（环境科学专业论文）荣县流域广义水资源总量的计算.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 水作为自然环境的组成要素，既是一切生物赖以生存的基本条件、人类从事生产 活动的重要资源，又是自然环境的重要要素。人类文明的发展与水的关系十分密切。 综观全球，人类的祖先大多是从沿河地区发生发展起来的；农业和畜牧业也都离不开 河流；许多城镇以及不少商业性的大都市也大多靠近河流，或者在几条通航河道的交 汇处。古代文明昌盛的尼罗河流域、两河流域以及黄河流域等都是人类和水的这种关 系的明证【l 】。水是人类工农业生产、社会经济发展以及生态环境改善极为宝贵的不可替 代的资源。 随着人口与经济的增长，世界水资源的需求量不断增加，水环境也不断恶化，水 资源紧缺已成为共同关注的全球性问题。1 9 9 7 年1 月，联合国在对世界淡水资源的 全面评价的报告中指出：缺水问题将严重地制约2 1 世纪经济和社会发展，并可能导 致国家间的冲突【2 】。而水资源的可持续利用必须紧紧依托于水资源的调查与评价工作。 迄今为止，国内外水资源评价方法与实践均是基于“实测一还原”的一元静态模式， 即通过实测水文要素后，再把实测水文系列中隐含的人类活动影响扣除，“还原”到流 域水资源的天然“本底”状态【3 l 。但是，随着人类活动日益频繁，还原的比例越来越大， 且受资料条件等客观因素的限制以及选取还原参数时人为主观随意性的影响，应用还 原法难以获取“天然”和“人工”二元驱动力作用下的水资源量的“真值”。同时，现行水资 源评价方法还存在以下问题： 现行评价以地表水和地下水构成的径流性水资源为口径，没有评价非径流性水 资源，因此评价口径不全面，很难反映水资源的多元有效性( 如生态植被对土壤水的 有效利用等) ； 现行评价以分离评价为基本模式，如地表水评价与地下水评价相分离、水资源 量评价与开发利用评价相分离，难以满足水资源综合规划的需求； 现行评价难于反映下垫面变化对现状可利用水资源的影响，不能反映水循环过 程的全部有效水量和水量利用效率的高低； 现行评价采取分区集总的方式进行评价方法，在描述水资源的空间变异特征和 指导开发利用方面存在一定的局限。 因此，传统水资源评价方法和评价手段亟待改进。 本研究采用了广义水资源总量概念，从水资源的有效性出发，对传统意义上的水 资源概念进行拓展，其是在径流性和非经流性水资源中扣除无效蒸发部分后的水资源 总和。并以自贡市荣县为研究案例，荣县位于四川省南部，属白贡市管辖，距市区3 8 l ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 毗邻内江、宜宾、乐山市，地处长江上游沱江、岷江水系的低山丘陵地带。荣县流域 ( 面积1 6 0 6 5 0 6 7 k m 2 ) ，人口7 0 万，跨岷江和沱江两大水系，年平均降雨量9 6 3 毫米。 上个世纪六十年代以来，荣县流域干流共建成中型水库1 座( 总库容5 8 0 0 万m 3 ) 、 小( 一) 型水库2 3 座( 总库容4 7 7 2 万m 3 ) 、小( 二) 型水库8 3 座( 总库容2 5 4 1 8 万 m 3 ) 、山平塘1 2 7 1 9 处( 总库容5 0 0 8 万m 3 ) 以及石河堰等大量水土保持设施。人类活 动不仅改变了水循环过程，同时对水资源的数量及其构成产生重大影响。因此，本研 究通过计算荣县流域林冠层截流蒸发量、地面截流有效蒸发、土壤水有效蒸发量，即 非经流性水资源( 雨水资源有效利用) ，可为荣县流域水资源全口径评价提供非径流 性水资源的基础数据，从而对荣县流域水资源可持续开发利用提供一定的指导作用， 根据计算结果可以调整发展模式增加对非径流性水资源量的利用。 1 2 国内外研究现状 从有关各国在水资源评价工作的进展过程中，可以看出水资源评价的内容随时代 的前进而不断的增加。 国内外专家提出了“绿水”的概念，即非经流性水资源( 雨水资源有效利用) ，其 中间赋存形式是土壤水及冠层截流，最终形式是蒸散发后返回大气的蒸气流【4 】。如果将 传统意义上的的径流性水资源称为“狭义水资源”，那么“狭义水资源”与“雨水资源有效 利用”之和便可称为“广义水资源”。 非经流性水资源( 雨水资源有效利用) 主要包含：冠层截流蒸发、地面截流有效 蒸发以及土壤有效蒸发，对生态系统利用的雨水的研究首先是对流域蒸散发e t o 的研 究。 1 2 1 国外研究 国外对蒸散发的研究已有2 0 0 多年历史，己取得了一系列成果。国外最早研究流 域蒸散发的是1 8 0 2 年道尔顿( d a l t o n ) 提出的道尔顿蒸发计算公式，使蒸发的理论计算 具有明确的物理意义，对近代蒸发理论的创立有着决定性的作用。1 9 2 6 年，波文( b o 、e n ) 从能量平衡方程出发，提出了计算蒸发的波文比能量平衡法。1 9 3 9 年，桑切斯特 ( t h o m t h 俄i c ) 和霍尔兹曼( h o l z l r m ) 利用近地面边界层相似理论，提出了计算蒸发的空 气动力学方法。1 9 4 8 年，彭曼( p e m a j l ) 和桑切斯特同时提出了“蒸发力”的概念及相应 的计算公式。1 9 5 1 年，s 晰n b a n k 提出用涡动相关法计算各种湍流通量。2 0 世纪5 0 年 代，苏联学者提出大区域平均蒸发量的气候学估算公式及水量平衡法。1 9 6 3 年，蒙蒂 斯f m o n t e i t h ) 在研究作物的蒸发和蒸腾中引入表面阻力的概念导出p e m a l l m o m e i t h 公 式，为非饱和下垫面的蒸发研究开辟了一条新的途径。2 0 世纪7 0 年代末，h i l l e l 等从 土壤水运动规律出发，并结合土壤物理学原理来确定蒸发量，开辟了蒸发计算领域的 另一个重要分支。2 0 世纪6 0 年代以来，出现了模拟土壤作物大气连续系统中能量 与物质交换过程的研究，用以克服传统方法所存在的缺陷。虽然其中一些参数目前还 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 不能精确估计从而未能达到应用的程度，但在理论上是继m o n t e i t h l 9 6 3 年后蒸发计算 领域的又一个大的突破，意义重大。2 0 世纪7 0 年代初以来，国外己经利用遥感信息计 算区域蒸发( r e g m a t o i u ，j a c k s o i l i ，p i n t e r 瓜，1 9 8 5 ) 【5 】o 虽然还有许多的问题有待解 决，但是由于利用遥感信息能计算蒸散发、测定面上蒸发，应用前景广阔，预期会取 得较快的进展。 1 2 2 国内研究 我国的蒸散发研究工作始于2 0 世纪5 0 年代，新中国成立以来，许多的科研单位 以及生产部门根据实际需要把四水( 降水、地表水、土壤水和地下水) 列为重要研究课题， 蒸发在四水转换中是拟解决的关键性问题之一。5 0 年代中期之前，我国仅有水文、气 象台站应用小型水面蒸发器测得的水面蒸发数据，对蒸散发开展的工作很少，陆面蒸 发研究几乎是空白。2 0 世纪6 0 年代以来，开始逐渐注重蒸发测定方法的研究【6 1 。另外， 许多学者结合中国的实际情况引用、推导或修正国外普遍流行的公式进行了大量蒸发 计算工作；并对潜在蒸发和实际蒸发方面做了大量的工作。许多学者以自由水面蒸发 资料作为基础，建立了一些潜在蒸发的经验公式1 7 1 。还有一些学者在特定的场合，实地 测出水分充分供给条件下的蒸发量，以作为这个特定场合的潜在蒸发值，特别是在农 田，建立了一些如小麦、玉米等的潜在蒸发计算公式。 1 3 本课题研究思路及内容 一般意义上的水资源是指流域水循环中能够为人类社会和生态环境所利用的淡 水，其补给来源主要为大气降水。大气降水中能够为人类社会和生态环境所利用的水 量包括两部分：一是可被天然和人工生态系统直接利用的有效降水；二是可通过工程 开发利用的地表水体和地下水【8 】。一般的水资源评价仅指后者( 即传统定义的狭义水资 源量) ，但本文采用前者，改变传统水利观对水资源的认识，采用水资源概念的新定 义( 即广义水资源量) ，研究荣县水资源总量。 狭义水资源评价是通过农田及水土保持减水量来计算、粗略考虑雨水资源利用， 但不能定量分析植被生态系统的雨水利用量；而广义水资源评价基于流域水循环全要 素过程，可以统筹考虑径流性水资源和雨水资源的相互作用，有利于实现广义水资源 的总体高效利用【训。因此，本课题研究内容为： ( 1 ) 提出广义水资源总量的概念及组成，提出流域非经流性水资源( 雨水资源有效 利用) 的计算模型； ( 2 ) 采用g i s 平台，通过制作荣县区域d e m 图，划分出荣县区域岷江和沱江两大 水系流域及各水系流域包含的次一级子流域，作为研究工作的基础图件和部分计算参 数的来源； ( 3 ) 根据所提出的方法、模型以及流域分区，评价荣县流域的径流性水资源、生态 系统利用的雨水资源及其构成与利用效率，能够分析在强烈人类活动影响下荣县流域 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 广义水资源与构成所发生的显著变化； ( 4 ) 对荣县低效与高效水量进行计算评价，从而对荣县流域水资源利用具有一些启 示。 1 4 拟采取的研究方法、技术路线 本课题首先对研究对象进行相关资料的实地考察和详细资料的收集，以先进的计 算机为工具，利用g i s 和遥感软件分析获得数据，采用模型技术等方法进行分析研究， 利用该模型得出初步结论，计算出荣县流域林冠层截流蒸发量、地面截流有效蒸发量、 土壤水有效蒸发量，把这部分非径流性水资源与径流性水资源叠加，给出荣县流域的 广义水资源总量，并对高效和低效水量进行分析比较，为荣县水资源的利用提供指导。 图1 1 技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章广义水资源量的概念及计算模型 2 1 广义水资源量的概念 2 1 1 广义水资源量的组成 在我国，开发利用水资源具有悠久的历史，但直到现在还没有一个确切的、具有权 威性的水资源的定义，一般认为，水资源的含义有广义和狭义两种。过去狭义水资源 总量仅限于地表水资源量和不重复的地下水资源量，即仅认同可供调配的“形成径流的 水量”。 王浩等定义“广义水资源”包括：径流性水资源和生态系统利用的有效降水( 非径 流性水资源) ，其来源为大气降水，赋存的形态为地表水、土壤水和地下水。应当承认， “广义水资源”的概念是相对的，也有更为广义的水资源定义。尽管所有的降水对全球 水循环都是有作用的，但是过于宽泛的定义不利于对区域水资源问题的分析。因此， 本研究将“广义水资源的概念”取为王浩等的定义，即所有为经济社会和生态系统利用 的大气降水：既包括地表水和地下水，又包括植被、作物等生态系统利用的土壤水以 及冠层与地表的降水截流，但不包括未被生态系统利用的沙漠、裸地、裸露岩石等下 垫面上的蒸发。因此，它是相对于传统径流性水资源而言i l 0 1 。 广义水资源总量包括两部分：一是现行水资源评价中的狭义水资源总量；二是天然 与人工生态对降水的有效利用量，即非经流性水资源量( 雨水资源的有效利用量) 。 可用下式表示： w s = ( r s + r g ) + e p + e s s + e e s ( 2 - 1 ) 广义水资源总量w s = ( 地表水资源量风+ 不重复的地下水资源量r g ) + 林草冠层截 流蒸发量e p + 地面截流有效蒸发e s s + 与地表水、地下水不重复的土壤水有效蒸发量 e e s 其中，( r s + r g ) 为狭义水资源量。 说明：林草冠层蒸发可直接降低植物表面和体内的温度，对维护植物正常生理是 有益的【1 1 】，因此林草冠层截流蒸发是有效的；居民与工业用地上的地面截流蒸发、作 物和林草棵间截流蒸发分别对人类和生态环境主体有直接环境效用【1 2 】，应将其纳入到 有效的广义水资源范畴；另外，居民与工业用地的土壤蒸发、作物和林草棵间的土壤 蒸发对人类和生态环境主体也有直接的环境效用，应作为有效蒸发；潜水蒸散发是从 狭义的地下水资源转化而来得，全部属于有效水分，也应将其纳入广义水资源。 主要是由于这部分降水支撑了广大的地带性植被，并补充了各用地类型条件下的生 态耗水，尤其对绿洲荒漠交错过渡带等的生态需水起关键的作用。非径流性水量虽然 不是可调配的“可见水量”，但通过对其有效利用，可减少供社会经济系统使用的径流 性水资源的耗用量，有助于社会经济系统的需水供给；但若在降水较少的平原绿洲区， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 天然和人工植被的水分需求本身不够，就需要依靠狭义水资源来支撑，而社会经济系 统对径流性水资源的耗用越多，对生态环境用水的挤占也就越甚；生态环境用水的减 少定会导致生态环境的恶化，其结果又会反过来制约社会经济的发展。 本文所用广义水资源的组成如图2 1 。 图2 1 广义水资源总量的组成 2 1 2 广义水资源量的应用意义 1 、广义水资源的界定 从广义水资源界定出发，可以将降水分为三类：一类是无效降水，是指天然生态 系统消耗的、人工系统无法直接利用或对于人工系统没有效利用的那部分降水，如消 耗于裸地、沙漠戈壁和天然盐碱地的蒸发等。第二类是有效降水和土壤水资源，可被 天然生态系统与人工生态系统直接利用、并对人类社会和生态环境具有直接的效用， 却难于被工程所调控，但可以调整发展模式增加对这部分水分的利用。此类有效降水 主要包括各种消耗于天然生态系统( 各类天然林草和天然河湖) 和人工生态系统( 人 工林地、草地、农田、鱼塘、水库、城市、工业区和农村等) 的降雨和河川径流量。 第三类是径流性水资源，包括地表水、地下含水层中的潜水和承压水，这部分水量可 通过工程对其进行开发和利用1 5 】。 2 、广义水资源总量的意义 广义水资源总量概念体现了生态系统、水资源系统和社会经济系统的相互作用 关系。采用该概念，能够对流域环境的水资源有个全面的认识，在以后的规划配置和 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 管理中获得更高的视界，更切合实际问题的解决。 由于生态消耗的水分不仅是国民经济和社会发展的基础性资源，而且还滋养了 对人类生存具有重要意义的生态系统，因此广义水资源认为：与生态系统具有密切关 系的一切的水分都应该作为水资源来评价。界定广义水资源的概念可以体现对生态环 境的保护和对社会经济发展的决定性意义； 对生态系统具有效用的水分不仅是径流性水资源，还有降水产生的雨水冠层、 填挖截流等非径流性资源。因为无论是天然生态还是人工生态，降水都是研究其水分 需求的前提； 广义水资源的定义为土壤水的调控提供了理论依据。此外，对水资源的高效利 用、科学调控广义水资源以及增加水资源的有效利用量，都具有重要的意义； 广义水资源的定义为水资源合理配置中采取工程和非工程措施调控降水资源， 从而对增加降水的有效利用量具有重要意义。 综上所述，从广义水资源量出发，考虑非径流水量( 雨水资源有效利用) ，将有 效蒸散量纳入水资源量中，在今后的水资源配置中可提高水的利用率。 2 2 狭义水资源量 目前，狭义水资源量指某一区域内，当地降水形成的地表和地下的产水量。这两 部分水量有着密切联系，相互转化，不能截然分开，但是为了分析研究的方便，通常 把两者分别定义：地表产水量指地表径流量，包括坡面流和壤中流，而不包括河川基 流量；地下产水量指当地降水和地表水体入渗对地下水的补给量，应为河川基流、潜 水蒸发、地下潜流等三项之和【1 4 】。 2 2 1 地表水资源量 地表水，即地表径流，主要由降雨形成，且受降雨强度、地形、地貌、植被、土 壤结构的影响，与此同时还与人类活动有很大关系，比如河流上的坝闸、水库等拦蓄 工程建设、引水工程建设都将直接影响河川的径流状态【l5 1 。 区域的地表水资源由从区外取用的地表水水量( 包括人工流域外调入的水量和通 过河流的入境水量) 与当地降水产生的地表径流组成。其中入境水量( 流入子流域的 地表径流量) 由流域入口监测系列资料，获得不同频率代表年的入境流量。在没有监 测站的情况下，采用其他方法推算；自产水量( 当地降水产生的径流量) 有时还包括 地下水溢出补给量，主要是依据实测资料建立降雨径流关系，求算出不同频率代表 年的径流深，乘上子流域面积，即为自产水量。 2 2 2 不重复的地下水资源量 地下水是水资源的重要组成部分，广义地下水包括土壤、隔水层和含水层中的重 力水和非重力水。狭义地下水指土壤、隔水层和含水层中的重力水；本文所采用的地 下水资源是指赋存于饱水带岩土空隙中的重力水( 即狭义地下水) 。影响地下水补给的 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 主要因素是降水，其次是植被覆盖率和降水历时，植被覆盖率高和降水历时长有利于 地下水的补给【l5 1 ，反之则不利地下水的补给。 区域的地下水资源即地下水的总补给量其组成有：区域外的侧渗、当地的降水入 渗补给、穿行于本区域的外流河道的入渗补给、区内的地表水( 渠系、田间、湖库等) 的入渗补给以及地下水越流补给等。 ，2 2 3 区域狭义水资源量的构成 综上所述，狭义水资源量由地表水资源量与地下水资源量相加扣除两者之间互相 转化的重复量而得。 2 3 非经流性水资源量 2 3 1 概念 非经流性水资源量( 雨水资源的有效利用) 主要包含：冠层截流蒸发、地面截流 有效蒸发以及土壤有效蒸发，其可降低植物体或是人居环境的温度、对于人类和生态 环境主体是有直接环境效用的。 1 、林草冠层截流蒸发量 大气降水输入到森林、草地及农田等天然和人工生态系统时会受到林、草冠的拦 截作用，被拦截的这部分水分最终通过蒸发作用返回大气，在水文水资源分析计算以 及天然、人工生态系统能量平衡中该部分常被忽略。在降水通量各垂向分量中，冠层 蒸发能够直接降低植物表面和体内或是人居环境的温度，对维护生物正常生理是有益 的，同时还可替代一部分植被有效蒸腾，因此冠层截流蒸发是有效的【1 6 】。 一般情况下，林草冠层截流主要受到林草本身特点( 林草种类、冠层结构、林分 年龄等) 和环境因素( 降水频率、降水强度、降水历时、风速、温度等) 的共同影响。 从叶片形状来说，针叶树种的截流降水量较大，阔叶树种次之；从林木生长规律来说， 常绿树种较大，落叶树种次之；从冠层结构的复杂程度来说，天然林较大，人工林次 之，草地、农田等最低【1 7 】。大部分研究认为，林草冠层截流蒸发量与降水量呈正相关 关系，一般来说，二者之间的关系在降雨初始或雨量很小时表现十分明显，但截流率 随着降雨量的增加而减小。 研究表明，温带针叶林林冠截流率为2 0 4 0 。我国主要森林生态系统的林冠截 流率为1 1 4 3 6 5 ，变动系数为6 6 8 5 5 0 5 ，树冠截流功能波动性大，稳定性 小，其中以亚热带西部高山常绿针叶林最大，亚热带山地常绿落叶阔叶混交林最小 1 引。 2 、地面截流有效蒸发量 对于地面截流蒸发，按照国内相关标准，地表土地利用系统分耕地、林地、草地、 水域、城乡居工地和难利用土地，其中居工地地面截流蒸发、作物和林草棵间截流蒸 发分别对于人类和生态环境主体有直接环境效用；而对于难利用的土地截流蒸发( 沼 泽地将其归并到水域类) 、稀疏草地的大棵间截流蒸发( 依据覆盖度确定) 等都作为无 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 效蒸发。 3 、与地表水、地下水不重复的土壤水有效蒸发量 虽然土壤水只占世界水资源中很小的一部分，但是在全球水量和能量交换中却起 着重要的作用。对于土壤蒸散发，蒸腾耗散的水分直接参与了生物量的生成，属于有 效水分【1 9 1 。居工地土壤蒸发、作物和林草棵间土壤蒸发对于人类和生态环境主体也有 直接环境效用；裸地土壤蒸发、稀疏草地的大棵间土壤蒸发等都作为无效水分。 蒸腾量是指通过植物根系吸收到植物体，除少量存储于植物体内外，绝大部分通 过植物叶面扩散到大气中，参与湍流交换过程的土壤水资源量。蒸发量是指通过土壤 表面直接蒸发到大气中的土壤水资源量，包括裸土、盐碱地、沙漠戈壁等难利用土地 的蒸发和植被棵间蒸发。由于土壤水资源消耗形式的差异，使得其消耗效用明显不同 【2 0 1 。那么，对于不同消耗方式的土壤水资源，其消耗效用界定如下： ( 1 ) 难于利用的土地的蒸发消耗量：尽管该部分土壤水资源量能对周围的生态环境 起到一定的作用，但是，由于人类活动较少，从而使得其被利用的可能性甚微，因此， 可认为是无效消耗量。 ( 2 ) 植被棵间的蒸发消耗量：由于该部分水量没有直接参与植株干物质的生成，且 可通过调节农田和植被区域的小气候而影响生物量的产生，因此认为是有效消耗量； 但是，相对于植被干物质的形成其利用效用较低，该部分蒸发量又可认为是低效消耗 量。 ( 3 ) 植被的蒸腾消耗量：由于该部分土壤水资源直接参与植株干物质的形成，理应 属于土壤水资源的有效消耗量，但大量的农田试验表明，植被蒸腾中绝大部分以水汽 的形式散失到大气中，是一种奢侈的蒸腾，可看作低效消耗；另外形成生物量的部分 可认为是高效消耗。然而，由于植被的奢侈蒸腾量与植被的生理特性、生存环境等密 切相关，到目前为止并没有统一的鉴别标准。为此，本文中将消耗于植被蒸腾的所有 土壤水资源均认为是高效消耗量。 2 3 2 计算模型研究 本文分别对林草冠层截流蒸发量、地面截流有效蒸发量以及与地表水、地下水不 重复的土壤水有效蒸发量进行研究，由于上述各项均与蒸散发潜力有关，因此，首先 利用p e m n a n m o n t e i t h ( p m ) 公式【2 1 】计算蒸散发潜力e t o 及潜在蒸散发量e o ，其计算模 型如下： 蒸散发潜力 p e m 瑚n m o n t e i t h ( p m ) 公式： e t o ：( 0 4 0 8 卸和汁( 9 y 晦勘l 护) ( t 斗- 2 7 3 ) ) ( “1 + 0 3 4 哟) ( 2 2 ) 式中，e t r 蒸散发潜力( m 瑚d 1 ) ， 饱和蒸气压一温度曲线的梯度( 1 ( p a q ) ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 r 。净辐射( m j m 五d - 1 ) ， g 一地热通量( m j m d - 1 ) ， t - 平均气温， u r 高度为2 m 处的风速， e 。和e 。分别是温度为t 时的饱和水汽压和实际水汽压( k a ) ， 丫一干湿球常数( k p a 以) 。 净辐射量如的计算 r n = r m 一心l 式中：k 为净短波辐射通量( m j m 。2 d 1 ) ， k i 为黑体净长波辐射通量( m j i n - 2 d 。) ， 式中的k 。和心1 分别由计算求得，计算公式如下： r i i l = o ( ( 1 r 4 m 觚上+ 1 4 m i i i j c ) 2 ) ( 0 3 4 o 1 4 e 1 陀。) ( 1 3 5 r 。r s 。o 3 5 ) = o 7 7 咫= ( 0 2 5 + 0 5 训n ) 心 咫。= ( 0 7 5 + 2 ( a l t i t i l d e ) 10 0 0 0 0 ) 如 r - a 亍( 2 4 ( 6 0 ) 7 【) g s c d r ( w s s i n ( p s i n 6 + c o s q c o s 6 s i n w s ) d r _ l + 0 0 33 c o s ( 2 7 【j 36 5 ) 6 = 0 4 0 9 s i n ( 2 7 【j 3 6 5 1 3 9 ) 其中，r 广短波辐射通量( m j m 。2 d 1 ) ， r 广大气顶层接受的太阳辐射通量( m j m 。2 d - 1 ) ， g 。广太阳常数( m j r n 2 m i n 1 ) g s c = 0 0 5 2 0 ， d f 日地相对距离， 6 太阳磁偏角( r a d ) ， 卜纬度( r a d ) ， w 。日落时的角度( r a d ) ， j _ 4 内的天数， n 可能最大日照时数，根据测站所在纬度查表求取， 卜实际日照时数，直接从气象站获取， o 为波尔兹曼常数( 4 9 0 3 x 1 0 9 m j m 之d 1 ) ， t m a x j 广绝对温度( k ) ，t m 飘k = t m 觚+ 2 7 3 1 6 ， a 1 t i t u d e 研究区海拔高度( m ) 。 地热通量g 的计算 g = 0 1 2 【t i 一( t i 1 + t i 2 + t i 3 ) 3 】 其中：g 一地热通量( m j m 一d i ) ， ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) ( 2 - 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 t i 当日平均气温( ) ， t i - l ，t 汜，t i - 3 分别为前三日的平均气温( ) 。 饱和水汽压e 。的计算 饱和蒸汽压的计算采用f a o 5 6 提供的公式计 、 e 。= 0 6 1 0 8 e x p ( 1 7 2 7 t ( t + 2 3 7 3 ) ) ( 2 - 1 2 ) 其中，一平均温度( ) 。 实际水汽压e 。的计算 实际水汽压e 。根据饱和水汽压e 。和空气的相对湿度计算，其计算公式如下： e 产e s i t h m c 锄 ( 2 1 3 ) 其中，r h m 。平均相对湿度( ) ，直接从气象资料中得到。 饱和水汽压曲线斜率的计算 = 4 0 9 8 e s ( t + 2 37 3 ) 2 ( 2 14 ) 其中，卜平均温度( ) ， e 广韫度为t 时的饱和水汽压( k p a ) 。 干湿球常数丫的计算 干湿球常数采用b m n t ( 1 9 5 2 ) 提出的公式计算，公式为： 丫= p p 净0 0 0 1 6 3 p 肌 ( 2 - 1 5 ) 其中，降显空气比热( 1 0 1 3 蝎k g 。1 。1 ) ， 卜大气压力( k p a ) ， 卜常数，取值o 6 2 2 ， 入一蒸发潜热( m j 埏。) ，计算公式为：扣2 5 0 0 2 5 一o 0 0 2 3 6 5 t 。 潜在蒸散发量e o _ e t o t 其中：t 为时间( d ) 。 以下分别为各项有效蒸散发计算模型。 1 、林草冠层截流蒸发量 实际蒸散发量e p = p ( 1 + w - e o p ) ( 1 + w e o p + ( e o p ) d ) 】 ( 2 1 6 ) 式中：卜流域多年平均降水量，m m ； e t _ 实际蒸散量，m m ； e r 潜在蒸发量，m m ； w 无量纲的流域下垫面特征参数。 2 、地面截流有效蒸发量 e s s = c e s s l + ( 1 - c ) e s s 2 ( 2 1 7 ) 其中：e h 。i a = p - e s s l 一l ( 2 1 8 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 瞬f ；笋爵 r u ，= 王三。，h 。，m 猷 ( 当p + h u l e s s l m a 时) ( 当p + h u l h u l m 越时) ( 爹e h t l 2 e t = p e s s 2 r u 2 ( 2 1 9 ) 时f ；溜卷谶暨荨； r u ，= f 三u 2 h u 2 m 教 ( 当h u 2 h u 2 m a x 时) ( 当h u 2 h u 2 m a x 时) 其中：卜降雨量； h l 广洼地储蓄量； e s r 蒸发量； i o 一地面径流； h u m 。) 广一最大洼地储蓄深； e s s m 积一潜在蒸发量( 由p e n m a l l 公式计算) ； c 一城市建筑物的面积率；下标1 一表示城市建筑物；下标2 一表示城市地 表面。 3 、与地表水、地下水不重复的土壤水有效蒸发量 裸地植被域的土壤水蒸发蒸腾量( e s v ) 由下式计算： e s v = t t r l + t t 眨+ t t r 3 + t t r 4 + e s 其中：t t 卜植被蒸腾( 来自干燥叶面) ； e 。一裸地土壤蒸发； k l 一表示高植被( 森林、都市树木) ， t 2 一表示低植被( 草) ， t 仃3 一表示灌溉农作物， t 仃4 一表示非灌溉农作物。 植被蒸腾 t i r - 、，e g ( 1 6 ) e t o 等= 喙班跏r ， ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 ”虢一w m 钺 6 = ( w 删| ：m 毅) 2 7 3 w 丽a x = 0 2 v e g l a i ( 当w ，洲呻a x 时) ( 当w r w r n l a 。时) ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) 式中：v e g 一裸地一植被域的植被面积率； 6 一湿润叶面的面积率； e t o 一蒸散发潜力( 由p e r l i i l a n m o m e i t h ( p m ) 公式计算) ( m m ) ； w ，植被截流水量( m m ) ； p 降雨量( m m ) ； 植被流出水量( n 1 1 1 1 ) ； w 咖戤最大植被截流水量( m m ) ； l a i 叶面积指数( l a i = 7 0 f ，式中o f 为植被覆盖率) 。 裸地土壤蒸发 e 。= ( ( r n g ) + p a c p 6 e ，r a ) 人( + y p ) ( 2 - 2 6 ) 厂0当e s e m 时 其中p = 1 ，4 ( 1 - c o s ( 丌( e e m ) ，( e f c - e m ) ) ) 2当e m e e f c 时( 2 2 7 ) 土1当e e f c 时 式中：b 一土壤湿润函数或蒸发效率； 0 一表层( 一层) 土壤的体积含水率； 0 f c 一表层土壤的田间持水率； 0 m 一单分子吸力( p f 6 o 7 o ) 对应的土壤体积含水率。 2 4 小结 本章根据广义水资源总量的概念，得出狭义水资源量的组成、雨水资源有效利用 的组成及计算模型，为荣县广义水资源总量的计算奠定基础。 要要銮誊銮：罂吉兰薹兰：竺釜三蓦：至 第3 童荣县狭义水资源量 31 荣县概况 311 地理位置与行政区划 荣县位于四川赫地的西南1 | i ，属自贞市辖区，南起北纬2 尹1 1 3 9 ，北至北纬批8 ”， 东起东经1 8 ”，西至糸经1 0 蜘，县城位于北纬剪= 2 8 2 7 ”，东经1 0 4 。2 4 强。行政 区划东临贞井，距市区3 8 k m ，南接宜宾县，两与犍为、井研县卡h 邻，北与仁寿、威远 ：县交界。荣县地处长江e 游支流沱江，岷江水系的低山丘陵地带，来硅长6 02 h 南北宽5 51 k m ，幅员山积1 6 0 65 0 6 7 k 秆，辖2 7 个乡镇，人门7 0 ，非农业人口1 4 儿城镇化水平2 0 。荣县地理何胃罔见罔3 一】。 一 ，j 。、， 、r 一一冬 。广7 _ 一一一心i i ， 、一工。一 亡 一。 - ，。飞 = i 一6 目3 1 荣县地理位置图 312 社会经济概况 2 0 0 6 年，荣县地犀7 产总值( g d p ) 4 20 8 亿元，人均g d p 达到8 0 7 3 兀，比上年 增k 1 2 。其中，第产业增加值1 65 万元，增长66 ：第：产业增加值42 6 万元， 增k l85 ；笫二产业土f 加值1 6 2 “元，增长1 12 产业结构比为3 67 ：2 82 ：3 5 1 城镇居民人均可支配收入7 3 8 2 兀，增长98 ，农民纯收入达3 4 2 0 元，增k1 17 。 荣县时前有备类学校2 5 6 所，在校学7 l7 7 6 2 0 人，文岂场馆5 个，图件馆减社1 6 仃册，体育场馆5 9 个各类卫生机构4 3 个，脒位9 6 l 张，卫生技术人员6 6 3 人。拥 有吴玉章故居、荣县大佛、双溪水库风景区等旅游资源。 在交通方面，有_ 级公路省道s 3 0 5 线贯穿永西，其在荣县境内长6 08 公坦：另有 二缴、四绒公路5 6 86 公驻，2 7 个乡镇公路基奉畅通交通便捷。荣县且城及郝家坝 上业同区东目r 内宜高速、内昆铁路、自贡市4 0 余公咀，西离成乐高速、乐l lj 巾8 0 余 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 公里。 3 1 3 自然地理条件 1 、气候与降雨 荣县属亚热带湿润气候区，大陆性季风气候显著。主要气候特点是：四季分明、气 候温和、降水充沛，季节分布不均。冬暖、春旱，雨水少，气温波动大，无霜期长； 夏季炎热，湿度大，雨水集中，多雷暴，旱涝交错，初夏多干旱发生，盛夏多局部洪 涝；秋季气温下降快，常有绵雨；全年多云，实际日照少，太阳辐射能量偏低；秋、 冬季多雾。主要气候要素如下： ( 1 ) 日照 荣县平年太阳可照时数为4 4 2 5 6 小时，闰年为4 4 3 7 0 小时。年平均日照时数为 1 2 4 1 1 小时，日照时数年最多为2 0 0 2 年1 5 5 0 4 小时，日照百分率为3 5 ；日照时数 年最少为1 9 8 2 年9 7 2 7 小时，日照百分率为2 2 ；日照时数月最多为1 9 9 4 年8 月为 2 7 9 3 小时，日照百分率为6 8 ：日照时数月最少为1 9 8 3 年1 2 月为1 1 8 小时，日照 百分率为4 。 ( 2 ) 气温、积温、地表温度 荣县年平均气温为1 7 6 ，年平均温度日较差为1 6 ，8 ，年平均气温最高为1 8 3 ， 年平均气温最低为1 6 9 ；月最高平均气温是7 月为3 0 8 ，月最低平均气温是1 月 为5 2 ；极端最高气温为3 9 7 ，出现于2 0 0 6 年8 月1 2 日，极端最低气温为2 7 ， 出现于1 9 7 5 年1 2 月1 5 日；日极端最高气温3 5 o 多年平均为7 天，其中7 - _ 8 月占 5 天，最多的一年是2 0 0 6 年有3 0 天，1 9 6 5 年和1 9 8 3 年无日极端最高气温3 5 o ；日 极端最低气温 o 出现了1 6 年。 积温：o 的积温年平均为6 4 4 3 8 ；芝5 的积温年平均为6 3 0 0 7 ；1 0 的积 温年平均为5 6 7 6 7 ，有效积温为2 9 4 2 9 ；三1 2 的积温年平均为5 3 3 1 9 ，有效积 温为2 3 8 8 3 ；兰1 5 的积温年平均为4 8 3 7 1 ，有效积温为1 6 4 7 0 ；2 0 的积温 年平均为3 4 1 3 5 ，有效积温为6 6 6 0 ；芝2 3 的积温年平均为2 2 6 5 3 ，有效积温 为2 7 9 2 。 地表温度：年平均1 9 8 ，年极端最高6 9 o ，年极端最低5 4 。小于0 地温 年平均为6 天，1 月最多，3 月最少。 ( 3 ) 降水 荣县年平均降水量为9 6 3 毫米：最多的一年是1 9 6 2 年降水量为1 5 4 3 7 毫米，最少 的年是1 9 9 4 年降水量为6 4 6 2 毫米。最多的月是2 0 0 5 年7 月月降水量为4 7 8 9 毫米； 最多的一日降水量是1 9 9 7 年6 月2 7 日为2 1 7 5 毫米：任意1 2 小时最大降水量为1 2 5 4 毫米，任意6 小时最大降水量为1 2 5 2 毫米，任意3 小时最大降水量9 3 6 毫米，任意l 小时最大降水量为6 9 8 毫米。最长连续降水日数2 5 天，累计降雨量为18 4 3 毫米，出 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 现于1 9 8 2 年8 月2 6 日到9 月1 9 日。最长连续无降雨日数4 7 天，出现于1 9 9 2 年1 1 月4 日到1 2 月2 0 日。 历年，日降水量之o 1 毫米雨日，多年平均为1 4 5 天，1 9 8 8 年最多为1 7 3 天，2 0 0 6 年最少为1 2 9 天；日降水量之1 0 毫米雨日多年平均为2 6 天，日降水量三2 5 毫米雨日多 年平均为1 0 天，日降水量5 0 毫米雨日( 暴雨) 多年平均为4 天，日降水量l o o 毫米 雨日( 大暴雨) 多年平均为o 6 天，5 年累计出现了3 次大暴雨，日降水量2 1 5 0 毫米的 特大暴雨雨日为1 9 9 7 年6 月2 7 日为2 1 7 5 毫米，1 9 7 1 年6 月2 9 日为1 5 0 2 毫米。 大雨开始期平均为4 月2 3 日，终止于9 月11 日，最早出现于1 9 9 5 年3 月3 1 日， 最晚终止于1 9 7 6 年1 0 月2 3 日；暴雨开始期平均为5 月2 4 日，终止于8 月1 6 日，最 早出现于1 9 9 8 年4 月2 3 日，最晚终止于1 9 8 6 年1 0 月1 1 日。 春季( 3 一月) 平均降水量为7 5 8 毫米，占年降水量的8 ；夏季( 5 8 月) 平 均降水量为6 5 8 5 毫米，占年降水量的6 8 ；秋季( 9 _ 1 1 月) 平均降水量为1 9 4 9 毫 米，占年降水量的2 0 ；冬季( 1 2 _ 2 月) 平均降水量为3 3 5 毫米，占年降水量的4 。 由于降水在季节、时空上的不均匀，导致荣县干旱尤为突出，各类干旱分别是冬干占 7 5 ，春旱占3 5 ，夏旱占6 5 ，伏旱占4 5 。 ( 4 ) 蒸发量 荣县年平均蒸发量为1 1 8 8 1 毫米；最大的年蒸发量为1 4 4 5 4 毫米，最小的年蒸发 量为1 1 4 1 2 毫米；年平均蒸发量高于年平均降水量；月最大蒸发量是2 0 0 6 年8 月为 2 5 2 6 毫米，月最小蒸发量是2 0 0 6 年1 月为3 5 6 毫米。 ( 5 ) 空气湿度 荣县年平均相对湿度为7 9 ，月平均相对湿度最高在1 0 月为8 6 ，月平均相对湿 度最低在5 月为7 0 ，最小相对湿度为1 1 。 ( 6 ) 风向风速 荣县年平均风速1 3 米秒，主导风向为北风、西北风，出现的风向频率分别为9 、 8 ，西南西风最少，出现的风向频率为2 ；各风向2 分钟平均风速都较小在1 旺1 2 米秒之间。年大风平均次数为4 2 次，年最多大风为1 7 次，出现在1 9 6 1 年，据统计， 历史上荣县有4 年无大风发生，分别为1 9 6 7 年、1 9 6 8 年、1 9 9 1 年和2 0 0 7 年。历史上 极大风速出现在2 0 0 1 年4 月3 0 日3 时2 4 分，风速3 2 米秒，风向北风，风力1 1 级。 ( 7 ) 霜 荣县霜出现在1 1 月至次年3 月，年平均无霜期日数为3 3 0 天。最多的一年出现霜 1 3 天，2 0 0 3 年1 2 月到2 0 0 4 年3 月无霜出现：初霜和终霜间隔日数年最长为8 2 天平， 初霜最早出现于1 9 7 6 年1 1 月2 6 日；终霜最晚终止于2 0 0 3 年3 月6 日。历史上只有 1 9 8 0 年和2 0 0 4 年无霜出现。 ( 8 ) 雪 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 荣县年平均降雪目数为1 4 天，最多的是1 9 8 0 年1 月2 天，2 月5 天降雪。降雪形 成积雪的年份较少，积雪最大深度为3 厘米，最大降雪量为5 毫米，时间出现在1 9 7 7 年1 月2 9 日。 ( 9 ) 雷暴 荣县年平均雷暴日数为3 6 天，除冬季( 1 2 、1 月) 无雷暴外，其余各月均有雷暴 产生；最多的一年是1 9 5 9 年出现雷暴5 7 天，次多年是1 9 9 4 年出现雷暴4 9 天；最少 的年是1 9 6 5 和1 9 6 6 年出现雷暴1 4 天；全年7 、8 月出现雷暴最多，占全年雷暴的 5 6 ，雷暴7 月最多为2 0 天，8 月最多为1 9 天，5 月最多为1 2 天，4 月最多为8 天； 雷暴初日最早出现在2 0 0 4 年2 月2 9 日，终日最晚出现在1 1 月8 日，初、终间隔日数 年平均为1 8 1 天。 ( 1 0 ) 雾 荣县2 0 0 3 _ 2 0 0 7 年年平均雾日1 6 天；除仁7 月份无雾日出现外，其余各月均有 雾出现，主要集中在秋、冬季；最多的一年是2 0 0 6 年出现2 2 天雾，最少的一年是2 0 0 5 年出现1 0 天雾，最多的月是1 2 月出现3 1 天雾。 荣县各水文气象资料平均值见表3 1 ，降水量及蒸发量月分布见图3 1 。 从表3 1 和图3 2 ，并结合荣县当地春夏秋冬时令划分：冬春季和晚秋( 1 、2 、3 、 4 、5 、1 1 、1 2 月) 蒸发量大于降水量，夏秋季( 6 、7 、8 、9 、1 0 月) 降水量大于蒸发 量，可将计算时段划分为三期：枯水期( 1 2 、1 、2 ) 、平水期( 3 、4 、5 、9 、1 0 、1 1 月) 和丰水期( 6 、7 、8 月) 。 砸百_；车，*耋= q n 亚 口h 翟 n 墓 嚣 o l h 昱 0 譬 0 宝 磊 避聪莨霉 t 岛旨 等n 暑h 三2 苫暑 一昱* 一g h 譬目 o o 罱 - 害n 詈兰 三n q 瓮 越麟群刊 一兰一 h 嚣 t n ，鼍 蓦 一嚣一 。葛一 磊i t 口= o l 一 宝 荨 鬻 铽糕 h 口墓 6 _ o 三 t ! 2 器 口乏 ：h 口一n o 口一 口 口。 竺 * 世怠峰 ：葛一 口葛 一葛 一一 6 h 高 ：n t 蔫导 o n 葛 n 葛n h ”焉 口瓮 一。口 q 髯 * 世硪并 n 兽 嚣 高 一旨 。鲁一 三o n 暑三 ：! 一譬 一冀 q 葛 一口一 m 口 * 盐 兰 口口 ! n 竺 * 葛 o n o n o 霜 冀n ! n 冀一 吾一 翟 嚣群冒 口= o ：i 三一 。竺 ：n 毫n 暑n 荨n n n n 矗一 篇一 一口 芒 霸r i