第六章水资源评价

第六章水资源评价 水资源评价（water resources assessment），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水资源开发前景展望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工程规划设计的水文特征值计算方法及参数分析统计天然情况下河川径流量及其时空分布特征

6.1.2水资源评价的要求 ⑴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

⑵一般要求 ①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。 ②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。 ③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。 ④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 ⑴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。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。 ⑵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： ①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要求；

②采用的降水资料应为经过整编和审查的成果；②采用的降水资料应为经过整编和审查的成果； ③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； ④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； ⑤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。

⑶计算内容 ①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； ②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； ③选取各分区月、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；

④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；④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； ⑤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。

⑷流域平均降雨量的计算方法 Ⅰ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。

Ⅱ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；

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。

Ⅲ泰森多边形法 具体做法： ①把流域内各降水量观测站（包括流域附近的站）绘在流域地形图上； ②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； ③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）； ④根据下面假设和计算公式即可求出流域平均降水量。

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 ⑴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法主要有： ①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；ΔW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。

②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。 ③水气输送法假设一个稳定的、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)；ρ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，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/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

⑵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： ①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。 ②器测法

目前，我国常用的仪器是面积为500 cm2的ГГИ-500型土壤蒸发器。一定时段内的土壤蒸发量，可由下式计算：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500 cm2）的蒸发量换算系数。 ⑶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。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。 ⑷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。

⑴基本规定 ①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5 000 km2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响分析。

②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。

③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。③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。 ④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。 ⑤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。

⑥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。

⑦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。

⑧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。 ⑵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。

①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为控制站控制面积以外的平均年降水量、集水面积。 ②等值线法借用包括该区在内的全区多年平均年径流深等值线图，查算出流域内的平均年径流深，乘以流域面积，来计算流域多年平均年径流量。流域面积不大且缺乏实测径流资料或者是有实测径流资料但流域面积较大且不能控制全区

R3 R2 R1 R5 f5 R4 f1 f3 f2 f4 图6-4多年平均年径流深等值线图

其计算公式如下： 式中：为流域多年平均年径流量；为流域面积；为两条等年径流量线之间所包围的流域面积；为等年径流量线所代表的年径流量值，mm。有时，为了确保计算结果的可靠性，还可以用邻区有实测径流资料的相似流域，采用均值比法进行适当修正和验算。

③年降水—径流函数关系法 假如研究流域有足够年份的实测降水、径流资料或相邻相似代表流域有足够年份的实测降水、径流资料，则可以建立年降水—径流函数关系。这样，就可以用年降水资料来推算年径流量。计算公式如下：式中：A、B为模型的经验参数；e为自然对数的底。关键是要根据大量的实测资料来建立降水—径流函数关系式

⑶区域地表水资源量计算 区域地表水资源量估算的主要内容有区域面积的确定、区域年径流系列的组成及统计参数的计算等。 ①区域径流系列的计算区域径流系列的计算，可采用以下方法： • 区域内河流上、下游的自然地理条件较一致，且有一个或几个代表性较好的水文站控制本区域的大部分面积，可按面积比求出历年的年径流量，组成径流量系列；

区域内仅有一个控制站，其上游与下游的降水量相差较大，但下垫面却相差不大，可采用代表站法来计算区域的年径流量；区域内仅有一个控制站，其上游与下游的降水量相差较大，但下垫面却相差不大，可采用代表站法来计算区域的年径流量； • 区域内的水文站控制面积很小，或区域由几个独立的水系组成，且仅个别水系有水文站时，可采用年降水—径流函数关系法，由历年的降水量推算出历年的径流量； • 区域内无控制站，降水资料也缺乏时，可先采用等值线法，根据年径流量均值等值线查算得区域的均值，然后再在邻近地区寻找有实测径流资料的相似流域，用均值比法修正相似流域的历年径流量系列，再移到无资料区域，作为本区域的径流量系列。

②山丘区的地表水资源量计算 在天然条件下，山丘区的河川径流量通常就是水资源总量（此指闭合流域），地表水资源量即地表径流量。将历年的河川径流过程分割为地表径流Rs和地下径流Rg，便得到Rs和Rg两个系列，分别对径流量R、地表径流量Rs、地下径流量Rg和降水量P进行统计分析，并求出R～P、Rs～P、Rg～P的统计关系曲线及相应参数（如图6-5所示），由此可推求各种频率下的水资源总量、地表水资源量和地下水资源量。

③平原区的地表水资源量计算 在天然条件下，平原区的地表水资源量也可用地表径流量来表示。但由于平原区水资源开发利用活动剧烈且水资源转化频繁，因此平原区的水资源量计算比较复杂。在水资源转化强烈的地区，地表水以河渠渗漏、田间渗漏的形式转化为地下水，同时还有地下水向河川径流的补给。因此，水资源总量为式中：Rs’为扣除渗漏量后的地表径流量；Pg’为地下水得到的总补给量。

其中地下水得到的补给总量包括降水入渗补给量Pg、地表水体（指河道、湖泊、水库等）的渗漏补给量Q水、渠系渗漏补给量Q渠和田间渗漏补给量Q田。其中地下水得到的补给总量包括降水入渗补给量Pg、地表水体（指河道、湖泊、水库等）的渗漏补给量Q水、渠系渗漏补给量Q渠和田间渗漏补给量Q田。故水资源总量可转化为： ④计算单元的水资源量分析对于区域内某一计算单元来说，其上端接受上一个计算单元的输入，下端又向下一个计算单元输出，因此本单元的水资源量是由本地产水量和客水两部分组成。

客水，一般指流入本单元的非本地产生的河川径流。客水的共同特征是：全部是由计算单元外的区域降水所形成的产水量。客水，一般指流入本单元的非本地产生的河川径流。客水的共同特征是：全部是由计算单元外的区域降水所形成的产水量。对客水的分析就是对上游河川径流的分析估算。客水在上游水资源量估算时已经计入，在估算本单元水资源量时不再计入，但在进行水资源供需分析时，可考虑作为可利用的水资源。本地产水量的分析，因没有独立的单元流量过程线，故不能采用以上介绍的方法。从理论上讲，将每年的下断面径流量减去上断面径流量，得到计算单元的径流量系列，即可按前述方法作频率分析，但误差很大。

在平原区的计算单元中，水文比拟法是主要的分析工具。在本单元内或邻近地区，寻找代表流域或水平衡计算单元，分析流域模型的结构和参数，建立水文模型，或者分析降水～径流关系、河渠渗漏经验公式等，把它们移用到该计算单元。在平原区的计算单元中，水文比拟法是主要的分析工具。在本单元内或邻近地区，寻找代表流域或水平衡计算单元，分析流域模型的结构和参数，建立水文模型，或者分析降水～径流关系、河渠渗漏经验公式等，把它们移用到该计算单元。 ⑤区域水资源量的汇总通常，在进行水资源评价时，先估算出最上游的各计算单元和区间的水资源量，再向高一级水资源分区汇总，即分析估算更大区域的水资源量，最后汇总到各水资源一级分区。

6.2.4地下水资源量 地下水资源量评价，主要从地下水的补给量、储存量、可开采量三方面进行评价。评价方法是根据水文地质条件，划分水文地质单元，对各项补给量、排泄量进行水量平衡计算。 ⑴基本规定 ①在地下水资源数量评价之前，应获取评价区以下资料： a、形地貌、地质构造及水文地质条件；

b、降水量、蒸发量、河川径流量； c、灌溉引水量、灌溉定额、灌溉面积、开采井数、单井出水量、地下水实际开采量、地下水动态、地下水水质； d、包气带及含水层的岩性、层位、厚度及水文地质参数，对岩溶地下水分布区还应搞清楚岩溶分布范围、岩溶发育程度。 ②地下水资源数量评价应符合下列要求： • 根据对水文气象条件、地下水埋深、含水层和隔水层的岩性、灌溉定额等资料的综合分析，确定地下水资源数量评价中所必需的水文地质参数。

地下水资源数量评价的计算系列尽可能与地表水资源数量评价的计算系列同步，应进行多年平均地下水资源数量评价；地下水资源数量评价的计算系列尽可能与地表水资源数量评价的计算系列同步，应进行多年平均地下水资源数量评价； • 地下水资源数量按水文地质单元进行计算，并要求分别计算、评价流域分区和行政分区的地下水资源量。 ③平原区地下水资源数量评价应分别进行补给量、排泄量和可开采量的计算。 • 地下水补给量包括降水入渗补给量、河道渗漏补给量、水库（湖泊、塘坝）渗漏补给量、渠系渗漏补给量、侧向补给量、田间渗漏补给量、越流补给量、人工回灌补给量及井灌回归量，沙漠区还应包括凝结水补给量。各项补给量之和为总补给量，总补给量扣除井灌回归补给量即为地下水资源量；

地下水排泄量包括潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、越流排泄量、地下水实际开采量，各项排泄量之和为总排泄量；地下水排泄量包括潜水蒸发量、河道排泄量、侧向流出量、越流排泄量、地下水实际开采量，各项排泄量之和为总排泄量； • 计算的总补给量与总排泄量应满足水量平衡原理； • 地下水可开采量是指在经济合理、技术可能且不发生因开采地下水而造成水位持续下降、水质恶化、海水入侵、地面沉降等水环境问题和不对生态系统造成不良影响的情况下，允许从含水层中取出的最大水量。地下水可开采量应小于相应地区地下水总补给量。

④平原区深层承压地下水补给、径流、排泄条件一般很差，不具有持续开发利用意义。需要开发利用深层地下水的地区，应查明开采含水层的岩性、厚度、层位、单位出水量等水文地质特征，确定出限定水位下降值条件下的允许开采量。④平原区深层承压地下水补给、径流、排泄条件一般很差，不具有持续开发利用意义。需要开发利用深层地下水的地区，应查明开采含水层的岩性、厚度、层位、单位出水量等水文地质特征，确定出限定水位下降值条件下的允许开采量。 ⑤山丘区地下水资源数量评价可只进行排泄量计算。山丘区地下水排泄量包括河川基流量、山前泉水出流量、山前侧向流出量、河床潜流量、潜水蒸发量和地下水实际开采净消耗量。各项排泄量之和为总排泄量，即为地下水资源量。 ⑥应分析人类活动对地下水资源各项补给量、排泄量和可开采量的影响，并计算相应的增减水量。

⑵地下水资源量计算方法 目前，常用的地下水研究方法有水量平衡法、相关分析法、数值法等。在实际应用中，应根据研究区的水文地质条件、技术条件等选择合适的评价方法。 ①水量平衡法水量平衡法，又称水均衡法，是根据水量平衡原理来计算地下水开采量和水位变化的方法。根据水量平衡原理，对于一个平衡区（或水文地质单元）的含水层组来说，地下水在补给和消耗的动态平衡过程中，任一时段补给量和消耗量之差，等于该时段内单元含水层储存水量的变化量。

若把地下水的开采量作为消耗量考虑，可建立开采条件下的水量平衡方程（该方程适用于潜水含水层）：若把地下水的开采量作为消耗量考虑，可建立开采条件下的水量平衡方程（该方程适用于潜水含水层）：式中：Qk为侧向补给量，m3/a；Qc为侧向排泄量，m3/a；W为垂向补给量，m3/a；Qw为开采量，m3/a；Pg为降水入渗补给量，m3/a；Q渠为渠系渗漏补给量，m3/a；Q田为田间渗漏补给量，m3/a；Qe为越流补给量，m3/a；Q水为地表水体（指河道、湖泊、水库等）渗漏补给量，m3/a；Eg为潜水蒸发量，m3/a；μ为含水层的给水度；F为平衡区的面积， m2；Δt为平衡时段，a；ΔH为Δt时段内的水位变幅，m。

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