第3章 水資源量評(píng)價(jià)1.ppt

水資源的形成地表水資源量評(píng)價(jià)地下水資源量評(píng)價(jià) 內(nèi)容提要 第三章水資源量評(píng)價(jià) 第三章水資源量評(píng)價(jià) 水資源量的評(píng)價(jià)是水資源開(kāi)發(fā)利用的很重要一個(gè)方面 其目的在于合理確定區(qū)域水資源的數(shù)量和可開(kāi)采量 水資源評(píng)價(jià)是保證水資源持續(xù)發(fā)展的的前提 是水資源開(kāi)發(fā)利用的基礎(chǔ) 水資源評(píng)價(jià)包括水資源數(shù)量評(píng)價(jià) 水資源質(zhì)量評(píng)價(jià) 水資源利用評(píng)價(jià)及綜合評(píng)價(jià) 地表水水資源的形成與分類(lèi)降雨徑流蒸發(fā)地下水的形成與運(yùn)動(dòng) 水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 水資源的形成 水資源的分類(lèi) 降水 是水資源的主要收入項(xiàng) 對(duì)區(qū)域水資源起決定作用徑流 影響可取用的水量及其變化蒸發(fā) 出項(xiàng) 是影響區(qū)域水資源數(shù)量的因素之一 水資源變化量 S P R入 E R出 影響區(qū)域水資源量的要素 總的來(lái)講 水資源可分為地表水和地下水兩大類(lèi) 地表水 主要包括 江 河 湖 庫(kù)和海洋地下水 主要包括 潛水 層壓水 上層滯水 3水資源量評(píng)價(jià) 降水 降水決定區(qū)域水資源的數(shù)量和時(shí)間 空間分布 對(duì)水資源的利用和保護(hù)起決定作用 由于降水量在時(shí)間分布上往往不均勻 所以 常用下面兩個(gè)指標(biāo)表示降水量的變化 年降水量的極值比Ks Xmax XminKs值反映了降水的年際變化情況 Ks值越大 年際變化越大 否則 越小 年降水量的變差系數(shù)Cv xCv值反映降水的年際變化情況 主要反映多年降水的離散度 Cv值越大 表示降水量的年際變化越大 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 降水 空間分布 西南 東南多 西北少 變差系數(shù)較大 河流年際變化有豐枯交替的特點(diǎn) 降水 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 徑流 河流的補(bǔ)給類(lèi)型 河流根據(jù)其補(bǔ)給類(lèi)型可以分為 1 雨水補(bǔ)給型 受降水的年際和年內(nèi)分配影響大 2 地下水補(bǔ)給型 經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié) 季節(jié)性變化較小 3 冰川 溶雪水補(bǔ)給型 季節(jié)性顯著 在我國(guó)比重小 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 徑流 徑流的時(shí)空分布 徑流的區(qū)域分布全國(guó)從東南向西北遞減徑流的動(dòng)態(tài)變化年徑流量的多年變化一般用年徑流量的變差系數(shù)CV來(lái)表示 一般而言CV值的大小按補(bǔ)給類(lèi)型順序?yàn)?降水補(bǔ)給型 冰川融雪和降水混合型 地下水補(bǔ)給河流徑流的年內(nèi)變化 季節(jié)變化取決于補(bǔ)給來(lái)源和變化規(guī)律降水補(bǔ)給型 地下水補(bǔ)給河流 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 徑流 河川徑流的表示方法 表示徑流的特征值主要有 流量 Q 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)河流斷面的水量 徑流總量 W 某時(shí)段通過(guò)某斷面的總水量 徑流模數(shù) M 系指單位流域面積上平均產(chǎn)生的流量 徑流深度 Y 某時(shí)段測(cè)站以上流域面積上的平均總徑流量 水層厚度 單位為mm 徑流系數(shù) 同一時(shí)段內(nèi)流域面積上的徑流深度與降水量的比值 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 蒸發(fā) 蒸發(fā) 蒸發(fā)主要包括水面蒸發(fā)和陸面蒸發(fā) 1 水面蒸發(fā)水面蒸發(fā)主要反映當(dāng)?shù)氐拇髿庹舭l(fā)能力主要影響因素 氣溫 濕度 日照 輻射 風(fēng)速等 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 蒸發(fā) 蒸發(fā) 2 陸面蒸發(fā)陸面蒸發(fā)主要是指某地區(qū)或流域內(nèi)河流 湖泊 塘壩 沼澤等水體蒸發(fā) 土壤蒸發(fā)以及植物蒸騰量的總和 即陸地實(shí)際蒸發(fā)量 陸面蒸發(fā)量 流域平均降水深 流域平均徑流深影響因素 降水量 蒸發(fā)能力 區(qū)域氣候 我國(guó)陸面蒸發(fā)量的分布趨勢(shì)和年降水量一樣 由東南向西北遞減 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 蒸發(fā) 蒸發(fā) 干旱指數(shù)的概念和含義 干旱指數(shù) 是衡量一個(gè)地區(qū)降水量多寡 進(jìn)行水資源分析的一個(gè)重要參數(shù) 其定義為某一地區(qū)年水面蒸發(fā)量E0與年降水量P的比值 E0 P 1 表示氣候偏干旱 越大 越偏干旱 反之越濕潤(rùn)我國(guó)干旱指數(shù)y在地區(qū)上的變化范圍很大 最低值小于0 5 如長(zhǎng)江由南 東南沿海等地 最大值可大于100 如吐魯番盆地托克遜站 干旱指數(shù)高達(dá)318 9 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 蒸發(fā) 蒸發(fā) 3 1水資源的形成 3水資源量評(píng)價(jià) 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 地下水分類(lèi) 1 地下水的定義 1 地下水定義 埋藏在地表以下空隙中的水稱(chēng)之為地下水 1 巖石的空隙性 1 十分致密堅(jiān)硬的花崗巖 其裂隙率也達(dá)0 02 一1 9 2 空隙的多少 大小 形狀 連通情況與分布規(guī)律 對(duì)地下水的分布與運(yùn)動(dòng)具有重要影響 3 分類(lèi) 空隙描述 孔隙度 裂隙度 溶隙度 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 松散巖石顆粒間的空隙 稱(chēng)為孔隙 松散巖土平均孔隙度 裂隙是指固結(jié)的堅(jiān)硬巖石 沉積巖 巖漿巖和變質(zhì)巖 在各種應(yīng)力作用下破裂變形而產(chǎn)生的空隙裂隙的方向 寬度 延伸長(zhǎng)度 充填情況等 對(duì)水的運(yùn)動(dòng)具有重要影響 溶隙可溶的沉積巖 巖鹽 石膏 石灰?guī)r 白云巖等 在地下水溶蝕下產(chǎn)生的空洞 溶隙 穴 的規(guī)模十分懸殊 大的溶洞長(zhǎng)達(dá)幾十公里 而小的溶孔直徑僅幾毫米 巖溶發(fā)育帶巖溶率可達(dá)百分之幾十 而其附近巖石的巖溶率幾乎為零 巖石中水的存在形式 根據(jù)水在空隙中的物理狀態(tài) 水與巖石顆粒的相互作用等特征 一般將水在空隙中存在的形式分為五種 即 結(jié)合水 依靠靜電引力和表面力在巖石表明形成薄膜 不能自由運(yùn)動(dòng) 與巖石性質(zhì)有關(guān) 顆粒越細(xì) 表面越大 結(jié)合水越多 重力水 當(dāng)薄膜厚度增加 表面力減弱 重力大于表面力 形成重力水 可自由運(yùn)動(dòng) 是我們關(guān)注的重點(diǎn) 毛細(xì)水 地下水面以上巖石孔隙中由于毛細(xì)作用 形成一定高度毛細(xì)水帶 固態(tài)水 土壤冰凍層內(nèi)的水 氣態(tài)水 地下水面以上巖石孔隙中的水蒸氣 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 地下水分類(lèi) 2 含水層和隔水層的概念 能夠儲(chǔ)存并給出一定量水的巖層稱(chēng)為含水層不具透水和給水能力的巖層稱(chēng)為隔水層 兩者界限并不絕對(duì) 沒(méi)有絕對(duì)不透水的巖層 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 地下水分類(lèi) 按埋藏條件可以分為潛水 承壓水 上層滯水 含水層 能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)壇水的巖層 隔水層 是指不具透水和給水能力的巖層兩者的區(qū)分不是絕對(duì)的 形成含水層的條件 1 巖層要具有能容納重力水的空隙 2 具有儲(chǔ)存和聚集地下水的地質(zhì)條件巖層下有隔水層 使水不能向下漏失 水平方向有隔水層阻擋 以免水全部流空 只有這樣才能使運(yùn)動(dòng)在巖層空隙中的地下水長(zhǎng)期儲(chǔ)存下來(lái) 并充滿(mǎn)巖層空隙而形成含水層 3 具有充足的補(bǔ)給來(lái)源 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 3 地下水類(lèi)型的概念地面以下土層可以分為包氣帶和飽水帶 包氣帶土層中含有空氣 沒(méi)有被水充滿(mǎn) 其中含的水叫做土壤水 飽水帶土壤空隙被水充滿(mǎn) 含水量達(dá)到飽和 飽水帶中的水即為地下水 地下水的分類(lèi)特點(diǎn) 包氣帶與飽水帶 分帶特征 水井 土壤水帶 中間帶 毛細(xì)水帶 飽水帶SaturatedZone 包氣帶VadoseZone 地下水面 包氣帶與飽水帶 包氣帶 VadoseZone 水的類(lèi)型 水井 飽水帶 結(jié)合水孔角毛細(xì)水 懸掛毛細(xì)水 支持毛細(xì)水空隙空氣中的氣態(tài)水局部滯留重力水 包氣帶與飽水帶 包氣帶 VadoseZone 的特征 水井 飽水帶 大氣降水 地表水體的下滲 補(bǔ)給飽水帶 蒸發(fā) 蒸騰 向上滲流 地下水蒸發(fā) 厚度變化 地下水類(lèi)型組合 上層滯水 潛水 承壓水 上升泉 隔水層 隔水層 透 水 層 測(cè)壓水位 潛水位 潛水位 地下水的分類(lèi)特點(diǎn) 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 地下水的分類(lèi)特點(diǎn) 1 上層滯水A 包氣帶中局部隔水層之上具有自由水面的重力水 B 其含水層厚度不大 只形成暫時(shí)性積水 C 因?yàn)檠a(bǔ)給完全靠大氣降水和地表水補(bǔ)給 因此水量受季節(jié)性影響非常明顯 有時(shí)甚至完全被蒸發(fā)掉 應(yīng)用 因此當(dāng)隔水層范圍小時(shí) 干旱季節(jié)干枯無(wú)水 只有隔水層范圍大時(shí)才可以做小型水源 但因接近地表 容易被污染 潛水 泉 地表水 隔水層 含水層 埋深 含水層厚度 可變 三維流動(dòng) 2 潛水飽水帶中第一個(gè)具有自由表面的水帶 特征 A 具有自由表面B 由高水位向低水位流動(dòng)C 分布區(qū)與補(bǔ)給區(qū)一致 通過(guò)包氣帶與地表相連 D 水位 流量 化學(xué)成分隨地區(qū) 時(shí)間不同而不同 應(yīng)用 分布范圍廣 補(bǔ)給來(lái)源廣 地表河流 大氣降水 凝結(jié)水等 含量豐富 埋藏淺 易開(kāi)采 但因含水層之上無(wú)連續(xù)隔水層分布 故水體易污染和蒸發(fā) 地下水的分類(lèi)特點(diǎn) 潛水的水力特征圖潛水的等水位線(xiàn)圖 平面流向圖 1 可以判斷與地表水的關(guān)系 補(bǔ)給還是排泄 2 判斷地下分水嶺的分布位置 在哪里 與地形是否吻合 隔水層 承 壓 水 潛水 3 承壓水充滿(mǎn)于上下兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含水層中的重力水 特征 A 有穩(wěn)定的隔水頂板存在 無(wú)自由水面 水體承重靜水壓力 與有壓管道水流相似 B 埋藏區(qū)與補(bǔ)給區(qū)不一致 C 較深 受水文氣象 人為因素 季節(jié)因素影響小 是理想的水源 D 補(bǔ)給 外露地表時(shí)主要靠降水 地表水 上部潛水滲流補(bǔ)給 地下水的分類(lèi)特點(diǎn) 潛水與承壓水相互轉(zhuǎn)化 天然條件下的轉(zhuǎn)化所有的承壓水歸根到底都是由潛水轉(zhuǎn)化而來(lái)的 承壓水從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū) 一般經(jīng)歷的轉(zhuǎn)化過(guò)程為 潛水 承壓水 潛水 基巖 強(qiáng)透水層 弱透水層 承壓水 潛水 潛水 山前平原區(qū)地下水 潛水與承壓水相互轉(zhuǎn)化 人工條件下的轉(zhuǎn)化承壓水被開(kāi)采 測(cè)壓水位降低到頂板以下 則轉(zhuǎn)化為潛水 天然地下水位 開(kāi)采后地下水位 承壓水 潛水 潛水 承壓水 6 以下關(guān)于地下水類(lèi)型的敘述中 錯(cuò)誤的是哪一項(xiàng) A 隔水層上具有自由水面的地下水為潛水 B 能從地面自然涌出的地下水為泉水 C 通過(guò)管井從承壓水層中噴出地面的地下水為自流水 D 在巖溶裂隙中所含的地下水為巖溶裂隙水解析 A 潛水除了A中所述外 還要具體 靠近地面的第一個(gè) 這個(gè)特點(diǎn) 由自然界的水循環(huán)可知 地下水運(yùn)動(dòng)既是自然界水的大循環(huán)的一個(gè)重要的有機(jī)組成部分 同時(shí)又獨(dú)立地參與自身的補(bǔ)給 徑流 排泄的小循環(huán) 我們將地下水這種補(bǔ)給 徑流 排泄無(wú)限往復(fù)進(jìn)行 稱(chēng)為地下水的循環(huán) 這幾個(gè)過(guò)程是緊密聯(lián)系在一起的 是形成地下水運(yùn)動(dòng)的一個(gè)完整 不可分割的過(guò)程 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 地下水的循環(huán) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 1 地下水的補(bǔ)給來(lái)源 大氣降水 地表水 人工補(bǔ)給 除此之外 在一些高溫干旱沙漠地區(qū) 大氣凝結(jié)水也可為主要補(bǔ)給來(lái)源 2 地下水的排泄途徑 泉 河流 蒸發(fā) 人工排泄 3 地下水的徑流 地下水在地下遷移運(yùn)動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為地下水的徑流 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 地下水的循環(huán) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 地下水的循環(huán)的特點(diǎn) 地下水徑流的特點(diǎn)主要有 流速緩慢 通常將其成為滲流多以層流狀態(tài)為主 只有在一些大的裂隙和溶隙及人工開(kāi)采構(gòu)筑物流量集中的地方會(huì)出現(xiàn)紊流狀態(tài) 非穩(wěn)定 緩變流運(yùn)動(dòng) 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 地下水的循環(huán)的特點(diǎn) 地下水徑流的規(guī)律通常用 達(dá)西線(xiàn)性滲透定律 V KJ Q KJA 適用 雷諾數(shù)1 10或非線(xiàn)性滲透定律 紊流 哲才公式 V KJ1 2層流 紊流 斯姆萊公式 V KJ1 m 地下水的形成和運(yùn)動(dòng) 水資源量評(píng)價(jià) 3 1水資源的形成 2 地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律地下水運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律又稱(chēng)滲透的基本定律 在水力學(xué)中已有論述 二 地下水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及其基本規(guī)律 1 線(xiàn)性滲透定律線(xiàn)性滲透定律反映了地下水層流運(yùn)動(dòng)時(shí)的基本規(guī)律 是法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西建立的 稱(chēng)為達(dá)西定律 即 上式又可表示為 式中v 滲透速度 m d J 水力坡度 單位滲流途徑上的水頭損失 無(wú)量綱 達(dá)西定律 Darcy sLaw 適用于層流狀態(tài)滲透流速與水力梯度成正比 h 土樣 Q L Q 2020年2月3日 42 式表明滲透速度與水力坡度的一次方成正比 因此稱(chēng)為線(xiàn)性 直線(xiàn) 滲透定律 滲透系數(shù)K是反映巖石滲透性能的指標(biāo) 其物理意義為 當(dāng)水力坡度為1時(shí)的地下水流速 過(guò)去許多資料都稱(chēng)達(dá)西公式是地下水層流運(yùn)動(dòng)的基本定律 其實(shí)達(dá)西公式并不是對(duì)所有的地下水層流都適用 而只有當(dāng)雷諾數(shù)小于1 10時(shí)地下水運(yùn)動(dòng)才服從達(dá)西公式 測(cè)試題 在實(shí)驗(yàn)室中 根據(jù)達(dá)西定律測(cè)定某種土壤的滲透系數(shù) 將土樣裝在直徑d 30cm的圓筒中 在90cm的水頭差作用下 8小時(shí)的滲透水量為100L 兩測(cè)壓管的距離為40cm 該土壤的滲透系數(shù)為 A0 9m dB1 9m dC2 9m dD3 9m d 地表水水資源的形成與分類(lèi)降雨徑流蒸發(fā)地下水的形成與運(yùn)動(dòng) 地表水資源量評(píng)價(jià) 水資源量評(píng)價(jià) 地表水資源包括河流 湖泊 冰川等 地表水資源量包括這些地表水體的動(dòng)態(tài)水量 地表水資源量的評(píng)價(jià)對(duì)于了解地表水資源的狀況 合理確定地表水資源開(kāi)采量具有重要意義 由于河流徑流量是地表水資源的最主要組成部分 因此在地表水資源評(píng)價(jià)中常用河流徑流量表示地表水資源量 地表水資源評(píng)價(jià) 水資源量評(píng)價(jià) 水資源分區(qū) 為什么分區(qū) 由于影響河流徑流的許多因素 如氣象因素 流域下墊面因素等 具有地域性分布變化的規(guī)律 致使水資源相應(yīng)的呈現(xiàn)地域性分布的特點(diǎn) 也就是說(shuō) 在相似的地理環(huán)境條件下 水資源的時(shí)空變化具有相似性 為了便于對(duì)區(qū)域水資源進(jìn)行研究 通常在水資源評(píng)價(jià)時(shí)先對(duì)水資源進(jìn)行分區(qū) 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 地表水資源的分區(qū)的原則 分區(qū)時(shí)應(yīng)遵照水資源地域性分布的特點(diǎn)和便于管理及資料獲取 應(yīng)遵循以下原則 1 區(qū)域地理環(huán)境條件的相似性與差異性 2 流域完整性 3 考慮行政與經(jīng)濟(jì)區(qū)劃界線(xiàn) 4 與其他區(qū)劃盡可能協(xié)調(diào)水資源分區(qū)方法 1 根據(jù)各地氣候條件和地質(zhì)條件分區(qū) 2 根據(jù)天然流域分區(qū) 3 根據(jù)行政區(qū)劃分區(qū) 水資源量評(píng)價(jià) 水資源分區(qū) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 水資源量評(píng)價(jià) 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 河川水文現(xiàn)象的特征 周期性 年際及年內(nèi)變化的周期性特點(diǎn)確定性和隨機(jī)性 在一定的客觀條件下表現(xiàn)出確定的特征 但由于影響因素復(fù)雜 也表現(xiàn)出一些隨機(jī)性的特征 區(qū)域性 氣象因素和地理因素具有區(qū)域性 因此 河川水文現(xiàn)象有一定的區(qū)域性特征 河流水文計(jì)算的方法 成因分析法 建立水文特征值與影響因素間的函數(shù)關(guān)系 地理綜合法 基于同樣地理?xiàng)l件河川徑流特征相似性 用有資料地區(qū)預(yù)估無(wú)資料地區(qū)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 對(duì)多年水文特征值觀測(cè)資料進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析來(lái)預(yù)測(cè)水文形勢(shì) 在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí) 應(yīng)本著 多種方法 綜合分析 合理選定 的原則 對(duì)采用的方法有所側(cè)重 河川水文計(jì)算的主要目的是通過(guò)徑流量的計(jì)算為取水工程和防洪工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù) 河川徑流影響因素復(fù)雜 但也存在一定的規(guī)律性 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 河川徑流計(jì)算的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 經(jīng)驗(yàn)頻率法 頻率的含義 河流水文計(jì)算中 頻率均指累積頻率 即等量或超量值的累積頻數(shù)與總觀測(cè)次數(shù)的比值 頻率計(jì)算的方法是 用實(shí)測(cè)的某河流水文特征值作為隨機(jī)樣本 計(jì)算各持征值相對(duì)應(yīng)的頻率 并將各級(jí)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制在二維坐標(biāo)圖上 用目估方法通過(guò)點(diǎn)群中心繪制一條光滑的曲線(xiàn) 稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn) 根據(jù)概率論的原理 選用某種頻率曲線(xiàn) 并采用適線(xiàn)的方法調(diào)整參數(shù) 以該理論頻率曲線(xiàn)作為外延的工具 得出不同頻率下的該種水文特征值作為設(shè)計(jì)依據(jù) 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 理論頻率曲線(xiàn)的意義 通常經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn)由于觀測(cè)資料少 當(dāng)需要推求發(fā)生頻率小的徑流特征值時(shí) 需要外延 主觀性太大 因此 人們通過(guò)數(shù)學(xué)方法尋找符合與觀測(cè)數(shù)據(jù)符合的理論曲線(xiàn)來(lái)推求小頻率的徑流特征值 理論頻率曲線(xiàn)的推求 世界各國(guó)采用的理論頻率曲線(xiàn)不下十余種 我國(guó)目前主要應(yīng)用皮爾遜 型曲線(xiàn)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得出理論頻率曲線(xiàn) 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 皮爾遜 型曲線(xiàn)介紹 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 水文隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)參數(shù) 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河流水文隨即變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù) 均值 均方差 變差系數(shù) 偏差系數(shù) 河川徑流計(jì)算 頻率與重現(xiàn)期的關(guān)系 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 需要指出的是上述發(fā)生的概率僅是一種平均概率 并不是說(shuō)百年一遇的洪水正好100年或100年內(nèi)一定會(huì)發(fā)生 河川徑流計(jì)算 理論頻率曲線(xiàn)中統(tǒng)計(jì)資料的要求 一致性即所收集資料應(yīng)屬于同類(lèi)型 同條件下的資料 代表性一般要求有20年一30年的實(shí)測(cè)資料作為樣本 樣本系列越長(zhǎng) 越能反映實(shí)際情況 實(shí)測(cè)系列越短 其代表性越差 可靠性即資料要可靠 注意對(duì)資料中精度不高的部分進(jìn)行重點(diǎn)審查并加以修正 以保證分析結(jié)果的客觀性與準(zhǔn)確性 獨(dú)立性河流水文統(tǒng)計(jì)分析中把河流水文現(xiàn)象看成是一種隨機(jī)事件 因此選用的資料應(yīng)具有一定的獨(dú)立性 彼此有關(guān)系的資料不能收入同一系列 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 資料的審查篩選 河流水文變量特征值的精度取決于資料的可靠程度 為保證質(zhì)量 應(yīng)對(duì)選用資料進(jìn)行審查篩選 主要分析其合理性和代表性 對(duì)一些離異較大的值要重點(diǎn)分析造成得原因 如特大使 特小值 此外 對(duì)于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等發(fā)生重大變革時(shí)期 如我國(guó)建國(guó)前 的資料也應(yīng)作為審查的重點(diǎn) 對(duì)水文資料的審查應(yīng)包括測(cè)站的沿革 斷面控制條件和測(cè)驗(yàn)方法 精度以及匯水面積等 通過(guò)審查篩選 剔除一些可信度不高的資料 保證所得到的樣本系列具有很好的代表性 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 資料的插補(bǔ)延展 目的 在實(shí)際中 由于某些原因 收集到的資料數(shù)量比較有限 代表性較差 或缺少某年觀測(cè)資料 為了減少樣本的抽樣誤差 提高統(tǒng)計(jì)參數(shù)的精度 對(duì)缺測(cè)資料應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行插補(bǔ)延展 以便使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 方法 分析各水文變量之間的相關(guān)關(guān)系 用較長(zhǎng)的水文資料系列插補(bǔ)相延展短期的水文資料系列 如缺少某年的流量觀測(cè)資料 但是 我們?nèi)绻凶罱^長(zhǎng)時(shí)間的降水量資料 可以通過(guò)降水量與徑流量之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)推求流量觀測(cè)資料 或者已知某個(gè)觀測(cè)站的某年最大洪水位 可以根據(jù)河川斷面情況推求最大洪水流量 水資源量評(píng)價(jià) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 水資源量評(píng)價(jià) 年徑流量分析 分析內(nèi)容 年徑流量 多年平均年徑流量 正常年徑流量 設(shè)計(jì)年徑流量推求的方法應(yīng)該根據(jù)掌握的資料的情況 按照資料充分 資料不充分 無(wú)資料等幾種情況采用不同的方法來(lái)進(jìn)行推求 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 水資源量評(píng)價(jià) 地表水資源時(shí)空分布特征 空間分布 可通過(guò)河川徑流的等值線(xiàn)圖來(lái)反映 空間分布的不均可通過(guò)引水 調(diào)水措施來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間分布 主要通過(guò)其年際和年內(nèi)分布情況反映 空間分布的不均可通過(guò)水資源的調(diào)蓄來(lái)解決 如 修建水庫(kù)等 典型年法的介紹和應(yīng)用 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 河川徑流計(jì)算 水資源量評(píng)價(jià) 作業(yè) 1 某水文監(jiān)測(cè)占站監(jiān)測(cè)的年最大洪峰流量如下表 試做出其經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn)并確定10年一遇的洪水位 2 若某水文站觀測(cè)的連續(xù)五年的平均流量分別為 310m3 s 365m3 s 380m3 s 345m3 s 309m3 s 求該樣本系列的均值 均方差和變差系數(shù) 3 2地表水資源量評(píng)價(jià) 地下水資源分類(lèi) 地下水 資源 和 儲(chǔ)量 概念書(shū)本地下水資源 指有使用價(jià)值的各種地下水量的總稱(chēng) 內(nèi)涵包括質(zhì)和量?jī)蓚€(gè)方面20世紀(jì)50 60年代 我國(guó)用 儲(chǔ)量 概念表示地下水量70年代中期開(kāi)始使用 地下水資源 概念取代 地下水儲(chǔ)量 概念地下水資源是指儲(chǔ)存和流動(dòng)在含水系統(tǒng)中 對(duì)人類(lèi)具有利用價(jià)值的地下水 廣義 地下淡水 鹵水 礦水 熱水等狹義 人類(lèi)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必需的地下淡水 地下水資源的特點(diǎn)流動(dòng)性和可恢復(fù)性 與其他礦產(chǎn)資源的區(qū)別 不同的評(píng)價(jià)原則與方法 巨大的儲(chǔ)存空間和調(diào)蓄能力 與地表水的區(qū)別 地下水系統(tǒng)的平滑和滯后作用 流量穩(wěn)定 季節(jié)變化小 巨大庫(kù)容和調(diào)節(jié)能力 以豐補(bǔ)歉的原則系統(tǒng)性 按系統(tǒng) 水文地質(zhì)單元 進(jìn)行地下水資源評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)中要考慮與地下水有關(guān)的經(jīng)濟(jì) 社會(huì) 技術(shù) 環(huán)境 生態(tài) 法律等因素 可利用資源 允許開(kāi)采量 指具有現(xiàn)實(shí)意義的地下水資源 即通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的取水建筑物 在整個(gè)開(kāi)采期內(nèi) 動(dòng)水位不超過(guò)設(shè)計(jì)要求 水質(zhì)和水溫度化在允許范圍內(nèi) 不影響已建水源的正常開(kāi)采 不發(fā)生危害性的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題 并符合現(xiàn)行法規(guī)規(guī)定的前提下 單位時(shí)間 從水文地質(zhì)單元或水源的的范圍內(nèi)能夠取得的地下水資源 水量 3 3 2地下水資源評(píng)價(jià)的內(nèi)容 原則與一般程序 概念 地下水資源評(píng)價(jià)是在一定的天然和人工條件下 對(duì)地下水資源的質(zhì)和量在使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行綜合分析 計(jì)算和論證 地下水資源評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)地下水水量評(píng)價(jià) 補(bǔ)給資源量 可開(kāi)采量 開(kāi)采后果分析評(píng)價(jià) 生態(tài) 環(huán)境影響評(píng)價(jià) 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 簡(jiǎn)單的成本核算和效益分析 其它相應(yīng)技術(shù)措施的分析評(píng)價(jià) 開(kāi)采方案等 地下水資源評(píng)價(jià)的原則 三水 轉(zhuǎn)化 統(tǒng)一考慮與評(píng)價(jià)的原則地下水 地表水和降水是相互轉(zhuǎn)化的開(kāi)采條件下 會(huì)改變自然轉(zhuǎn)化的狀態(tài)宗旨 充分利用含水層中的水量 合理奪取外部水的轉(zhuǎn)化以豐補(bǔ)歉的原則充分發(fā)揮地下水最為水庫(kù)的巨大調(diào)節(jié)作用 枯水季節(jié)和枯水年可動(dòng)用部分儲(chǔ)存量 豐水季節(jié)和豐水年加以補(bǔ)償 但一般要求可開(kāi)采資源量不能大于多年平均補(bǔ)給資源量 地下水資源評(píng)價(jià)的原則 考慮人類(lèi)活動(dòng) 化害為利的原則例如礦山疏干工程優(yōu)化地下水開(kāi)采布局及其允許水位降 截取流量礦井地下水礦井水回收和利用不同目的和不同水文地質(zhì)條件區(qū)別對(duì)待的原則地下水盆地以豐補(bǔ)歉山區(qū)合理奪取地表水地質(zhì)穩(wěn)定地區(qū)水均衡條件評(píng)價(jià)最大開(kāi)采量地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)限制地下水水位降與開(kāi)采量技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 環(huán)境綜合考慮的原則 3 3 3 地下水資源補(bǔ)給量 Qb 和儲(chǔ)存量 W 計(jì)算1 地下水流流入量 側(cè)向補(bǔ)給量 式中 Qb 側(cè)向補(bǔ)給量 m3 d K 含水層滲透系數(shù) m dJ 地下水水力坡度 B 計(jì)算斷面寬度 m H 或M 潛水 或承在水 含水層厚度 m 2 降水滲入補(bǔ)給量式中 Qb 日均降水滲入補(bǔ)給量 m3 d 年均降水入滲系數(shù) A 降水滲入面積 m2 x 年降水量 m3 a 式中 h 年內(nèi)各次降雨的地下水位升幅 m h 各次降雨前地下水位的降速 m d t 為各次水位上升的時(shí)間 d xi 各次水位上升期間的降雨總量 m 給水度 3 河 渠滲入補(bǔ)給量式中 B 河 渠的補(bǔ)給寬度 m h1 hw 沿滲流補(bǔ)給方向岸邊與開(kāi)采井群的動(dòng)水位高度 m L 岸邊至井群的直線(xiàn)水平距離 m 4 灌溉水滲入補(bǔ)給量 1 采用地下水位資料計(jì)算式中 給水度 h 灌溉引起的年地下水升幅 m a A 灌溉面積 m2 2 利用灌溉定額計(jì)算式中 m 灌溉定額 m3 a 5 相鄰含水層垂向越流補(bǔ)給量式中 A 越流補(bǔ)給面積 m2 越流系數(shù) 1 d k 越流層垂向滲透系數(shù) m d m 越流層厚度 1TI h1 開(kāi)采層的水位或開(kāi)采漏斗的平均水位 m h2 相鄰含水層的水位 m 6 容積儲(chǔ)存量 WV 式中 Wv 含水層的容積儲(chǔ)存量 m3 V 含水層體積 m3 7 承壓含水層的彈性?xún)?chǔ)存量 Wc 式中 Wc 承壓含水層的彈性?xún)?chǔ)存量 m3 S 儲(chǔ)存系數(shù) 釋水系數(shù) hp 承壓含水層自頂板算起的壓力水頭高度 m 開(kāi)采試驗(yàn)法 開(kāi)采抽水法試驗(yàn)外推法補(bǔ)償疏干法 在未來(lái)水源地地段 進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的抽水試驗(yàn) 根據(jù)開(kāi)采量 降深 Q s 關(guān)系 對(duì)地下水可開(kāi)采資源量進(jìn)行評(píng)價(jià) 適用條件 水文地質(zhì)條件復(fù)雜 一時(shí)難以查清而又急需作出水資源評(píng)價(jià)的地區(qū) 進(jìn)入水文地質(zhì)詳勘階段 必須進(jìn)行抽水試驗(yàn) 運(yùn)用開(kāi)采試驗(yàn)法進(jìn)行可開(kāi)采資源量評(píng)價(jià) 該方法主要適用于中小型水源地的地下水資源評(píng)價(jià) 開(kāi)采抽水法是按實(shí)際抽水量進(jìn)行抽水試驗(yàn) 并對(duì)地下水進(jìn)行可開(kāi)采資源量評(píng)價(jià)的一種方法 抽水時(shí)期 旱季 why 為了用抽水試驗(yàn)揭露當(dāng)?shù)氐叵滤难a(bǔ)給能力 一般選擇旱季開(kāi)始抽水 延續(xù)時(shí)間 盡量延長(zhǎng)抽水時(shí)間 在抽水量達(dá)到設(shè)計(jì)開(kāi)采量后 一般至少為整個(gè)旱季 1個(gè)月 從抽水到恢復(fù)水位期間進(jìn)行全面觀測(cè) 水位觀測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)兩種情形 可開(kāi)采量評(píng)價(jià) 在長(zhǎng)期抽水過(guò)程中 如果水位達(dá)到設(shè)計(jì)降深并趨近穩(wěn)定狀態(tài) 即鉆孔水位下降值保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上 不再隨時(shí)間繼續(xù)下降 并且抽水量大于或等于需水量 停抽后 水位又能較快地恢復(fù)到原來(lái)的水平 這就表明實(shí)際抽水量小于開(kāi)采條件下的補(bǔ)給能力 按需水量開(kāi)采是有保證的 這時(shí) 實(shí)際的抽水量就是可開(kāi)采資源量 開(kāi)采試樣法 第一種情況 恢復(fù)曲線(xiàn) 水位降深曲線(xiàn) 水位觀測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)兩種情形 如果在長(zhǎng)期定流量抽水過(guò)程中 井中水位不穩(wěn)定 特別是觀測(cè)孔水位具有持續(xù)下降的趨勢(shì) 停抽后 水位雖有恢復(fù) 但始終達(dá)不到原始水位 說(shuō)明抽水量已超過(guò)開(kāi)采條件下的補(bǔ)給能力 按此抽水量開(kāi)采是沒(méi)有保證的 這時(shí) 需要進(jìn)行下列工作 近似直線(xiàn)下降 降深 時(shí)間曲線(xiàn) 單位儲(chǔ)存量法用開(kāi)采情況下抽水穩(wěn)定 水位下降較均勻若干資料計(jì)算的水位資料式中 F為水位下降1m時(shí)儲(chǔ)存量的減少量 簡(jiǎn)稱(chēng)單位儲(chǔ)存量 m3 m S為 t時(shí)段的水位降深 m 用水位恢復(fù)資料進(jìn)行校驗(yàn)抽水量是由兩部分組成一是開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量 二是含水層中消耗的儲(chǔ)存量 開(kāi)采試驗(yàn)法小結(jié) 用旱季抽水所求的補(bǔ)給量評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量結(jié)果是比較保守的 不同的開(kāi)采條件下 Q補(bǔ)是有可能不同的 即Q補(bǔ)是一個(gè)與開(kāi)采條件有關(guān)的變量 因此 為了更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源量 應(yīng)在開(kāi)采過(guò)程中繼續(xù)進(jìn)行水位的長(zhǎng)期觀測(cè) 逐步用多年平均補(bǔ)給量進(jìn)行評(píng)價(jià) 開(kāi)采抽水法評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量 往往需要進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)的抽水試驗(yàn) 必然要花費(fèi)較多的人力 物力 因此 該方法只有在難以查清地下水補(bǔ)給條件而又急需進(jìn)行評(píng)價(jià) 且供水部門(mén)對(duì)用水量的保證程度要求又比較高時(shí) 才采用這種方法 實(shí)例 開(kāi)采試驗(yàn)法 實(shí)例 試驗(yàn)外推法 根據(jù)多個(gè)流程的抽水量 降深關(guān)系 確定可開(kāi)采資源量 適用條件 抽水設(shè)備能力限制 達(dá)不到實(shí)際需水量情況下含水層富水程度較好 補(bǔ)給充足要求 至少進(jìn)行三次降深最大抽水量盡量接近實(shí)際需水量最大降深盡量接近設(shè)計(jì)降深 注意事項(xiàng) 以穩(wěn)定流為基礎(chǔ)抽水水位降深不能太小利用該方法推算可開(kāi)采量時(shí) 必須充分考慮地下水的補(bǔ)給情況 補(bǔ)償疏干法 充分利用含水層的儲(chǔ)水空間和調(diào)節(jié)能力 通過(guò)抽水試驗(yàn)進(jìn)行地下水可開(kāi)采資源量的評(píng)價(jià)方法 適用條件 地下水補(bǔ)給在時(shí)間上分配不均勻含水層具有一定的調(diào)節(jié)能力 但分布面積有限必要條件 借用的儲(chǔ)存量滿(mǎn)足旱季開(kāi)采量的需要雨季補(bǔ)給量除滿(mǎn)足當(dāng)前開(kāi)采量外 還能補(bǔ)償旱季動(dòng)用的儲(chǔ)存量 抽水井水位下降 流量過(guò)程線(xiàn)與補(bǔ)給關(guān)系 旱季 雨季 下降迅速 等速下降開(kāi)采量大于旱季補(bǔ)給能力 評(píng)價(jià)步驟旱季開(kāi)采量 通過(guò)求單位儲(chǔ)存量 繼而計(jì)算旱季開(kāi)采量雨季補(bǔ)給量評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源量 計(jì)算旱季開(kāi)采量 在旱季進(jìn)行開(kāi)采抽水試驗(yàn) 因?yàn)楹导狙a(bǔ)給量基本沒(méi)有 完全靠疏干儲(chǔ)存量來(lái)維持抽水 再者由于蓄水構(gòu)造范圍有限 抽水降落漏斗極易擴(kuò)展到邊界 所以抽水過(guò)程中的水量均衡式為則式中 F為單位儲(chǔ)存量 m3 m Q抽為試驗(yàn)抽水量 m3 d t s為抽水過(guò)程中水位急速下降后開(kāi)始平穩(wěn)等速下降的延續(xù)時(shí)間 d 和相應(yīng)的水位下降值 m 求出單位儲(chǔ)存量后 再根據(jù)含水層的厚度和取水設(shè)備的能力給出最大允許降深Smax 再查明整個(gè)旱季時(shí)間T旱 則可以計(jì)算旱季的開(kāi)采量 Q開(kāi) 即 式中 S0為開(kāi)采抽水開(kāi)始等幅下降時(shí)井中的水位降深 m 可根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)的有關(guān)公式確定開(kāi)始等幅下降的時(shí)間 計(jì)算雨季補(bǔ)給量 地下水雨季補(bǔ)給量除了保證雨季的開(kāi)采外 多余部分就要補(bǔ)償疏干的儲(chǔ)存量 引起水位等幅回升 因此雨季補(bǔ)給量等于抽水量與補(bǔ)償疏干的儲(chǔ)存量之和 即 式中 F 為水位回升時(shí)的單位補(bǔ)償量 可以近似認(rèn)為與水位下降時(shí)的單位儲(chǔ)存相同 為水位回升速率 m d 可以根據(jù)旱季抽水試驗(yàn)資料求得 Q 抽為雨季抽水試驗(yàn)的抽水量 m3 d 評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源 如果地下水一年接受補(bǔ)給的時(shí)間為T(mén)雨 由此可以得到補(bǔ)給總量 Q補(bǔ) T雨 把補(bǔ)給總量分配到全年即得到年平均補(bǔ)給量 結(jié)論分析Q補(bǔ) Q開(kāi) 則計(jì)算的Q開(kāi)可作為可開(kāi)采資源量 Q補(bǔ) Q開(kāi) 則應(yīng)以Q補(bǔ)作為可開(kāi)采資源量 考慮開(kāi)采時(shí)水文氣象因素變化對(duì)開(kāi)采的影響 為了安全起見(jiàn) 可開(kāi)采資源量應(yīng)乘以一個(gè)小于1的安全系數(shù) 一般取0 5 1 使之總是小于補(bǔ)給量 以保證長(zhǎng)期開(kāi)采的需要 補(bǔ)償疏干法 實(shí)例 某新建水源地 據(jù)勘探查明 含水層為厚層灰?guī)r 呈條帶狀分布 面積約十平方公里 灰?guī)r分布區(qū)有間歇性河 故巖溶水的補(bǔ)給來(lái)源主要是季節(jié)性河水滲漏和降水滲入 為了評(píng)價(jià)開(kāi)采量 在整個(gè)旱季作了長(zhǎng)期抽水試驗(yàn) 試驗(yàn)資料歸納如下圖所示 勘查年的旱季時(shí)間t開(kāi) 253天 雨季補(bǔ)給時(shí)間為T(mén)補(bǔ) 112天 允許降深規(guī)定為Smax 23米 抽水試驗(yàn)和恢復(fù)試驗(yàn)曲線(xiàn) 補(bǔ)償疏干法 實(shí)例 按旱季抽水資料求出 F值 求開(kāi)采量 把允許降深作為旱季末期的最大降深 令t開(kāi) 253天求補(bǔ)給量 分析當(dāng)?shù)囟嗄晁臍庀筚Y料后 取安全系數(shù)r 0 7 綜合計(jì)算結(jié)果 Q補(bǔ) Q開(kāi) 故開(kāi)采量1841 2m3 d是有補(bǔ)給保證又能取出來(lái)的開(kāi)采量 3 3 4 6水均衡法適用于地下水埋藏較淺 補(bǔ)給與排泄較簡(jiǎn)單且水文地質(zhì)條件易于查清的地區(qū) 式中 smax 最大允許降深 t 開(kāi)采年限 一般取50 100a 按水均衡法汁算的開(kāi)采量是整個(gè)均衡區(qū)的極限值 一般大于將來(lái)的實(shí)際開(kāi)采量 要使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際開(kāi)采量接近 應(yīng)根據(jù)具體的水文地質(zhì)條件和均衡要素測(cè)定的精度 乘以小于1的開(kāi)采系數(shù) 3 3 4 7相關(guān)分析法主要用于穩(wěn)定型和調(diào)節(jié)型開(kāi)采動(dòng)態(tài)的水源地 或補(bǔ)給有余的舊水源地?cái)U(kuò)大開(kāi)采時(shí)的地下水資源評(píng)價(jià) 3 3 4 8地下水文分析法1 巖溶管道截流總和法 2 地下徑流模數(shù)法 3 流量過(guò)程線(xiàn)分割法 4 水文分析法中的頻率分析 第2章水循環(huán)及水資源形成2 2水資源的形成2 2 1地表水資源的類(lèi)型與形成 1 降水我國(guó)降水主要表現(xiàn)為時(shí)空分布的極端不均勻性降水量的年際變化程度用降水量的極值比Ka或年降水變異 變差 系數(shù)Cv值來(lái)表示 a 年降水量的極值比Ka計(jì)算公式 說(shuō)明 Ka值越大 降水量年際變化越大 Ka值越小 降量年際變化越小 降水量年際越均勻 第2章水循環(huán)及水資源形成2 2水資源的形成2 2 1地表水資源的類(lèi)型與形成 我國(guó)年降水量變化最大的地區(qū)是華北和西北地區(qū) 豐水年與枯水年比值為3 5倍 最大可達(dá)10倍 南方濕潤(rùn)地區(qū)降水量的年際變化比較均勻 豐水年為枯水年的1 5 2 0倍 其中最適宜保持環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)平衡的Ka值為1 2左右 b 年降水量變差系數(shù)Cv 均方差 變差系數(shù)Cv 第2章水循環(huán)及水資源形成2 2水資源的形成2 2 1地表水資源的類(lèi)型與形成 III 說(shuō)明 年降水量的變差系數(shù)Cv為多年年降水量均方差與平均年降水量之比 比值越大 表示年降水量的年際變化越大 反之就越小 我國(guó)南方濕潤(rùn)地區(qū)是全國(guó)年降水量變差系數(shù)變化最小的地區(qū) 一般在0 2以下 但東南沿南海某些經(jīng)常遭受臺(tái)風(fēng)襲擊的地區(qū) 由于受臺(tái)風(fēng)暴雨的影響 Cv值一般在0 25以上 淮河流域 黃河流域及華北地區(qū) 變差系數(shù)值介于0 25 0 35之間 東北的東部為0 20 0 25之間 西部為0 25 0 30之間 我國(guó)西北大部分地區(qū)值在0 40以上 第2章水循環(huán)及水資源形成2 2水資源的形成2 2 1地表水資源的類(lèi)型與形成 2 徑流1 概念 流域上的降水 除去損失后 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(chēng)為河流徑流 簡(jiǎn)稱(chēng)徑流 徑流形成過(guò)程 降雨過(guò)程扣除損失蓄滲過(guò)程坡地漫流集流過(guò)程2 徑流的分類(lèi) a 按空間的存在方式分 地表徑流與地下徑流b 按形成水源的條件 降雨徑流 雪融水徑流和冰融水徑流表征徑流的特征值 流量Q 徑流總量Wt 徑流模數(shù)M 徑流深度Rt 徑流系數(shù) 解析法開(kāi)采試驗(yàn)法水量均衡法水文分析法數(shù)值法 運(yùn)用地下水解析解 井流公式 對(duì)含水層進(jìn)行地下水可開(kāi)采量進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法 取水構(gòu)筑物井流公式評(píng)價(jià)方法和步驟局限性 取水構(gòu)筑物提取地下水的工程設(shè)施稱(chēng)之為取水構(gòu)筑物取水構(gòu)筑物分類(lèi)垂直取水構(gòu)筑物 井 管井 大口井 水平取水構(gòu)筑物 集水管 滲水管 滲渠抽水井分類(lèi)潛水井 承壓水井 混采井完整井 非完整井穩(wěn)定流 非穩(wěn)定流單井抽水 群井抽水 地下水流向完整井的穩(wěn)定流 裘布依公式 裘布依公式的假設(shè)條件 潛水含水層承壓含水層 裘布依公式的假設(shè)條件 1 穩(wěn)定流 抽水產(chǎn)生穩(wěn)定的降落漏斗 漏斗半徑為 影響半徑 2 天然水力坡度為零 抽水時(shí)為了用流線(xiàn)傾角的正切代替正弦 則井附近的水力坡度不能大于0 25 3 含水層均質(zhì)各向同性 含水層的底板是隔水的 水平的 4 影響半徑的范圍內(nèi)無(wú)滲入 無(wú)蒸發(fā) 每個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔狭髁坎蛔?在影響半徑的圓周上為定水頭邊界 5 降落漏斗范圍內(nèi)的地下水為平面二維流 徑向流 地下水流向完整井的非穩(wěn)定流 泰斯公式 承壓含水層泰斯假設(shè) 泰斯公式當(dāng)u 0 01時(shí) 簡(jiǎn)化為 地下水流向完整井的非穩(wěn)定流潛水含水層潛水和承壓含水層非穩(wěn)定井流公式比較 泰斯公式假設(shè) 1 含水層是均質(zhì)的 各向同性 等厚 側(cè)向無(wú)限延伸 水平 2 抽水前天然狀態(tài)下地下水的水力坡度為零 3 完整井定流量抽水 4 含水層中水流服從達(dá)西定律 5 水頭下降引起的地下水的儲(chǔ)存量的釋放量是瞬時(shí)完成的 6 抽水井井徑無(wú)限小 Theis公式 群井抽水公式承壓含水層潛水含水層 1 根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)條件和開(kāi)采方式 選定合適的井流解析公式 2 求取井流公式中各類(lèi)水文地質(zhì)參數(shù) 3 計(jì)算各種開(kāi)采方案下的水位降深 評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采量 4 論證可開(kāi)采量的保證程度 1 特點(diǎn)及使用條件a分布參數(shù)方法b評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量c簡(jiǎn)單 直觀 快速 經(jīng)濟(jì)適用條件 理想條件下的水文地質(zhì)條件 如滿(mǎn)足泰斯假設(shè) 裘布依假設(shè)等可開(kāi)采量的保證程度需通過(guò)其它方法論證 2 限制條件應(yīng)用條件太苛刻 邊界形狀 非均質(zhì) 各向異性 初始地下水面 承壓區(qū)和無(wú)壓區(qū)并存 且分界線(xiàn)隨時(shí)間變化 含水層有不均勻越流 存在天窗或有河床滲漏 水井抽水量恒定或某一階段恒定 含水層側(cè)向無(wú)限延伸 滲透區(qū)形狀矩形或圓形 下述情況 不宜用解析解 1 邊界形狀 尤其是供水邊界形狀極不規(guī)則時(shí) 2 含水層存在明顯的非均質(zhì)性和各向異性 3 邊界的位置 邊界上的水頭或流量隨時(shí)間變化 4 承壓區(qū)和無(wú)壓區(qū)在平面上并存 其間的分界線(xiàn)隨時(shí)間變化 5 含水層有不均勻越流 存在 天窗 或有河床滲漏 在未來(lái)水源地地段 進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的抽水試驗(yàn) 根據(jù)開(kāi)采量 降深 Q s 關(guān)系 對(duì)地下水可開(kāi)采資源量進(jìn)行評(píng)價(jià) 適用條件 水文地質(zhì)條件復(fù)雜 一時(shí)難以查清而又急需作出水資源評(píng)價(jià)的地區(qū) 進(jìn)入水文地質(zhì)詳勘階段 必須進(jìn)行抽水試驗(yàn) 運(yùn)用開(kāi)采實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行可開(kāi)采資源量評(píng)價(jià) 該方法主要適用于中小型水源地的地下水資源評(píng)價(jià) 開(kāi)采抽水法試驗(yàn)外推法補(bǔ)償疏干法 開(kāi)采抽水法是按實(shí)際抽水量進(jìn)行抽水試驗(yàn) 并對(duì)地下水進(jìn)行可開(kāi)采資源量評(píng)價(jià)的一種方法 抽水時(shí)期 旱季 why 為了用抽水試驗(yàn)揭露當(dāng)?shù)氐叵滤难a(bǔ)給能力 一般選擇旱季開(kāi)始抽水 延續(xù)時(shí)間 盡量延長(zhǎng)抽水時(shí)間 在抽水量達(dá)到設(shè)計(jì)開(kāi)采量后 一般至少為整個(gè)旱季 1個(gè)月 從抽水到恢復(fù)水位期間進(jìn)行全面觀測(cè) 水位觀測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)兩種情形 可開(kāi)采量評(píng)價(jià) 在長(zhǎng)期抽水過(guò)程中 如果水位達(dá)到設(shè)計(jì)降深并趨近穩(wěn)定狀態(tài) 即鉆孔水位下降值保持在一個(gè)穩(wěn)定的水平上 不再隨時(shí)間繼續(xù)下降 并且抽水量大于或等于需水量 停抽后 水位又能較快地恢復(fù)到原來(lái)的水平 這就表明實(shí)際抽水量小于開(kāi)采條件下的補(bǔ)給能力 按需水量開(kāi)采是有保證的 這時(shí) 實(shí)際的抽水量就是可開(kāi)采資源量 開(kāi)采試驗(yàn)法 第一種情況 恢復(fù)曲線(xiàn) 水位降深曲線(xiàn) 水位觀測(cè)結(jié)果可能出現(xiàn)兩種情形 如果在長(zhǎng)期定流量抽水過(guò)程中 井中水位不穩(wěn)定 特別是觀測(cè)孔水位具有持續(xù)下降的趨勢(shì) 停抽后 水位雖有恢復(fù) 但始終達(dá)不到原始水位 說(shuō)明抽水量已超過(guò)開(kāi)采條件下的補(bǔ)給能力 按此抽水量開(kāi)采是沒(méi)有保證的 這時(shí) 需要進(jìn)行下列工作 單位儲(chǔ)存量法 開(kāi)采試驗(yàn)法 第二種情況 近似直線(xiàn)下降 降深 時(shí)間曲線(xiàn) 單位儲(chǔ)存量法 用開(kāi)采情況下抽水穩(wěn)定 水位下降較均勻若干資料計(jì)算的水位資料式中 F為水位下降1m時(shí)儲(chǔ)存量的減少量 簡(jiǎn)稱(chēng)單位儲(chǔ)存量 m3 m S為 t時(shí)段的水位降深 m 用水位恢復(fù)資料進(jìn)行校驗(yàn)抽水量是由兩部分組成一是開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量 二是含水層中消耗的儲(chǔ)存量 開(kāi)采試驗(yàn)法小結(jié) 用旱季抽水所求的補(bǔ)給量評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量結(jié)果是比較保守的 不同的開(kāi)采條件下 Q補(bǔ)是有可能不同的 即Q補(bǔ)是一個(gè)與開(kāi)采條件有關(guān)的變量 因此 為了更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源量 應(yīng)在開(kāi)采過(guò)程中繼續(xù)進(jìn)行水位的長(zhǎng)期觀測(cè) 逐步用多年平均補(bǔ)給量進(jìn)行評(píng)價(jià) 開(kāi)采抽水法評(píng)價(jià)地下水可開(kāi)采資源量 往往需要進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)的抽水試驗(yàn) 必然要花費(fèi)較多的人力 物力 因此 該方法只有在難以查清地下水補(bǔ)給條件而又急需進(jìn)行評(píng)價(jià) 且供水部門(mén)對(duì)用水量的保證程度要求又比較高時(shí) 才采用這種方法 開(kāi)采試驗(yàn)法 實(shí)例 開(kāi)采試驗(yàn)法 實(shí)例 根據(jù)多個(gè)流程的抽水量 降深關(guān)系 確定可開(kāi)采資源量 適用條件 抽水設(shè)備能力限制 達(dá)不到實(shí)際需水量情況下含水層富水程度較好 補(bǔ)給充足要求 至少進(jìn)行三次降深最大抽水量盡量接近實(shí)際需水量最大降深盡量接近設(shè)計(jì)降深 注意事項(xiàng) 1 以穩(wěn)定流為基礎(chǔ) 2 抽水水位降深不能太小 3 利用該方法推算可開(kāi)采量時(shí) 必須充分考慮地下水的補(bǔ)給情況 充分利用含水層的儲(chǔ)水空間和調(diào)節(jié)能力 通過(guò)抽水試驗(yàn)進(jìn)行地下水可開(kāi)采資源量的評(píng)價(jià)方法 適用條件 地下水補(bǔ)給在時(shí)間上分配不均勻含水層具有一定的調(diào)節(jié)能力 但分布面積有限必要條件 借用的儲(chǔ)存量滿(mǎn)足旱季開(kāi)采量的需要雨季補(bǔ)給量除滿(mǎn)足當(dāng)前開(kāi)采量外 還能補(bǔ)償旱季動(dòng)用的儲(chǔ)存量 抽水井水位下降 流量過(guò)程線(xiàn)與補(bǔ)給關(guān)系 旱季 雨季 下降迅速 等速下降開(kāi)采量大于旱季補(bǔ)給能力 評(píng)價(jià)步驟 1 旱季開(kāi)采量 通過(guò)求單位儲(chǔ)存量 繼而計(jì)算旱季開(kāi)采量 2 雨季補(bǔ)給量 3 評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源量 評(píng)價(jià)步驟之一 計(jì)算旱季開(kāi)采量 在旱季進(jìn)行開(kāi)采抽水試驗(yàn) 因?yàn)楹导狙a(bǔ)給量基本沒(méi)有 完全靠疏干儲(chǔ)存量來(lái)維持抽水 再者由于蓄水構(gòu)造范圍有限 抽水降落漏斗極易擴(kuò)展到邊界 所以抽水過(guò)程中的水量均衡式為則式中 F為單位儲(chǔ)存量 m3 m Q抽為試驗(yàn)抽水量 m3 d t s為抽水過(guò)程中水位急速下降后開(kāi)始平穩(wěn)等速下降的延續(xù)時(shí)間 d 和相應(yīng)的水位下降值 m 評(píng)價(jià)步驟之一 計(jì)算旱季開(kāi)采量 求出單位儲(chǔ)存量后 再根據(jù)含水層的厚度和取水設(shè)備的能力給出最大允許降深Smax 再查明整個(gè)旱季時(shí)間T旱 則可以計(jì)算旱季的開(kāi)采量 Q開(kāi) 即 式中 S0為開(kāi)采抽水開(kāi)始等幅下降時(shí)井中的水位降深 m 可根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)的有關(guān)公式確定開(kāi)始等幅下降的時(shí)間 評(píng)價(jià)步驟之二 計(jì)算雨季補(bǔ)給量 地下水雨季補(bǔ)給量除了保證雨季的開(kāi)采外 多余部分就要補(bǔ)償疏干的儲(chǔ)存量 引起水位等幅回升 因此雨季補(bǔ)給量等于抽水量與補(bǔ)償疏干的儲(chǔ)存量之和 即 式中 F 為水位回升時(shí)的單位補(bǔ)償量 可以近似認(rèn)為與水位下降時(shí)的單位儲(chǔ)存相同 為水位回升速率 m d 可以根據(jù)旱季抽水試驗(yàn)資料求得 Q 抽為雨季抽水試驗(yàn)的抽水量 m3 d 評(píng)價(jià)步驟之三 評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源 如果地下水一年接受補(bǔ)給的時(shí)間為T(mén)雨 由此可以得到補(bǔ)給總量 Q補(bǔ) T雨 把補(bǔ)給總量分配到全年即得到年平均補(bǔ)給量 評(píng)價(jià)步驟之三 評(píng)價(jià)可開(kāi)采資源 結(jié)論分析Q補(bǔ) Q開(kāi) 則計(jì)算的Q開(kāi)可作為可開(kāi)采資源量 Q補(bǔ) Q開(kāi) 則應(yīng)以Q補(bǔ)作為可開(kāi)采資源量 考慮開(kāi)采時(shí)水文氣象因素變化對(duì)開(kāi)采的影響 為了安全起見(jiàn) 可開(kāi)采資源量應(yīng)乘以一個(gè)小于1的安全系數(shù) 一般取0 5 1 使之總是小于補(bǔ)給量 以保證長(zhǎng)期開(kāi)采的需要 補(bǔ)償疏干法 實(shí)例 某新建水源地 據(jù)勘探查明 含水層為厚層灰?guī)r 呈條帶狀分布 面積約十平方公里 灰?guī)r分布區(qū)有間歇性河 故巖溶水的補(bǔ)給來(lái)源主要是季節(jié)性河水滲漏和降水滲入 為了評(píng)價(jià)開(kāi)采量 在整個(gè)旱季作了長(zhǎng)期抽水試驗(yàn) 試驗(yàn)資料歸納如下圖所示 勘查年的旱季時(shí)間t開(kāi) 253天 雨季補(bǔ)給時(shí)間為T(mén)補(bǔ) 112天 允許降深規(guī)定為Smax 23米 抽水試驗(yàn)和恢復(fù)試驗(yàn)曲線(xiàn) 補(bǔ)償疏干法 實(shí)例 按旱季抽水資料求出 F值 求開(kāi)采量 把允許降深作為旱季末期的最大降深 令t開(kāi) 253天求補(bǔ)給量 分析當(dāng)?shù)囟嗄晁臍庀筚Y料后 取安全系數(shù)r 0 7 綜合計(jì)算結(jié)果 Q補(bǔ) Q開(kāi) 故開(kāi)采量1841 2m3 d是有補(bǔ)給保證又能取出來(lái)的開(kāi)采量 1基本原理和均衡方程式2水量均衡法評(píng)價(jià)的主要步驟3均衡計(jì)算中的頻率分析4實(shí)例分析 1基本原理和均衡方程式 水量均衡法的基本原理 任一時(shí)間段的補(bǔ)給量和消耗量之差 等于地下水系統(tǒng)中水體積的變化量 天然條件下水量均衡方程式 或式中 Q補(bǔ)為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各補(bǔ)給量總和 m3 d Q排為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)各排泄量總和 m3 d Q儲(chǔ)為計(jì)算期間內(nèi)地下水系統(tǒng)儲(chǔ)存量的變化量 m3 d 天然多年均衡方程式 天然條件下 多年周期變化 可以用多年平均補(bǔ)給量之和或多年平均排泄量之和來(lái)計(jì)算地下水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源量 式中 多年平均補(bǔ)給量之