1、第三章 水资源量评价内容提要内容提要水资源的形成水资源的形成1地表水资源量评价地表水资源量评价2地下水资源量评价地下水资源量评价3n 本章教学目标的基本要求： 理解地表水资源的形成与类型，了解水资源的分区，掌握地表水资源量评价内容，理解径流还原计算，掌握分区地表水资源量评价方法，了解地表水资源时空分布特征，掌握可利用地表水资源量估算。n 本章教学重点和难点： 重点是地表水（河流、湖泊、水库）补给量和储存量的计算、允许开采量的评价模型；难点是水资源量的评价指标与评价方法。 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： 水资源数量评价 水资源质量评价 水资源利用评
2、价及综合评价3.1 水资源的形成水资源的形成一、地表水资源的形成与类型 （1）地表水定义：为河流、冰川、湖泊、沼泽等水体的总称。河流冰川沼泽湖泊水库v 广义地讲，以液态或固态形式覆盖在地球表面上、暴露于大气的自然水体，都属于地表水。在我国，人们通常所说的地表水并不包括海洋水，属于狭义地地表水的概念，主要包括和流水、湖泊水、冰川水和沼泽水，并把大气降水视为地表水体的主要补给源。（2）地表水资源v 地表水资源是指在社会生产中具有使用价值和经济价值的地表水，既包括天然水，又包括通过工程措施（水库、运河等）和生物措施取得的地表水。v 地表水资源量是指河流、湖泊、冰川、沼泽等地表水体的动态水量，一般用河
3、川径流量综合反映。（3）地表水资源的特点流动性不稳定性有限性多用途性空间分布不均匀性3.1 水资源的形成水资源的形成 水资源量的收支项：主要为降水、蒸发和径流决定区域水资源状态的三要素。平衡条件下，收支在数量上是相等的。降水蒸发径流3.1 水资源的形成水资源的形成 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。 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。二、降水降水过程：v 降水作为水资源的收入项，决定着不同区域和时间
4、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。v 降水的特征常用几个基本要素来表示，如降水量、降水历时、降水强度、降水面积和暴雨中心等，其中前三项称为降水三要素。降水量分布： 我国的降水主要表现为时空分布的极端不均匀性。年降水量在地理上的分布大体趋势是从沿海到内陆，从南到北依次递减。大部分地区受季风影响明显，降水年内分布不均匀，年际变化大。 我国降水量的年内分配也很不均匀。季节分布特点是大部分地区降水集中在夏季，而冬季降水量最少。雨水设计流量v 降水时沿地面流行的雨水量是给水排水工程设计中雨水管道。道路和涵洞等设计所必需的基本数据。雨水设计流量依据当地暴雨强度公式，
5、采用估算汇水面积上径流量的方法，即 Q=qFv Q:雨水设计流量L/s；v ：径流系数（雨水径流量 和降落量的比值），根据地面状况和经验数据确定；v F：汇水面积，ha；v q:设计暴雨强度，以单位面积降雨流量计，L/(sha)3.1 水资源的形成水资源的形成表示降水量的年际变化程度： 年降水量的极值比Ka； 年降水量的变差系数Cv值来表示。3.1 水资源的形成水资源的形成u 年降水量的极值比Ka 年降水量的极值比Ka可表示为：maxminaxKx 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。3.1
6、水资源的形成水资源的形成 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。3.1 水资源的形成水资源的形成u 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。 均方差 均方差的表达式为：21()1nixxn 式中：均方差； 均值，其表达式为：x1211nniixxxxxnn3.1 水资源的形成水资源的形成 变差系数Cv 年降水量变差系
7、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：0.250.35；东北：0.2；南方：0.2以下；东南沿南海：0.25以上（台风）。vCx3.1 水资源的形成水资源的形成三、径流u 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。 雨水补给 雨水补给是指降水以雨水形式降落。 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%。 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%。3.1 水资源的形成水资源的形成u 径流的时空分布 径流的区域分布 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
8、地下水补给的河流Cv值。 秦岭以南年Cv值：0.5以上；淮河流域大部分：0.60.8之间；华北平原地区：Cv1.0，东北地区山地：1.0，最大可达 l.2以上。 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。3.1 水资源的形成水资源的形成u 河流径流的表示方法 河流径流：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。 径流过程：径流随时间的变化过程，称为径流过程。 分类：()降水地表径流（形成水源）雪融水径流（空间位置）冰融水地下径流（固体径流 含泥沙 ）3.1 水资源的形成水资源的形成 表示径流的特征值主要有；流量Qt
9、、径流总量Wt、径流模数M、径流深度Rt、径流系数。l 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。l 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：ttWQt3.1 水资源的形成水资源的形成l 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：3101000tttWQtRFF 式中：t时间，s； Wt径流总量，m3； Qt平均流量，m3/s； F流域面积，km2； Rt某时段t的径流深度，mm3.1 水资源的形成水资源的形成l 径流模数M：为单位流域面积上产生的流量
10、，单位为m3/(skm2)，可表示为：QMF33310 110QMLmF（）tRP 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：Rt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l。3.1 水资源的形成水资源的形成四、蒸发 蒸发主要包括水面蒸发和陆面蒸发。 主要影响的因素是气温、湿度、日照、辐射、风速等。 干旱指数：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。0EP3.1 水资源的形成水资源的形成 干旱指
11、数表示某一特定地区的湿润和干旱的程度，值大于1.0，表明蒸发大于降水量，该地区的气候偏于干旱，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。五、天然地表水资源v 地然地表水资源主要是具有天然调蓄能力的水量充沛的河流、湖泊等地面径流。v （1）地面径流的形成v 地面径流的形成过程，以降水补给的河流为例，可分为四个阶段：第一阶段降水过程，降水量的大小和它在时空上的分布，决定这径流的大小和变化过程；第二阶段是蓄渗过程，降雨在这个阶段全部消耗与植物截留、土
12、壤下渗、地面填洼及蒸发。当降雨强度逐渐加大而超过下渗强度时，开始形成坡面上的细小水流。第三阶段的坡地漫流过程即行开始。坡面水流逐渐填满大小坑洼，注入小沟、溪涧而进入河槽，形成第四阶段的河槽集流过程。六、地表水资源的调蓄v 对天然地表水资源通过水利工程措施进行控制、调蓄和利用，即为地表水资源的调蓄，主要包括水库、塘堰和水坝等，以水库最为常用。第二节第二节 地下水资源地下水资源第二节第二节 地下水资源地下水资源一、地下水资源的形成与运动规律n 形成 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。 u 岩石的空隙性 十分致密坚硬的花岗岩，其裂隙率也达0.021.9。 空隙的多
13、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。3.1 水资源的形成水资源的形成 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。3.1 水资源的形成水资源的形成u 岩石中水的存在形式 岩石空隙中的水的主要形式为：结合水（吸着水、薄膜水）、重力水、毛细水、固态水和气态水。 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。3.1 水资源的形成水资源的形成 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，
14、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。 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。3.1 水资源的形成水资源的形成u 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，隔水层是指不具透水和给水能力的岩层。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。 位于地下水面以上的地带称为包气带，包气
15、带中的水主要有土壤水和上层滞水。土壤水：是指位于地表以下土壤中的水，主要以结合水和毛细水的形式存在，它主要靠大气降水的渗入、水汽的凝结及潜水补给.(很少)1.1.上上 层层 滞滞 水水 存在于包气带中局部隔水层之上的重力水，一般分布不广。存在于包气带中局部隔水层之上的重力水，一般分布不广。特 征：(1(1）最接近于地表，和气候、水文条件的变化密切。接受大气降水与地表水的补）最接近于地表，和气候、水文条件的变化密切。接受大气降水与地表水的补给，补给区与分布区一致（范围很小）给，补给区与分布区一致（范围很小）, ,排泄体现蒸发和向下渗透补给潜水。排泄体现蒸发和向下渗透补给潜水。水量随季节变化，在补
16、给量较多的季节水量多，在干旱季节枯竭。水量随季节变化，在补给量较多的季节水量多，在干旱季节枯竭。（2 2）与土壤水区别，底部有隔水层，作村民供水水源与土壤水区别，底部有隔水层，作村民供水水源；土壤水多以悬挂毛细水；土壤水多以悬挂毛细水的状态存在于土壤中，一般仅能作垂直方向运动的状态存在于土壤中，一般仅能作垂直方向运动( (渗入和蒸发渗入和蒸发) )，不能保持重，不能保持重力水，无供水意义，仅对植物生长有作用。力水，无供水意义，仅对植物生长有作用。（3 3）动态变化极不定，动态决定于气候和隔水层的位置、分布范围、厚度及透）动态变化极不定，动态决定于气候和隔水层的位置、分布范围、厚度及透水性等。当
17、隔水层的分布范围小，厚度不大，隔水性不强及离地表较近时，水性等。当隔水层的分布范围小，厚度不大，隔水性不强及离地表较近时，变化大。变化大。（4 4）矿化度较低，易受到污染，矿化度较低，易受到污染，对工程建筑有妨害，其上直接与地表相通对工程建筑有妨害，其上直接与地表相通2.2.潜水潜水（1 1）潜水的概念及其特征）潜水的概念及其特征潜水是埋藏在地表以下第一个稳定的隔水层以上，具潜水是埋藏在地表以下第一个稳定的隔水层以上，具有自由水面的重力水有自由水面的重力水（如图）。（如图）。潜水的自由水面称为潜水的自由水面称为潜水面潜水面，潜水面至地表的距离称为，潜水面至地表的距离称为潜潜水埋藏深度水埋藏深度
18、，潜水面上任一点的标高称为该点的，潜水面上任一点的标高称为该点的潜水位潜水位，潜水面至隔水底板的距离称为潜水面至隔水底板的距离称为含水层厚度含水层厚度。隔水层隔水层 潜水面潜水面大气降水入渗大气降水入渗蒸发蒸发 流向流向 泉泉潜水埋深潜水埋深 h1 潜水含水层潜水含水层含水层厚度含水层厚度 h 潜水位潜水位H基准面基准面潜水面潜水位潜水含水层-含水层厚度-潜水埋深-A）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗）潜水直接接受大气降水和比它水位高的地表水的渗入补给；入补给；B）潜水面不承受静水压力；）潜水面不承受静水压力；C）潜水的埋深因地而异，与水位、水量变化有关；）潜水的埋深因地而异，与水
19、位、水量变化有关；D）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流。）在重力作用下，由高向底流动，称潜水流。（3 3）潜水主要特征）潜水主要特征 补给补给(来源来源)：降水入渗，河湖入渗降水入渗，河湖入渗 排泄排泄(汇汇)：泉，（河）泄流，蒸发泉，（河）泄流，蒸发 补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！补给或排泄通过含水层厚度变化而储水与释水！ 水循环交替迅速：水循环交替迅速：水循环周期短，更新恢复快水循环周期短，更新恢复快 （4 4）潜水的补给及排泄）潜水的补给及排泄3.3.承压水承压水 （1 1）定义：）定义： 承压水是充满在两隔水层或弱透水层之间含承压水是充满在两隔水层或弱透水层之间含水层中
20、的地下水。水层中的地下水。 当这种含水层中未被水充满时，其性质与潜当这种含水层中未被水充满时，其性质与潜水相似，称为无压层间水。水相似，称为无压层间水。承压含水层承压含水层 隔水顶板隔水顶板 隔水底板隔水底板 承压含水层厚度承压含水层厚度（M） 测压水位线测压水位线（面）：（面）： 承压水头承压水头-H 补给区补给区 承压区承压区 排泄区排泄区 自溢区自溢区（2 2）承压水的特征）承压水的特征承承压压水水特特征征承压水具有承压性能承压水具有承压性能。当钻孔揭露承压含水层时，在。当钻孔揭露承压含水层时，在静水压力的作用下，稳定水位高于初见水位。静水压力的作用下，稳定水位高于初见水位。 承压水的补
21、给区常小于分布区承压水的补给区常小于分布区。因具有隔水顶板，大气。因具有隔水顶板，大气降水、地表水不能直接补给，补给区处于地形较高的含水降水、地表水不能直接补给，补给区处于地形较高的含水层出露位置，排泄区位于地形较低的位置层出露位置，排泄区位于地形较低的位置 承压水的水量、水质、水温等稳定承压水的水量、水质、水温等稳定，受气候的影响较，受气候的影响较小，仅补给区有点影响。小，仅补给区有点影响。受地表污染少受地表污染少补给与排泄补给与排泄: 有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢，有限区域与外界联系，水循环迟缓些，水交替慢， 平平均滞留时间长（年龄老或长）均滞留时间长（年龄老或长）恢复性差恢
22、复性差 水化学水化学 变化较大，矿化度一般要高点，可以保留变化较大，矿化度一般要高点，可以保留“古老古老”的的水水 动态动态 要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定要稳定些，如果分布面积大，厚度稳定则调节能力则调节能力很强很强 （3 3）承压水的补给及排泄）承压水的补给及排泄二、地下水资源二、地下水资源农业灌溉用地下水占地下水总用水量的比重呈递减趋势，已从80年代的88%下降到2008年的62%；工业和生活用地下水的比重明显上升，80年代工业和生活用地下水的比重为12.0%，到1999年工业用地下水的比重为18%，生活用地下水的比重为20%。 （1）地下水资源紧缺和水资源浪费并存）地下水资源紧缺和
23、水资源浪费并存（2）地下水资源超采严重）地下水资源超采严重 水源地超水源地超采状况采状况 全国有全国有2424个省个省( (自治区、直辖市自治区、直辖市) )存在地下水超采存在地下水超采问题。问题。河北省超采面积最大，达河北省超采面积最大，达66973km66973km2 2，占该省，占该省平原区面积的平原区面积的91.6%91.6%；超采区面积超过；超采区面积超过10000km10000km2 2的还的还有甘肃、河南、山西、山东等四省；超采区面积在有甘肃、河南、山西、山东等四省；超采区面积在1000100010000km10000km2 2的有新疆、江苏、上海、安徽、北的有新疆、江苏、上海、
24、安徽、北京、天津、黑龙江、辽宁、内蒙古、陕西和浙江等京、天津、黑龙江、辽宁、内蒙古、陕西和浙江等1111个省个省( (自治区、直辖市自治区、直辖市) )；超采区面积在；超采区面积在1001001000km1000km2 2之间的有宁夏、海南、江西、云南、广东和之间的有宁夏、海南、江西、云南、广东和吉林省；广西和湖北省的超采面积不到吉林省；广西和湖北省的超采面积不到l00kml00km2 2。行政区域超采状况行政区域超采状况（3）地下水资源超采引发的生态环境问题）地下水资源超采引发的生态环境问题 地下水地下水超采引超采引发的生发的生态环境态环境问问 题题地面沉降地面沉降地面塌陷地面塌陷泉水断流泉
25、水断流海水入侵海水入侵土壤次生盐碱化土壤次生盐碱化荒漠化荒漠化 雁塔区地裂缝大雁塔倾斜表6-1 城市地面塌陷 由于地下水超采，地下水位大幅度下降，使泉水由于地下水超采，地下水位大幅度下降，使泉水断流。断流。 海水入侵是海海水入侵是海岸地区地下淡水超岸地区地下淡水超量开采而造成的海量开采而造成的海水向陆地流动的地水向陆地流动的地下径流。下径流。海水入侵示意图 土地盐碱化 甘肃民勤沙化状况甘肃民勤沙化状况（4）地下水环境污染严重）地下水环境污染严重（2）地下水资源）地下水资源 地下水资源是指一个地区或一个含水层中，有利用价值地下水资源是指一个地区或一个含水层中，有利用价值的、本身又具有不断更替能力
26、的各种动态地下水量的总称。的、本身又具有不断更替能力的各种动态地下水量的总称。地下水有用价值必定包括水质水量两个方面。地下水有用价值必定包括水质水量两个方面。地下水资源通常可分为补给量、储存量和允许开采量。地下水资源通常可分为补给量、储存量和允许开采量。补给量：在天然或开采条件下，单位时间进入含水层（带）中的水量。包括：地下水的流入；降水的渗入；地表水渗入；人工补给；越流补给(是指在深层承压含水层中， 由于天然含水层的水头差，和由于人工开采地下水形成水位降低造成的与相邻上、下含水层的水头差，使相邻含水层中的水通过非含水层向取水含水层补给。)。 储存量：储存于含水层内的重力水体积。 可利用水资源
27、（允许开采量）：有现实意义的地下水资源。 尚难利用的资源：具有潜在经济意义的地下水资源。（3）地下水资源的特点）地下水资源的特点流动性流动性地下水资源处在不断地利用、补给、消耗和恢复的循环中。地下水资源处在不断地利用、补给、消耗和恢复的循环中。稳定性稳定性地下水资源受形成、埋藏和补给条件等的影响，具有水质澄地下水资源受形成、埋藏和补给条件等的影响，具有水质澄清、水温稳定、不易被污染、水质较好、调蓄能力强、供水清、水温稳定、不易被污染、水质较好、调蓄能力强、供水保证程度高、在时间和空间上具有更为稳定的特点。保证程度高、在时间和空间上具有更为稳定的特点。可恢复性可恢复性地下水一面被开采消耗，以免又
28、受降雨及其他地表水体的入地下水一面被开采消耗，以免又受降雨及其他地表水体的入渗补给、更新、渗补给、更新、规律复杂性规律复杂性地下水赋存于地下岩层的空隙之中，具有赋存、运动、补给地下水赋存于地下岩层的空隙之中，具有赋存、运动、补给和排泄的特点，这些特点都是在地表所能直接观察到的。和排泄的特点，这些特点都是在地表所能直接观察到的。2.地下水的形成过程地下水的形成过程 降落于地表的雨水渗入土壤后，降落于地表的雨水渗入土壤后，一部分为植物吸收或通一部分为植物吸收或通过地面蒸发而损失，一部分渗入透水层而成为地下水，过地面蒸发而损失，一部分渗入透水层而成为地下水，并经并经过一段相当长的时间，通过在地层中的
29、渗透流动而逐渐注入过一段相当长的时间，通过在地层中的渗透流动而逐渐注入河流，成为地下径流。河流，成为地下径流。 由于大气水和地表水转化为地下水，地下含水层得到补由于大气水和地表水转化为地下水，地下含水层得到补给；由于地下水转换为大气水或地表水，成为地下水的排泄给；由于地下水转换为大气水或地表水，成为地下水的排泄。地下水既有补给又有排泄，使赋存在含水层中的地下水不地下水既有补给又有排泄，使赋存在含水层中的地下水不断交替、更新和流动断交替、更新和流动，并从补给区像排泄区不断地运动产生，并从补给区像排泄区不断地运动产生地下径流。地下径流。3.地下水的补给形式地下水的补给形式（1）地下水的补给形式）地
30、下水的补给形式 地下水的补给来源主要为大气降水和地表水渗入，以及大气地下水的补给来源主要为大气降水和地表水渗入，以及大气中水汽和土壤中水汽的凝结，在一定条件下尚有人工补给中水汽和土壤中水汽的凝结，在一定条件下尚有人工补给。大气降水渗入补给大气降水渗入补给地表水转化补给地表水转化补给凝结水补给凝结水补给3.地下水的补给形式地下水的补给形式其他转化补给其他转化补给1）融雪水、融冻水转化补给）融雪水、融冻水转化补给2）含水层间的地下水互相补排）含水层间的地下水互相补排3）人为措施的地下水转化）人为措施的地下水转化A灌溉水回归补给地下水灌溉水回归补给地下水B人工回灌（回注）不及地下水人工回灌（回注）不
31、及地下水C人工开采地下水人工开采地下水D人工排水人工排水4.地下水的排泄地下水的排泄 地下水的排泄方式有地下水的排泄方式有泉水溢出、向地表水泄流、蒸发及人泉水溢出、向地表水泄流、蒸发及人工排泄等。工排泄等。 泉水是地下水的天然露头，是地下水的主要排泄形式之一泉水是地下水的天然露头，是地下水的主要排泄形式之一，实际中排泄的形式，当含水层或含水通道被揭露于地表时，实际中排泄的形式，当含水层或含水通道被揭露于地表时，地下水变溢出地表形成泉水。，地下水变溢出地表形成泉水。 如果地下水为高于地表水位时，地下水不断缓慢地渗流入如果地下水为高于地表水位时，地下水不断缓慢地渗流入地表水中地表水中。 当地下水埋
32、藏较浅时当地下水埋藏较浅时，毛细水带顶部可能达到地表，由，毛细水带顶部可能达到地表，由于土壤蒸发和植物蒸腾作用而大量消耗土壤水分，与此同时于土壤蒸发和植物蒸腾作用而大量消耗土壤水分，与此同时土壤又在毛细作用下吸收地下水来补充其消耗量，这样就使土壤又在毛细作用下吸收地下水来补充其消耗量，这样就使地下水通过蒸发形式而不断排泄入大气中。地下水通过蒸发形式而不断排泄入大气中。5.地下水的动态平衡地下水的动态平衡5.地下水的动态平衡地下水的动态平衡3.1 水资源的形成水资源的形成u 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
33、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。 地下径流量常用地下径流率M来表示，其意义为lkm2含水层面积上的地下水流量（m3/(skm2)），也称为地下径流模数。3.1 水资源的形成水资源的形成年平均地下径流率可按下式计算：365 86400QMA 式中：M-年均地下水径流模数，m3/(skm2)； 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。3.1 水资源的形成水资源的形成n 地下水运动的特点及其基本规律u 地下水运动特征 迟缓的流速 河道或管网中水的流速一般都以每秒米来表示；地下水由于在曲折的通道中通行，用每天米来表示其流速。 层流和紊流 由
34、于地下水是在曲折的通道中缓慢渗流，故地下水流大多数都呈雷诺数很小的层流运动，即水质点有秩序地呈相互平行而不混杂的运动。 非稳定、缓变流运动 地下水在自然界的绝大多数情况下呈运动要素（流速、流量、水位）随时间改变的非稳定流运动。3.1 水资源的形成水资源的形成u 地下水运动的基本规律 地下水运动的基本规律又称渗透的基本定律，在水力学中已有论述，这里只引用定律的基本内容。 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，是法国水力学家达西建立的，称为达西定律，即：12wHHQKAL 上式又可表示为：vK J 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。3.
35、1 水资源的形成水资源的形成 上式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。 过去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110时地下水运动才服从达西公式。3.1 水资源的形成水资源的形成 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，这称为哲才公式，表示式为： 有时水流运动形式介于层流和紊
36、流之间，则称为混合流运动，可用斯姆莱公式表示：vKJ1mvK J 式中：m值的变化范围为12。当m=1，即为达西公式；当m2时，即为哲才公式。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价一、水资源的分区n 分区原则 由于影响河流径流的许多因素，如气象因素、流域下垫面因素等，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。 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。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价n 分区方法 根据各地的具体自然条件，按照上述原则对评价范围进行一级或几级分区。常用的分区方法有：u 根据各地气候条件和地质条
37、件分区 可以根据各地的气候条件和地质条件对评价区进行分区，如将评价区分为：湿润多沙区、湿润非多沙区、干旱多沙区和干旱非多沙区； 或仅根据气候条件分为：湿润区、半湿润区、半干旱区和干旱区等。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价u 根据天然流域分区u 根据行政区划分区 全国性水资源评价可按省（自治区、直辖市）和地区（市、自治州、盟）两级划分， 区域性水资源评价可按省（自治区、 直辖市）、地区（市、自治州、盟）和县（市、自治县、旗、区）三级划分。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价二、地表水资源量评价的内容 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； 主要河流年径流量计算；
38、分区地表水资源量计算； 地表水资源时空分布特征分析； 地表水资源可利用量估算； 人类活动对河流径流的影响分析。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价三、河流径流计算n 基本特征及计算方法u 河流水文现象的基本特征 周期性 确定性和随机性 区域性u 河流水文计算的方法 成因分析法 地理综合法 数理统计法3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价n 概率与数理统计方法n 年径流量分析 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。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价u 年径流量的基本概念 年径流量：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
39、量。 多年平均年径流量，或平均年径流量：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，称为多年平均年径流量，或平均年径流量。 正常年径流量：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 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。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价u 平均年径流量计算n 径流还原计算 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。u 分项调查法 根据水量平衡基本原理，可建立下列实测径流与各项还原水量间的水量平衡方程
40、式：3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价 Q天然=Q实测+Q灌溉+Q工业+Q蓄+Q引+Q蒸+Q渗+Q分洪式中：Q天然还原后的天然径流量，m3/s； Q实测水文站实测径流量，m3/s； Q灌溉灌溉耗水量，m3/s； Q工业工业和城市生活耗水量，m3/s； Q蓄计算时段始末蓄水工程蓄水变量，蓄水量增加使该值为正值，减少时则为负值，m3/s； Q引跨流域（地区）引水增加或减少的测站控制水量，增加水量为负值，减少水量为正值，m3/s； Q蒸蓄水工程水面蒸发量和相应陆地蒸发量的差值，m3/s； Q渗蓄水工程的渗漏量，m3/s； Q分洪河道分洪水量，m3/s。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价u
41、 降水径流模式法3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价四、分区地表水资源量评价n 区内河流有水文站控制 若区内控制站上下游降水量相差较大，可按上下游的单位面积平均降雨量与面积之比，加权计算分区的年径流量。计算公式为：(1)bbabaaaP FQQP F式中：Qab分区年径流量，m3/s； Qa控制站以上年径流量，m3/s； 、 控制站以上及以下同一年的单位面积平均降水量，m3/(skm2)； Fa、Fb控制站以上及以下的面积，km2。aPbP3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价n 区内河流没有水文站控制 利用水文模型计算径流量系列； 利用自然地理特征相似的邻近地区的降水、径流关系，由降水
42、系列推求径流系列； 借助邻近分区同步期径流系列，利用同步期径流深等值线图，从图上量出本区与邻近分区年径流量系列，再求其比值，然后乘以邻近分区径流系列，得出本区径流量系列，并经合理性分析后采用。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价五、地表水资源时空分布特征n 地表水资源的地区分布特征 受年降水量时空分布以及地形、地质条件的综合影响，年径流量的区域分布既有地域性的变化，又有局部的变化。河流径流的等值线图可以反映地表水资源的地区分布特征。n 径流量的年际变化 年径流量的多年变化主要取决于年降水量的多年变化，此外，还受到径流补给类型及流域内的地貌、地质和植被等条件的综合影响。3.2 地表水资源量评
43、价地表水资源量评价n 径流的年内分配 关键取决于河流径流补给来源的性质和变化规律。当有较长期径流资料时，常采用典型年法进行径流的年内分配，典型年法又称时序分配法。典型年的选择原则： 选择年径流量接近平均年径流量或对应某一频率的设计年径流量的年份作为典型年； 选择分配情况不利的年份作为典型年。3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价六、可利用地表水资源量估算 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）。 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
44、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3.2 地表水资源量评价地表水资源量评价 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。u 蓄水工程u 引水工程u 提水工程3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价一、地下水资源分类n 地下水“资源”与“储量”的基本概念 地下水资源是指有使用价值的各种地下水量的总休。其内涵包括质与量两个方面。若单指水量时，一般直接用地下水的各种量表示。 地下水“储量”和“资源”两词分别来自矿产地质学和水文学，前者以矿产资源论，后者则视为水资源的一部分，仅纯术语方面的差别。如以“开采储量”和“开采资源”
45、为例，都表示在水质符合标准时，利用技术经济合理的引水方法获得的水量，两者是同义词。不同的是将地下水看做矿产时，用“开采储量”，视为水资源时，则用“开采资源”。有时，为了反映地下水量的不同形成特点，也可以见到同一分类中，同时出现“储量”和“资源”的概念。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 地下水资源分类 我国长期以来采用以静储量、动储量、调节储量和开采储量等四类作为地下水资源评价的依据。n 地下水资源分类的国家标准 补给量：在天然或开采条件下，单位时间进入含水层（带）中的水量。包括：地下水的流入；降水的渗入；地表水渗入；越流补给；人工补给。 储存量：储存于含水层内的重力水体积。 可利用水
46、资源（允许开采量）：有现实意义的地下水资源。 尚难利用的资源：具有潜在经济意义的地下水资源。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 允许开采量分级 根据勘测阶段、水文地质条件研究程度、地下水资源量研究程度和勘测技术经济条件等四项要素，将允许开采量分为：A、B、C、D、E等五个等级。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价二、地下水资源评价的内容、原则与一般程序n 地下水资源评价的内容 地下水资源评价 地下水水质评价 勘测技术条件评价 勘测后果评价3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 地下水资源评价的原则 “三水”转化，统一考虑与评价的原则 在天然的水循环中，地下水、地表水和降水是相互
47、转化的。 “三水”统一考虑的宗旨是：充分利用含水层中的水量，合理夺取外部水的转化。 利用储存量以丰补欠的调节平衡原则 考虑人类活动，化害为利的原则 不同目的和不同水文地质条件区别对待的原则 技术、经济、环境综合考虑的原则3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价三、地下水资源补给量（Qb）和储存量（W）计算n 地下水流流入量（侧向补给量） 或bQK J B HbQK J B M式中：Qb侧向补给量，m3/d； K含水层渗透系数，m/d； J地下水水力坡度； B计算断面宽度，m； H（或M）潜水（或承在水）含水层厚度，m。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 降水渗入补给量/365bQA x
48、式中：Qb日均降水渗入补给量，m3/d； 年均降水入渗系数； A降水渗入面积，m2； x年降水量，m/a。 降水入渗系数，是指降水渗入量与降水总量的比值。 的大小取决于地表岩性和结构、地形坡度、植被覆盖及降水量大小与降水强度等。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价 确定值的方法较多，目前多采用动态观测法计算值，见P61（334）。 此外，降水入渗系数值也可用水均衡法算；或选用经验数据，但要注意不同岩性、植被、不同地下水位埋深、不同降雨量时的值是有所不同的。3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 河、渠渗入补给量 根据开采区河、渠的上、下游断面的流量差确定，也可用有关的渗流公式计算。当两
49、岸的渗漏条件不同，需要分别计算两岸不同的渗漏补给量时，利用潜水含水层的平面渗流公式：112wwbhhhhQKBL3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 灌溉水渗入补给量u 采用地下水位资料计算：/365bQAhu 采用地下水位资料计算：/365bQmAn 相邻含水层垂向越流补给量2121()()bkQAhhAhhm3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价n 容积储存量vWVn 承压含水层的弹性储存量cpWS A h3.3 地下水资源量评价地下水资源量评价四、地下水资源允许开采量计算n 方法选择与计算程序 地下水允许开采量计算，在广义上也称地下水资源评价。u 计算方法选择 在地下水允许开采量计算中，不同计算方法和数学模型具有各自的特点和适用条件。确定性渗流模型是最基本的方法。
