水资源评价四五六七节(课本).ppt

第四节地下水资源量 地下水资源概述平原区地下水资源量的计算山丘区地下水资源量的计算地下水可开采量不同频率代表年的地下水资源量 地下水资源地下水资源 是总水资源的重要组成部分 指有利用价值的 本身又具有不断更替能力的各种地下水量的总称 区域地下水资源是指区域浅层地下水体在当地降水补给条件下 经水循环后的产水量 一 地下水资源概述 第四节地下水资源量 平原地下水资源是指地下水矿化度小于2g L的平原淡水区的地下水资 由于平原区地下水及气象资料丰富 可以直接计算各项补给量作为地下水资源量 可同时计算总排泄量进行校核 平原区又分北方平原区 松花江 辽河 海河 黄河 淮河 内陆河等6个流域片 南方平原区 长江 珠江 浙闽台诸河 西南诸河等4个流域片 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 平原区补给量是指天然或人工开采条件下 由大气降水及地表水体渗入 山前侧向径流及人工补给等流入含水层的水量 计算公式为 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 一 降水入渗补给量降水入渗补给量是指降水入渗到包气带后在重力作用下渗透补给潜水的水量 它是浅层地下水重要的补给来源 其计算公式为 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 降水入渗补给系数 与地下水埋深 包气带石性 降水量有关 可采用地下水动态资料计算 在地下水侧向径流较弱 地下水埋深较浅的平原区 可按下式计算 降水入渗补给系数可以用以下几种方法求得 1 利用地下水水位动态资料计算降水入渗补给系数 2 回归分析法确定降水入渗补给系数 3 水文分割法确定降水入渗补给系数 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 1 利用地下水水位动态资料计算降水入渗补给系数根据动态观测资料确定值 式中 降雨前的地下水位天然平均降速 t是从H增大到 max的时间 d 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 表3 10不同岩性及地下水埋深的降水入渗补给系数 给水度 饱和的土壤或岩层在重力作用下排出的水量与土壤或岩层体积的比值 或者说 把地下水位下降一个单位深度 从地下水位延伸到地表的单位水平面积岩石柱体 在重力作用下释出的水的体积 称为给水度 给水度确定有实际开采量法 地下水动态资料分析法 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 实际开采量法在地下水埋深较大 灌溉入渗 侧向径流 河道补排影响微弱的井灌区 可选择无降水的一段集中开采期 由地下水实际开采量及相应的地下水水位变幅计算给水度值 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 地下水动态资料分析法在地下水埋深较深 侧向补给比较微弱 无地表水渗入 无地下水开采的时段 潜水蒸发是地下水消退的唯一因素 则可以借助潜水蒸发公式计算给水度 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 2 回归分析法确定降水入渗补给系数 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 根据降水量和地下水的排泄量系列资料 可用逐步回归分析法估算降水入渗补给量 从而确定降水入渗补给系数 3 水文分割法确定降水入渗补给系数 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 该方法适用于无地下水动态资料 而有河流水文站流量资料的山丘区 二 河道渗漏补给量当江河水位高于两岸地下水位时 河水渗入补给地下水的水量被称为河道渗漏补给量 水文分析法 此法适用于河道附近缺乏地下水观测资料 河段上下游有水文站的河段 它利用上下游水文站实测径流资料估算河道渗漏补给量 式中 为上下游水文站间水面及两岸侵润带蒸发量之和与 R上 R下 之比值 由观测 试验资料确定 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 三 渠系渗漏补给量灌溉渠道水位一般高于地下水们一 各级渠道 干 支 斗 在输水过程渗漏补给地下水的水量 补给系数法式中 U渠渗渠系渗漏补给量 为渠首引水量 m是渠系渗漏补给系数 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 四 渠灌田间渗漏补给量灌溉水进入田间后 经过包气带渗漏补给地下水的水量被称为渠灌田间渗漏补给量 计算公式为 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 式中 U渠灌为渠灌田间渗漏补给量 渠为渠灌田间入渗系数 W渠田为渠灌进入田间的水量 五 水库 湖泊 闸坝 蓄水体渗漏补给量水库 湖泊 闸坝等蓄水体得水位高于周边地下水水位时 渗漏补给地下水的水量被称为水库渗漏补给量 估算方法如下 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 式中 U渠渗为水库 湖泊 闸坝 渗漏补给量 P库为降水量 W入为入库水量 E0为水面蒸发量 W出为出库水量 六 山前侧向流入补给量指山丘区山前地下径流补给平原区浅层地下水的水量 估算方法见山丘区山前侧向流出量的计算 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 以补给量的地下水资源估算 七 越流补给量深层地下水水头高于浅层地下水不头的情况下 深层地下水通过弱透水层对浅层地下水的补给 八 人工回灌补给量指通过井孔 河渠 坑塘或田面 人为地将地表水灌入地下 补给浅层地下水的水量 平原区地下水的排泄量主要包括 潜水蒸发量 河道排泄量 侧向流出量 越流排泄量 人工开采经消耗量等 计算公式为 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 2 以排泄量估算 1 潜水蒸发量 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 2 以排泄量估算 潜水蒸发量是指浅层地下水在毛细管作用的影响下 向上运动形成的蒸发量 它是浅层地下水消耗的重要途径 测定方法 地中渗透仪实测法 经验公式 潜水蒸发系数法 2 河道排泄量 二 平原区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 2 以排泄量估算 当河道水位低于两岸地下水水位时 地下水向河道排泄的水量成为河道排泄量 其计算方法为河道渗漏补给量的反运算 3 其他排泄量 侧向流出量越流排泄量人工开采净消耗量 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 根据水均衡法原理 用地下水排泄量近似作为补给量 山丘区地下水总排泄量 包括 山丘区地下水的总排泄量河川基流量河川潜流量山前侧向流出量未计入河川径流的山前泉水出露量山间盆地潜水蒸发量浅层地下水开采的净消耗量 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 1 河川基流量的概念 河川基流量 又称地下径流量 是指河川径流量中由地下水渗透补给河水的部分 即地下水对河道的排泄量 河川基流量是一般山丘区和岩溶山区地下水的主要排泄量 常用的几种分割方法 直线平割法 直线斜割法 经验关系法 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 2 代表站的选择 代表站应为闭合流域 地表 地下水分水线基本一致 代表站的地形 地貌 植被 水文地质条件有代表性 代表站流域面积一般为200 5000km2 代表站实测资料系列较长 至少包括丰 平 枯年内的10年以上资料 代表站流域受人类活动影响较小 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 3 多年平均河川基流量计算 长系列法点绘历年日流量过程线 分割基流 求得各年河川基流量 其算术平均值即为多年平均河川径流量 典型年法点绘丰 平 枯典型年的日流量过程线 分割基流 求得各典型年河川基流量 并计算多年平均河川基流量 代表年经流量与河川基流相关法 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 4 不同频率的年河川基流量根据历年的年河川基流量 用适线法计算不同频率的年河川基流量 5 区域河川基流量的计算模数分区法按区域植被 岩性及地质构造等分布特征 将区域划分为若干均衡区 每个均衡计算区选择一个或几个分割基流的代表站 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 5 区域河川基流量的计算计算区域内各代表站的多年平均河川基流模数 式中 M基为代表站多年平均河川基流模数 W基为代表站多年平均河川基流量 f为代表站流域面积 计算各均衡区的平均基流模数 可用各区代表站基流模数按代表面积加权平均求得 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 1 河川基流量的计算 5 区域河川基流量的计算等值线法 在水文地质条件下比较单一的区域 可以用等值线图法计算区域河川基流量 其步骤如下 将各代表站的多年平均河川基流深点绘在地形图上各站流域面积形心处参照地形 地貌和水文地质图勾绘多年平均基流深等直线图 用面积加权平均法计算区域多年平均河川基流量 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 2 其它排泄量的计算 流经河床松散沉积物中未被水文站测得的径流量 称为河床潜流量 1 河床潜流量 式中 K为参透系数 I为水力坡度 A为垂直于地下水流方向的河床潜流过水断面面积 T为潜流时间 三 山丘区地下水资源量计算 第四节地下水资源量 2 其它排泄量的计算 经由山丘区和平原区地下界面的流出水量 被称为山前侧向流出量 2 山前侧向流出量 3 山前泉水出露量 4 山涧盆地的潜水蒸发量 5 浅层地下水实际开采的净消耗量 四 地下水可开采量 第四节地下水资源量 实际开采量调查法可开采系数法多年调节计算法 地下水可开采量 在经济合理 技术可行和不造成地下水水位持续下降 水质恶化及其他不良后果条件下 可供开采的浅层地下水量 地下水可开采量的估算方法如下三种 四 地下水可开采量 第四节地下水资源量 实际开采量调查法可开采系数法多年调节计算法 地下水可开采量 在经济合理 技术可行和不造成地下水水位持续下降 水质恶化及其他不良后果条件下 可供开采的浅层地下水量 地下水可开采量的估算方法如下三种 四 地下水可开采量 第四节地下水资源量 实际开采量调查法适用于浅层地下水开发利用程度较高 开采量调查资料比较准确 潜水埋深大而潜水蒸发量较小的地区 当平水年初 年末的浅层地下水位基本相等时 可将年浅层地下水的实测开采量近似地作为浅层地下水多年平均可开采量 四 地下水可开采量 第四节地下水资源量 可开采系数法适用于浅层地下水有一定的开发利用水平 通过多年资料 确定出合理的可开采系数 则地下水多年平均可开采量等于可开采系数乘以多年平均地下水总补给量 可开采系数与哪些因素有关 浅层地下水含水层岩性及厚度 单井单位降深出水量 平水年地下水埋深 年变幅 实际开采程度等因素 四 地下水可开采量 第四节地下水资源量 多年调节计算法当计算区具有多年观测资料 可根据多年平均条件下总补给量等于总排泄量的原理 依照地面水库的调节计算方法对地下水进行调节计算 调节计算期间的总补给量与总废弃量的之差 即为调节计算期的地下水可开采量 五 不同频率代表年的地下水资源量 第四节地下水资源量 平原区不同代表年的地下水资源量平原区地下水资源量通常由地下水总补给量估算 总补给量的主体为降水入渗补给量 具体方法参考书 山丘区不同代表年的地下水资源量山丘区以地下水总排泄量估算地下水资源量 而总排泄量中以河川基流量为主体 具体方法参考书 第五节水资源总量 区域多年平均水资源总量不同频率水资源总量地下水开采条件下水资源总量 第五节水资源总量 在分析计算降水量 河川径流量和地下水补给量的基础上 还需进行水资源总量的计算 资源总量的计算项目包括多年平均水资源总量和不同频率水资源总量及水资源总量的年内分配过程 地下水开发利用较充分的地区 尚需计算地下水开采条件下的水资源总量 一 区域多年平均水资源总量 第五节水资源总量 区域水资源总量为当地降水形成的地表和地下的产水量 由于地表水和地下水存在着相互转化的关系 在分别计算地表水资源和地下水资源的过程中 产生了一部分重复计算量 因此区域多年平均水资源总量按下式计算 第五节水资源总量 由于不同区域地貌条件的差异 重复计算水量的内容也有所不同 因此计算区域多年平均水资源总量时 根据区域地貌条件分三种情况 山丘区平原区兼有山丘 平原地貌的混合区 一 区域多年平均水资源总量 一 山丘区多年平均水资源总量 第五节水资源总量 山丘区多年平均水资源总量山丘区的重复计算水量为山丘区河川径流量与地下水总排泄量之间的河川基流量 山丘区多年平均水资源总量为 一 山丘区多年平均水资源总量 第五节水资源总量 平原区多年平均水资源总量平原区重复计算水量包括两方面 平原区河川径流量与地下水补给量之间的重复计算量 即平原区河川基流量 平原区地表水入渗补给量 包括河道 渠系 渠灌田间 水库湖泊 人工回灌等地表水的入渗补给量 于是平原区多年平均水资源总量为 一 山丘区多年平均水资源总量 第五节水资源总量 兼有山丘 平原地貌的混合多年平均水资源总量兼有山丘 平原两种地貌的混合区 重复计算水量包括以下几项 山丘区河川基流量平原区河川基流量山丘区河川径流流经平原时对地下水的补给量 二 不同频率水资源总量 第五节水资源总量 不同频率的水资源总量 不能用典型年法或同频率相加法计算 必须首先推求出水资源总量系列 然后通过频率计算加以确定 推求区域水资源总量系列有以下三种途径 1 直接法 2 相关法 3 简化倍比法 三 地下水开采条件下水资源总量 第五节水资源总量 地下水开采后 会引起地下水水位下降 地表水 土壤水 地下水的相互转化机制发生改变 区域水资源总量也将发生变化 地下水开采后 地下水的降水入渗补给量增加 Up 包气带土壤水的蒸发量增加 Es 地表径流量 河川基流量和潜水蒸发量则分别减少 Rs Rg Eg 各项关系如下 第六节水环境质量评价 水质指标水环境质量评价标准水环境质量评价方法 第六节水环境质量评价 水质是指水体物理 化学 生物学的特征和性质 通过测定各种成分浓度及物质存在所起作用或性质确定 衡量水环境质量标志尺度有四种 水的资源质量 生存质量 人体健康质量和经济损益分析 水资源质量评价是水环境质量评价的简称 是环境质量评价体系中的一种单要素评价 它是根据水的用途 按一定评价参数 质量标准和评价方法 对水域的水质或综合质量进行科学的定性 定量评定 第六节水环境质量评价 一 水质指标 水质评价的分类指标 物理指标 化学指标 生物学指标3类1 物理性水质指标一般包括 温度 色度 嗅和味 浑浊度 悬浮固体 可沉固体等2 化学性水质指标一般的化学性水质指标 如PH 硬度等有毒的化学性水质指标 如重金属 各种农药等有关氧平衡的水质指标 如溶解氧 DO 化学需氧量 COD 第六节水环境质量评价 一 水质指标 3 生物学水质指标 包括细菌总数 总大肠菌群数 各种病原细菌数 病毒数等 查找下 以下相关概念 色度 硬度 PH 溶解氧 化学需氧量 生化需氧量 总需氧量 第六节水环境质量评价 二 水环境质量评价标准 水环境质量评价标准是随着水污染问题的出现 国家为保护人群健康和生存环境 对污染物和其他物质最大允许含量浓度所制定的强制技术法规 我国已制定颁布的水资源质量评价标准主要有 地表水水环境质量标准 地下水质量标准 生活饮用水卫生标准 农田灌溉水质标准 等 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 1 无量纲污染指数法国内外各类评价指数的基本单元都是Pi Ci Si Pi为单项污染指数 即实测浓度超过评价标准的倍数 Ci为参数浓度 Si为相应的标准浓度 Pi 1说明水体尚未受到污染 Pi 1说明水体已经受到污染 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 2 分级评价法该法将评价参数的区域代表值与同一分级标准浓度值作对比 分级确定水质优劣 首先划分水质等级 然后用实测值与等级比较打分 最后据总分值进行综合评价 其代表表达式为 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 3 基于模糊理论的水环境质量评价法由于水体环境本身存在大量的不确定因素 各个项目的级别划分 标准确定都具有模糊性 因此 模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 4 基于灰色系统理论的水环境质量评价法由于水环境质量数据都是在有限的时间和空间内监测得到 信息往往不完全或不确切 因此可将水环境系统视为一个灰色系统 即部分信息已知 部分信息未知或不确知的系统 据此对水环境进行综合评价 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 5 基于人工神经网络的水环境质量评价法应用人工神经网络进行水环境质量评价 首先将水环境标准作为 学习样本 经过自适应 自组织的多次训练后 网络具有对学习样本的记忆联想能力 然后将实测资料输入网络系统 由已掌握知识信息的网络对它们进行评价 第六节水环境质量评价 三 水环境质量评价方法 水质评价概括起来分为指数法 分级评价法和純数学方法三大类型 6 基于统计理论的主成分分析法主成分分析是一种理论比较完善的多元统计方法 在计算软件硬件支持下 将主成成分分析方法应用于水质综合评价 通过主成成分分析 可以找出影响水环境质量的几个综合指标 具有原始变量更为优越的性质 其独特之处是可以选取合适的单项指标 第七节水资源现状与可持续利用 世界水资源现状中国水资源现状水资源开发利用的生态与环境问题 第七节水资源现状与可持续利用 一 世界水资源现状 地球水圈是 四圈 岩石圈 水圈 大气圈和生物圈 中最活跃的圈层 所谓的水圈是由地球地壳表层 表面和围绕地球的大气层中液态 气态和固态的水组成的圈层 大部分水以液态形式存在 少部分以水汽形式存在于大气中形成大气水 还有一部分以冰雪等固态形式存在于地球的南北极和陆地的高山上 第七节水资源现状与可持续利用 一 世界水资源现状 表3 17地球水圈水储量分布 第七节水资源现状与可持续利用 一 世界水资源现状 从表3 17可以看出 地球上的水量极其丰富 总储水量约为13 86 108km3 但大部分水储存在于低洼的海洋中 占96 54 分布于海洋 地下水和湖泊水中的咸水占地球总储水量的94 47 淡水仅占2 53 主要分布在冰川与永久积雪区 68 70 和地下 30 06 第七节水资源现状与可持续利用 一 世界水资源现状 考虑现有经济 技术能力 扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰雪储量 可以开发利用的淡水不到地球总水量1 看见适合引用的淡水水源十分有限 世界水资源分布极不均匀 到21世纪 水危机将成为几乎所有位于干旱和半干旱地区国家普遍存在的问题 缺水已经成为世界性问题 必须引起高度重视 第七节水资源现状与可持续利用 二 中国水资源现状 我国是一个水资源短缺 水旱灾害频繁的国家 我国水资源总量居世界第六位 但我国人口众多 人均水资源占有量只有2500m3 约为世界人均水量的1 4 在世界排第110位 已经被联合国列为13个贫水国家之一 表1 3 1是我国水资源总量统计结果 表1 3 1中国分区年降水 年河川径流 年地下水 年水资源总量统计 第七节水资源现状与可持续利用 二 中国水资源现状 表1 3 1表明 我国各流域由于面积不同 加之自然地理条件的差异 水资源禀赋差别很大 全国年降水总量为61889亿立方米 多年平均地表水资源 即河川径流量 为127115亿立方米 平均地下水资源量为8288亿立方米 扣除重复利用量以后 全国平均年水资源总量为28124亿立方米 实际上 只单独考虑水资源量的多少并没有什么意义 必须与当地的社会经济生产条件相结合 必须与水资源的质量结合起来 才具有其社会意义 第七节水资源现状与可持续利用 二 中国水资源现状 我国河川径流量27115亿立方米 在世界主要国家中 仅次于巴西 前苏联 加拿大 美国和印尼 居世界第六位 水资源总量可观 但由于人口众多 导致人均水资源量远远低于上述主要国家 也大大低于全世界平均水平 1 水资源人均量低 分布极不均衡 表3 22世界各主要国家年径流量 人均和单位面积耕地占有量 第七节水资源现状与可持续利用 二 中国水资源现状 从表3 22可以看出 在世界主要国家中比较 我国水资源总量是可观的 但是由于人口众多 导致人均水资源量远远低于上述主要国家 也大大低于全世界的平均水平 如果从单位耕地面积水量来看 也远远小于世界的平均水平 我们用全世界7 2 的耕地 养育了全球1 5的人口 从中可以窥测我国的水土资源是多么稀缺 应该特别强调 由于我国国土辽阔 各地区之间自然条件存在很大差异 导致水资源丰富程度出现显著的差别 1 水资源人均量低 分布极不均衡 第七节水资源现状与可持续利用 二 中国水资源现状 我国地表水资源污染严重 地下水资源污染也不容乐观 八五 期间水利部组织有关部门完成了 中国水资源质量评