早期的只统计的河川径流及其时空分布,到关注划过程中需要的水文特征值计算方法及参数分析,

 又进而关注水特别是对

分析和展望,

 以及在此基础上的水资源逐渐成为主要内容。

 对因水资源开发治理引起的,也正在成为关注的新焦点。

思考题:

1、水资源的概念、特点?

2、水资源评价的概念、任务和内容?

3、水资源评价工作的要求和原则

4、了解国内外水资源评价的现状和发展趋势。

第二章 河川径流的基本知识

一、水文循环及水量平衡

(一)、水文循环的概念:

地下径流或直接流入海洋,或在径流过程中泄露地表转化为地表水,然后再返回海洋。

 自然界中水的不断交替转化的运动现象称为水循环,也称为水文循环。

 水循环可分为小循环和大循环

(二)、水量平衡

 地球上的水以气液固三种形态的存在方式处在不停地运动过程中。在地质或天文相

对稳定的时期,地球上水的总量是平衡的。

 定义:

 地球上任一区域,在一定时段内,进入的水量与输出水量之差等于该区内的

蓄水变化量。这一关系称为水量平衡。

 它是质量守恒定律在水循环中的特定表现形式

1、若以地球陆地作为研究范围,其水量平衡方程为: ELPLRSL EL——陆地蒸发量;

 PL——陆地降水量;

 R——入海径流量;

 ΔSL——陆地在研究时段内蓄水量的变量

多年平均入海径流量

陆地多年平均降水量

2

海洋多年平均降水量;

——多年平均入海径流量;

3:

S(1)非闭合流域水量平衡方程: PERbRdSE2RbRd

 P为降水量时段内区域的降水量;

 E1,E2——时段内的水蒸气凝结量和蒸发量;

 Rb,Rd——时段内地面径流和地下径流流入量;

 Rb’,Rd’——时段内地面径流和地下径流流出量;

 S1,S2——时段初和时段末的蓄水量

S 令E=E2-E1代表净蒸发量,则上式成为: PRbRdSERbRd

 对于区域性的水量平衡而言,其是一个开放系统。即在任一时段内,该区域获得的

水量和输出水量不相等,区域内有水量的累积或释放。因此其水量平衡方程为:

 ∑Qi输入区域(系统)的各种水量之和;

 ∑Qj输出区域(系统)的各种水量之和;

 ∆Q区域(系统)内部储存水量的变化量。

(2)闭合流域水量平衡方程:

对于非闭合流域水量平衡方程中,当Rb=0、Rd=0,并令R=Rb’+Rd’

,ΔS=S2-S1,

 E则方程变为: R  P  

 对多年平均来说:ΔS=0 式中P、R、E——流域多年平均年降水量、年径流量和年蒸发量。

二、河流与流域

一)、河流及其特征

1、河流的形成和分段

 河流:汇集地面径流和地下径流的水道。

 河谷:河水流经的谷地称为河谷。

 河床:河谷底部有水流的部分为河床。

 一般天然河流,按照河谷和河床的情况,冲淤程度,水情变化等特点,分为:

 河源→上游→中游→下游→河口

 水系:脉络相通的大小河流所构成的系统为水系(或河系)。

水系的类型

① 扇状水系:干支流呈扇状分布,各支流较集中地汇入干流,流域呈扇形或圆形。如海河。 QiQjQi1j1nm

② 羽状水系:支流从两岸相间汇入干流。如滦河。

③ 平行状水系:各支流平行排列。如淮河左岸。

④ 树枝状水系:干支流分布呈树枝状。如西江。

⑤ 格状水系:支流成90°角汇入干流。河流发育受,两组互相垂直的构造线控制。如闽江。

河流的分级

2、河流的基本特征:

 河流长度——从河源到河口的距离。

 河流比降——单位长度河段的落差。

 水位:水位是指河流某处的水面高程。其零点称为基面。自由水面用某一水准基面

的高程(m)标定。

 绝对基面:以某一河口平均海平面为零点。我国规定统一采用青岛黄海基面。

 资料可比

 相对基面(测站基面):以观测点最枯水位以下0.5-1m 处作为零点的基面。

 资料不可比

 中泓线:河流中沿水流方向各断面最大水深点的连线。

 河流断面:

 河流纵断面:沿河流中泓线的断面。

 河流横断面:垂直于水流方向的断面。

◆水位变化:

 主要受水量影响;包括季节变化、年际变化等;

◆水位过程线:

 是指水位随时间变化的曲线。其纵坐标为水位,横坐标为时间。水位过程线

反映了水位变化的规律;

◆相应水位曲线:

 指在同一涨落水期间,上下游站位相相同的水位。纵轴为上游站的水位,横

轴为下游站的水位。依据相应水位曲线可做短期水文预报。

◆流量:指单位时间内通过某过水断面的水的体积。

即 Q = A · v 单位为 m3/s ;

式中,A 为过水断面面积;v 为流速。

◆流量过程线:是流量随时间变化过程曲线。纵坐标为流量,横坐标为时间。反映径流变化规律

◆水位-流量关系曲线:是水位随流量变化的曲线。

即 Q = f(H);纵坐标为水位,横坐标为流量。可用水位资料推算流量

二)、流域及其特征

1)流域分水线与流域面积

 流域:

 降水落到地面形成的径流被高地、山岭分隔而汇集到不同河流中,汇集水流

的同一区域为某河流的流域。即河流的集水区域。

 分水线(或分水岭) :

 分隔水流的高地、山岭的山脊线,就是相邻流域的分界线

 闭合流域:

 地面分水线和地下分水线相重合的流域为闭合流域;

 非闭合流域:

 地面与地下分水线不重合的流域叫做非闭合流域。

 流域面积(或称为集水面积)

 流域的分水线和出口断面所包围的面积(km2)

2)流域特征

 几何特征:主要指流域面积和流域形状。

 流域面积 F(km2):通常先在适当比例尺的地形图上定出流域分水线,然

后量出它所包围的面积。

 河网密度:单位面积内的河流总长度称为河网密度。它表示一个地区河网的

疏密度。

 流域长度L(km):流域的轴长。

 流域平均宽度B(km):流域面积与流域长度的比值B = F / L

 流域形状系数:流域平均宽度与流域长度比值r = B / L = F / L2

 自然地理特征:主要是流域的地理位置和地形。

 流域的地理位置、气候、地形、植物被覆、土壤特性,地质构造,沼泽及湖

泊情况等,都是与流域水文特性密切有关的自然地理特征。

三、降水

 降水是降落到地面的各种水分的总称

 降水可利用水资源的最主要的补给来源(基本上是唯一的)

 降雨是我国大部分地区的水资源的主要部分。

 一个国家、一个地区水资源多少,可利用率大小主要取决于降水的多少和降水特征;

一般通过降水的多少衡量一个国家和一个地区水资源的多少

 亚洲:741mm;中国:629mm;天津:516mm。

 降水特性包括

 降水强度、历时、降水过程及降水的空间分布

 降水分布除了地域(空间)变化外,还有年际、季节、形态、质量变化

 控制降水的主要因素:

 影响大区域降水主要是地理位置与气候条件;

影响小区域降水除了地理位置与气候条件外,还取决地形、地貌、植被、气

象以及人为因素等等。

 小雨:

 1小时雨量≤2.5mm或24小时雨量<10mm;

 中雨:

 1小时雨量2.6-8.0mm或24小时雨量10-24.9mm;

 大雨:

 1小时雨量8.1-15.9mm或24小时雨量25.0-49.9mm;

 暴雨:

 1小时雨量≥16mm或24小时雨量≥ 50mm;

四、径流及其形成过程

一)、径流

★径流是指降落到流域表面上的雨水,由地面与地下汇入河川,最终流出流域出口断面的水流。径流可分为地表径流和地下径流。

★河川径流:指从地表和地下汇入河川后,向流域出口断面汇集的水流。

二)、径流形成过程

 降雨开始时,一部分滞留在植物枝叶上,称为植物截留。

 降落到地面上的水量一般是向土中入渗,除补充土壤含水量外,逐步向下层

渗透,如能达到地下水面,则成为地下径流。

 位于不透水层之上的冲积层地下水,称为潜水或浅层地下水,它具

有自由水面;在两个不透水层之间的地下水,称为深层地下水。

 当降雨强度超过了土壤入渗能力时,产生超渗雨。沿坡面向低处流动,称为

坡面漫流。超渗雨要把流动途径上的洼坑填满以后,才能往更低处流去。扣

除植物截留、入渗、填洼后的降雨量进入溪沟,最后成为流域出口径流。这

部分径流称为地面径流。

 表层土壤的含水量首先达到饱和后,继续入渗的雨量沿饱和层的坡度在土壤

孔隙间流动,注入河槽形成径流,称为壤中流(表层流)。

 进入河网的水流,从上游向下游,从支流向干流汇集,最后全部先后流经流

域出口断面,这个汇流过程称为河网汇流。

 径流形成过程中的从降雨扣除各项损失称为产流阶段

 把坡面汇流及河网汇流称为汇流阶段。

三)、径流形成过程的主要影响因素

 径流的主要影响因素就是径流形成过程中的各个要素:主要包括气象气候因素、下

垫面因素和人类活动

 气象气候因素:降雨量、降雨强度、蒸发

 下垫面因素

 下垫面类型

 地形

 植被覆盖情况

 土壤质地

 土壤含水量

 土壤容重

 人类活动

四)、径流量的表示方法

 在分析河川径流特征时,常用一些具有一定物理意义的特征值来表示。通常径流量

可以由以下几个物理量表示:

1、流量Q:单位时间内通过河流过水断面的水量。常以m3/s计;按照时段的不同,有瞬时流量、日平均流量、月平均流量、年平均流量和多年平均流量。

2、径流总量W:在时段T(年、月、日)内通过流域出口河流某过水断面(横段面)的总水量,以m3计;常用亿立方米(108m3)或立方公里(km3)表示。按照时段的不同,分为一次洪峰径流总量、月径流总量、年径流总量。 WQT3、径流深度Y:对某一流域,把某一时段内的径流总量平铺在相应的流域面积上的平均水

W层深度,以mm计。即径流总量与流域面积之比。其中F为流域面积,km2。 Y1000F

4、径流模数M:单位流域面积上产生的平均径流量,以m3/(s •km2)计;即单位时间单

Q位流域面积上的产水量。 M FRa5、径流系数a:同一时段内的径流深度R与降水量P之比,以系数或百分数表示, P

 a=[0,1],a→1,降水大部分转化为径流;a→0,降水形成径流的能力很弱,降水量主要

消耗于蒸发和入渗。

 径流系数显示了流域降水量转化为径流量的比例,综合反映了流域内自然地理因素对降

水形成径流的影响。

 由于径流深度是由降水量形成的,闭合流域径流深度将小于降水量,即a<1。

6、径流变率K:也称模比系数,是指同一时段内某一年的径流量(Qi)与多年平均径流量

Qi(Q平均)之比。按照时段的不同,有月径流变率、年径流变率。 K年径流变率反映了一年内的径流量偏丰(K>1)或偏枯(K≤1)的程度。 Q五)、河川径流的变化

 河川径流的主要来源为大气降水。降水在年内分配是不均匀的,有多雨季节和少雨

季节,径流也随之呈现出丰水期(或洪水期)和枯水期,或汛期与非汛期。径流在一年内的这种变化称为年内变化。

◆汛期:指河流处于高水位的时期,如夏季;

◆枯水期:指河流处于低水位的时期,如冬季;

◆平水期:指河流处于中常水位的时期,如秋季;

2、径流的年际变化

 河川径流不仅在一年之内有较大的变化,就是在年与年之间的变化也是很大的。径

流的这种变化称为年际变化。

 我们把年平均流量较大的那些年份称为丰水年,

 年平均流量较小的那些年份称为枯水年,

 年平均流量接近于多年平均值的那些年份称为中水年,

◆通常用径流的离差系数表示年径流的变化程度。

◆正常径流量:指多年径流量的算术平均值。 五、蒸发与下渗 1、蒸发

 水面蒸发

 水面蒸发量是反映当地蒸发能力的指标,它主要受气压、气温、湿度、风、

辐射等气象因素的综合影响。

 土壤蒸发  植物散发  流域蒸发:

 水面、土壤、植物蒸散发之和

2、入渗

 入渗是指水分通过土壤表面垂直向下进入土壤和地下的运动过程。

 入渗不仅直接影响地面径流量的大小,也影响土壤水分及地下水的增长。  入渗是将地表水、地下水、土壤水联系起来的纽带,  是径流形成过程、水分循环的重要环节。

 入渗水量是径流形成过程中降雨损失的主要组成部分,所以有必要认识入渗的物理

现象和入渗水量的变化规律。

 水分的入渗是在重力、分子力和毛管力的综合作用下进行的,其入渗过程就是这三

种力的平衡过程,整个入渗过程按照作用力的组合变化和运动特征,可以划分为三个阶段。

 渗润阶段:降水初期,土壤相对较为干燥,落在干燥土面上的雨水,首先

受到土粒的分子力作用,在分子力作用下入渗的水分被土粒吸附形成吸湿水,进而形成薄膜水,当土壤含水量达到分子力所能维持的最大量时,入渗进入下一阶段。

 渗漏阶段:当表层土壤中薄膜水得到满足后,影响入渗的作用由分子力转化

为毛管力和重力。在毛管力和重力的共同作用下,使入渗水分在土壤孔隙中作不稳定运动,并逐步充填毛管孔隙、非毛管孔隙,使表层土含水达到饱和。当土壤表层的非毛管孔隙被充满水后,入渗进入第三阶段。

 渗透阶段:在土壤孔隙被水分充满,达到饱和状态后,水分主要在重力作用

下继续向深层运动,此时,入渗的速度基本达到稳定。水分在重力作用下向下运行,称为渗透。

 在天然条件下,实际的入渗过程远比理想模式要复杂得多,往往呈现不稳定和不连

续性。

 整个流域的的实际入渗量的平面分布极不均匀

 流域中入渗性能的空间分布特征是目前水文学研究中重点之一。

 影响入渗的因素是多方面的,归纳起来主要有以下四个方面:  土壤特性的影响:土壤特性对入渗的影响,主要决定于土壤的透水性能及土壤的前期

含水量。其中透水性能同土壤的质地、孔隙的多少与大小有关。一般来说土壤颗粒愈粗,孔隙直径愈大,其透水能愈好,土壤的入渗能力亦愈大。土壤的前期含水量越高,入渗量将越少,入渗速度也越慢。

 降水特性的影响:降水特性包括降水强度、历时、降水过程及降水的空间分布,其

中降水强度直接影响土壤入渗强度及入渗水量,在降水强度小于入渗率的条件下,降水全部渗人土壤,入渗过程受降水过程制约。

 在相同土壤水分条件下,入渗率随雨强增大而增大。尤其是在草被覆盖条件下情况

 

 

 

更明显。但对裸露的土壤,由于强雨点可将土粒击碎,并充填土壤的孔隙中,从而可能减少入渗率。在降水强度大于入渗率的条件下,部分降水渗人土壤,入渗过程受土壤特性制约。

此外,降水的时程分布对入渗也有一定的影响,如在相同条件下,连续性降水的入渗量要小于间歇性入渗量。雨型对入渗也有影响。

流域植被、地形条件的影响:通常有植被的地区,由于植被及地面上枯枝落叶具有滞水作用,增加了入渗时间,从而减少了地表径流,增大了入渗量,另外,植物根系改良土壤的作用使土壤孔隙状况明显改善,从而增加了入渗速度和入渗量。

当地面起伏较大,地形比较破碎时,水流在坡面的漫流速度慢,汇流时间长,入渗量大。在相同的条件下,地面坡度大、漫流速度快,历时短,入渗量就小。 人类活动的影响:人类活动对入渗的影响,既有增大的一面,也有抑制的一面。例如,各种坡地改梯田、植树造林、蓄水工程均增加水的滞留时间,从而增大入渗量。反之砍伐森林、过度放牧、不合理的耕作,则加剧水土流失,从而减少入渗量。 在地下水资源不足的地区采用人工回灌,则是有计划、有目的的增加入渗水量; 反之在低洼易涝地区,开挖排水沟渠则是有计划有目的控制入渗,控制地下水的活动。从这意义上说,人们研究水的入渗规律,正是为了有计划、有目的控制入渗过程,使之朝向人们所期望的方向发展。

思考题

1、水文循环和各个条件下的水量平衡方程 2、径流形成过程和影响因素

3、什么是地表径流和地表径流量?径流量有哪些表示方式?分别表示的是流域径流量的哪些特征?如何计算和换算? 4、河川径流的变化?

第三章 水信息资料的收集

一、水文站及水文站网

一)水文测站的概念、任务及分类 1、水文测站的概念

 水文测站是为经常收集水文数据而在河、渠、湖、库上或流域内设立的各种水文观

测场所的总称。

 水文站网:在一定地区或流域内,按一定原则,用一定数量的各类水文测站构成的

水文资料收集系统称为水文站网。

 它必须按照统一的规划合理布局,既要能收集到大范围内的基本水文资料,

满足水利水电工程建设,环境保护及其他国民经济建设的需要,又要做到经济合理。

2、水文测站的任务

 (1)按照统一标准,对指定地点的水位、流量、泥沙,降水、蒸发、水温、冰

情、水质、地下水位等水文要素进行系统观测并对观测资料进行计算分析和整编。

 (2)负责水文调查、水文预报、水文计算、水文试验研究和指导群众性水文工

3、水文测站的分类

根据测站的性质和作用,水文测站可分为基本站、辅助站、水文实验站和专用站。

 (1)基本站。基本站是为公用目的.经统一规划设立,能获取基本水文要素值

多年变化资料的水文测站。它应执行《水文测验规范》的规定进行较长时期的连续观测,资料刊人《水文年鉴》或录入水文资料数据库长期存储。基本测站按其设站目的和观测的主要项目不同,又可分为流量站、水位站、雨量站、泥沙站等。

 (2)辅助站。辅助站是为补充基本站网不足而设置的一个或一组水文测站。  (3)水文实验站。水文实验站是在天然和人为特定实验条件下.由一个或一组

水文观测试验项目的站点组成的专门场所。如径流实验站、河床实验站、湖泊(水库)实验站等。

 (4)专用站。专用站是为科学研究、工程建设、管理运用等特定目的而设立的水文测

站。它可兼作基本站或辅助站,其观测项目和年限依设站目的而定,对基本站网起补充作用,但不具备基本站的特点。

 水文站网规划通常分项目进行,同时注意各项目站网之间的协调,有: (1)雨量站网 (2)蒸发站网 (3)流量站网 (4)水位站网 (5)泥沙站网 (6)水质站网 (7)地下水井网

 除以上各项目外,还要有计划地设立径流、蒸发、水库、湖泊、河口、河床演变、

地下水等方面的水文实验站。

二、降水与蒸发量的观测 一)、降水观测

 人工雨量筒观测

 雨量器为一金属圆筒,我国所用的是筒口直径为20cm (p43图3-2)

 自计雨量计观测(虹吸式雨量计)

 虹吸式雨量计能连续记录液体降水量和降水时数。气象台站常用筒口直径为

20cm。

 它由接水器、浮子室、自记钟、虹吸管组成(图3-3)。  最上部分的接水器类似雨量器,其承接到的雨水由漏斗进入铜套管而进入浮

子室。

 浮子室内有一浮子,浮子上有一直杆,直杆的顶端从浮子室伸出来,自记笔

就固定在它上面。

 当雨水进入浮子室后水面升高,浮子跟着升高,笔杆也随着上升,笔尖在自

记纸上连续记下降水量变化的曲线。

 浮子室还安装有一虹吸管,当浮子室内的水到达一定高度后,水就从虹吸管

自动排出来,以后浮子下降,笔尖也随之下降。若仍有降水,笔尖又重新开始随之上升。

 而自动记录曲线的坡度就代表了降水强度的大小。

 翻斗式遥测雨量计观测

 翻斗式遥测雨量计可测量及记录液体降水量、降水起止时间和降水强度。  采用有线遥测,观测方便。

 其承水器口径为20cm,测量最小分度为0.1mm。  目前不少气象台站采用为降水自记仪器。

 降水资料整理

 日降水量以8:00为界

降水资料整理工作主要有以下内容:

 编制汛期降水量摘录表;

 统计不同时段最大降水量;计算日、旬、月、年降水量

二)、蒸发量观测

 有水面蒸发、土壤蒸发、植物散发3类。  水面蒸发:蒸发皿

 土壤蒸发:土壤蒸发皿(大型、小型)  植物散发:蒸渗仪

 蒸发资料的整理主要是计算观测值的日、月、年蒸发量。

三、水位观测与资料整理 1、水位观测

 水尺观测

 浮筒自记水位计  超声波自记水位计

2、资料整理

 包括日均水位计算;

 绘制逐日平均水位表、水位过程线  编制洪水水位摘录表

四、流量测验与资料整编

 流量测量包括断面面积计算、流速观测、流量计算工作  资料整编:

 时间-水位关系(水位过程线)  水位-流量关系

 流量-时间关系(流量过程线)

五、水文调查和水文资料的收集 1、水文调查

 以野外勘测、试验和查考为主要方式,收集水文及其有关资料的工作。取得

水文资料的重要手段,可补充水文定位观测的不足。

 内容包括暴雨、洪水、枯水、流域、水系、洪泛区、水资源、水量等调查。

 暴雨调查包括历史/近期和当年暴雨调查,内容有暴雨中心位置,一次降雨

总量,降雨历时、过程和分布范围,为设计暴雨提供重要资料。

 洪水调查分历史/近期或当年特大洪水调查,包括考察洪水痕迹、收集有关

资料、推算一次洪水总量、洪峰流量、洪水大致过程等。

 枯水调查是查明历史上的最低水位、最小流量及其持续时间、枯水期水质尤

其是污染情况、地下水情况、断流和旱灾情况。  流域、水系调查主要内容有自然地理条件、水文条件、水利设施、土地利用、

工农业用水、通航和社会经济活动等。

 泛洪区调查是查明不同重现期洪水的淹没范围、水深等,测定沿河企业、居

民点、道路和田块等的位置和高程。

 水资源调查主要是查明水量和水质的变化和分布,为水资源评价提供依据。  水量调查是查明水文站定位观测中受蓄水、引水、排水和分洪等人类活动影

响的水量,为水文资料的还原计算、水文规律的分析提供依据。

 水文调查还包括为抗旱需要而进行的水源调查,为查明水体污染的水质调查,灌溉

用水调查,凌汛调查和河源调查等。

2、水文资料收集

 水文年鉴

 水文手册和水文图集  水文资料数据库

3、资料收集和调查的标准和原则

 水资源评价的调查阶段,应以调查、搜集、整理、分析利用已有资料为主,

辅以必要的观测和试验工作。

 分析评价中应注意水资源数量评价、水资源质量评价、水资源利用评价及综

合评价之间的资料衔接。

 即为求得水资源评价的精度一致,在对水文循环各要素资料系列进

行统计时,应该在有条件的情况下各站都采用统一的观测期内的同步资料系列。

 或至少降水和径流采用同步观测期系列进行分析,以求得陆面蒸发

时空变化规律较好。

4、评价资料中时间的使用原则:

 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  计算时段应根据评价目的和要求选取。

思考题

1、水文站的工作内容? 2、水文调查?

3、水文资料的标准和收集的原则?

第四章 水文统计基础

一、概述

 水资源计算和评价需要大量的实测资料,同时也要了解与水资源组成要素的基本特

性和变化规律,以便进一步进行分析和计算,给出评价结果

 水文资料是水文现象的一种现实的表现,通过分析水文资料,可以发现水文现象的

客观规律,为工程实践服务。

 在学习使用分析资料的方法之前,首先要认识和掌握河流水文现象的基本特征 (一)河流水文现象的基本特征

 由于受到气象因素、地质地貌、植被等下垫面因素以及人类活动的综合影响,河流

水文现象发生和发展过程以及变化规律十分复杂。

 人们对河流水文现象的认识是基于对河流的长期观察、观测和分析归纳的结果。  河流水文现象有以下基本特征:

 周期性

 确定性和随机性  区域性

1、周期性

 水文现象的周期性是指其在随着时间演变过程中具有周期变化的特征。  河流水体因受气候因素影响呈现以年为周期的丰水期、枯水期交替的变化规

律,如降水(少雨季节和多雨季节)、河流来水(汛期和旱期)等都呈现周期性的交替变化。

 另外,河流由于受长期气候变化影响,还表现出多年变化的周期性特征。

2、确定性和随机性

 河流水文现象在某个时刻或时段由于其确定的客观原因会表现出其确定性

的特征。  同时,河流水文现象也受到其他各种复杂因素的影响,各个因素的不断变化、

相互作用,因此而表现出不确定性的特征。

 如:河流断面下一个年份的最大/最小流量、最高/最低水位等的数值大小和

发生的时刻都是不能完全确定的,具有明显的随机性。

 地表水水文现象的随机性增大了地表水资源开发利用的难度和复杂性。

3、区域性

 受其影响的河流水文现象在一定程度上也表现出区域性的特征。若自然地理

因素相似,则水文现象的变化规律也具有相似性。

 如:同一自然地理区域的两个流域,只要流域面积相差不大,则二者的水文

现象在时空分布上的变化规律较为相似,表现出水文现象变化的区域性。

 水文分析计算的主要方法就是统计学方法,称之为水文统计,也称为数理统计法

(二)、随机变量及其概率分布

(1)总体:概率与数理统计中,被研究的随机变量的全体称为总体 (2)样本:总体中的一部分称为样本

(3)频率:设随机事件A在n次随机实验中,实际出现了m次,则随

机事件A在n次实验中出现的频率P(A)为: P(A)=m/n

 P(A)与n的大小有关;

 只有n大于一定值后P(A)才趋于稳定;

(4)随机变量的概率分布:随机变量的各个取值与其概率之间的一一对应关系,为该随机变量的概率分布。

 离散随机变量X的概率分布可以表示为:

P(X=xi)=pi(1,2,…,n)

 连续随机变量的概率分布只有针对某一个取值区间才有意义;

 通常较多分析的是随机变量X大于或等于某取值的概率分布, P(X≥xi);

或小于等于某值的概率分布, P(X≤xi)

 计算概率分布曲线实例:p69例4-1 频率分布计算举例:原始资料

年降水量降序排列结果

年降水量分组统计计算结果

年降水量频率分布图 年降水量累计频率分布图

事实上,累计频率一般是我们常用的形式 二、数理统计法

 数理统计法:根据河流水文现象的随机性特征,运用概率论和数理统计的方法,分

析河流水文特征值系列的统计规律,并进行概率预估,从而得出水资源开发利用工程所需的设计水文特征值的方法。

 数理统计法是一种形式逻辑的分析方法,把降水量、径流量等水文特征值孤

立地进行统计、归纳,得出的结果只是事物的现象,不能揭示河流水文现象的本质和内在联系。

 因此,只能把数理统计法当做一种数学工具,实际工作中应与成因

分析法密切结合使用。

 数理统计方法在目前是河流水文计算的主要方法。一般在实际工作中应与成

因分析方法结合使用。

数理统计法主要用于计算频率和频率分布(曲线)、计算随机变量的各种统计特征值。 一)、频率计算

 频率计算就如前面所述,但是一般地,在水文分析计算中,多为连续型随机变量,

研究的得多为大于或等于某一数值是发生的频率,所以多用累积频率分布曲线,简

称为频率曲线。

 累积频率:在河流水文计算中,频率均指累积频率,即等量或超量值的累积频数与

总观测次数的比值。

 频率计算的方法是:确定频率曲线 确定频率曲线的方法:

 根据实测的某河流水文特征值作为随机样本,计算各特征值相对应的频率,并将各

组数据点绘于二维坐标图上,得到经验频率曲线;

 选用理论频率曲线,采用适线法调整并确定其特征参数,使之最好地符合样本系列

频率分布曲线(经验频率曲线);

 以该理论频率曲线作为据。

以上就是频率计算的工作内容 ① 经验频率曲线:用实测的某河流水文特征值作为随机样本,计算各特征值相对应的频率,

并将各组数据点绘于二维坐标图上,用目估方法通过点群中心绘制一条光滑的曲线,称为经验频率曲线;

,x 某水文要素系列共有n项,由大到小排列为: x 1 2 , x 3,  x m  x n ,通过以上分析,

m

可归纳频率计算公式:P 100%

n

P为≥xm的经验频率;m为xm序号,即≥xm的项数;n为系列总项数。

 上式用于样本资料分析不甚合理。如当m=n时,P=100%,这就意味着将来也不会

出现比实测最小值还小的要素值。因为随着观测年数的增多,一定会出现更小的数值。

 因此,须修正上式使其能较好地反映自然规律。世界各国有不少类似的修正公式。

mP 100% 目前在我国常用的计算经验频率的公式为数学期望公式。数学期望公式为:n1

 经验频率曲线是根据实测资料绘出的,当实测资料的时间跨度较长或设计标准要求

较低时,经验频率曲线尚能解决一些实际问题。

 但是,实际应用中往往要推求稀遇的小频率洪水,如P=1%,0.1%,0.01%。而目

前实测资料时间跨度一般最多不过几十年,计算的经验频率点只有几十个。

②理论频率曲线:根据概率论的原理,某种由一定数学公式表示的频率曲线,称为理论频率曲线, 1)、几种常见的频率分布曲线:

 正态分布型:正态分布、对数正态分布等  极值分布型:耿贝尔(EV-I)通用极值分布等

 皮尔逊Ⅲ(P-Ⅲ)型:P-III分布、对数皮尔逊Ⅲ(LP-Ⅲ)型曲线等

 我国水文频率计算一般采用P-Ⅲ型频率曲线,特殊情况,经分析论证后也可采用其

他线型。

 因此我们也主要以P-III曲线为主。 2)、P-III曲线

 P-Ⅲ曲线是一条一端有限一端无限的不对称单峰、正偏态分布曲线,即 分

布,其概率密度函数为: f(x)(x)(1)e(x)

()

 x为总体均值;Cv为总体变差系数;Cs为总体偏差系数。  曲线参数与统计参数间的关系:

2C42 2;;0(1v);()t1etdt0CSvCsCs

3、水文频率计算的适线法 1)、适线法的步骤:

 由水文样本资料计算并点绘经验频率数据点;

 由样本资料系列计算均值和变差系数Cv,并估算统计参数CS,将三者作为

适线法的初值;

 适线:用初值查P-III曲线系数表(附录表1-2)绘制P-III曲线,与经验点

配合,若配合较好,则贡献就是所求频率曲线,反之调整参数,继续,直到配合较好为止。

 一般地调整参数首先特征CS ,其次为Cv ,必要时也可以对均值作适当的

调整。

2)、适线法举例:p84例4-4 二)、河流水文随机变量的统计参数 (一)、随机变量的分布参数

 能说明随机变量统计规律的某些特征数值,称为统计参数,或特征参数,或称为分

布参数。

1、位置特征参数

1)均值:表示系列的分布中心,代表随机变量系列的平均水平,均值越大表示累积频率曲线或密度曲线的平均水平值高,均值小则平均水平值低。 2)众值(众数):概率密度曲线峰顶值在x坐标上相应位置值

3)中值(中位数) :对于连续随机变量,把概率密度曲线下的面积分为两个相等部分所对应的x值为中值。

 位置特征参数的影响:各个参数变化对密度函数曲线和累积频率曲线的影响参见图

6、7。

2、离散程度特征参数

均方差σ、变差系数Cv

1)均方差σ

 xi为系列值, 均方差越小(图8)。

2)变差系数Cv:

 比较两个不同均值系列的离散程度时,采用均方差与均值之比值,用于衡量系列相

对离散程度。 Ki为模比系数

 对河流的年径流量,Cv越大,其年际变化越大;对两个河流,一般大河调

节作用比小河要大,所以大河年径流分布的Cv比小河的小。

Cv越大,随机变量x的分布越分散,概率分布曲线左侧抬高,右侧降低;

反之,左侧下降,右侧上抬(图9b )

3、对称程度特征参数:偏差系数Cs

 对称或不对称(偏态)程

 正偏态分布:当Cs>0,密度曲线峰顶在均值的左边,为左偏或正偏,概率分布曲线

为向下凹曲线。

 负偏态分布:当Cs<0,密度曲线峰顶在均值的右边,为右偏或负偏,概率分布曲线

为向上凸曲线。

 正态分布:当Cs=0,密度曲线峰顶在均值处,为对称分布或正态分布,概率分布曲

线为一直线。

 研究表明:河流水文现象多属正偏态分布,Cs>0(P-III曲线)

 当其他参数不变时,Cs值越大,则概率曲线的凹度越大,即两端都在正态直线以上,

中间部分向下。

(二)、统计参数的估算

目前,由样本估计总体参数的方法主要有矩法、三点法、权函数法等。

1、矩法:

 矩法是用样本矩估计总体矩,并通过矩和参数之间的关系,来估计频率曲线参数的

一种方法。

 一阶原点矩的计算公式就是均值x,ki为模比系数;

 二阶中心矩开方就是均方差σ;

 偏态系数

样本的特征参数 的计算式:它们(样本)与相应的总体同名参数不一定相等

 我们希望由样本系列计算的统计参数与总体更接近,因此,实际计算时采用上式的

修正形式:

 水文计算上习惯称上述公式为无偏估值公式,并用它们估算总体参数,作为配线法

的参考数值。

2、三点法

三点法是在已知的P-Ⅲ型曲线上任取三点,其坐标为(xp1,p1)、(xp2,p2)和(xp3,p3),由式

 可建立3个方程,联解便可得到3个统计参数;Φ为离均系数,Φ的均值为0,标

准差为1。

 先按经验频率点子绘出经验频率曲线,并假定它近似代表P-Ⅲ型曲线。在此曲线上

取3个点:p2一般都取50%,p1和p3则取对称值,即p1=1-p3,一般多用 p1=5%;p2=50%;p3=95%;如图所示。

三点法在经验频率曲线上取点示意图

 解得的统计参数为右式:

 S-CS关系表格见附表3。 ①由选定的三个频率pi和对应的xi,用右式计算出S,就可从查算表

中查出相应的CS值 ②再由CS值和三个频率值查附表1(PIII曲线)的Φ1和Φ3,有右式就可计算统计参数:均值和离差系数。 ③由三个统计参数,绘制理论频率曲线,若与经验曲线配合不好,则适度调整参数重新适线,直到配合较好为止,这时的统计特征值就是需要的随机变量的统计特征。这一步实际上就是适线法的工作

三)、频率与重现期的关系

 频率这个名词比较抽象,为便于理解和应用,常采用重现期与频率并用。

 所谓重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次,又称为多少年一遇。

 频率P与重现期T

(1)当为了防洪研究暴雨洪水问题时,一般设计频率小于50

9)

 式中T为重现期,a;P为频率,以小数计。

 例如,当设计洪水的频率采用P=l%时,代入上式得重现期为100年,称为

百年一遇洪水。

(2)当考虑保证灌溉、发电及给水等用水建筑物时,设计频率P常大于50%,

(10)

 例如,当灌溉设计保证率P=80%时,代入上式得重现期为5年,称为以5

年一遇的枯水作为设计来水的标准,也就是说平均5年中有4年来水能保证

正常的灌溉要求。

三、相关分析

 自然界中有许多现象之间是有一定联系的。按数理统计法建立两个或多个随机变量

之间的联系,称为相关关系。

 把对这种关系的分析和建立称为相关分析。相关分析可以用来延长和插补短

系列。

 根据变量之间相互关系的密切程度,变量之间的关系有三种情况:

 即完全相关、零相关、统计相关。

 若两变量间的关系界于完全相关和零相关之间,则称为相关关系或统计相关。

 当只研究两个变量的相关关系时,称为简相关;

 当研究3个或3个以上变量的相关关系时,则称为复相关。

 在相关的形式上,又可分为直线相关和非直线相关.

 相关分析法是数理统计法的一种基本方法。

 相关分析就是回归分析,一元回归也称线性回归。

 相关分析(或回归分析)的内容一般包括三个方面:

(1)判定变量间是否存在相关关系,若存在,计算其相关系数,以判断相关的密切程度;

(2)确定变量间的数量关系-回归方程或相关线;

(3)根据自变量的值,预报或延长、插补倚变量的值,并对该估值进行误差分析

一、线性回归

1.相关图解法

 设xi 和yi 代表两系列的观测值,共有n对,

 把对应值点绘于方格纸上,得到很多相关点。

 如果相关点的平均趋势近似直线,即可通过点群中间点绘出相关直线

2.相关计算法

 为避免相关图解法在定线上的任意性,常采用相关计算法来确定相关线的方程,即

回归方程。线性方程的形式为:

y = a + bx

 式中 x为自变量;y为因变量;a、b 为待定常数。

待定常数a、b 由观测点与直线拟合最佳,通过最小二乘进行估计。

思考题

 河流水文现象的特征有哪些?

 河流水文分析计算的方法有哪些?什么是数理统计法?数理统计法进行河流水文分

析,利用的是河流水文现象的什么特征?

 设某水文要素的系列共有n项,按由大到小的次序排列为: ,

那么频率计算公式?

 随机变量分布参数有几类?各自表示的意义是什么?

 频率与重现期的关系?

 我国大多数河流的年径流频率分析,可采用那种频率分布曲线,该频率曲线图形有

什么特征?

作业1、2

第五章 年径流计算

一、概述

评价地表水资源,应对评价范围内的水文站进行单站径流统计分析和主要河流的年径流量计算。

一)、年径流量的基本概念

一般地,年径流量有以下几种表述形式:

1、年径流量

 河川径流在时间上的变化过程有以年为周期循环的特性,这样,就可以年为单位分

析每年的径流总量以及径流的年际与年内分配情况,掌握它们的变化规律,用于预估未来各种情况下的变化情势。

 年径流量

 就是某一个年度内通过河流某断面的水量,称为该断面以上流域的年径流

量。

 根据定义,将一个年度內通过某断面的水量进行累加,就是这个断面以上流域的年

t径流量: QQ(ti) ti0 t为一年总径流时间;Q(ti)为这一年内ti时刻的该断面流量。

 若区内有水文站控制,但控制站的上下游降水量相差较大,这时,可按上下游的单

位面积平均降雨量与面积之比,加权计算该区的年径流量。计算公式为:

F Qab

Qa(1bb)aFa 

 式中 Qab为分区年径流量,m3/s;Qa为控制站以上年径流量,m3/s;

Pa、Pb为控制站以上及以下同一年的单位面积平均降水量,m3/(s·km2);

Fa、Fb为控制站以上及以下的面积,km2。

2、多年平均年径流量

 天然河道的径流量随气候不断变化,不同的年份,径流量也不同。为了反映流域水

资源情况,通常利用数理统计方法求出实测各年径流量的均值,就是多年平均年径流量,或平均年径流量。

 多年平均年径流量或平均年径流量:河流年径流量的多年平均值。

 根据定义,将n个年度內通过某断面的年径流量进行累加并除以年数,就是这个断

面以上流域的多年平均年径流量:

 n为参与计算资料的年数;Qj为该断面第j年的年径流量。

 事实上,多年平均年径流量计算比较复杂,要根据研究区域的资料情况的多少,采

用不同的方法。

3、正常年径流量

 正常年径流量:在气候和下垫面基本稳定的条件下,随着统计实测资料年数的增加,

年径流量的均值将趋于一个稳定的数值,此值称为正常年径流量。

 年正常径流量表征在天然条件下,河流上某断面能泄出的平均流量,是河流

水资源可利用的稳定水量。

 均年径流量来代替正常年径流量。

 但正常年径流量的稳定性不能理解为不变性,因为流域内没有固定不变的因素。自

然条件下气候和下垫面的变化非常缓慢,可不考虑,但大规模的人类活动,特别是对下垫面条件的改变将使正常年径流量发生显著变化。

 河流径流量是采用有限年份的观测资料来推算多年径流量的算术平均值来代表年正

n常径流量。 Q平均= 1 Q i ; ni1

 Q i为第i年的年径流量,共n年。

 一般地,正常年径流量的计算就是首先推算多年平均径流量,以此代替正常年径流

量。

4、设计年径流量

 设计年径流量:

 指通过河流某指定断面对应于设计频率的年径流量。

 设计频率:水文现象具有随机性,因此在研究其规律和变化过程中水文计算

中的采用频率表示的一种标准。

 根据定义设计年径流量指通过河流某指定断面对应于设计频率的年径流量,

可以确定不同设计频率下的年径流量。

 综上,年径流量的计算可以归结为

1)计算年径流量

2)在计算年径流量的基础上,计算多年平均年径流量

3)计算设计年径流量

下面以设计年径流量为例,说明年径流量的计算方法。

 根据观测资料的长短或有无,设计年径流量的推算一般可以根据资料的多少分以下

三种情况进行计算:

1)有长期实测资料;

2)有短期实测资料;

3)无实测资料;

二、有长期实测资料的设计年径流量计算

 列实测资料计算的多年平均值基本上是稳定的。其长度不小于规范规定的年数,即不应小于30年。

 由于各个流域的特性不同,其平均值趋于稳定所需时间(即资料的年限长短)

也不同。对年径流的变差系数Cv变化较大的河流,所需观测系列要长一些,

反之则短些(实测年数一般在30年以上)。

 如实测系列小于30年,应设法将系列加以延长;

 如系列中有缺测资料,应设法予以插补;

 如有较明显的人类活动影响,应进行径流资料的还原工作

 设计年径流量的计算

 计算过程中是将资料分段分析和计算,所以也称为设计时段径流量

 具体步骤:

①确定时段:设计年径流量的计算时段为年,

 一般按水利年度统计形成年、月径流量系列

 若分析枯水期4个月,则统计历年连续最枯的4个月总水量,组成枯水系列

②进行频率计算:采用前面学习的频率计算方法,就可以计算出计算时段的时段径流量,就是设计年径流量或枯水径流量。

③成果的合理性检验

因此设计年径流量计算的工作包括:

有长期实测资料的年径流量计算包括以下内容:

一)、实测年径流资料的审查

 水文资料是水文分析计算的依据,是基础,其质量的好坏,关系重大。因此在计算

之前,必须进行实测资料的审查。

 实测年径流系列包括三方面审查(三性审查):

1、可靠性

2、一致性

3、代表性

1、年径流系列的可靠性审查

 设计年径流量计算的依据是流量的整编资料,应该对原始资料进行去伪存真的分析;

 各级测站的资料在精度方面不一致,使用时要注意分析审查;

 解放前的资料质量较差,重点审查。

 具体的有:

 水位资料:主要审查基准面和水准点、水尺零点高程的变化情况

 流量资料:主要审查水位-流量关系曲线定的是否合理,是否符合测站特性;

根据水量平衡原理,对上下(或干支流)测站的年、月径流量进行平衡分析,

确定其可靠性。

2、年径流系列的一致性分析

 应用数理统计法进行年径流的分析计算时,一个重要的前提是年径流系列应具有一

致性。

 年径流系列资料的一致性:

 就是组成该系列的流量资料,都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和

同一测流断面上获得的。

 一般认为气候条件变化极为缓慢,可不考虑。

 人类活动影响下垫面的改变,有时却很显著,为影响资料一致性的

主要因素,需要重点进行考虑。

 如测量断面位置有时可能发生变动,当对径流量产生影响时,需要

改正至原来(无人类影响)的同一断面的数值。

3、年径流系列的代表性分析

 年径流系列的代表性

 是指该样本对年径流总体的接近程度。

 如接近程度较高,则系列的代表性较好,频率分析成果的精度较高,

反之较低。

 代表性分析的目的是:

 评价实测年径流系列的偏丰、偏枯的程度

 分析不同步长系列统计参数的稳定性;

 了解多年系列的丰枯周期变化情况,为今后插补延长作参考。

 代表性分析方法的理论基础:

 总体分布和样本分布应该是一致的,我们称之为样本可以代表总体;

 样本的系列越长,越能够代表总体,抽样误差越小

 样本对总体代表性的高低,可通过对二者统计参数的比较加以判断。

 常用的方法是:

 系列的周期性分析

 与更长系列的资料(必须是参证变量)比较

(1)进行年径流的周期性分析

 对于一个较长的年径流系列,应着重检验它是否包括了一个比较完整的水文

周期,即包括了丰水段(年组)、平水段和枯水段,而且丰、枯水段又大致是

对称分布的。

(2)与更长系列参证变量进行比较

 参证变量系指与设计断面径流关系密切的水文气象要素,如水文相似区内其

他测站观测期更长,并被论证有较好代表性的年径流或年降水系列。

例如:当设计站有n年的实测年径流系列,为了检验其系列的代表性:

 一方面:对实测资料分析其周期性,若包含一个或几个完整的周期,说明该系列足

够长,有代表性。

 另一方面:选择同一地区具有N年(N>n)长系列的参证变量进行对比分析,计算

二者的统计参数均值、变差系数,若二者的统计参数差别不大(<5%~10%)则认为设计站n年的年径流系列具有代表性,否则其缺乏代表性,就需要进行插补延长系列,以提高系列的代表性。

二)、设计年径流量频率分析和计算

 经过以上的审查和分析,我们拥有一份具有可靠性、一致性和代表性的历年(日历

年)逐月的径流量系列资料。

 将其按水利年度重新排列,就是水利计算要求的提供的设计的长期年、月径流量系

列。

 按水文年度排列,就是水资源平衡计算需要的长期年、月径流量系列。

 根据资料的用途不同采用不同的年度资料。

1、多年平均年径流量/正常年径流量:当满足以上条件(代表性和一致性)时,可根据下式计算多年的年径流量的算术平均值,以此值代表多年平均径流量,就是正常年径流量。 Q平均 1Qn

2、设计年径流量的计算

 由于计算过程中是将资料分段分析和计算,所以设计年径流量也称为设计时段径流

量(时段为年)。

 采用前面学习的频率计算方法,就可以计算出计算时段的时段径流量,就是设计年

径流量或枯水径流量。

 水文要素频率分析的通用方法,在前面已有详细阐述,此处重点针对年径流的特点,

补充介绍一些应予注意的事项。

3、年径流的年度选择

①日历年度:

 当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以

后,应按逐年、逐月统计其径流量,组成年径流系列和月径流系列。

 这些数据绝大部分可自《水文年鉴》上直接引用,但须注意《水文年鉴》上

刊布的数字是按日历年分界的,即每年l-12月为一个完整的年份。

②水文年度:指与水文情况相适应的一种专用年度。水文年度的开始日期有两种不同的划分方法:

1)选择供给河流水源自然转变的时候,即从专靠地下水源

转变到地面水源增多的时候;

2)根据与地面水文气象相适应的时候,即选择降水量极少,地表径流接近停止的时候。

 因此,每一水文年度的开始日期是不同的,

 但为便于整编计算起见,实际划分时仍以某一月的第一日作为年度开始日

期。

 在计算流域水量平衡关系时,最好采用水文年度。一个水文年度内的径流应是该水

文年度的降水所产生的。 nii1

③水利年度:

 在水资源利用工程中,为便于水资源的调度运用,常采用水利年度,亦称为

调节年度。

 不是从1月开始,而是将水库调节库容的最低点(汛前某一月份,各地根据

入汛的迟早具体确定)作为一个水利年度起始点,建立起一个新的年径流系

列。

 当年径流系列较长时,用上述日历年度、水文年度或水利年度所获得的系列做出的

频率分析成果是很接近的。

4、线型与参数估算:

 经验表明,我国大多数河流的年径流频率分析,可采用P-Ⅲ型频率分布曲线,但规

范同时指出,经分析论证亦可采用其他线型。

 P-Ⅲ型年径流频率曲线有三个参数,

 均值一般直接采用矩法计算值;

 变差系数Cv可先用矩法估算,再根据适线拟合最优的准则进行调整

 偏态系数一般不进行计算,而直接采用的倍比,我国绝大多数河流可采用

CS=2~3Cv。在进行频率适线和参数调整时,可侧重考虑平、枯水年份年径

流点群的趋势

5、其他注意事项

1)参数的定量应注意参照地区的综合分析成果

2)历史枯水年径流的考证和引用

三)、设计年径流量的年内分配

 在求得设计年径流量后,需要根据径流的年内变化特性及水利计算的要求确定设计

年径流量的年内分配。

1、年径流量年内分配的重要性:

 年径流的时程分配与工程规模和水资源利用程度关系很大

 如,对无径流调节设施的灌溉工程,完全利用天然河川径流,主要依赖灌溉

期径流的大小决定对水资源的利用程度。

 灌溉期径流比重较大的河流,径流利用程度比较高,反之较低。

 又如,对水库蓄水工程来说,非汛期径流比重愈小,所需的调节库容愈大;

反之则小。如图所示。

 设来水量相同,汛期与非汛期的来水比例不同,但需水过程相同。

 图(a)中枯季径流较小,为满足需水要求,所需调节库容V1较大;

 图 (b)中枯季径流较大,所需调节库容V2较小。

2、年径流量年内分配方法:

 河川年径流的时程分配,一般按各月的径流分配比来表示

 河川年径流的时程分配,主要有设计代表年法、实际代表年法、水文比拟法(资料

缺乏时采用)

 设计代表年法的实质是在长系列径流资料中选择一个典型的年内分配过程,

并按此典型计算设计年径流量的年内分配。

①代表年(典型年)的选择

 从实测径流资料中选择某一年(称为典型年)的年内分配作为典型, 其选择原则有

二:

 选取年径流量与设计值相接近的实际年份作为典型年

 选取对工程较为不利的年份作为典型年

②设计年径流年内分配的计算

 将设计年径流量按典型年的月径流过程进行分配。常用的是同倍比法。

 先求设计年径流量(Q年设或W年设)与典型年的年径流量(Q年典或W

年典)的比值为K:

K = Q年设/Q年典 , 或 K = W年设/W年典

 然后以K分别乘典型年的各月径流量,就得到设计年径流的年内分配。

③P101-103例题5-1

2

 设计代表年法常用于水电工程,而较少用于灌溉工程。

 这是因为灌溉用水与气象资料有关,作物需水量大小,取决于当年蒸发情况。  所以灌溉工程选出典型年(选择原则与设计代表年方法相同)后,直接用其

年径流量和年内分配作为设计年径流量与年内分配。

 对推求,

 即将水文相似区内参证站各种代表年的径流分配过程,经修正后移用于设计

流域。先求出参证站各月的径流分配比ai ,遍乘设计站的年径流,即得设

计年径流的时程分配。月径流分配比按下式推求:

ai = yi / Y

 ai 为参证站第i月的径流分配比,%;yi为参证站第i月的径流量,m3;Y为参证

站年径流量,m3

四)、对分析成果进行合理性检查

应用数理统计法推求的成果必须符合水文现象的客观规律,因此对前面所求成果(频率曲线和统计参数)进行如下的合理性检验:

1、年径流量和其他各个时段的径流量频率曲线在适用范围内不得相交。

 就是说同一频率的设计值常时段的要大于短时段的,否则应该修正频率曲

线;

2、各时段的径流量统计参数在时间上协调。

 即均值随时段的增大而增加,Cv值一般随时段的增长而有递减的趋势;

3、要求统计参数与上下游、干支流、邻近河流的同时段统计参数进行对比分析,在地区上符合一般规律

 流量的均值随流域面积增大而增大,Cv值随流域面积增大而减小的趋势。

若不符,应结合资料情况和流域特点深入分析,找出原因;

4、将年径流量统计参数与流域平均的年降水量统计参数对比分析:

 年径流量均值应小于流域平均降水量的均值;一般以降雨补给为主的河流,

年径流量的Cv应大于年降水量的Cv。

三、有短期实测资料的设计年径流量计算

一)概念

1、短期实测资料是指

 一般仅有几年或十几年的实测资料(<20年),且资料的代表性较差,

 若直接采用上述方法(算术平均值法)计算则计算误差就会较大,

 因此,计算前必须把实测径流资料系列延长,提高其代表性,然后再用上述

方法计算

2、延长资料的方法:

 通过相关分析,即建立年径流量与其密切相关的要素(称为参证变量)之间

的相关关系,进而利用有较长观测系列的参证变量来展延研究变量年径流量

的系列。

 参证变量:在水文分析计算中,当只有短期实测资料且代表性较差时,一般需要采用

相关分析延长资料,所选择的与研究水文特征值密切相关的长观测系列的水文要素,称之为参照变量。

 本法的关键是展延年径流系列的长度。

 方法的实质是

 寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列的参证变量,通过设计断

面年径流与其参证变量的相关关系,将设计断面年径流系列适当地加以延长

至规范要求的长度。当年径流系列适当延长以后,其频率分析方法与之前所

述完全一样。

 相关分析可采用图解相关法,即利用研究变量和参证变量的同步资料,点绘经验相

关点据,然后根据点群的分布情况和趋势,通过点群中心,目估定出一条平均线。

 这种方法简便、灵活,可以在目估定线时,充分考虑个别点据的偏离,合理

定线。

3、参证变量的选择

 展延观测资料系列的首要任务是选择恰当参证变量,其好坏直接影响精度的高低。

参证变量应具备以下三个条件:

①参证变量与研究变量在成因上是有联系的。当需要借助其他流域资料时,参证流域与研究流域也需具备同一成因的共同基础。

②参证变量系列要比研究变量系列长。并有较好的代表性。

③参证变量与研究变量须具有一定同步系列,以便建立相关关系。

 当有好几个参证变量可选,则首选与研究变量关系最好的,也可同时选择几

个参证变量,建立研究变量与所选参证变量间的多元相关关系。

 总之,以研究成果精度的高低作为评判参证变量选择好坏的标准。

4、最常采用的参证变量有:

 设计断面的水位

 上下游测站或邻近河流测站的径流量、

 流域的降水量

 目前,水文上常用参证变量是年径流量资料和年降水量资料

 径流是降水的产物。流域的年径流量与流域的年降水量往往有良好的相关关

系。又因降水观测系列在许多情况下较径流观测系列长,因此降水系列常被

用来作为延长径流系列的参证变量。

5、注意事项:

 利用参证变量延长设计断面的年径流系列时,应特别注意下列问题:

 一是尽量避免远距离测验资料的辗转相关。

 二是系列外延的幅度不宜过大,一般以控制在不超过实测系列的50%为宜。

二)实测资料延展方法

目前,比较常用的展延方法有以下两种方法:

① 利用径流资料插补展延系列:

 在研究流域附近有长期实测年径流量资料,或研究站的上、下游有长期实测年径流

量资料的水文站时,经分析,证明其径流形成条件与本流域相似(即同期的年径流量关系密切)后,可以将其测站作为参证站。

 可用两者的相关方程或两者的相关图解方法延长插补研究站的短期资料系列。

 方法是:利用同期径流深等值线图,从图上量出本区与邻近分区年径流量系

列,再求其比值,然后乘以邻近(参证站)径流系列,得出本区(研究站)

的径流量系列。

 当资料很少,不足以建立年相关时,也可先建立月相关,展延插补月径流量,然后

计算年径流量。

 但用月径流量相关插补展延年径流量时,一般精度较低。

例1 短期资料计算-例题

 今有某河流拟在乙站处修建水库,乙站流域面积F=1200km2,具有1956-1959年、

1964-1966年共7年实测年径资料(表例题5-1-1);乙站上游的甲站,流域面积F=820km2,有1952-1971年共20年较长系列,经分析甲站可作为参证站。

 需展延插补该站系列,以提供水库水文设计依据。

 首先用两站同期实测资料(1956-1959年、1964-1966年)点绘相关图(图例题5-1-1)。

 可见,两站相关点据密集,可通过相关点群中心定一条单一曲线,

 乙站缺测资料年份即可用此相关线插补和外延,最后可得20年资料。

 计算20年的算术平均值即为乙站正常年径流量;

 成果见表例题5-1-2。

②利用降水资料插补展延系列:

 若在研究站附近找不到具有长系列径流量的参证站,但有较长年降水量资料的测站,

则可选择降雨量作为参照变量与研究站短期的实测径流资料建立相关关系,然后利用较长实测年降水量资料进行插补延展研究站的径流量资料系列。

 一般降水资料容易取得,资料系列也较径流资料为长,当不能用径流资料延长时,

可用流域内或流域外降水资料进行展延插补。

 以上两种情况都必须分析降水与径流的关系的好坏,认真分析降雨量和径流量之间

的相关关系。

 降水与径流的关系:

 一般在湿润地区降水充沛,径流系数大,径流量与降水量间的相关关系较密

切,

 在干旱/半干旱地区,蒸发量大,大部分降水消耗于蒸发,年径流与降水间

的关系不够密切,此时,可适当增加参证变量,如降雨强度等。

 当资料很少时,也可通过建立月降水量与月径流量间的相关关系,然后推算

年径流量。

 在分析降雨量和径流量之间的关系时,一般是在同一张方格纸上点绘年降雨

量与径流量的过程线,再用相关分析法插补展延研究站的径流量系列。

例题2 短期资料计算-降雨量插补

 例5-2 某河支流有甲、乙两站(图),甲站流域面积为992km2,有1953-1955年、

1959-1969年实测年径流量资料,而甲、乙两站同时具有较长期的降水资料(表例题5-2-1)。需插补甲站缺测年份流量资料。

 由于乙站无实测径流资料,甲站缺测年份只能采用本流域的降雨径流关系插

补。

 甲站以上流域平均降水量可用甲乙两站年降水量算术平均值求得。

 甲站以上年径流深h(mm)用下式计算: h=QT/F

表例题5-2-2 计算成果表

 以甲站各年径流深与流域平均雨深点绘关系(图例题5-2),由图可见,关系尚密切,

可以定线使用。根据年降雨径流相关图,就可以由甲站以上平均雨量资料插补甲站缺测年份之年径流,然后计算正常年径流量。成果见表例题5-2-2。

四、无实测径流资料的设计年径流量计算

 我国水文站网还不很完善,只在较大河流上有水文观测站,有些小流域(如河流上

没有设立水文站和其他监测点),无径流量的观测资料,甚至无降雨资料,或有零星资料但却无法延展。

 这时,可采用一些间接手段估算年平均径流量。

 目前常用的方法有等值线图法、水文比拟法、径流系数法、水文查勘法、经验公式

法等。

 采用这类方法的前提是设计流域所在的区域内,有水文特征值的综合分析成果,或

在水文相似区内有径流系列较长的参证站可供利用。

一)、等值线图法

 等值线图:

 在地图上把观测到的水文特征值标记出来,然后把相同数值的各点连成等值

线,即可构成该特征值的等值线图。

 水文特征值的等值线图表示水文特征值的地理分布规律。

 受降雨量和蒸发量影响的多年平均年径流量也具有地理分布规律。

 利用这一特点绘制多年平均年径流量的等值线图,并用它来推算无实测资料地区的

多年平均年径流量。

 目前,全国和各省(区)编制的水文手册一般都绘有本省(区)的多年平均年径流

深和各种频率的年径流深等值线图和表。

 其中年径流深等值线图及Cv等值线图,可供中小流域设计年径流量估算时

直接采用

(1)多年平均年径流量估算

 应用等值线图推求多年平均年径流深时,具体步骤:

 值线图上勾画出所求河段设计断面的控制流域面积,即勾绘出研究流域的分

水线

 再(或形心)位置,重心位置通过平分流域面积的相互垂直

的两条直线的交点来确定

 然后根据等值线用直线内差法。该值乘以

设计断面控制的流域面积就作为设计断面的多年平均径流量的估计值。

 如果设计流域内通过多条年径流深等值线,可以用面积加权法推求流域的平

均径流深。

 加权平均法:

 如果流域面积较大或地形复杂,等值线分布不均匀,也可用加权平均法推算,

即:

Y0=(y1f1+ y2f2+.... ynfn)/F

 式中 yi为相邻两径流深等值线的平均值;fi为相邻两等值线间面积;F为流

域面积;Y0为多年平均年径流深。

 等值线图法一般对大流域查算的结果精度高一些。对于小流域,因小流域可能不闭

合和河槽下切不深,不能汇集全部地下径流,所以使用等值线图有可能导致结果偏大或偏小,应结合具体条件加以适当修正。

(2)年径流Cv值的估算

 年径流深的Cv值,也有等值线图可供查算,方法与年径流均值估算方法类似,但可

更简单一点,即按比例内插出流域重心的Cv值就可以了。

(3)年径流Cs值的估算

 年径流的Cs值,一般采用Cv的倍比。按照规范规定,一般可采用Cs=2~3Cv。  在确定了年径流的均值、Cv,Cs后,便可借助于查用P-Ⅲ型频率曲线表,绘制出年

径流的频率曲线,确定设计频率的年径流值。

二)、径流系数法

 当小流域内/附近有年雨量资料,且雨量与径流关系密切,则可利用多年平均降雨量

与径流量间的定量关系计算年径流量,

 即利用年降雨量的多年平均值P乘以径流系数C推求多年平均径流量

W(m3) 。可由下式计算之:

W=1000×C×P×F

 C为该地区年径流系数,参考省、地《水文手册》确定;

 P为研究地区多年平均降雨量(mm),查《水文手册》或向附近水文站、雨

量站查询;F为研究流域的集水面积(km2)。

 本方法计算成果的准确程度取决于径流系数,如所选径流系数精度较高可获比较正

确的结果。

三)、水文比拟法

 水文比拟法的原理:水文现象具有地区性,若某几个流域处在相似的自然地理条件

下,则其水文现象具有相似变化规律。

 与研究流域有相似自然地理特征的的流域称为相似流域,即参证流域

 水文比拟法就是以流域间的相似性为基础,将相似流域的水文资料移用至研究流域

(无资料)的一种简便方法。特别适用于年径流的分析估算。

 水文比拟法选择一个气候、下垫面条件与研究流域相似的参证流域,把参证

流域的水文特征值移用于研究流域

 移用相似流域研究资料的方法较多,

 如选择相似流域的径流模数、径流深度、径流量、径流系数以及降水径流相

关图等。

 但,地球上不可能有两个流域完全一致,或多或少存在一些差异,倘若相似流域与

研究流域之间仅在个别因素上有些差异时,移值时,可以考虑不同的修正系数加以修正。

1

2

1、自然地理条件下相似,但降水情况有较大差异时,即两流域的年降水量会有不同:

 可按照雨量比来推求研究流域的年径流深度: d年研/P

年研=d年参/ P年参;即

d年研 = d年参×P年研/ P年参

 式中d年研、d年参和P年研、P深度和年降水量。

2、气象条件和下垫面因素基本相似,仅流域面积有所不同:

 这时只考虑面积的影响,研究流域的正常年径流量有如下关

系式: Q研/F研=Q参/F参 ;

 即 Q研= Q参×F研/F参

 若使用径流深或径流模数,则不需修正即可直接使用。

 水文比拟法是在缺乏等值线图时是一个较为有用的方法

 对于较小流域,水文比拟法更有实际意义。

四)、水文查勘法(不讲)

五)、经验公式法 QKFm

0 年径流的地区综合,也常以经验公式表示。这类公式主要是与年径流影响因素建立

关系。不同设计频率的年平均流量Qp,也可以建立类似的关系,只是其参数的定量亦各有不同。

 除上述几种方法外,还可利用经验公式推求(或以多年平均年径流量代替)。

 由于经验公式都是根据各地实测资料分析得出的,有其局限性,这些经验公式一般

可以在当地的《水文手册》中查得。

 常用经验公式

 Q0为多年平均径流量,m3;F为流域面积,km2;K、m地区性参数,取值

可查水文手册。

 该法精度较等值线图法低。但在流域初步规划,需要快速估算流域地表水资源量及

水力蕴藏量时,有实用价值

 需要指出:为满足工程设计或规划的需要,为慎重起见一般不只用一种方法计算,

往往运用几种方法推算的成果相互验证,以保计算成果的精度。

五、枯水径流分析计算

 枯水流量亦称最小流量,是河川径流的一种特殊形态。枯水流量往往制约着城市发

展(供水)规模、灌溉面积、通航容量和时间,同时,也是决定水电站保证出力的重要因素。

 按设计时段长短,枯水流量又可分为瞬时/日/旬/月最小流量,其中又以日/旬/月最小

流量对水资源利用工程的规划设计关系最大

 时段枯水流量与时段径流量在分析方法上没有本质区别,主要在选样方法上有所不

同。

 时段径流在时序上往往是固定的,而枯水流量则在一年中选其最小值,在时

序上是变动的。

 若分析枯水期4个月,则统计历年连续最枯的4个月总水量,组成枯水系列  此外,在一些具体环节上也有一些差异。

 枯水径流分析:也分为有资料和无资料的情况采用不同的方法分析。一般采用枯水

流量或枯水水位进行分析。

 枯水径流分析主要有

 枯水径流的频率计算;

 绘制日平均流量历时(或水位历时)曲线(p110,自学)

一)有实测水文资料时的枯水流量计算

 当设计代表站有长系列实测径流资料时,可按年最小选样原则选取一年中最小的时

段径流量,组成样本系列。

 枯水流量常采用不足概率q,即以≤该径流的概率来表示,它和年最大选样的概率P

有q = l-P 的关系。因此在系列排队时按由小到大排列。

 除此之外,年枯水流量频率曲线的绘制与时段径流频率曲线的绘制基本相同,也常

采用P-Ⅲ型频率曲线适线。

 图13为某水文站不同天数的枯水流量频率曲线的示例。

 年枯水流量频率曲线,在某些河流上,特别是在干旱半干旱地区中小河流上,会出

现时段径流量为零的现象,可用下面方法处理。

 设系列的全部项数为n,非零项数为k,则零值项数为n-k

 首先把k 项非零资料视作一独立系列,按一般方法求出其频率曲线

 然后通过下列转换,即可求得全部系列的频率曲线。其转换关系为:

P设=(k/n)P非 (13)

 式中P设为全系列的设计频率;P非为非零系列的相应频率。

二)短缺水文资料时的枯水流量估算

 当设计断面短缺径流资料时,设计枯水流量主要借助于参证站延长系列或成果移置,与前面所述径流量方法基本相同。但枯水流量较之固定时段的径流,其时程变化更为稳定。因此,在与参证站建立径流相关时,效果会好一些。

 在设计站完全没有径流资料的情况下还可以临时进行资料的补充收集工作,以应需

要。

思考题

 年径流量的几种表示形式及其基本概念?

 多年平均年径流量计算过程中,根据资料有无可以分为哪几种情况分析计算?各自

关键问题是什么?

 掌握水文比拟法。

 什么是水资源时空分布?

 通常用什么来反映降水、径流年内分配集中程度?

 有长期实测资料的含意是什么?

 水文资料必须进行实测资料的审查。实测年径流系列包括哪方面审查?具体如何审

查?为什么审查?

 河流水文现象的特征有哪些?

 河流水文分析计算的方法有哪些?什么是数理统计法?数理统计法进行河流水文分

析,利用的是河流水文现象的什么特征?

 年径流量年内分配方法有哪几个?各自的适用条件?

 参证变量及其选择方法?参证变量的条件?延展年径流系列的关键是选择参证变

量,简述参证变量应该具备的条件,怎样选择参证站?单站(一个站)的年降雨量能否作为延展年径流系列的参证变量?为什么?

 目前,水文上常用参证变量是?

 资料延展的方法?

 人类活动对年径流有哪些方面的影响?其中间接影响如,修建水利工程等措施的实

质是什么?如何影响年径流及其变化?

第六章 水资源评价和水资源区划

水资源评价:

 水资源量资源量;水资源总量Qtotal就是地表水资源量QS和地下水资源量QG之和。 QtotalQSQG

 地表水资源量主要是指河川径流的年径流量。这个值可能是已经经过用水还原处理

后的天然河川年径流量或是根据实测流量资料未加还原除了的实测年径流量。  地下水资源量是指通过水平衡计算的所有渗入或曾经渗入补给地下的水量(但不包

括在地下水计算中重复的井灌回归量和山区平原间的侧渗量)。

 注意:因在估算山丘区地下水量时,主要通过对河川径流的基流统计而得。因此当

计算某一范围内的水资源总量(地下水和地表水资源量之和)时,就必须扣除这二者之间的重复计算过的水量,即只计算地下水资源中未和河川径流量重复的部分,这部分地下水资源量主要产生在平原地区,还有部分产生在山间盆地。

 这样扣除重复计算量后的水资源总量代表的是,在当前自然条件下可用水资源量的

最大潜力,其中可能有相当一部分是在现实条件下不能充分利用的水量。

 这样计算的水资源总量也不包括通过专门人为措施可使降水转化为可用水量的情况  水资源数量评价的基本原则

1、先水质评价,再水量评价

2、按流域和地下水系统进行评价

3、根据“三水转化”的规律进行评价

4、以动态、发展的观点进行评价

水资源区划:

 由于影响河流径流的许多因素具有地域性分布变化的规律,致使水资源相应的呈现

地域性分布的特点。因此在评价时要以河川径流为主体(流域)作为一级分区,然后再结合气候、水文地质条件和水资源开发利用规划需要,按流域的层次进行次一级或更次一级的分区。

 水资源区划:就是根据影响水资源的诸多要素的地域性分布特点,把评价区域划分

为若干个水资源条件有明显差异的地区和计算单元的过程。

 主要内容包括:选取区划指标,通过分析计算和实地调查确定分区界限,阐明各区

水资源特点和规律,提出合理水资源开发利用规划或建议。

 分区原则

 区域地理环境条件的相似性与差异性

 流域完整性

 考虑行政与经济区划界线

 与其他区划尽可能协调

资源区划的方法

第七章 地表水资源评价

 地表水包括河流、湖泊、冰川、沼泽等。

 就是地表水体的动态水量,常以天然河川径流量表达。

 准确的说地表水资源量就是河川径流中除去地下水中的基流后的剩余部分。

 降水和蒸发水量都最终汇入地表水或地下水(也称为自产水资源量)才被利

用,因此并不将其水量作为水资源总量的一部分。

 但是二者都是参与水文循环的重要角色,因此仍然要计算各区域的降水量和

蒸发量,以便进行水资源的平衡分析,验证分区水资源资源量成果的合理性。  在水资源计算过程中如果涉及到与外区的水资源交换,必须计算评价区域的

入境和出境水量。

综上,地表水资源量计算和评价需要做以下几方面的计算工作:

1、 降水量的分析和计算:

 降水量资料的代表性审查

 主要确定分区年降水量的特征值(平均值、变差系数和偏差系数,用于推求

区域不同频率的年降水量)

 绘制多年平均年降水量及年降水量变差系数等值线图

研究年降水量的年内分配、年际变化和地区分布规律

(一)降水量资料的代表性审查

 样本的代表性是指样本对总体的代表性程度,即样本的概率分布是否能够代表总体

的概率分布,二者是否相符或相近。

 资料代表性审查就是审查资料(长系列样本)的经验分布与总体分布的接近

程度。

 一般地,特征参数,均值、离差系数等参数相近,则认为样本对总体具有较

高的代表性;反之,就是样本的代表性较差。

 分析资料的代表性一般采用不同步长统计参数的对比分析法,一般分为周期性和随

机性两方面的分析。

 1、周期性分析

 相关研究表明,我国各区降水量具有一定丰水年和枯水年成组交替出现的周

期性现象,

 周期性:指水文特征值经过一定时间间隔再次出现的可能性很大,因此是随

机变量变化的准周期。

 周期分析的目的是希望所选择的降水量资料(样本)能够包含一个完整的周

期或者能够代表一个长周期的水平。

 方法与年径流量审查相似

 2、随机性分析

 随机性分析是指实测资料系列的以便概率分布对总体概率分布的代表程度

分析,要求二者的概率分布接近。

 方法与年径流量分析代表性方法一致

(二)年降水量的分析计算

 统计特征值计算:方法同径流量相同。

 降水量时空分布:典型年法

 分区降水量计算:根据实际雨量站分布和地形情况,采用算术平均值等方法

计算

2、蒸发量的分析和计算:

 水面蒸发资料的审查

 水面蒸发量和陆地蒸发(即流域蒸发,是流域天然条件下的实际蒸发量)量

计算

(一)水面蒸发资料的审查

 主要涉及原始资料的使用条件-测验仪器的统一性、观测方法不一致等问题

的审查

(二)水面蒸发量和陆地蒸发量计算

 陆面蒸发,即流域蒸发,是流域天然条件下的实际蒸发量

 蒸发量的计算一般是采用水量平衡方程反推,即从降水量和径流量以及研究

区域的耗水量建立平衡方程,反算蒸发量。

3、地表水资源计算和评价

 径流资料的处理和修正

 资料的插补

 径流量还原计算

 修正天然年径流量中下垫面的影响

 资料的插补延长在前面径流量分析计算中已经谈到。

 这里针对径流量的还原计算和径流量下垫面变化影响修正方面进行

学习。

径流量的还原计算:

 在分析和计算了以上的年径流量后,如果该流域地表水有人工取水、蓄水等设施,

因受水利工程影响而消耗或增加的径流量,使得实测径流系列已经不能代表天然状况的水文站,

 那么天然河道的径流量还需要进行还原计算,才能消除人工水利工程对天然河道径

流量的影响。使得还原后的径流量能够反映当地的天然径流情势。

 常用的径流还原计算的方法有分项调查法和降水径流模式法。这里只介绍分项调查

 主要控制站应该进行分月还原计算,其它站只需进行年还原计算。

 计算考虑的主要项目有:农业灌溉耗水量、工业和生活用水量、蒸发渗漏损失水量、

蓄水变量、跨流域引水或分洪水量等。计算方法有分项调查分析法、综合修正法、水文模拟法、水量平衡法等。

 由水量平衡基本原理,可建立下列实测径流与各项还原水量间的水量平衡方程式(单

位m3/s):Q天然=Q实测+Q灌溉+Q工业+Q蓄+Q引+Q蒸+Q渗十Q分洪  Q天然为还原后天然径流量;Q实测为水文站实测径流量;

 Q灌溉为灌溉耗水量;Q工业为工业和城市生活耗水量;

 Q蓄为计算时段始末蓄水工程蓄水变量,增加为正,减少为负;

 Q引为跨流域(地区)引水增加或减少的测站控制水量,增加为负,减少为正;  Q蒸为蓄水工程水面蒸发量和相应陆地蒸发量的差值;

 Q渗为蓄水工程的渗漏量;

 Q分洪为河道分洪水量。

径流量下垫面变化影响修正:

 由于人类活动改变了流域下垫面条件,而下垫面的变化对产流的影响在还原计算中

并没有考虑,因此对选用站要进行年降水-径流关系分析,检查天然年径流系列的一致性。

 若在同量级降水条件下,近期点据明显偏离远期数据点,则表明下垫面变化对径流

已经产生明显影响,应对远期天然年径流系列进行修正。

 地表水资源时空特性分析

 地区分布和年际变化

 地表水资源的年内分配

 地表水资源的空间分布,实际上是通过多年平均年径流量(深)及

其变差系数的等值线图来描述的;

 之前已经讲述了多年平均年径流量及其时空分布,在此不赘述。

 入海和出入境水量分析和计算

 估算入海和出入境河流的径流量

 河流入海或入境水量,一般都依据各个入海口或入境河口的相关控

制站的实测径流量资料来估算

 如果无水文站,可参阅相邻代表站实测径流量资料按着面积比估算。

 地表径流量的分析和计算

 分区年径流量系列计算

 区域地表径流量的计算一般可采用代表站法,按着之前的径流量分

析方法分析和计算。

 但是需要注意的是,各个水文站所控制的面积不同以及分区面积差

异,需要针对不同情况按着面积或降水量加权对径流系列等进行折

算。

五、地表水可利用量计算

一)、水资源可利用量的概念

 水资源可利用量是指在社会经济技术条件下,在统筹考虑生活、生产和生态环境用

水的基础上,通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源可以开发利用的水资源量。

 水资源可利用量,一般采取地表水资源可用量和浅层地下水资源可开采量之和,在

扣除地表水资源可利用量与地下水资源可开采量之间的重复计算量后的结果。

其中重复计算量主要是平原区地层地带性曲线水水渗漏量和田间入渗补给量的开采利用部分。(ρ为可开采系数,为地下水可开采利用量与地下水资源量的比值)

Q总=Q地表可利用+Q地下可开采-Q重 Q重=ρ(Q渠+Q田)

1、水资源可利用量

水资源的最大开采利用量不能超过自然界所提供的水量、要确保生态平衡、不造成环境质量退化、还需要扣除生态用水量。

 即水资源的可开采利用量不能超过水资源的补给量

 在一定的时空范围内,对水资源的开采速度应小于或等于其恢复的速度,并

且要确保对环境不产生不良影响。

 某一分区的地表水资源可利用量,不应大于当地河流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,即:

Q可利用 = Q当地河流径流 + Q入境 - Q出境

 各分区可利用地表水资源量可以通过蓄水工程、引水工程和提水工程进行估

算。

(1)蓄水工程 (2)引水工程 (3)提水工程

2、影响水资源可利用量的因素

影响其值大小的主要因素包括自然因素和人为因素两个方面。

 自然因素有:地理位置、气象、水文、地形地貌、水文地质、土壤、植被等;  人为因素有:社会发展阶段的经济、技术所决定的筑坝蓄水、跨流域调水、循环重

复用水、减少水分无效蒸发措施、咸水淡化将水处理技术等。

 人为因素可在一定程度上增加水资源可利用量,可化水害为水利,如修筑水库等。

但是,人为因素在增加水资源可利用量方面并不是无限制的,这是一把双刃剑。如,水利工程的利害问题。

二)、地表水可利用量的分析计算

1、地表水资源可利用量

 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估计下

游用水的前提下,通过蓄、引、提等地表水工程可能控制利用的河道一次性

最大水量(不包括回归水的重复利用)。

 一般地,在水资源质量评价和总量评价基础上,进行地表水可利用量的分析

和计算。

2、计算思路:

 按照水资源的特点和人类对水资源的控制能力,分析各种因素对水资源开发

的制约,扣除目前还无法开发利用的水量和不允许开发的水量,得出与社会

经济条件相符合的、适应可持续发展的水资源开发利用量。

3、分析计算方法

 地表水可利用量由入境水量和自产水量两部分组成。

 目前常用的分析计算方法主要有:

水均衡分析法:

1、水均衡分析法:

 水均衡分析法是基于水量平衡原理,对流域内参与水资源运动的各个因素进

行分析和计算,从而确定地表水资源可利用量的一种方法。

2、水均衡分析法的应用:

 采用水均衡分析法分析时,一般首先要按照流域划分一个或几个均衡区,再

选择一年或多年作为均衡期进行计算。

1)、均衡期收入项主要有:

 入境水量Q入境

 自产水量Q自产

2)、支出项主要有:

 自然条件下流出均衡区的水量(包括转化为地下水流出的水量)、

 无效蒸发损失水量

 人工控制条件下调出均衡区的水量等。

3)、水量平衡方程:

 根据区域水资源平衡,建立水量平衡方程:

 地表水资源可利用量Q可利用可由下式计算:

Q可利用 = Q当地河流径流 + Q入境 - Q出境 (5-11)

Q入境= Q自然流入 + Q人工引入

 Q当地河流径流为均衡区内的自产水量Q自产; Q出境为流出均衡区水量、无效

蒸发量、人工控制调出的水量等; Q入境为从均衡区外流入均衡区内的地表水量。有天然流入均衡区的地表水Q自然流入和水利工程有计划引入均衡区内的水量Q人工引入。

3、水均衡分析各项的确定方法

① Q自然流入:按入境代表水文站实测资料计算;

② Q人工引入:按水利工程蓄水量的变化、向下游的泄水量等实测资料来计算。 ③ Q自产:均衡区内因降水或地下水溢出而产生的地表径流量

 山区自产水量按河流断面流量过程线分割出洪水径流和基流两部分。

 平原区自产水量按控制站断面流量过程线大致分割出雨洪基流和基流量,基

流量可作为稳定的自产水量。

④ Q出境:地表水流出均衡区水量计算方法与入境水量计算方法相同。也是按照代表站实测径流量资料计算。

 调出水量按调出计划或实际调出水量计算。

 对一个地区而言,入境水量与计划出境水量之差就可作为均衡区内的地表水可利用

量。即采用上式(5-11)计算。

 但在不同地域内,地表水可利用量的确定在水资源丰富地区和缺乏地区会有所不

同:

 在水资源丰富地区,仅自产水量就可以满足当地需水量的要求,境内水资源

的大量开采不会对境外产生影响时,只要社会经济技术条件许可,则可以把

所有的入境水量和自产水量作为水资源可利用量。

 在水资源缺乏地区,入境水量和自产水量的总量很少,远远不能满足当地用

水需求,又因社会经济技术条件差,水资源控制或调节能力差,则水资源可

利用量就较少;即使当地社会经济技术完全可以控制或调节入境水量和自产

水量,也由于境内和境外都缺水,也不满足需水要求,则可按照流域水资源

总体规划,向境内/外调水。调出的水量因为人为计划调节而不属于本均衡区。而调入部分因为参与均衡区的水资源平衡而计入本均衡区 基流量分割法:

 一个河流的流量由两部分组成:

 一部分是本次或本时段形成的地表径流。

 另一部分为地下径流,亦称基流。

 可以通过分割河流流量过程线的方法把两部分区分开来

 根据河流水情和水量从河流流量过程线上把各种形式的补给量分割开,最主要的是

分割出河流的基流量。

 河流的基流量主要来源于地下水的补给。不论是枯水年、平水年、丰水年,都是河

网水稳定的径流部分。

 因此,一般情况下,河流的基流量可以作为整个流域的地表水资源的可利用量。  流量过程线是指河流断面上的流量随时间的变化曲线。因不同的时间坐标而有日、

月、年和多年的流量过程线。

 流量过程线既能反映流量(地表径流和地下径流)变化的特征,也在一定程度上综

合反映出流域的气候和自然地理特征。对流量过程线进行分割,可以了解地表水和地下水之间的补给关系,。

 目前常用的分割方法有水平直线分割法、斜线分割法、退水曲线法等。

径流典型年法(自学)。

第八章 地下水资源计算与评价

第一节 地下水资源系统

一、地下水和地下水系统的组成

(一)、地下水和地下水系统

(1)地下水是指

 埋藏在地表以下土壤或岩石中空隙(孔隙、裂隙、溶隙)中的水。包括重力水、

毛细水和结合水

 其中以重力水在岩石圈中的浅部分布最为普遍,

 毛细水和结合水等水无法取用或取用困难

(2)地下水系统

 是组成地下水的各个部分的整体;

 是水资源系统的又一个子系统。

 本书讨论的主要是指重力水。

(3)含水层与隔水层

 介质透水能力的不同,分为含水层和隔水层。

①含水层:

 是指能够透过并给出相当数量水的岩层;因大都呈层状,称为含水层,

 含水层不但储存水,而且水在其中可以运移。

 非固结沉积物是最主要的含水层,特别是砂和砾石层,这种含水层具有良好

的透水性能,条件适宜时,在其中打井可获得丰富的水量。

 碳酸盐类岩石也是主要的含水层,但碳酸盐岩的空隙性和透水性变化很大,

取决于裂隙和岩溶的发育程度。

②隔水层:

 是指不具透水和给水能力的岩层。或给出或透过的水量都极少。

 通常可分为二类:一类是致密岩石,没有或很少有空隙,很少含水也不能透

水,如致密的结晶岩石(闪长岩、石英岩等)。

 一种是颗粒细小,孔隙度很大,但孔隙直径小,岩层中含水,但存在的水绝

大多是结合水,常压下不能排出,也不能透水

 含水层与隔水层的划分是相对的,之间并没有绝对的界线,在一定条件下两者可以

相互转化。

 如粘土层,在一般条件下,由于孔隙细小,饱含结合水,不能透水与给水,

起隔水层作用。但在较大的水头压力作用下,部分结合水发生运动,从而转

化为含水层。

 从广义上讲,自然界没有绝对不含水的岩层。

③形成含水层的基本条件为:

 岩层要具有能容纳重力水的空隙;

 具有储存和聚集地下水的地质条件;

 具有充足的补给来源。

(二)地下水系统的组成和分类

(1)地下水系统的组成

 一是赋存于岩石空隙中并不断运动着的水;即流动系统

 二是具有空隙的岩石,即含水系统

(2)岩石的空隙性:

绝大部分岩石都有空隙。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。

 空隙分类:空隙岩层称为介质,介质空隙有三种基本形态:

 松散岩石中的孔隙;

 坚硬岩石中的裂隙;

 可溶岩中的溶隙。

 孔隙度/裂隙度/溶隙度可定量描述孔隙/裂隙/溶隙大小

(3)岩石中水的存在形式和地下水存在类型

 介质空隙中的水的主要形式为:

 结合水(吸着水、薄膜水)

 毛细水

 重力水

 固态水

 气态水

 目前采用较多是按地下水的埋藏条件把地下水分为

 上层滞水、潜水、承压水。

 以潜水和承压水为主。上层滞水不可忽略。上层滞水的矿化度一般较低,但

因接近地表,水质容易被污染。

 还可按岩石空隙形态分为孔隙水、裂隙水和岩溶水

 上层滞水

 上层滞水是存在于包气带中局部隔水层或弱透水层之上的重力水。

 由于在大面积透水的水平或缓倾斜岩层中,有相对隔水层,降水或其他方式

补给的地下水向下部渗透过程中,因受隔水层的阻隔而滞留、聚集于隔水层

之上而形成

 分布范围不广,水量小,季节性变化强烈,雨季水量大,旱季水量减少,甚

至完全干枯。

 接受降水或地表水入渗补给,以蒸发或向侧向散流排泄,分布区和补给区一

致。一般矿化度低,由于直接与地表相通,易受污染。

潜水:

 保存在地表以下第一个含水层中具有自由水面的重力水。潜水可存在于松散

沉积物中,也可存在于基岩裂隙中

 表示潜水特性的参数有:

 潜水面:潜水的自由表面;其下部的隔水层称隔水底板;潜水面和隔水底板

构成了潜水含水层的顶界和底界,其间全部被水充满,称作潜水含水层。还

有:

 潜水埋藏深度h:潜水面至地表的距离(m);

 潜水位H:潜水面上任一点的海拔高程(m);

 潜水含水层厚度M:潜水面至隔水底板的铅直距离(m);

 潜水面的水力坡度:潜水流动方向上单位距离的水位差。

潜水的特征:

潜水面是一个仅承受大气压力的自由水面。重力作用下,由潜水位高处向低处做下降运动,流速取决含水层的渗透性能及水力坡度。

② 潜水的分布区与补给区一致。通过包气带接受大气降水、地表水及灌溉渗漏水补给。易于补充恢复,易受污染。

③ 潜水的排泄方式有径流排泄和蒸发排泄两种。

 径流排泄是以泉、渗流等形式泄出地表或流入地表水及其他水体;

 蒸发排泄通过包气带或植物蒸发进入大气。

④ 潜水动态具有季节性变化的特点。气象、水文因素的变化对它的影响显著。潜水位、埋藏深度、水量和水质等均呈现季节性变化。

承压水:

 充满两个稳定不透水层(或弱透水层)之间的重力水

 上部隔水层称隔水顶板,下部隔水层叫隔水底板。

 顶、底板之间的垂直距离是承压含水层的厚度

 当揭穿隔水顶板时,就见到地下水面,其高程为初见水位。此后水位不断上

升,到一定高度后便稳定下来,不再上升,称为稳定水位,即该点处承压水

位(也叫测压水位)。

 承压含水层某一点,由隔水层顶界面到测压水位面的垂直距离叫作该点处承

压水的承压水头(也即静止水位高出含水层顶板的距离)。当测压水位面高

于地面时,承压水头称为正水头,反之为负水头。

承压水的特征:

(1)承压性:承压含水层的顶面承受静水压力是其基本特点。其水面不是自由表面。在承压水位高于地表时,可以沿天然或人工开凿的通道溢出地表,所以又称作自流水。含水层没有被水所充满,有与潜水性质相似的自由水面,则称为层间无压水。

(2)分布区和补给区不一致,补给区往往小于分布区:其位置一般较高

(3)受外界影响相对较小,动态变化相对稳定:其水位、水量、水质等受水文、气象因素变化影响不显著,动态相对稳定。承压水不易受污染,一旦被污染后,则很难处理。另一方面,承压含水层分布范围较大,往往具有多年调节性,常被用作大型供水水源。

(4)承压含水层厚度变化较小,不受降水季节变化的支配:含水层水量增加或减少,表现为承压水位的升降变化,而含水层自身厚度变化较小。

(5)承压水水质类型多样:承压水的水质从淡水到矿化度极高的卤水都存在,具备地下水的各种水质类型, 并有垂直或水平分带规律。

地下水评价的基本原则有以下七点:

(一)遵循地下水系统规律评价地下水资源

(二)根据“三水”转化的观点

(三)按照利用储存量“以丰补歉” 的调节平衡的原则

(四)按照资源可持续利用的原则

(五)根据“水质标准”评价地下水资源

(六)要重视经济评价的原则

(七)根据“发展变化”的观点

二、地下水评价需调查统计的基础资料

1、地形、地貌及水文地质资料

2、水文气象资料

3、地下水位动态监测资料

4、地下水实际开采量资料(潜水和承压水分开)

5、开发利用地下水引起的环境问题现状

6、引水灌溉资料;

7、水均衡场、抽水实验等资料成果,前人研究结果;

8、其他有关资料

一、地下水资源量评价的类型和内容

 地下水资源量评价是在供水水文地质调查的基础上进行的。

 因评价的目的、范围等的要求不同可将地下水资源量的评价分为两种类型,其评价

内容也会有所差异。

 区域地下水资源评价

 局域地下水资源评价

 评价的主要内容包括:

 地下水补给资源量、储存资源量、可开采资源定量评估和开采利用条件的分

析。

 在此基础上,对局域地下水系统的某一系统进行的水量计算和成井条件的分

析和论证。

 地下水水量是地下水资源量评价的中心问题。无论是局域还是区域评价,都主要是

围绕补给量和补给资源量展开

(一)区域地下水资源评价

1、分区

 一般以地表水流域进行分区;结合地下水和地表水的关系进行。

2、计算方法

(1)泉流量法(封闭的泉域区域地下水资源评价)

(2)清水流量法

(3)径流模数法

(4)水文分析法:把河流量中的地下水补给量分割出来,作为流域的地下水资源量

(5)排泄法

3、区域地下水资源量评价的内容

 区域地下水资源量的评价一般是在较大的地区,针对一个或若干个地下水系统(如

大型山间盆地、山前倾斜平原、冲积平原、构造盆地、自流斜地等),开展的水量和可利用程度的分析评定工作。

 评价的目的是为了制定区域地下水资源开发远景规划,实施科学管理或扩大现有地

下水开发规模,提供地下水资源量的数据和可开采资源定量的论证依据。

 评价的内容包括地下水补给资源量、储存资源量、可开采资源定量评估和开采利用

条件的分析

1)补给资源量的计算

 地下水补给资源量计算应以地下水系统为单位来进行。

 补给资源量开采利用后,能够通过现代水文循环予以补充的水量,属于地下水资源中可再生的部分。其数量用地下水系统各项补给量总和的多年平均值表示。

 地下水系统常处于纯自然的宏观稳定状态,多年补给量约等于多

年排泄量。当某些补给项不易求时,可用排泄量多年平均值作为补给资源量。

 下,地下水系统的天然补、排均衡关系会受到干扰和破坏,则不能

以排泄量推算补给量。

2)储存资源量的计算

 储存量也是针对地下水系统的多年平均状态而言的。

 由于不同年份降水的丰、枯变动,储存量也有丰水年、平水年、枯水年的数量差异,

而且还受人为开采的影响。

 作为储存量多年平均值的储存资源量,在计算时应充分考虑地下水动态的变化。 

3)可开采资源定量评估

 为指导开采供水活动,制定开采利用规划,在区域数量评价中还需对各可供开发利用条件的水量做出进一步的估计和论证,即可开采资源定量问题。

 决定可开采资源量大小的因素很多:

 其中地下水系统的供水功能及人为采水技术能力等是其重要的因素。

 此外,能够取出的水量并非都是允许的。

 在许多地区,可开采资源量的大小还受到环境条件的制约。

 从一定意义上,下水资源的一种自然存在形式,而是指在满足一定限制条件下,能够而且允许从地下水系统中取出的最大水量的多年平均值。

 严格意义上,可开采资源量的确定是个协调开采活动与地下水质、量时空分

布格局的运筹过程,属于地下水资源管理和规划的任务,而不是区域水量评

价阶段所能够完成的

 区域水量评价涉及的可开采资源量评估主要是从水量保证程度的角度,对地下水系

统中最大可能的水量支付能力做出的一种评估。显然,这种评估结果不是严格意义上的可开采资源量的评估。

 在实际供水过程中,实际的开采总量不得大于可开采资源量。

 因为:补给资源量是地下水资源总量中可以再生的部分,也是地下水系统中

长期稳定提供的最大水量。所以,从水量平衡、补偿更新的角度考查,这个

水量并未考虑环境和其他方面的约束条件。

 在区域水量评价中,储存资源量一般不列入可开采资源量。

 因为区域远景规划和扩大区域供水规模一般均是从永续开发利用(可持续利

用)的角度考虑的。而储存资源量是属于不可再生的水量,在正常的供水实

践中虽然储存资源会随渗流场的变化而被利用一部分,但并不意味着它可作

为专门的开发对象。

 在某些人口稀少的偏远矿区和大型的施工阶段,若地下水系统中取水部门单一,且

供水年限较短,仅为数年或十几年,在开采期内可开采资源量可不受以上的限制,最大开采量可略大于补给资源量。

 此时,储存资源量可列入可开采资源量中。

 开采期动用的储存资源量,将在开采形成累积水位降深不应该超过取水设备

的最大允许降深值。

 另外,超量开采不应对生态、地质环境造成过大的以致难以补救的一种后果。

4)地下水资源开发利用条件分析

 开发利用条件分析包括:

(1)地下水资源的时空分布特征的阐述、

(2)采水工程措施

(3)效益评估、

(4)有关的政策性建议等多方面的内容。

(二)局域地下水资源评价

 局域地下水水量的评价一般是在区域水量评价的基础上,对地下水系统的某一系统

进行的水量计算和成井条件的分析和论证。

1、地下水水量计算

 局域水量评价与区域水量评价的不同点在于:

 无论在确定评价范围、时序、边界上,还是在计算成果的内涵上,局域水量

评价与区域水量评价都有不同。

 局域水量评价的评价范围小,

 时间序列短,

 评价区的边界往往更具有人为性。如按行政区界线,或认为圈划的

均衡区边界来处理。

 因此,计算出来的补给量、储存量仅仅反映了系统某一局部的水量输入特征

和储存状态,不能代表地下水系统水资源时空分布的全貌。所以,只能称为

水量计算,而不能称为补给资源量、储存资源量计算。

2、成井条件分析

 局域水量评价除了查明评价区地下水补给、储存、排泄量的数量关系外,还需对成

井条件做出分析。

 成井条件分析的内容包括:

 对评价区含水层的岩性、厚度、导水能力、补给条件进行交替分析,以确定

最佳宜井点和取水层位;

 确定拟建水源地的开采能力。

水源地开采能力的分析的有以下两种方法:

1)根据钻井和抽水实验获取的水文地质资料,按拟建水源地的布井方案,采用解析法、数值法进行计算,以确定符合各项设计要求条件下的各井抽水量;

2)根据实地较长时间的抽水,验证并调整方案中各井孔的抽水量,通过对比,选出最佳水量值。

 以上两种方法最终都应将井(孔)的开采总量与局域补给量进行比较,以不超过补

给量为准。同时还应利用地下水水位动态资料论证开采期内可能产生的不良影响等。

二、地下水资源评价的过程和程序

(一)地下水资源评价的过程

1. 对地下水形成与赋存的因素进行确定与评价。

2. 对工作区的水文地质条件进行勘察或调查,以查明:地下水含水层、隔水层、主要

供水层位的基本特征;地下水系统的汇水面积以及最大水资源补给量;地下水的补给、运动、排泄规律;

3. 确定水文地质参数:如水头、渗透系数、弹性释水系数、给水度、导水系数等;

4. 建立水文地质概念模型。

5. 补给量评价。

6. 选择适当的评价方法进行允许开采量评价。

(二)地下水资源评价的一般程

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