1、第二章 降 水 與 蒸 發(fā),第一節(jié) 水氣水分的循環(huán)與平衡 第二節(jié) 降水資料的收集與審查 第三節(jié) 降水量分析計算 第四節(jié) 降水量時空分布 第五節(jié) 蒸發(fā),第一節(jié)大氣水分的循環(huán)與平衡,一、大氣水,大氣水：以水汽、水滴和冰晶形式存在于大氣中的水稱為大氣水。 全球大氣中水汽總量為12.9km3，相當(dāng)于25mm的平均水深。 大氣中的水汽隨緯度而變化，緯度越高，大氣中的水汽含量越低。 大氣水的更新周期約為8.1d。,二、大氣水分輸送計算器,大氣水：以水汽、水滴和冰晶形式存在于大氣中的水稱為大氣水。 全球大氣中水汽總量為12.9km3，相當(dāng)于25mm的平均水深。 大氣中的水汽隨緯度而變化，緯度越高，大氣中的水

2、汽含量越低。 大氣水的更新周期約為8.1d。,一、自然界的水文循環(huán),水文循環(huán)：地球表層圈層中進(jìn)行的水分循環(huán)，水通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水、徑流等水文過程緊密聯(lián)系，相互轉(zhuǎn)化，形成一個龐大的動態(tài)系統(tǒng)。 水文大循環(huán)：發(fā)生在海洋與陸地之間的水文循環(huán)。 水文小循環(huán)：發(fā)生在海洋內(nèi)部或陸地內(nèi)部的水文循環(huán)。,水文循環(huán)（大循環(huán)）,水文循環(huán)（小循環(huán)）,二、地球上的水量平衡,水量平衡是指自然界的水分循環(huán)，大體上為一相對穩(wěn)定值，地球上總的蒸發(fā)量與總的降水量的多年平均值是相等的。 1.陸地上的水量平衡 一年內(nèi)陸地水量平衡方程為： Pc是陸地降水；R為徑流量；Ec是陸地蒸發(fā)；U為一年內(nèi)陸地蓄水的增減量。 U為正值表明陸地蓄

3、水量增加，為負(fù)值時表明陸地蓄水量減少。長期而言， U有正有負(fù)， U0。,多年平均情況時，陸地水量平衡方程為： 2.海洋水量平衡 多年平均的水量平衡方程為： 是海面多年平均降水量； 為多年平均蒸發(fā)量。,一、地球上的水量平衡,3.全球水量平衡 多年平均的水量平衡公式： 或 上式表明，長期而言，地球上的總降水量等于蒸發(fā)量。,一、地球上的水量平衡,三、地表水資源的構(gòu)成,1.地表水資源的構(gòu)成 地表水資源的收支變化主要是：降水、蒸發(fā)、徑流。 三者之間的數(shù)量變化關(guān)系制約著區(qū)域水資源數(shù)量的多寡和可利用量。 .降水量 降水代表站 資料質(zhì)量好 實測年限長 面上分布均勻 代表不同高程,降水量與降水特征 降水量P，單

4、位mm。 年降水量、降水過程線、次降水過程線、等雨量線圖 確定降水特征的方法 圖解適線法：P-III曲線 降水量變化 年降水量變差系數(shù)Cv、年際最大變幅Ka 降水等值線圖繪制,降水量分級 根據(jù)次降雨量進(jìn)行分級： 小雨：19.9mm；200mm,.蒸發(fā) 分為：水面蒸發(fā)、陸面蒸發(fā) 水面蒸發(fā)E0，mm。 影響因素：溫度、濕度、風(fēng)速、日照、氣壓等。 測定方式:E-601型蒸發(fā)器、80套盆式蒸發(fā)器、 20蒸發(fā)器 水面蒸發(fā)器折算系數(shù)（不同類型蒸發(fā)器的蒸發(fā)量換算成大水體蒸發(fā)量的折算系數(shù)，見下表）。 E-601型蒸發(fā)器折算系數(shù)為0.90.99，接近大水體的蒸發(fā)量。,陸地蒸發(fā)E，mm。 指特定區(qū)域天然情況正反實

5、際總蒸散發(fā)量，又稱流域蒸發(fā)。等于地表水體蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)量的總和。 估算方法 流域水量平衡方程間接估算法 計算公式：Penman-Monteith公式。 多年平均年蒸發(fā)量等值線圖的繪制 資料的選用 分析多年平均蒸發(fā)量地區(qū)分布規(guī)律 勾繪等值線圖,干旱指數(shù)與旱澇分析 干旱指數(shù)：反映氣候干旱程度的指標(biāo)，通常定義為年水面蒸發(fā)量E0和年降水量P的比值。 干旱指數(shù)、徑流深度、徑流系數(shù)的關(guān)系，見下表。,旱澇分析指標(biāo) 濕潤度與蒸散度法 濕潤度 ：降水量與同期無降水時的最大可能蒸發(fā)量之比。 蒸散發(fā)度：實際可能蒸發(fā)量與同期有效降水量之比。 旱澇指數(shù)法 2時大澇。 供需比：農(nóng)作物生長期內(nèi)總有共水量與總需水量

6、之比。,3.河川徑流 河川徑流的概念 流域上的降水，經(jīng)由地面和地下途徑匯入河網(wǎng)，形成流域出口斷面的水流，稱為河流徑流，簡稱徑流。 河川徑流的補(bǔ)給 雨水補(bǔ)給 冰川、融雪水補(bǔ)給 地下水補(bǔ)給 徑流的時空分布 年內(nèi)變化 年際變化,河流徑流表示方法 流量Q，單位時間內(nèi)河流通過某一斷面的水量，m3/s。 徑流總量Wt，指在一定時段內(nèi)通過河流某斷面的總水量，m3、億m3。WtQt 徑流深R，假定徑流總量均勻地鋪在流域面積上所得到的平均水深，mm。 徑流模數(shù)M，單位流域面積上產(chǎn)生的流量。MQ/F。 徑流系數(shù)，某時段內(nèi)的徑流深度與同一時段內(nèi)降水量之比，即R/P。注意1。,徑流資料的統(tǒng)計處理（P39P44） 多年

7、平均年徑流深及年徑流變差系數(shù)Cv等值線圖的繪制 河川徑流量的分析計算 代表站法 等值線圖 年降雨徑流關(guān)系 河川徑流的年內(nèi)分配,自己看書，可參照工程水文學(xué),四、地下水資源的構(gòu)成,1.地下水資源構(gòu)成 地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水。 地下水的分類 按受力分為：結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水。 按埋藏條件分：上層滯水、潛水、承壓水 按含水層的空隙性質(zhì)分：孔隙水、裂隙水、巖溶水。 含水層與隔水層。含水層指能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層。隔水層（不透水層）指不具有透水和給水能力的巖層。,2.地下水運動 地下水循環(huán)：大氣降水、地表水的入滲補(bǔ)給地下水，地下水流動，又排入地表水或大氣中。周而復(fù)始

8、的地下水補(bǔ)給、徑流、排泄決定著含水層水量和水質(zhì)的時空變化。 地下水補(bǔ)給項：大氣降水、地表水下滲、水氣凝結(jié)補(bǔ)給、人工補(bǔ)給等。 地下水排泄：泉水溢出、潛水蒸發(fā)、向地表水泄流、人工開采等。 地下水徑流：地下水在重力或壓力，由補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)運動，形成了地下徑流。,地下水徑流率（徑流模數(shù)）M：單位面積的含水層上的地下水流量，m3/skm2)， 地下水運動 一般地下水運動比較緩慢，以層流為主；在特大孔隙、大溶洞、人工開采的取水建筑物附近，才有可能出現(xiàn)紊流。 地下水運動規(guī)律 達(dá)西定律（適用于層流）： 哲才定律（適用于紊流）： 斯姆萊公式（層流與紊流之間）：,第一節(jié)基本資料的收集、審查與分析,0、水資源估算的

9、內(nèi)容,水資源估算的任務(wù)是推求某一區(qū)域的地下水資源、地下水資源及總水資源數(shù)量，具體內(nèi)容包括幾個方面。P17 1.基本資料的搜集、審查 2.地表水資源量的計算 3.地下水資源量的計算 4.水資源總量的計算,一、基本資料的搜集,區(qū)域水資源計算需要如下基本資料：P18 本區(qū)域內(nèi)和鄰近區(qū)域的水文氣象資料 本區(qū)域的流域特性資料 區(qū)域內(nèi)水利工程概況 區(qū)域內(nèi)水文地質(zhì)特性資料 社會經(jīng)濟(jì)資料 水質(zhì)監(jiān)測資料,水資源計算需要哪些基本資料？,二、基本資料的審查分析,基本資料的審查分析包括： 可靠性：原始資料的可靠程度。 一致性：各類資料反映河流的天然規(guī)律，具有同一基礎(chǔ)。 代表性：指標(biāo)對總體的代表性，樣本資料的統(tǒng)計特征對

10、總體統(tǒng)計特征的代表程度。,一、資料的可靠性審查 降水資料：地區(qū)分布與局部暴雨關(guān)系。 徑流資料：上下游或相鄰流域徑流過程對比、水量平衡對比、降水徑流關(guān)系。 水面蒸發(fā)資料：從氣象因素分析數(shù)據(jù)的合理性。 泥沙資料：上下游沙量平衡，年徑流量和年輸沙量關(guān)系。 一句話：分析資料的合理性！,二、資料的一致性審查與徑流還原計算 資料應(yīng)該反映區(qū)域內(nèi)的天然情況，具有同一基礎(chǔ)。比如徑流，水文站的實測資料不能真實反映斷面以上徑流的天然規(guī)律，是各種人類活動影響的綜合結(jié)果（如水庫攔蓄、灌區(qū)取水等）。這樣各年的資料沒有可比性，一致性受到破壞。 如果資料失去了一致性，要進(jìn)行還原計算。資料的一致性審查主要是指徑流資料的一致性及

11、徑流還原計算。,徑流還原計算是為了求得天然情況下的河川徑流量，以保持河川徑流量資料的一致性。 天然河川徑流量是實測河川徑流量與還原水量之和。 還原水量包括： 測站以上農(nóng)業(yè)灌溉耗水量 城鎮(zhèn)工業(yè)用水及生活用水耗水量 跨流域引水量 河道分洪決口水量 水庫蓄水量 以及由于水面擴(kuò)大而增加的蒸發(fā)耗水量。,徑流還原計算的具體方法主要有分項調(diào)查法、雙累積曲線法、蒸發(fā)差值法等。 不同的資料條件選用不同的方法。有條件時，同時用幾種方法進(jìn)行，互相驗證，選取合理成果。 1、分項調(diào)查法 對流域中各項影響因素所造成的水量變化逐一調(diào)查。,灌溉耗水量（W灌溉） 上式中與書P19不同，為什么？書上有誤！上式中的與書中的解釋不同

12、，就是灌溉用水的回歸系數(shù)，其它參數(shù)意義相同。,灌溉用水沒有回到徑流中。,灌溉用水中一部分水又回到徑流中。,工業(yè)、城鎮(zhèn)用水耗水量（W工業(yè)） 水庫蒸發(fā)損失水量,水庫滲漏損失水量： 根據(jù)達(dá)西公式和水庫底面積估算。 水庫蓄變量： 跨流域引水量： 調(diào)查法。 河道分洪水量： 調(diào)查法。,2、雙累積曲線法（對第一方法進(jìn)行驗證） 根據(jù)人類活動前的實測降水徑流資料，建立年降水徑流模型。 根據(jù)實測年降水量資料，由年降水徑流模型求得逐年（包括人類活動以后）的年徑流量計算值R計，并逐年計算累積值 由人類活動前，徑流雙累積曲線呈45線，人類活動后，實測年徑流量小于計算值。其偏差為累積還原水量。,、蒸發(fā)差值法（對第一方法進(jìn)

13、行驗證） 流域多年平均情況下，降水量不變，根據(jù)水量平衡原理，徑流差值等于蒸發(fā)差值。,忽略流域蓄水變量.,、徑流還原計算成果的合理性分析 審核原始資料 幾種方法相互比較 上下游的水量平衡分析 降水徑流分析。,三、資料的代表性審查 資料的代表性：樣本對總體的代表性，即指標(biāo)的統(tǒng)計特征對總體統(tǒng)計特征的代表程度。 一般說，資料年限較長，且包括三、平、枯各種年型的平均樣本，其代表性較高。 代表性分析有二方面工作： 多年長系列豐、枯周期性變化分析 短系列的代表性分析,、系列的周期性分析 移動平均公式：(Moving Average, MA) 式中：X(i)是新系列，X(t)是原系列，l是滑動步長，h()是各

14、數(shù)據(jù)的權(quán)重。,各數(shù)據(jù)的權(quán)重相同,滑動步長取3時的簡化式,差積曲線公式 先算出均值，再累積求值，建立X(i)i的曲線。 斜率為正，年徑流量大于平均值；為負(fù)，年徑流量小于平均值。 兩個相鄰極大值（極小值）之間為一個周期。,、代表性分析 水文系列中，一般用均值、均方差、變差Cv 、偏態(tài)Cs四個指標(biāo)表征代表性。 變差Cv越大，表明河流流量變化越大,年徑流偏差系數(shù)Cs：反映隨機(jī)變量的分布對于均值是否對稱。 Cs0,概念密度函數(shù)曲線對稱于均值線分布。C，分布的均值大于眾數(shù)（隨機(jī)變量取值時概率最大的數(shù)），這是正偏。 C，負(fù)偏。 水文系列中，豐水年出現(xiàn)的機(jī)會往往比枯水年出現(xiàn)的機(jī)會少，因此，一般屬于正偏系列。,

15、三、資料的插補(bǔ)延長,1、降水資料的插補(bǔ)延長 相關(guān)分析法 地埋內(nèi)插法 （1）算術(shù)平均法 （2）加權(quán)平均法 （3）等雨量線法 水文比擬法：用其它相關(guān)站資料推求。,2、徑流資料的插補(bǔ)延長 年徑流量的插補(bǔ)延長 降水徑流 上游下游 相鄰站資料 汛期年徑流量 月徑流量的插補(bǔ)延長 汛期：水位流量、因素相關(guān)法 非汛期：多年平均值、退水規(guī)律插補(bǔ),第三節(jié)地表水資源計算,一、地表水資源數(shù)量評價內(nèi)容,地表水體包括河流水、湖泊水、冰川水和沼澤水. 地表水資源通常用地表水體的動態(tài)水量即河川徑流量來表示。 指有經(jīng)濟(jì)價值又有長期補(bǔ)給保證的重力地表水，即當(dāng)?shù)氐乇懋a(chǎn)水量，是河川徑流量的一部分。P30 河川徑流量，即水文站能測到的

16、當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水量，包括地表產(chǎn)水量和部分（也可能是全部）地下產(chǎn)水量。是水資源總量的主體。 在多年平均情況下，河川年徑流量是區(qū)域年降水量扣除區(qū)域年總蒸散發(fā)量后的產(chǎn)水量。 地表水資源數(shù)量評價，主要是評價河川徑流量。,2.地表水量評價的內(nèi)容 評價地表水的形成與分布規(guī)律。 計算地表水資源的多年平均值，豐、平枯水文年出現(xiàn)的頻率及相應(yīng)的水量。 地表水資源開發(fā)利用的工程措施與方案。 對開發(fā)利用后的可能問題進(jìn)行預(yù)測分析。 提出防治水原污染保護(hù)環(huán)境的對策和建議。,二、河流水量分析與計算,1.河水流量過程線的分割方法（基流分割方法） 河川基流量(又稱地下徑流量)是指河川徑流量中由地下水滲透補(bǔ)給河水的部分，即河道對地下水的

17、排泄量。河川基流量是一般山丘區(qū)和巖溶山區(qū)地下水的主要排泄量。,水平直線分割法 找出洪水漲水段的最低點A，引水平線和退水曲線相交于B點，如右圖。 AB以上是地面徑流量，以下是河川基流量。 當(dāng)河流兼有深層地下水和潛水的補(bǔ)給時，雨水潛水補(bǔ)給總是增加的，基流應(yīng)增加。此法不宜使用。,斜線分割法 找出洪水漲水段的最低點A，由于降水對潛水的補(bǔ)給，B點應(yīng)高于A點。如右圖。 B點確定方法： ）洪峰后N天的點，根據(jù)流域面積確定N。見下表。 ）退水曲線上，坡度陡的是地面退水，緩的是地下退水。退水曲線上的拐點即為B點。,表 2-5 不同流域面積的N值,水平直線分割法和斜線分割法，沒有建立在分析地下水對河流補(bǔ)給規(guī)律的基

18、礎(chǔ)上，分隔出來的地下水補(bǔ)給量隨意性比較大。但方法簡便易行，有一定精度。,退水曲線法 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)退水曲線從洪水流量過程一兩端向內(nèi)展延地下退水曲線。 由起漲A點向后水平延到C點。 由退水曲線B點向前延續(xù)至D點。 直線連接C、D點。如右圖。 適應(yīng)于地下水與河水無直接水力聯(lián)系的情況。,2.河流多年平均徑流量的計算 河流徑流量實測資料較長時，多年平均值趨于穩(wěn)定值。這個就是多年平均徑流量。 有長期實測資料情況，實測年數(shù)20年以上，包括豐、平、枯年份的觀測資料。 有短期實測資料，實測年數(shù)少于20年， 利用徑流資料進(jìn)行插補(bǔ)展延 利用降水資料進(jìn)行插補(bǔ)展延,缺乏實測資料時 等值線法 水文比擬法；根據(jù)河流水文現(xiàn)象的區(qū)

19、域性特征，選擇一個氣候、下墊面條件與研究流域相似的參證流域。,4.河流徑流量的年內(nèi)分配 河流徑流量的年內(nèi)分配表示方法 流量過程線 流量分配率（）：年內(nèi)各月（旬）流量占全年徑流總量的百分?jǐn)?shù)。即月（旬）分配率。通常用連續(xù)最大四個月徑流量占年徑流總量的百分率來表示。 徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（CL）,式中：Q是月流量。,三、地表水資源量的評價,1.地表水資源量統(tǒng)計 地表水資源的組成部分主要有入境水和本區(qū)域因降水而自產(chǎn)的水。 區(qū)域地表水資源量指同年（或多年平均）輸入本域的入境水量、山區(qū)自產(chǎn)水和平原自產(chǎn)水量之和。 2.地表水資源可利用量 地表水資源可利用量：在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可能及滿足河道內(nèi)用水量、顧及下

20、游用水的前提下，通過蓄、引、提等地表水工程措施可能控制利用的河道外一次性最大水量（不包括回歸水的重復(fù)利用）。 計算方法：扣損法、時歷法。,扣損法：即選定某一頻率的代表年，在已知該年的自產(chǎn)水量、入境水量基礎(chǔ)上，扣除蒸發(fā)滲漏等損失，以及出境入海等不可利用的水量，求得該頻率的地表水資源可利用量。 時歷法：根據(jù)現(xiàn)狀大中型水利工程設(shè)施，對各河的徑流過程以時歷法或代表年法進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，以求得某一頻率的地表水資源可利用量。,第三節(jié)地下水資源計算,一、地下水資源基本概念,1.地下水資源 地下水資源：是總水資源的重要組成部分，指有利用價值的、本身又具有不斷更替能力的各種地下水量的總稱。 2.地下水補(bǔ)給量 地下水

21、補(bǔ)給量：天然或人為開采條件下，通過邊界進(jìn)行地下水含水系統(tǒng)具有補(bǔ)給保證的水量。 開采條件時的補(bǔ)給量一般大于自然條件下的補(bǔ)給量。 地下水補(bǔ)給量一可視作穩(wěn)定開采量的最大值，即可開采資源量。,3.地下水儲存量 儲存量：儲存于穩(wěn)定含水層中的重力水體積。 潛水含水層的儲存量 承壓含水層的儲存量： F：是含水層的分布面積，h是承壓含水層自頂板算起的測壓高度；e是彈性儲水系數(shù)。 儲存量一般不列入可開采量中。,3.可開采量 可開采量（允許開采量）：指目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下開發(fā)利用的地下水量。 允許開采量的允許界限包括：1）不因開采而引起環(huán)境惡化、發(fā)生地面沉降、海水入侵等現(xiàn)象。2）地下水動水位不超過設(shè)計要求，水質(zhì)、水

22、溫變化在允許范圍內(nèi)。 地下水補(bǔ)給量可以視作可開采量。 儲存量一般不計入可開采量。 地下水實際開采量不得大于可開采量。,區(qū)域水資源評價常用水均衡法。 水均衡法：以均衡區(qū)的水量平衡分析為基礎(chǔ) ，研究地下水各項補(bǔ)給量、排泄量和地下水蓄變量之間的動態(tài)關(guān)系，計算均衡區(qū)地下水的各項補(bǔ)給量、排泄量，根據(jù)多年平均的水平衡方程，得出地下水資源量。 地下水資源量總補(bǔ)給量總排泄量；P44 山丘區(qū)以總排泄量估算總補(bǔ)給量，代表地下水資源量；平原區(qū)以總補(bǔ)給量代表地下水資源量。,二、山丘區(qū)地下水資源量的計算,山丘區(qū)用總排泄量近似估算總補(bǔ)給量，也就是山丘區(qū)地下水資源量。 1. 山丘區(qū)地下水總排泄量Wh，包括： 河川基流量Rg

23、 河床潛流量Ru 山前側(cè)向流出量Uk 未計入河川徑流的山前泉出露總量Qs 山間盆地潛水蒸發(fā)量Eg 淺層地下水實際開采的凈消耗量等項q。,2. 河川基流量Rg的計算 什么叫河川基流量：當(dāng)?shù)乇韽搅飨送旰螅叵滤^續(xù)補(bǔ)給給河流中的那一部分流量。 出口斷面的實測流量過程包括了地面和地下徑流兩部分，地下部分為基流。 河川基流的分割方法：直線斜割法等。,分析代表站的選擇。P45 代表站流域應(yīng)為閉合流域，即地表、地下分水線基本一致。 代表站流域的地形、地貌、植被和水文地質(zhì)條件，對本區(qū)域有足夠的代表性。 代表站流域面積一般應(yīng)為2005000km2。 代表站實測流量資料系列較長，至少應(yīng)包括豐、平、枯年在內(nèi)的1

24、0年以上實測流量資料。 代表站流域受人類活動的影響較小。,常用的幾種分割方法。P4546，前面已講 直線平割法 直線斜割法 綜合退水曲線法 消退流量比值法 消退系數(shù)比值法 經(jīng)驗關(guān)系法,多年平均河川基流量的計算 長系列法 典型年法 代表年徑流量與河川基流量相關(guān)法 不同頻率的年河川基流量 區(qū)域河川基流量的計算 P47,3. 河床潛流量Ru的計算 地下徑流包括淺層地下徑流和深層地下徑流。 潛水：埋藏于地表以下、第一個穩(wěn)定的隔水層以上的具有自由水面的重力水。 流經(jīng)河床松散沉積物中未被水文站測得的徑流量，稱為河床潛流。 K是滲透系數(shù)；I為水力坡度，一般用河底坡度代替；F為垂直于地下水流方向的河床潛流過水

25、斷面面積；T為河道或河段過水時間。,4. 山前側(cè)向流出Uk的計算 山丘區(qū)地下水通過裂隙、斷層或沉沒以潛流形式直接補(bǔ)給平原沉積層的水量。 5.未計入河川徑流的山前泉水出露量Qs 受地形落差影響，山丘區(qū)地下水出露地表，形成泉水，流入河川徑流的計入到基流中了，未流到河川中，在當(dāng)?shù)刈孕邢牧?，這部分泉水就是Qs。 調(diào)查分析與統(tǒng)計方法進(jìn)行。,6.山間盆地的潛水蒸發(fā)量Eg 與平原區(qū)計算方法相同。 E0是年水面蒸發(fā)量；C是潛水蒸發(fā)系數(shù)；F是計算面積。 7.淺層地下水實際開采的凈消耗量q q1、q2分別是農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)與生活的淺層地下水實際開采量；1、2分別是井灌回歸系數(shù)，工業(yè)用水回歸系數(shù)。,三、平原區(qū)地下水

26、補(bǔ)給量計算,平原地下水資源是指地下水礦化度小于2g/L的平原淡水區(qū)的地下水資源。 平原區(qū)又分北方平原區(qū)（黑龍江、遼河、海灤河、黃河、淮河、內(nèi)陸河等6個流域片）、南方平原區(qū)（長江、珠江、浙閩臺諸河、西南諸河等4個流域片） 講課時，重點介紹北方平原區(qū)的地下水資源源計算。,三、平原區(qū)地下水補(bǔ)給量計算,1. 北方平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量的計算 1.1北方平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量Wp，包括： 降水入滲補(bǔ)給量Up 山前側(cè)向流入補(bǔ)給量Uk 越流補(bǔ)給量Uj 河道滲漏補(bǔ)給量Ur 渠系滲漏補(bǔ)給量Uc、渠灌田間入滲補(bǔ)給量Uf 水庫（湖泊、閘壩）蓄水滲漏補(bǔ)給量Ud 人工回灌補(bǔ)給量qm,提示：有時要考慮井灌回歸補(bǔ)給。 1.2降

27、水入滲補(bǔ)給量Up 當(dāng)?shù)亟邓霛B補(bǔ)給地下水的水量，是淺層地下水的重要補(bǔ)給來源。 降水入滲補(bǔ)給系數(shù),降水入滲補(bǔ)給系數(shù)確定公式： 給水度的確定： 實際開采量法： 地下水動態(tài)資料分析法：,無降水、無地表水補(bǔ)給、無地下水開采，潛水蒸發(fā)是唯一消耗途徑時。,不同巖性和降水量的平均年降水入滲補(bǔ)給系數(shù)表 P50 規(guī)律是什么？,1.3 河道滲漏補(bǔ)給量Ur 當(dāng)江河水位高于兩岸地下水位時，河水滲入補(bǔ)給地下水的水量。地下水動力學(xué)法 K是滲透系數(shù)；I為垂直于剖面方向上的水力坡度；F為單位長度河道垂直地下水流方向的剖面面積，L為河道或河段長度。 這是單側(cè)河道滲漏補(bǔ)給量，兩側(cè)要分別計算，參數(shù)不同。,水文分析法。利用上下游水文

28、站實測徑流資料估算河道滲漏補(bǔ)給量。 式中：L是上下游水文站的距離，L是計算河段長度。是水面及浸潤帶蒸發(fā)損失。 1.4 山前側(cè)向流入補(bǔ)給量Uk，與前面山丘區(qū)計算相同。,1.5 渠系滲漏補(bǔ)給量Uc、渠灌田間入滲補(bǔ)給量Uf 補(bǔ)給系數(shù)法。灌溉渠道水位一般高于地下水位，各級渠道（干、支、斗）在輸水過程滲漏補(bǔ)給地下水的水量。 式中：m是渠系入滲補(bǔ)給系數(shù)；W渠首引水量；r為渠系滲漏補(bǔ)給地下水系數(shù)；是渠系水利用系數(shù)。 地下水動力學(xué)法。達(dá)西公式 經(jīng)驗公式法。 當(dāng)渠道定期輸水，地下水埋深較大時：,當(dāng)渠道長期輸水，地下水埋深較小時， 式中：K是滲透系數(shù)，B是渠底寬度，r是渠道邊坡毛管系數(shù)，h是渠道水深，是渠道邊坡系

29、數(shù)，T是過水天數(shù)，L渠道輸水長度，是地下水埋深，是含水層有效厚度，l是滲漏擴(kuò)展距離。 灌溉水進(jìn)入田間后，經(jīng)過包氣帶滲漏補(bǔ)給地下水的水量。 式中：是渠灌田間入滲補(bǔ)給系數(shù)；r1為渠灌田間滲漏補(bǔ)給地下水系數(shù)；1是田間水利用系數(shù)。,1.6 水庫（湖泊、閘壩）蓄水滲漏補(bǔ)給量Ud 水量平衡法。水庫等蓄水體的水位一般高于地下水位。 W1進(jìn)入水庫的水量；Pd降水量；Ed水庫的水面蒸發(fā)量；W2水庫的出庫水量；W水庫蓄變量。水庫補(bǔ)給地下水系數(shù)。,1.7 越流補(bǔ)給量Uj 深層地下水水頭高于淺層地下水不頭的情況下，深層地下水通過弱透水層對淺層地下水的補(bǔ)給。 H壓力水頭差，即深層地下水水頭與淺層地下水水頭差；T為時段；

30、Ke越流系數(shù)。 1.8 人工回灌補(bǔ)給量qm 指通過井孔、河渠、坑塘或田面，人為地將地表水灌入地下，補(bǔ)給淺層地下水的水量。,2. 南方平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量的計算 2.1南方平原區(qū)地下水總補(bǔ)給量Wp，包括： 旱地降水入滲補(bǔ)給量 河道滲漏補(bǔ)給量 山前側(cè)向流入補(bǔ)給量 旱地渠系滲漏補(bǔ)給量 旱地渠灌田間入滲補(bǔ)給量 水庫（湖泊、閘壩）蓄水滲漏補(bǔ)給量 井灌回歸補(bǔ)給量 水稻田生長期降水入滲和灌溉入滲補(bǔ)給量 水稻田旱作期降水入滲補(bǔ)給量,這里只解釋3項，其它各項與北方平原區(qū)相同。 2.1水稻生長期降水入滲和灌溉入滲補(bǔ)給量Q1 降水與灌溉無法分開，合并計算 水稻田入滲率；Fr水稻田面積，T為水稻生長期時間。,2.2水

31、稻田旱作期降水入滲量Q2 降水與灌溉無法分開，合并計算 降水入滲補(bǔ)給系數(shù)；Prd水稻田面積上旱作期降水量，F(xiàn)r為水稻田面積。 2.3旱地降水入滲補(bǔ)給量Q3 Pd旱地面積上年降水量；Fd旱地面積。,四、平原區(qū)地下水排泄量計算,1.北方平原區(qū)地下水總排泄量的計算 1.1北方平原區(qū)地下水總排泄量Wp包括： 潛水蒸發(fā)Eg 人工開采凈消耗q 河道排泄Qr 側(cè)向流出Qk 越流排泄Qj等。,1.2潛水蒸發(fā)量Eg 潛水蒸發(fā)是指在土壤毛細(xì)管作用的影響下，淺層地下水沿著毛細(xì)管不斷上升，形成了潛水蒸發(fā)量。 地中滲透儀實測法 經(jīng)驗公式法 潛水蒸發(fā)系數(shù)法,不同巖性和地下水埋深的潛水蒸發(fā)系數(shù)表 P55， 有什么規(guī)律？,1

32、.3淺層地下水實際開采消耗量q 淺層地下水實際開采凈消耗量地下水開采利用程度較高地區(qū)的主要排泄量，包括農(nóng)業(yè)灌溉用水開采和工業(yè)、城市生活用水開采消耗。 農(nóng)業(yè)灌溉用水量、工業(yè)生活用水量可由水利部門、統(tǒng)計部門調(diào)查，或用公式計算。 式中：mi灌水定額；F是灌溉面積；n是灌水次數(shù)；N為復(fù)種指數(shù)。實際開采量調(diào)查法 其它各項計算與前面相同。,2.南方平原區(qū)地下水總排泄量的計算 水稻生長期地面有積水，沒有潛水蒸發(fā)。因此南方平原區(qū)地下水總排泄量Wp包括： 河道排泄量 旱地蒸發(fā)量 水稻田的旱作期蒸發(fā)量,五、地下水可開采量,1.地下水可開采量 地下水可開采量：經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可能和不造成水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化及其他不

33、良后果條件下可供開采的地下水量。 地下水可開采量計算方法： 實際開采量調(diào)查法 可開采系數(shù)法 平均布井法 多年調(diào)節(jié)計算法 類比法,2.地下水可開采量計算方法 1）實際開采量調(diào)查法 適用于淺層地下水開發(fā)利用程度高、開采量調(diào)查統(tǒng)計較準(zhǔn)、潛水蒸發(fā)量較小、水位動態(tài)處于相對穩(wěn)定的地區(qū)。 周年地下水位不變，潛水蒸發(fā)量很小，則該地區(qū)地淺層地下水補(bǔ)給量為實際可開采量。,2）開采系數(shù)法 適用于淺層地下水有一定的開發(fā)利用水平，通過多年資料，確定出合理的開采系數(shù)。則地下水多年平均可開采量等于開采系數(shù)乘以多年平均地下水總補(bǔ)給量。 開采系數(shù)與哪些因素有關(guān)： 淺層地下水巖性及厚度、單井單位降深出水量、平水年地下水埋深、年變

34、幅、實際開采模數(shù)和多年平均總補(bǔ)給模數(shù)。 3）多年調(diào)節(jié)計算法 根據(jù)多年條件下，總補(bǔ)給量等于總排泄量的原理，依照地面水庫的調(diào)節(jié)計算方法對地下水進(jìn)行多年調(diào)節(jié)計算。調(diào)節(jié)計算期間的補(bǔ)給量與總廢棄水量（消耗于潛水蒸發(fā)和側(cè)向排泄的水量）之差，就是調(diào)節(jié)計算期的地下水可開采量。,4）平均布井法 根據(jù)地下水開采條件，確定單井出水量、影響半徑、年開采時間，進(jìn)行平均布井，用這些井的年內(nèi)開采量代表該區(qū)的地下水的可開采量。 式中：Qme多年平均可開采量（億m3）；qs為單井出水量（m3/h）；N為計算區(qū)內(nèi)平均布數(shù)；t為機(jī)井多年平均開采時間（h）；F為計算區(qū)布井面積（km2）；Fs為單井控制面積（m2）；R為單井影響半徑（

35、m）。,第五節(jié)水資源總量計算,一、水資源總量的概念,1.水資源總量分析 在一個區(qū)域，如果把地表水、土壤水、地下水作為一個整體來看，則天然情況下的： 總補(bǔ)給量：降水量， 總排泄量：河川徑流量、總蒸散發(fā)量、地下水潛流量之和。 區(qū)域內(nèi)地表水、地下水和土壤水的蓄變量：總補(bǔ)給量與總排泄量之差。,一定時段內(nèi)的區(qū)域水量平衡公式： 式中：P為降水量；R為河川徑流量；E為總蒸散發(fā)量；Ug為地下水潛流量；U為區(qū)域的蓄水變量。 多年平均條件下，蓄變量可以忽略不計，則上式變?yōu)椋?將河川徑流量R分成地表徑流量Rs和河川基流量Rg，將總蒸散發(fā)量E分為地表蒸散發(fā)量Es和潛水蒸發(fā)量Eg，則上式變?yōu)椋?根據(jù)地下水的多年平均補(bǔ)給

36、量與多年平均排泄量相等的原理，在沒有外區(qū)來水的情況下，區(qū)域內(nèi)地下水的降水入滲補(bǔ)給量應(yīng)為河川基流量Rg、潛水蒸發(fā)量Eg和地下水潛流量Ug三項之和。即：,補(bǔ)充什么叫河川基流量： 河川基流量(又稱地下徑流量)是指河川徑流量中由地下水滲透補(bǔ)給河水的部分，即河道對地下水的排泄量。河川基流量是一般山丘區(qū)和巖溶山區(qū)地下水的主要排泄量。 地下潛流量（包括河床潛流、山邊潛流和地下暗河的流出量）。,區(qū)域水量平衡公式可以改寫為： 其中Rs和Up分別地表和地下的產(chǎn)水量之和，這就是區(qū)域的水資源總量W。 同時，根據(jù)下式可以得出另一個公式：,上面（1）、（2）式的區(qū)別：前者把河川基流量歸并入地下水補(bǔ)給量中，后者把河川基流量

37、歸入河川徑流量。避免水量重復(fù)計算。 可見，地表水資源和地下水資源有重復(fù)部分。 潛水蒸發(fā)可以由地下水開采而奪取，故算水資源。,二、水資源總量估算,在水資源評價中，一般采用下式進(jìn)行水資源總量估算： 式中：R是地表水資源；Q是地下水資源；D是地表水資源和地下水資源相互轉(zhuǎn)化的重復(fù)量。 分別計算地表水資源R，地下水資源Q，再考慮重復(fù)量D。就可以估算水資源總量。,三、河川徑流量計算,1.代表站法 選取能控制全區(qū)的、實測徑流資料系列長、精度高的代表站，如果徑流條件相似，可以移用。 2.等值線法 多年平均徑流深、年徑流變差系數(shù)等值線圖。 3.年降水徑流關(guān)系法 選取實測降水、徑流資料系列長、精度高的代表站，根據(jù)

38、統(tǒng)計分析，建立降水徑流關(guān)系，如果自然地理條件相似，可以移用。,四、地下水補(bǔ)給量計算,1.山丘區(qū) 直接計算山丘區(qū)地下水補(bǔ)給量比較困難，根據(jù)多年平均總補(bǔ)給量等于總排泄量，以山丘區(qū)地下水排泄量近似作為補(bǔ)給量。 式中：Qm山丘區(qū)地下水補(bǔ)給量；Rmg河川基流量；Ru河床潛流量；Uk1是山前側(cè)向流出量；Qs山前泉水出露量；Eg潛水蒸發(fā)量；q實際開采的消耗量。 山丘區(qū)地下水資源以Rmg為主。,2.平原區(qū) 計算公式： 式中：Qf平原地下水資源；Up降水入滲補(bǔ)給量；Ur河道滲漏補(bǔ)給量；Uk2是山前側(cè)向流入補(bǔ)給量；Uc渠系滲漏補(bǔ)給量；Ud水庫湖泊蓄水滲漏補(bǔ)給量；Uf渠灌田間入滲補(bǔ)給量；Uj1越流補(bǔ)給量；qm人工回灌補(bǔ)給量。 降水入滲補(bǔ)給量是平原地下水的重要來源。,五、山丘區(qū)區(qū)域多年平均水資源量,山丘區(qū)水資源量計算公式：,山丘區(qū)水資源量計算公式，展開式：,六、平原區(qū)區(qū)域多年平均水資源量,平原區(qū)重復(fù)計算水量包括： 平原區(qū)河川徑流量與地下水補(bǔ)給