第二章 区域水资源调查与开发利用调查评价

第一节 水资源调查评价

一、地表水资源评价的基本依据及要求

（一）地表水资源评价的基本依据

(1)SL/T 238—1999《水资源评价导则》。

(2)SL 196—2015《水文调查规范》。

(3)《全国水资源综合规划技术细则》。

（二）地表水资源评价的要求

地表水资源调查评价的要求：全面调查统计降水、径流、蒸发、泥沙等水文要素和供水、用水、耗水等基本资料；计算各水文要素参数特征值；分析地表水资源时空分布特征及变化情势。

二、地表水资源调查评价提供的成果

（一）主要水文要素分析计算成果

（1）系列代表性分析成果。主要分析降水系列的代表性，并提供分析成果。

（2）降水量成果。主要有单站多年平均年降水量、变差系数、偏差系数、最大和最小降水量及其出现年份；雨量代表站典型年及多年平均降水量月分配。

（3）径流量成果。主要包括水文站天然径流量多年均值、变差系数、偏差系数、最大和最小径流量及其出现年份和不同频率的径流量；径流代表站典型年及多年平均天然径流量月分配。

（4）蒸发量成果。蒸发代表站水面蒸发量折算系数，多年平均水面蒸发量的月分配。

（5）泥沙成果。泥沙站实测悬移质多年平均含沙量、输沙量、输沙模数；实测最大年含沙量和输沙量及其出现年份。

（二）流域（区域）成果

（1）流域（区域）年降水量特征值。主要包括流域（区域）年降水量系列及均值、变差系数、偏差系数及不同频率的降水量。

（2）流域（区域）年径流量特征值。主要包括流域（区域）年径流量系列及均值、变差系数、偏差系数及不同频率的径流量。

（3）流域（区域）年水资源总量特征值。主要包括流域（区域）年水资源总量系列及均值、变差系数、偏差系数及不同频率的水资源总量。

（4）出入境及入海水量。

（5）流域（区域）地表水资源可利用量。

三、降水量的分析计算

降水是指空气中的水汽冷凝并降落到地表的现象。降水是水资源的补给源。降水的特性决定了水资源特性。降水量及其时空分布取决于水汽来源、天气系统和地形等条件。水汽输送的方向和地形等因素，对降水量在地区上的分布有重要影响。水汽的输送量随着季节不同而有差异，形成降水量的季节变化，一般夏季多于其他季节。

（一）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。

单站统计分析。单站统计分析的主要内容是对已被选用各站的降水资料分别进行插补延长、系列代表性分析和统计参数分析。

1.资料的插补延长

在雨量站资料短缺时，或计算区域上各站年降水量系列不同步长时，要先插补延长其降水量资料系列，其降水资料的插补延长主要有相关分析法和内插法。

2.资料的代表性分析

资料系列的代表性，是指现有资料系列的统计特性能否很好反映总体的统计特性，应对资料系列的代表性作出评价。频率计算成果的质量主要取决于资料的系列代表性，要求系列能较好地反映水文资料多年变化的统计特性。

系列代表性分析方法有：长短系列统计参数对比；年降水量模比系数累积平均过程线分析；年降水量模比系数差积曲线分析法。

3.统计参数的分析确定

（1）降水系列均值x-。它反应年降水量资料系列分布中心的特征值。均值是系列中随机变量的平均数，表示样本系列的平均情况，反映样本系列总体水平按下式计算：

式中——样本均值；

xi——第i个样本值。

（2）变差系数Cv。反映样本系列相对离散程度的参数：

式中 Cv——变差系数；

ki——模比系数，ki=xi/x。

（3）偏差系数Cs。是反应样本系列不对称程度的参数，偏差系数Cs一般不采用直接计算值，而采用Cs与Cv的倍比关系确定，采用适线法求算。

（4）平均降水量经验频率。根据计算好的面平均年降水量系列，把年降水量按由大到小的顺序排列，采用数学期望公式：

式中 P——经验频率；

n——样本容量；

m——样本按大小排列的序数。

理论频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型分布。

变差系数Cv值，在矩法计算基础上，再用适线法调整确定。系列中的特大值或特小值，均不作定量处理，适线时尽量照顾中、低水点据。

（二）流域平均降雨量的计算方法

对于大范围评价区，根据河流径流情势，水资源分布特点及自然地理条件，按其相似性进行分区。水资源分区除考虑水资源分布特征及自然条件的相似性或一致性外，还需兼顾水系和行政区划的完整性，满足农业区划、流域规划、水资源估算和供需平衡分析等的要求。

分区降雨量的计算有三种方法，即算术平均法、泰森多边形法和等雨量线法。

1.算术平均法计算流域(区域)平均降雨量

当流域内地形起伏变化不大，雨量站分布比较均匀时，可根据各占同一时段内的降雨量用算术平均法推求：

式中——流域或地区平均降雨量，mm；

Pi——各雨量站同时段（相同起讫时间）内的降雨量，mm；

n——雨量站数。

2.泰森多边形法计算流域(区域)平均降雨量

泰森多边形法在图上把各雨量站就近用直线连接成三角形，构成互相毗连的三角网。然后对每个三角形的各边作垂直平分线，将这些垂直平分线互相连接成若干个多边形，每一个多边形内有一个雨量站，并求出各个多边形的面积。则流域平均降雨量按式（2-5）计算：

式中 Ai——各雨量站面积权重，即Ai=fi/F，以小数或百分率计；

Pi——各雨量站同期降水量，mm；

F——所有多边形面积之和，即流域总面积，km2。

该方法比较简便，精度也比较好，而且当雨量站固定时，各站权重可一直沿用下去。同时考虑不同站的权重，比算术平均法把各站按等权重处理较为合理。

3.等雨量线法计算流域(区域)平均降雨量

式中 fi——相邻两等雨量线间的面积；

Pi——各相邻两等雨量线雨深的平均值；

F——流域总面积。

该方法较为繁琐，但精度高于其他方法，能反映出不同年(次)降水的分布情况，克服了泰森多边形法固定权重的缺点。

（三）降水量的时空分布

1.降水量的年内分配

统计多年平均降水量月分配。对不同自然地理区域，统计各区域代表站多年平均各月降水量或多年平均各月降水量占年降水量的百分数，并绘柱状图表示。

连续最大4个月降水量百分率及其出现月份的计算。选择资料质量较好，实测系列长且分布比较均匀的代表站，分析其多年平均连续最大4个月降水量占多年平均年降水量的百分率及其出现时间，绘制连续最大4个月降水量占年降水量百分率分区图。

代表站典型年降水量年内分配计算。选择典型年时，除了要求年降水量接近某一频率(偏丰年频率P=20%，平水年频率P=50%，偏枯水年频率P=75%，枯水年频率P=95%等)的年降水量外，还要求年降水量的月分配对供水和径流调节等偏于不利的典型年。因此可先根据某一保证率的年降水量，挑选降水量较接近的实测年份若干个，然后分析比较其月分配，从中挑选资料较好，月分配较不利的典型年为代表。对所选典型年，其年、月降水量均不必与某一频率降水量缩放。

2.降水量的年际变化

降水量年际变化包括年际间的变化幅度和多年变化过程。年际变幅通常用年降水变差系数Cv以及最大与最小年降水量比值来表示。

多年变化过程主要指降水丰、平、枯及连丰、连枯的特征。其表示方法主要有均值比较法和模差积曲线法。

均值比较法：逐年降水量与多年均值的差值来反映丰枯变化。

模差积曲线法：首先计算多年平均年降水量(P)及各年降水量模比系数Ki=Pi/P；然后将逐年(Ki-1)从资料开始积累到终止年，绘制逐年∑(Ki-1)与对应年份的关系线，即为降水量模比系数差积曲线。差积曲线上升说明丰水期，下降说明枯水期。

3.降水量地区分布

降水量的地区分布主要受地理位置、海陆分布、地形等因素影响。低纬度地区气温高，蒸发大，空气中水汽含量多，故降雨多；沿海地区、因水汽含量丰富，降水量大，但越向内陆，水汽来源越少，降水量也越少。气旋和台风所经路径也导致大量降雨；地形影响气流抬升。地区分布可用等值线图表示。

四、蒸发量的分析计算

蒸发是影响水资源数量的重要水文要素，评价内容应包括水面蒸发、陆地蒸发和干旱指数。

（一）水面蒸发

水面蒸发是指水面的水分从液态转化为气态逸出水面的过程。水面蒸发包括水分化汽（又称汽化）和水汽扩散两个过程。

1.影响因素

根据蒸发的发生机制，可将影响蒸发的因素分为两大类：一类是物体表面以上的气象条件，如太阳辐射、温度、湿度、风速、气压等;另一类是物体自身的因素，对于水面蒸发来说，有水体表面的面积和形状、水深、水质和水面的状况等因素。

2.水面蒸发量的计算方法

（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E601型蒸发器是我国最常用的蒸发器。选取资料质量较好、面上分布均匀且观测年数较长的蒸发站作为统计分析的依据，选取的测站应尽量与降水选用站相同，不同型号蒸发器观测的水面蒸发量，应统一换算为E601型蒸发器的蒸发量。

（2）水量平衡法：一般只用于较长时段的计算。

（3）水汽输送法：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。

（二）陆地蒸发量

陆地蒸发是指流域或区域内的水量中通过水面蒸发、土壤蒸发、植物散发的水量之和，也叫蒸散发。陆地蒸发量除了随气候变化而改变外，还受到流域下垫面条件及其变化的影响。即使为同一个流域和相同气候条件下，若流域下垫面发生变化，则流域蒸散发量随之变化。

目前一般采用水量平衡法，即根据降水与径流间接推算。

山丘区陆地蒸发量按式（2-7）计算：

式中 E陆——陆地蒸发量；

P——降水量；

R——径流量。

未开采地下水或开采量很小的平原区也可采用式（2-7）计算。

地下水开采条件下平原区陆地蒸发量计算：

平原区人类活动频繁，地下水的开采使浅层地下水蒸发减少。所以平原区陆地蒸发量的计算公式为

上二式中 Q入耗——降水入渗补给量中浅层地下水的开采净耗水量；

Q开耗、P入、P总——浅层地下水开采净耗水量；

P入——降雨入渗补给地下水量；

P总——总补给地下水量。

以上公式中各项均采用多年平均值。

（三）干旱指数

干旱指数是反映各地区气候干湿程度的指标。

在气候分析上，干旱指数通常采用水面年蒸发量与年降水量的比值r=E0/P表示，r为干旱指数，E0为水面年蒸发量，P为同一观测站年降水量。《中国水资源评价》对干旱指数的分级是：r＜0.5为十分湿润，r=0.5～1.0为湿润，r=1.0～3.0为半湿润，r=3.0～7.0为半干旱，r＞7为干旱区。

（四）图件的绘制

要绘制的图件包括多年平均年降水深等值线图、多年平均年径流深等值线图、年降水变差系数Cv值等值线图、年径流变差系数Cv值等值线图、E601型蒸发器水面蒸发等值线图、干旱指数等值线图、陆地蒸发等值线图、含沙量分布图和输沙模数分区图等。

五、地表水资源可利用量

水资源评价是对水资源量与质的评价，即以水资源量计算为基础，评价（或确定）在满足水质要求的前提下，水资源的可利用量或开采量。

（一）地表水资源可利用量

1.地表水资源可利用量的定义

地表水资源可利用量是指在可预见的时期内，统筹考虑生活、生产和生态环境用水，协调河道内与河道外用水的基础上，通过经济合理，技术可行的措施可供河道外一次性利用的最大水量（不包括回归水重复利用量）。

2.地表水资源可利用量的计算

地表水资源可利用量应按流域水系进行分析计算，以反映流域上下游、干支流、左右岸之间的联系以及整体性。省（自治区、直辖市）按独立流域或控制节点进行计算，流域机构按一级区协调汇总。

3.影响地表水资源可利用量的主要因素

（1）自然条件。自然条件包括水文气象条件和地形地貌、植被、包气带和含水层岩性特征、地下水埋深、地质构造等下垫面条件。这些条件的优劣，直接影响地表水资源量和地表水资源可利用量的大小。

（2）水资源特性。地表水资源数量、质量及其时空分布、变化特性以及由于开发利用方式等因素的变化而导致的未来变化趋势等，直接影响地表水资源可利用量的定量分析。

（3）经济社会发展及水资源开发利用技术水平。经济社会的发展水平既决定水资源需求量的大小及其开发利用方式，也是水资源开发利用资金保障和技术支撑的重要条件。随着科学技术的进步和创新，各种水资源开发利用措施的技术经济性质也会发生变化。显然，经济社会及科学技术发展水平对地表水资源可利用量的定量也是至关重要的。

（4）生态环境保护要求。地表水资源可利用量受生态环境保护的约束，为维护生态环境不再恶化或为逐渐改善生态环境状况都需要保证生态用水，在水资源紧缺和生态环境脆弱的地区应优先考虑生态环境的用水要求。可见，生态环境状况也是确定地表水资源可利用量的重要约束条件。此外，地表水体的水质状况以及为了维护地表水体具有一定的环境容量均需保留一定的河道内水量，从而影响地表水资源可利用量的定量。

4.地表水资源可利用量的估算

（1）必须考虑地表水资源的合理开发。合理开发是指要保证地表水资源在自然界的水文循环中能够继续得到再生和补充，不致显著地影响到生态环境。地表水资源可利用量的大小受生态环境用水量多少的制约，在生态环境脆弱的地区，这种影响尤为突出。将地表水资源的开发利用程度控制在适度的可利用量之内，做到合理开发，既会对经济社会的发展起促进和保障作用，又不至于破坏生态环境；无节制、超可利用量的开发利用，在促进了一时的经济社会发展的同时，会给生态环境带来不可避免的破坏，甚至会带来灾难性的后果。

（2）必须考虑地表水资源可利用量是一次性的，回归水、废污水等二次性水源的水量都不能计入地表水资源可利用量内。

（3）必须考虑确定的地表水资源可利用量是最大可利用水量。最大可利用水量是指根据水资源条件、工程和非工程措施以及生态环境条件，可被一次性合理开发利用的最大水量。然而，由于河川径流的年内和年际变化都很大，难以建设足够大的调蓄工程将河川径流全部调蓄起来，因此，实际上不可能把河川径流量都通过工程措施全部利用。此外，还需考虑河道内用水需求以及国际界河的国际分水协议等，所以，地表水资源可利用量应小于河川径流量。

（4）伴随着经济社会的发展和科学技术水平的提高，人类开发利用地表水资源的手段和措施会不断增多，河道内用水需求以及生态环境对地表水资源开发利用的要求也会不断变化，显然，地表水资源可利用量在不同时期将会有所变化。

5.地表水资源可利用量估算原则

（1）在水资源紧缺及生态环境脆弱的地区，应优先考虑最小生态环境需水要求，可采用从地表水资源量中扣除维护生态环境的最小需水量和不能控制利用而下泄的水量的方法估算地表水资源可利用量。

（2）在水资源较丰沛的地区，上游及支流重点考虑工程技术经济因素可行条件下的供水能力，下游及干流主要考虑满足较低标准的河道内用水；沿海地区独流入海的河流，可在考虑技术可行、经济合理措施和防洪要求的基础上，估算地表水资源可利用量。

（3）国际河流应根据有关国际协议及国际通用的规则，结合近期水资源开发利用的实际情况估算地表水资源可利用量。

（二）地下水资源可开采量

（1）地下水资源可开采量是指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不致引起生态环境恶化条件下允许从含水层中获取的最大水量。

（2）地下水资源可开采量评价的地域范围为目前已经开采和有开采前景的地区。其中，北方平原区的多年平均浅层地下水资源可开采量是评价的重点。

（3）平原区多年平均浅层地下水资源可开采量的确定方法有实际开采量调查法（适用于浅层地下水开发利用程度较高、浅层地下水实际开采量统计资料较准确完整且潜水蒸发量不大的地区）、可开采系数法（适用于含水层水文地质条件研究程度较高的地区）、多年调节计算法和类比法（用于缺乏资料地区）等。

（4）平原区多年平均深层承压水可开采量的计算方法和技术要求另定。深层承压水可开采量评价成果要求单列，不参与水资源可利用总量计算。

（5）山丘区多年平均地下水资源可开采量可根据泉水流量动态监测、地下水实际开采量等资料计算，也可采用水文地质比拟法估算。

（三）水资源可利用总量

（1）水资源可利用总量是指在可预见的时期内，在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施在当地水资源中可以一次性利用的最大水量。

（2）水资源可利用总量的计算，可采取地表水资源可利用量与浅层地下水资源可开采量相加再扣除地表水资源可利用量与地下水资源可开采量两者之间重复计算量的方法估算。两者之间的重复计算量主要是平原区浅层地下水的渠系渗漏和渠灌田间入渗补给量的开采利用部分，可采用式（2-9）估算：

上二式中 Q总——水资源可利用总量；

Q地表——地表水资源可利用量；

Q地下——浅层地下水资源可开采量；

Q重——重复计算量；

Q渠——渠系渗漏补给量；

Q田——田间地表水灌溉入渗补给量；

ρ——可开采系数，是地下水资源可开采量与地下水资源量的比值。