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3水资源量评价新

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水资源 评价
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2016年 12月 4日 1第三章 水资源量评价2月 4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。2016年 12月 4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。2016年 12月 4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。2016年 12月 4日 5一、地表水资源的形成与类型因此,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。第一节 水资源的形成2016年 12月 4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 2)年降水量的变差系数 表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成2016年 12月 4日 7( 1)年降水量的极值比 降水量的极值比 —最大年降水量; —最小年降水量。K,值越大,降水量年际变化越大;K:值越小,降水量年际变化小,降水量年际之间均匀。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 m i nm a (一)降水一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成2016年 12月 4日 8(2)年降水量变差系数 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 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x(一)降水一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成2016年 12月 4日 9式中 观测序列值, i= 1, 2, … , n;n——样本个数。2016年 12月 4日 10② 变差系数 Cv (2)年降水量变差系数 一)降水一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成2016年 12月 4日 11年降水量变差系数 示年降水量的年际变化越大,反之就越小 。西北地区 ——河中下游 —————风)2016年 12月 4日 12(二)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 50占全国年径流量的 、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成2016年 12月 4日 132.径流的时空分布(1)径流的区域分布(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 岭以南年 —,淮河流域大部分 ——北平原地区 ——北地区山地 ——大可达 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 表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流2016年 12月 4日 143.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:一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流))(()()(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2016年 12月 4日 15表示径流的特征值主要有;流量 流总量 流模数 M、径流深度 径流系数 α。一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流2016年 12月 4日 16(1)流量 Q: 为单位时间内通过河流某一断面的水量,单位以 2)径流总量 在一定的时段内通过河流过水断面的总水量,单位为 m3。t ,则 t 一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流2016年 12月 4日 17(3)径流深 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 计算公式为:式中 t ——寸间, s;——径流总量, 平均流量, s;t,一某时段 101000表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流2016年 12月 4日 18(4)径流模数 M: 为单位流域面积上产生的流量,单位为(s•可表示为:一、地表水资源的形成与类型第一节 水资源的形成(二)径流)101(10 333 2016年 12月 4日 19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:(3—8)式中 R——某时段内的径流深度, ——同一时段内的降水量, 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 α 0时,称为正偏态分布; 故开采量 10150(0101   4 12 5 3 5232 5 8 8 0 30m a x 开开日补补  900)150199( '   (雨抽补 三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(二 ) 开采试验法 3 补偿疏干法2016年 12月 4日 1031 基本原理和均衡方程式2 水量均衡法评价的主要步骤3 均衡计算中的频率分析4 实例分析三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 1041 基本原理和均衡方程式水量均衡法的基本原理 :任一时间段的补给量和消耗量之差,等于地下水系统中水体积的变化量三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法天然条件下水量均衡方程式 :或式中: 计算期间内地下水系统各补给量总和 ( m3/d) ;计算期间内地下水系统各排泄量总和 ( m3/d) ;计算期间内地下水系统储存量的变化量 ( m3/d) 。储排补 储排补 2016年 12月 4日 105天然多年均衡方程式天然条件下 , 多年周期变化 , 可以用多年平均补给量之和或多年平均排泄量之和来计算地下水系统的补给资源量 。式中: 多年平均补给量之和;多年平均排泄量之和;n-代表年份补排补   11111111三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 106开采条件下的均衡方程式(  -(  –Q= Q=计算时段内地下水系统由于开采所获得的补给增量 ( m3/d) ;  即被截取的补给量 ( m3/d) ; 计算时段内地下水系统由于开采所引起的储存量的变化量 ( m3/d) m3/d) 。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 107评价方法小结评价方法:根据水文地质条件和资料占有情况选定补给量法排泄量法补排量法:计算补给量、排泄量和储变量,用均衡式验证和校正yw a t e o ww a t e o np r e c i p a t a t   i n s p r i n u m po u t f l o ww a t e   ''排 下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2月 4日 108水量均衡法的适用条件(1)用途主要评价各种条件下的 地下水补给资源量初步确定 地下水可开采资源量 ,或为确定地下水可开采资源量提供依据(2)适用条件理论上,可适用于任何地下水系统的水资源评价区域地下水资源评价,水文地质条件复杂,其它方法难以应用三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 109水量均衡法的适用条件困难和限制条件(1)某些均衡要素和求取均衡要素的水文地质参数难以确定或不准确,造成计算误差较大(2)是一种集中参数方法,难以精确给出地下水各要素随空间的变化(3)不能准确确定地下水的可开采资源量(4)很难给出具体地下水开发利用方案三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 1102 均衡计算中的频率分析(1)保证率计算若某一事件发生了 年降水量),由大到小排列为: , 号为 m,则可按下式计算出累积频率(保证率):或1 下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 1113 均衡计算中的频率分析根据此曲线可查得枯水年、丰水年、平水年的降水量,再与计算年降水量进行对比,算出丰水年、平水年、枯水年各年的比例系数,乘以计算年的地下水补给资源量,即为各特征年的地下水补给资源量。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 112多年平均补给量计算最后按下式计算出多年平均地下水补给资源量:式中:多年平均地下水补给资源量 ( m3/a) ;分别为丰水年 、 平水年 、 枯水年的地下水补给资源量 ( m3/a) ;分别为丰水年 、 平水年 、 枯水年在观测资料年中出现的次数 。321321三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 113保证率计算举例年份 降水量( m m / a ) 序号 排列 累积频率( % )1950 1951 1952 21953 61954 01955 41956 81957 21958 61959 0 01960 1 41961 2 81962 3 21963 4 61964 5 01965 6 41966 7 81967 8 21968 9 61969 0 01970 1 41971 2 81972 3 21973 4 62016年 12月 4日 1140102030405060708090100300 400 500 600 700 800 900 1000 11005%,降水量 350mm/5%,降水量 555mm/0%,降水量 625mm/保证率 40%保证率 25%,降水量 760mm/%,降水量 1046mm/2月 4日 1150200400600800100012000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100降雨量频率分析2016年 12月 4日 116均衡计算中的频率分析保证率: P=95%,降水量 >=350mm/a,特枯水年;保证率: P=75%,降水量 >=555mm/a;枯水年;保证率: P=50%,降水量 >=625mm/a;平水年;保证率: P=25%,降水量 >=760mm/a;丰水年;保证率: P=5%,降水量 >=1025mm/a;特丰水年;例计算年降水量为 a,地下水资源补给量为 1000m3/d。则丰水年、平水年、枯水年各年的比例系数分别为 算各丰水年、平水年、枯水年地下水资源补给量分别为 1140, 940, 830( m3/d),设均出现资料为 1次,则多年平均补给量为 970(m3/d)三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 1174 水量均衡法-实例格尔木河冲洪积扇是柴达木盆地地下水富集地段之一 , 地下水流域与地表水流域分布范围一致 , 为一完整的地下水系统 。 具有干旱地区山前平原地下水所习见的形成条件和分布规律 。 根据地下水系统水文地质特征 、 边界条件 、 水动力参数 、 水位 、 流量在地下水系统中的空间分布情况 , 可建立如下概念模型:① 边界条件 。 南边界由于地表水开始大量渗入补给地下水 , 为补给边界;北边界是地下水溢出带所在 , 为排泄边界;东西两侧为冲洪积扇边缘 , 以地下水流线作为边界 。② 水动力参数 ( T、 μ) 。 根据钻孔抽水试验资料求得并进行分区 ,无抽水试验地区按类比或参考经验参数给定 。③ 根据地下水赋存条件 、 水理性质及地貌特征 , 将研究 区划分为两个亚系统 , 即砾石平原双层型潜水 ——承压水亚系统 ( Ⅰ ) 、 细土平原多层型潜水 ——承压水亚系统 ( Ⅱ ) 。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 118图 3- 1 双层型及多层型地下水系统2016年 12月 4日 119区内有大面积埋藏深度小于 3 .5 m 的地下水分布,地下水的蒸发与泉水溢出成为重要的排泄方式,水均衡类型属于“径流与泉、蒸发相平衡”,其均衡方程式可表示为:     987654321 - 1 。通过均衡要素的分析,初步掌握了河水渗入、渠系水渗入、潜水蒸发等参数及其影响因素。以 1 9 88年 1 月 15 日 —— 1989 年 1 月 15 日为均衡期,计算了均衡项,计算结果见表 3 - 1 。 2016年 12月 4日 120表 3- 1 地下水均衡计算表 单位: 108m3/系水渗入量( 区渗漏量( 谷孔隙水入流量( 岩裂隙水流入量( 3 水蒸发量( 工开采量( 地下径流流出量( 8 给项 2月 4日 121水量均衡法-实例地下水补给资源量为 108/7%左右,泉流量占总排泄量的 55%以上,可见地下水 评价地下水可开采资源量和水资源开发中,要注意两者的关系可开采资源量初步评价区内水资源总量为 108/Q+Q=Q下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(三 ) 水量均衡法2016年 12月 4日 1221 基流分割法(清水流量法)2 泉域法3 暗河测流法4 实例三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 123水文分析法 水循环的一部分,无论补给形式多么复杂,地下水补给量总要转化为地下水径流,而一部分地下水径流在适当的位置溢出,转化为地表径流。因此可运用陆地水文学的方法评价地下水资源量。用途评价地下水补给资源量。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 124水文分析法 )全排型流域,均衡区内其他排泄量占比例较小;(2)基岩山区,岩溶水系统、裂隙水系统;(3)具有较长系列的测流资料(泉流量、地表径流量)。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 125水文分析法 )集中参数方法(黑箱),不能详细描述系统状态随空间变化情况;(2)无法评价地下水可开采资源量;(3)评价精度取决于测流和基流分割的精度。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 126水文分析法 充分利用水文测流资料和测流点控制区的汇水面积 , 直接求取 地下径流模数 ,即单位面积含水层的地下径流量 。而后根据这个参数间接推算区域地下水的天然补给资源量 , 即:Q= M·s); s 三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 127水文分析法 )地下水排泄量求法(测流)清水流量法(基流分割法)泉域法暗河测流法(2)测流方法体积法流量计测流堰测速仪三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 1281基流分割法(清水流量法)流量过程线 :河流断面上的流量随时间变化的曲线。河川径流量组成地表径流地下径流基流分割 就是将河川径流中的地表径流量和地下径流量分别计算出来。从而计算出地下水排泄量。影响基流分割的因素很多,主要有:流域河岸的 水文地质结构和流域面积 。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 129基流分割法(清水流量法)基流分割方法(1)地下水位始终高于河水位A——定洪峰延迟时间 值 (经验值 )流域面积( )25000 6三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 130基流分割法(清水流量法)基流分割方法(2)地下水与河水有互补关系,即枯水期地下水补给河流,洪水期河流补给地下水:下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 131基流分割法(清水流量法)2016年 12月 4日 1322 泉域法要点:泉是地下水的天然露头 。 每个泉都是一个独立的地下水系统 , 即具有独立的补给 、 径流和排泄系统 。 因此可以根据泉水流量和其汇水区域 ( 也称泉域 ) 求得地下径流模数 。s p r i n g三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 1332 泉域法泉域面积的确定:(1)对于非岩溶裂隙水形成的泉,由于裂隙发育随深度而减弱,大多情况下地下水分水岭与地表分水岭一致,因此可以根据地形来确定泉域。(2)对于岩溶泉,由于地下水分水岭与地表分水岭往往不一致,这就要根据地下水位或泉域边界清楚的特定地区来求其地下径流模数。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 1343 暗河测流法应用条件岩溶地区,大气降水量 70%- 100%渗入地下,主要沿管状或脉状通道运动,并汇集成主流及多级支流的地下河系,或称暗河系。所以暗河出口或天窗的流量,基本上体现了这些露头控制区的地下径流量。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 1353 暗河测流法要点 可选择有代表性的暗河出口或天窗,测定其枯水期的流量,同时圈定对应的地下流域面积,就可以计算出该区的地下径流模数。 根据水文地质条件的相似性,可用一个暗河支流的径流模数推算整个暗河的径流量,也可以根据一个暗河流域的径流模数近似推算相邻暗河流域的径流量。三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法2016年 12月 4日 1363 暗河测流法-实例广西水文地质队,曾在地苏地区采用上述方法进行区域地下水资源评价,同时用实测流量进行了检验。计算结果平均准确度达到86%,由此证明了用径流模数法计算区域地下水补给资源是比较可靠的。表 3 - 2 地苏地区地下暗河流量计算值与实测值对比表 测流位置 地下水类型 地下水径流模数 ( s  补给面积 ( 计算流量 ( s ) 实测流量( s ) 准确度 ( % ) 备 注 六也百加 地下河天窗 60 0 0 83 地苏 南口 地下河天窗 65 0 0 77 实测值是抽水试验所得到的最大涌水量 地苏拉棠 地下河天窗 18 0 2 0 90 地苏万良 地下河天窗 14 0 6 0 93 是牵层裂隙溶洞水 大化达悟 地下河出口 0 4 44 0 6 0 5 88 相邻水系 注:流量均为枯水期数据。 据广西壮族自治区水文工程地质队, 1978 年。 三 地下水资源量评价方法第三节 地下水资源量评价(四 ) 水文分析法
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