水资源计算与管理课件.ppt

1、第五章第五章 水资源量的计算水资源量的计算第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理第二节第二节 降水量的分析计算降水量的分析计算第三节第三节 地表水资源量的分析计算地表水资源量的分析计算第四节第四节 地下水资源的概念及类型区的划分地下水资源的概念及类型区的划分第五节第五节 水文地质参数计算水文地质参数计算第六节第六节 平原区地下水资源量计算平原区地下水资源量计算第七节第七节 山丘区地下水资源量计算山丘区地下水资源量计算第八节第八节 水资源总量的分析计算水资源总量的分析计算p 一般是针对水资源区划确定的的一般是针对水资源区划确定的的某一特定区域某一特定区域而进行的而进行的p 内容内

2、容：在收集整理：在收集整理气象、水文资料气象、水文资料的基础上，研究区域内的基础上，研究区域内降降水、蒸发、径流水、蒸发、径流等要素等要素变化规律变化规律以及区域地表水、土壤水、以及区域地表水、土壤水、地下地下水的相互转化关系水的相互转化关系p 意义意义：计算地表水资源、地下水资源及总水资源的数量，分：计算地表水资源、地下水资源及总水资源的数量，分析其水质即析其水质即时空变化规律时空变化规律，为区域，为区域水资源的开发规划水资源的开发规划提供科提供科学学依据依据p 主要内容：主要内容：在水资源分区的基础上，分别进行在水资源分区的基础上，分别进行降水量、地表降水量、地表水资源量、地下水资源量及水

3、资源总量水资源量、地下水资源量及水资源总量的分析评价的分析评价第五章第五章 水资源量的计算水资源量的计算第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理一一 基本资料的收集基本资料的收集二二 资料的可靠性审查资料的可靠性审查三三 资料的一致性审查资料的一致性审查四四 资料的代表性审查资料的代表性审查五五 资料的插补延长资料的插补延长六六 径流量的还原计算径流量的还原计算七七 统计参数的分析确定统计参数的分析确定第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理一一 基本资料的收集基本资料的收集1 1 降水资料的收集降水资料的收集p收集资料应注意事项收集资料应注意事项5 5项：项：u选

4、用的观测站要求选用的观测站要求资料可靠资料可靠、系列较长系列较长、面上、面上分布分布比较比较均匀均匀u收集收集各各观测站观测站降水量降水量资料资料本身的同步性本身的同步性，还要兼顾，还要兼顾降水量与降水量与径流量径流量资料的同步性资料的同步性u认真认真校对校对选用资料，对其选用资料，对其来源、质量及相关来源、质量及相关情况应情况应详细注明详细注明u收集适当收集适当比例尺比例尺的的地形图地形图，作为，作为工作底图工作底图，以进行，以进行站点分布站点分布图图、各种、各种等值线图等值线图等图件的绘制等图件的绘制u收集收集区域内的区域内的土壤、植被、地质土壤、植被、地质、河流水系河流水系、气象、流域水

5、气象、流域水利工程利工程、区域、区域社会经济、水资源开发利用社会经济、水资源开发利用状况等资料，以便状况等资料，以便进行资料的进行资料的审查、插补延长和径流量的还原审查、插补延长和径流量的还原计算计算2 2 径流资料的收集径流资料的收集p收集内容主要有收集内容主要有6 6项：项：第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理一一 基本资料的收集基本资料的收集u 本本区域内和区域内和邻近邻近区域的区域的水文气象水文气象资料资料：降水、蒸发、径流、泥沙：降水、蒸发、径流、泥沙u 本区域的本区域的自然地理自然地理特性资料特性资料：区域面积、地形、地貌、土壤、植被：区域面积、地形、地貌、土壤、

6、植被u 区域内区域内水利工程水利工程概况：概况：历年各级水库的有效库容及其灌溉面积；引、历年各级水库的有效库容及其灌溉面积；引、提水量及其灌溉面积；灌溉定额、渠系有效利用系数、田间回归系数等提水量及其灌溉面积；灌溉定额、渠系有效利用系数、田间回归系数等u 区域内区域内水文地质特性水文地质特性资料：资料：岩性分布、地下水埋深和开采情况等岩性分布、地下水埋深和开采情况等u 社会经济社会经济资料：资料：人口、耕地的数量及其分布，当地经济发展情况人口、耕地的数量及其分布，当地经济发展情况u 水质监测水质监测资料：资料：主要工矿企业的排污量、排放途径、影响范围、污染主要工矿企业的排污量、排放途径、影响范

7、围、污染后果等后果等第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理一一 基本资料的收集基本资料的收集二二 资料的可靠性审查资料的可靠性审查p降水资料降水资料的可靠性审查：的可靠性审查：u与邻近站资料对比与邻近站资料对比u与其他水文气象要素比较与其他水文气象要素比较p径流资料径流资料的可靠性审查的可靠性审查u与邻近站资料对比与邻近站资料对比u与其他水文气象要素比较与其他水文气象要素比较u上下游上下游水量平衡、径流模数、断面水位流量关系等水量平衡、径流模数、断面水位流量关系等第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理三三 资料的一致性审查资料的一致性审查p 资料的一致性资料的一

8、致性：一个序列中不同时期的资料：一个序列中不同时期的资料成因成因是否相同，是否相同，具体表现在测站的具体表现在测站的气候条件及周围环境气候条件及周围环境是否发生变化是否发生变化p 需要一致性审查的原因需要一致性审查的原因:u 人类活动人类活动往往导致观测站周围环境的变化，如伐木、农往往导致观测站周围环境的变化，如伐木、农田灌溉、城市化及兴修水利工程等会导致田灌溉、城市化及兴修水利工程等会导致降水和径流等降水和径流等水文要素的变化水文要素的变化，使资料的一致性遭到破坏，使资料的一致性遭到破坏(大范围气候大范围气候几十年内相对稳定几十年内相对稳定)u 因因观测方法变化观测方法变化或或观测站迁移观测

9、站迁移造成的资料不一致，也应造成的资料不一致，也应该进行修正该进行修正第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理三三 资料的一致性审查资料的一致性审查p 审查方法两大类审查方法两大类u 判断资料整体趋势的方法：判断资料整体趋势的方法：Mann-KendallMann-Kendall非参数秩相关非参数秩相关检验法、检验法、SpearmanSpearman秩词相关检验法、滑动平均检验法等秩词相关检验法、滑动平均检验法等u 判断资料中跳跃成分的方法：累积曲线法、判断资料中跳跃成分的方法：累积曲线法、LeeLee和和HeghimHeghimanan法、有序聚类分析法和重标度极差分析法等法、

10、有序聚类分析法和重标度极差分析法等p 下面着重讲述累积曲线法下面着重讲述累积曲线法u 单累积曲线法单累积曲线法u 双累积曲线法双累积曲线法第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理titaXX11 1 单累计曲线法单累计曲线法设有年降水量（径流量）系列设有年降水量（径流量）系列Xt(t=1,2,3n),则有则有三三 资料的一致性审查资料的一致性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理p XtXt为为t t时段内的累积降水时段内的累积降水/径流量径流量p 若一致性好，则如图若一致性好，则如图p 后期数据变大，则斜率增大后期数据变大，则斜率增大p 数据减少，则斜率变少

11、数据减少，则斜率变少ti2 2 双累计曲线法双累计曲线法p 双累积曲线法：当分析站周围有较多雨量站，且认为这些雨量站降水资料一致性较好时，可通过绘制分析站的累积降水量与多站平均累积降水量关系曲线，以分析单站降水资料的一致性p 分析站的累计降水量为横坐标，其他观测站数据均值为纵坐标，若降水系列的若降水系列的一致性较好一致性较好，该曲线为，该曲线为单一直线关系单一直线关系p 可做累积降水量与累积径流量的双累积曲线。若降水系列的若降水系列的一致性较好，该曲线为单一直线关系一致性较好，该曲线为单一直线关系三三 资料的一致性审查资料的一致性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理四、资

12、料的代表性审查四、资料的代表性审查p 资料系列代表性资料系列代表性：样本资料的统计特性能否很好的反映总：样本资料的统计特性能否很好的反映总体的统计特性体的统计特性p 一个随机系列中，有一一个随机系列中，有一/几个完整的几个完整的丰、枯周期丰、枯周期，其中又，其中又包含包含长系列长系列中的中的最大最大/小值小值，各种，各种统计特征统计特征相对相对稳定稳定，则，则一般认为这个系列的一般认为这个系列的代表性较好代表性较好p 数理统计中，计算成果的数理统计中，计算成果的精度精度取决于样本对总体的取决于样本对总体的代表性代表性p 代表性审查包括：代表性审查包括：周期周期分析、分析、稳定期稳定期分析、分析

13、、代表性代表性分析分析第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理1 1 资料系列的周期分析资料系列的周期分析p 我国降水量的年际变化具丰我国降水量的年际变化具丰/枯水年组交替出现的周期性趋势枯水年组交替出现的周期性趋势p 影响因素较多，故需长期实测资料系列，保证该系列中至少影响因素较多，故需长期实测资料系列，保证该系列中至少有一个完整的周期有一个完整的周期p 周期分析的方法较多周期分析的方法较多(方差分析和滑动平均过程线等方差分析和滑动平均过程线等)，常用差积曲，常用差积曲线法：将线法：将每年每年的降水量（径流量）与的降水量（径流量）与多年平均多年平均降水量（径流降水量（径流量）的

14、量）的离差离差依次依次累加累加，然后绘制，然后绘制差积值差积值与与时间时间的关系曲线的关系曲线进进行行周期分析周期分析的方法的方法四、资料的代表性审查四、资料的代表性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理1 1 资料系列的周期分析资料系列的周期分析p 年降水量年降水量模比系数差积曲线模比系数差积曲线的绘制：的绘制：计算系列多年的计算系列多年的平均值平均值及各年的及各年的模比系数模比系数Ki 将开始至当前年份各年的（将开始至当前年份各年的（Ki-1）依次累加）依次累加，得到一个系列，得到一个系列(Ki-1)以以t为纵坐标，为纵坐标，(Ki-1)为横坐标为横坐标，即可绘制出差积

15、曲线，即可绘制出差积曲线p 曲线中一个完整的上升曲线中一个完整的上升/下降段即丰下降段即丰/枯水期、平稳段即平水期枯水期、平稳段即平水期p 完整的完整的上上-下两段下两段组成组成一个周期一个周期p 差积曲线上差积曲线上半个周期半个周期即实测资料系列的一个周期即实测资料系列的一个周期四、资料的代表性审查四、资料的代表性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理1 1 资料系列的周期分析资料系列的周期分析p 由于降水量实际变化的由于降水量实际变化的复杂性和不确定性复杂性和不确定性，大周期内有小周，大周期内有小周期，故需按期，故需按曲线的长历时大趋势曲线的长历时大趋势来判定周期来判定

16、周期p 稳定期短稳定期短时，时，多峰式多峰式：年级丰枯变化频繁，变小年级丰枯变化频繁，变小p 稳定期长稳定期长时，时，单一半峰或馒头式单一半峰或馒头式：年际丰枯变化缓慢，变幅较大年际丰枯变化缓慢，变幅较大p 分顺分顺/逆时序，但为选择代表序列，选用逆时序，但为选择代表序列，选用逆时序逆时序：以最新资料：以最新资料的实测资料年份为周期的七点，取的实测资料年份为周期的七点，取1-2个周期为代表期个周期为代表期p 若至少包含一个周期，则有较好代表性若至少包含一个周期，则有较好代表性四、资料的代表性审查四、资料的代表性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理2 2 资料稳定性和代表性

17、分析资料稳定性和代表性分析p 稳定性分析的目的是通过稳定性分析的目的是通过降水降水/径流系列径流系列某种某种指标或参数指标或参数达达到到稳定的历时稳定的历时来确定来确定代表期代表期的方法的方法p 常用常用累积平均曲线法累积平均曲线法和和长短系列统计参数比较长短系列统计参数比较法法 累积平均曲线法：降水（或径流）资料系列的累积平均曲线法：降水（或径流）资料系列的逆时累积平均值逆时累积平均值与与时时间的关系分析间的关系分析降水（或径流）系列稳定期的方法降水（或径流）系列稳定期的方法uXi=1/i(X1+Xk+Xi），其中），其中Xk为实测值、为实测值、Xi为为i年累积平均值年累积平均值uXi是否接

18、近是否接近系列系列(长系列长系列)均值均值，即模比系数是否接近，即模比系数是否接近1 长短系列统计参数比较法：两系列参数值是否接近长短系列统计参数比较法：两系列参数值是否接近四、资料的代表性审查四、资料的代表性审查第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理五五 资料的插补延长资料的插补延长p 短期实测资料或缺测资料代表性差，为短期实测资料或缺测资料代表性差，为减少抽样误差、提高减少抽样误差、提高计算精度、保证成果质量计算精度、保证成果质量，需插补延长资料系列，需插补延长资料系列p 插补：以某种方式对系列中缺测的值作出估算，使系列连续插补：以某种方式对系列中缺测的值作出估算，使系列连

19、续p 延长：利用延长：利用不同测站长短系列不同测站长短系列间的关系，对间的关系，对较短系列较短系列中未观中未观测的测的一段时间的值一段时间的值作出作出估算估算，使其满足需求，使其满足需求p 主要有主要有降水降水资料和资料和径流径流资料的插补延长两种资料的插补延长两种第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理五五 资料的插补延长资料的插补延长p 短期实测资料或缺测资料代表性差，为短期实测资料或缺测资料代表性差，为减少抽样误差、提高减少抽样误差、提高计算精度、保证成果质量计算精度、保证成果质量，需插补延长资料系列，需插补延长资料系列1 1 降水资料降水资料的插补延长的插补延长(四种方法

20、四种方法)：两站两站距离很近、气候地形一致距离很近、气候地形一致：直接移用或相关分析法：直接移用或相关分析法 地形气候条件一致的地形气候条件一致的地区：移用通气临近观测站的算术地区：移用通气临近观测站的算术/面积加权平均值面积加权平均值 个别非汛期月份个别非汛期月份的站点的站点:因其各月降水量不大，且占年降水量比重小，采因其各月降水量不大，且占年降水量比重小，采用同月降水量的多年平均值插补延长用同月降水量的多年平均值插补延长 绘制降水量等值线图绘制降水量等值线图，用内插的方法补缺测站点的降水量：虽精度高，用内插的方法补缺测站点的降水量：虽精度高，但工作量大但工作量大第一节第一节 基本资料的收集

21、与整理基本资料的收集与整理2 2 径流资料的插补延长径流资料的插补延长p 年径流量年径流量常用方法有三种：常用方法有三种：流域平均年流域平均年降水量降水量与年与年径流量相关分析径流量相关分析法：我国降水量和径法：我国降水量和径流量一般具较好的线性相关，可用降水量插补延长径流量流量一般具较好的线性相关，可用降水量插补延长径流量 相邻流域相邻流域流量相关分析法：两流域气候下垫面条件一致流量相关分析法：两流域气候下垫面条件一致 上下游站上下游站年径流量相关分析：上下游两站距离较近年径流量相关分析：上下游两站距离较近p 当相邻或上下游流域气象、下垫面不同，或受其他因素影响当相邻或上下游流域气象、下垫面

22、不同，或受其他因素影响时，需用时，需用非线性非线性/多元多元/偏偏相关分析插补延长相关分析插补延长五五 资料的插补延长资料的插补延长第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理2 2 径流资料的插补延长径流资料的插补延长p 月径流量月径流量分汛期和非汛期分汛期和非汛期p 汛期径流量较大且不稳定，非汛期径流量较小且稳定汛期径流量较大且不稳定，非汛期径流量较小且稳定u汛期汛期使用水位流量相关分析方法使用水位流量相关分析方法u上下游、相邻测站的径流量相关分析上下游、相邻测站的径流量相关分析u前期降水量前期降水量(上上1/21/2个月个月)与径流量的相关关系与径流量的相关关系(大流域时更好大

23、流域时更好)非汛期较简单非汛期较简单，利用相应的多月平均值来代替缺测值，或使用径流，利用相应的多月平均值来代替缺测值，或使用径流量自身趋势进行插补延长（不宜超过实测年数）量自身趋势进行插补延长（不宜超过实测年数）五五 资料的插补延长资料的插补延长第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理六六 径流量的还原计算径流量的还原计算p 对于实测径流已不能代表天然状况的水文站应进行还原计算，对于实测径流已不能代表天然状况的水文站应进行还原计算，将将实测径流还原实测径流还原为为天然径流天然径流系列系列(短期人类活动的影响短期人类活动的影响)p 还原时，应按照河系还原时，应按照河系自上而下自上而

24、下对各水文站对各水文站控制断面分段控制断面分段进行，进行，然后进行然后进行累加累加计算计算u 还原计算后需进行上下游、干支游、地区之间还原计算后需进行上下游、干支游、地区之间的综合平衡的综合平衡，分析其，分析其合理性合理性u 对工农业和城市等的对工农业和城市等的用水定额和实耗水量用水定额和实耗水量需结合需结合发展情况、气候、发展情况、气候、土壤、灌溉方式土壤、灌溉方式等因素，进行部门、地区和年际间的比较等因素，进行部门、地区和年际间的比较u 对对还原前后还原前后的的降水径流关系降水径流关系进行对比分析进行对比分析p 常用的还原计算方法有常用的还原计算方法有分项调查法分项调查法和和降水径流关系法

25、降水径流关系法第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理六六 径流量的还原计算径流量的还原计算1 1 分项调查法分项调查法 对于流域中对于流域中各项影响因素各项影响因素所造成的径流变化所造成的径流变化逐一调查和计算逐一调查和计算，就可以得到最终的还原水量就可以得到最终的还原水量W天然天然=W实测实测W农业农业W工业工业W生活生活W调蓄调蓄W蒸发蒸发W引水引水W分洪分洪W渗渗漏漏W开采开采W其他其他p 各项主要采用各项主要采用调查和简单的计算方法确调查和简单的计算方法确定，如定，如定额法和相关分析定额法和相关分析法法p W W其他其他中包括中包括城市化和水土保持城市化和水土保持措施等

26、影响的水量措施等影响的水量p W W开采开采(地下水开发地下水开发)对径流量的影响主要是引起汇入河流的对径流量的影响主要是引起汇入河流的泉流量泉流量、河流、河流基基流量流量衰减衰减;若开发规模较大，可增加或引起若开发规模较大，可增加或引起河流向地下水的排泄河流向地下水的排泄第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理2 2 降水径流关系法降水径流关系法p建立建立人类活动人类活动影响前影响前的的降水径流模型降水径流模型，然后用人类活动影响，然后用人类活动影响后的各种后的各种降水资料代入降水资料代入建立的降水建立的降水径流模型径流模型，计算出不受人，计算出不受人类活动影响的天然年径流量类

27、活动影响的天然年径流量(实测值与天然值的差值即还原量实测值与天然值的差值即还原量)p大量开采地下水大量开采地下水地下水位下降地下水位下降降水补给地下水、产流量降水补给地下水、产流量降低，此时采用井灌较少年份的资料，建立降水径流关系，降低，此时采用井灌较少年份的资料，建立降水径流关系，然后代入开采地下水后降水量数据，即可推出径流量然后代入开采地下水后降水量数据，即可推出径流量p主要的模型有主要的模型有多元统计分析法多元统计分析法和和产汇流模型法产汇流模型法六六 径流量的还原计算径流量的还原计算第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理2 2 降水径流关系法降水径流关系法p建立人类活动

28、影响之前的降水径流模型，然后用人类活动影建立人类活动影响之前的降水径流模型，然后用人类活动影响后的各种降水资料代入建立的降水径流模型，计算出不受响后的各种降水资料代入建立的降水径流模型，计算出不受人类活动影响的天然年径流量人类活动影响的天然年径流量p主要的模型有主要的模型有1 1、多元统计分析法、多元统计分析法2 2、产汇流模型法、产汇流模型法六六 径流量的还原计算径流量的还原计算第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理七七 统计参数的分析确定统计参数的分析确定p 降水系列的统计参数应先先根据矩法和极大似然法等得到初值，并绘制经验频率曲线，然后然后再采用适线法确定统计参数的最终值p 我国大部分地区降水频率曲线用P-III型分布p 根据Cv和Cs值，绘制均值、均值、CvCv、CsCs、Cs/Cv等值线图p 降水或径流系列中第m项经验频率Pm计算公式第一节第一节 基本资料的收集与整理基本资料的收集与整理