第二章 區域水資源調查與開發利用調查評價

第一節 水資源調查評價

一、地表水資源評價的基本依據及要求

（一）地表水資源評價的基本依據

(1)SL/T 238—1999《水資源評價導則》。

(2)SL 196—2015《水文調查規范》。

(3)《全國水資源綜合規劃技術細則》。

（二）地表水資源評價的要求

地表水資源調查評價的要求：全面調查統計降水、徑流、蒸發、泥沙等水文要素和供水、用水、耗水等基本資料；計算各水文要素參數特征值；分析地表水資源時空分布特征及變化情勢。

二、地表水資源調查評價提供的成果

（一）主要水文要素分析計算成果

（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。主要有單站多年平均年降水量、變差系數、偏差系數、最大和最小降水量及其出現年份；雨量代表站典型年及多年平均降水量月分配。

（3）徑流量成果。主要包括水文站天然徑流量多年均值、變差系數、偏差系數、最大和最小徑流量及其出現年份和不同頻率的徑流量；徑流代表站典型年及多年平均天然徑流量月分配。

（4）蒸發量成果。蒸發代表站水面蒸發量折算系數，多年平均水面蒸發量的月分配。

（5）泥沙成果。泥沙站實測懸移質多年平均含沙量、輸沙量、輸沙模數；實測最大年含沙量和輸沙量及其出現年份。

（二）流域（區域）成果

（1）流域（區域）年降水量特征值。主要包括流域（區域）年降水量系列及均值、變差系數、偏差系數及不同頻率的降水量。

（2）流域（區域）年徑流量特征值。主要包括流域（區域）年徑流量系列及均值、變差系數、偏差系數及不同頻率的徑流量。

（3）流域（區域）年水資源總量特征值。主要包括流域（區域）年水資源總量系列及均值、變差系數、偏差系數及不同頻率的水資源總量。

（4）出入境及入海水量。

（5）流域（區域）地表水資源可利用量。

三、降水量的分析計算

降水是指空氣中的水汽冷凝并降落到地表的現象。降水是水資源的補給源。降水的特性決定了水資源特性。降水量及其時空分布取決于水汽來源、天氣系統和地形等條件。水汽輸送的方向和地形等因素，對降水量在地區上的分布有重要影響。水汽的輸送量隨著季節不同而有差異，形成降水量的季節變化，一般夏季多于其他季節。

（一）降水資料的收集

降水資料的收集主要是通過水文氣象部門的水文站、雨量站、氣象站、雷達探測、氣象衛星云圖等觀測獲取。在實施水資源評價時，歷年的降水資料可通過《水文年鑒》《水文資料》《水文特征值統計》等統計資料收集獲取，有時需要到水文、氣象部門去摘抄。

單站統計分析。單站統計分析的主要內容是對已被選用各站的降水資料分別進行插補延長、系列代表性分析和統計參數分析。

1.資料的插補延長

在雨量站資料短缺時，或計算區域上各站年降水量系列不同步長時，要先插補延長其降水量資料系列，其降水資料的插補延長主要有相關分析法和內插法。

2.資料的代表性分析

資料系列的代表性，是指現有資料系列的統計特性能否很好反映總體的統計特性，應對資料系列的代表性作出評價。頻率計算成果的質量主要取決于資料的系列代表性，要求系列能較好地反映水文資料多年變化的統計特性。

系列代表性分析方法有：長短系列統計參數對比；年降水量模比系數累積平均過程線分析；年降水量模比系數差積曲線分析法。

3.統計參數的分析確定

（1）降水系列均值x-。它反應年降水量資料系列分布中心的特征值。均值是系列中隨機變量的平均數，表示樣本系列的平均情況，反映樣本系列總體水平按下式計算：

式中——樣本均值；

xi——第i個樣本值。

（2）變差系數Cv。反映樣本系列相對離散程度的參數：

式中 Cv——變差系數；

ki——模比系數，ki=xi/x。

（3）偏差系數Cs。是反應樣本系列不對稱程度的參數，偏差系數Cs一般不采用直接計算值，而采用Cs與Cv的倍比關系確定，采用適線法求算。

（4）平均降水量經驗頻率。根據計算好的面平均年降水量系列，把年降水量按由大到小的順序排列，采用數學期望公式：

式中 P——經驗頻率；

n——樣本容量；

m——樣本按大小排列的序數。

理論頻率曲線采用皮爾遜Ⅲ型分布。

變差系數Cv值，在矩法計算基礎上，再用適線法調整確定。系列中的特大值或特小值，均不作定量處理，適線時盡量照顧中、低水點據。

（二）流域平均降雨量的計算方法

對于大范圍評價區，根據河流徑流情勢，水資源分布特點及自然地理條件，按其相似性進行分區。水資源分區除考慮水資源分布特征及自然條件的相似性或一致性外，還需兼顧水系和行政區劃的完整性，滿足農業區劃、流域規劃、水資源估算和供需平衡分析等的要求。

分區降雨量的計算有三種方法，即算術平均法、泰森多邊形法和等雨量線法。

1.算術平均法計算流域(區域)平均降雨量

當流域內地形起伏變化不大，雨量站分布比較均勻時，可根據各占同一時段內的降雨量用算術平均法推求：

式中——流域或地區平均降雨量，mm；

Pi——各雨量站同時段（相同起訖時間）內的降雨量，mm；

n——雨量站數。

2.泰森多邊形法計算流域(區域)平均降雨量

泰森多邊形法在圖上把各雨量站就近用直線連接成三角形，構成互相毗連的三角網。然后對每個三角形的各邊作垂直平分線，將這些垂直平分線互相連接成若干個多邊形，每一個多邊形內有一個雨量站，并求出各個多邊形的面積。則流域平均降雨量按式（2-5）計算：

式中 Ai——各雨量站面積權重，即Ai=fi/F，以小數或百分率計；

Pi——各雨量站同期降水量，mm；

F——所有多邊形面積之和，即流域總面積，km2。

該方法比較簡便，精度也比較好，而且當雨量站固定時，各站權重可一直沿用下去。同時考慮不同站的權重，比算術平均法把各站按等權重處理較為合理。

3.等雨量線法計算流域(區域)平均降雨量

式中 fi——相鄰兩等雨量線間的面積；

Pi——各相鄰兩等雨量線雨深的平均值；

F——流域總面積。

該方法較為繁瑣，但精度高于其他方法，能反映出不同年(次)降水的分布情況，克服了泰森多邊形法固定權重的缺點。

（三）降水量的時空分布

1.降水量的年內分配

統計多年平均降水量月分配。對不同自然地理區域，統計各區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數，并繪柱狀圖表示。

連續最大4個月降水量百分率及其出現月份的計算。選擇資料質量較好，實測系列長且分布比較均勻的代表站，分析其多年平均連續最大4個月降水量占多年平均年降水量的百分率及其出現時間，繪制連續最大4個月降水量占年降水量百分率分區圖。

代表站典型年降水量年內分配計算。選擇典型年時，除了要求年降水量接近某一頻率(偏豐年頻率P=20%，平水年頻率P=50%，偏枯水年頻率P=75%，枯水年頻率P=95%等)的年降水量外，還要求年降水量的月分配對供水和徑流調節等偏于不利的典型年。因此可先根據某一保證率的年降水量，挑選降水量較接近的實測年份若干個，然后分析比較其月分配，從中挑選資料較好，月分配較不利的典型年為代表。對所選典型年，其年、月降水量均不必與某一頻率降水量縮放。

2.降水量的年際變化

降水量年際變化包括年際間的變化幅度和多年變化過程。年際變幅通常用年降水變差系數Cv以及最大與最小年降水量比值來表示。

多年變化過程主要指降水豐、平、枯及連豐、連枯的特征。其表示方法主要有均值比較法和模差積曲線法。

均值比較法：逐年降水量與多年均值的差值來反映豐枯變化。

模差積曲線法：首先計算多年平均年降水量(P)及各年降水量模比系數Ki=Pi/P；然后將逐年(Ki-1)從資料開始積累到終止年，繪制逐年∑(Ki-1)與對應年份的關系線，即為降水量模比系數差積曲線。差積曲線上升說明豐水期，下降說明枯水期。

3.降水量地區分布

降水量的地區分布主要受地理位置、海陸分布、地形等因素影響。低緯度地區氣溫高，蒸發大，空氣中水汽含量多，故降雨多；沿海地區、因水汽含量豐富，降水量大，但越向內陸，水汽來源越少，降水量也越少。氣旋和臺風所經路徑也導致大量降雨；地形影響氣流抬升。地區分布可用等值線圖表示。

四、蒸發量的分析計算

蒸發是影響水資源數量的重要水文要素，評價內容應包括水面蒸發、陸地蒸發和干旱指數。

（一）水面蒸發

水面蒸發是指水面的水分從液態轉化為氣態逸出水面的過程。水面蒸發包括水分化汽（又稱汽化）和水汽擴散兩個過程。

1.影響因素

根據蒸發的發生機制，可將影響蒸發的因素分為兩大類：一類是物體表面以上的氣象條件，如太陽輻射、溫度、濕度、風速、氣壓等;另一類是物體自身的因素，對于水面蒸發來說，有水體表面的面積和形狀、水深、水質和水面的狀況等因素。

2.水面蒸發量的計算方法

（1）器測法：利用蒸發器直接測量出水面蒸發量：蒸發器的類型可分為埋入式、地面式、漂浮式和大型蒸發池等幾類，其中E601型蒸發器是我國最常用的蒸發器。選取資料質量較好、面上分布均勻且觀測年數較長的蒸發站作為統計分析的依據，選取的測站應盡量與降水選用站相同，不同型號蒸發器觀測的水面蒸發量，應統一換算為E601型蒸發器的蒸發量。

（2）水量平衡法：一般只用于較長時段的計算。

（3）水汽輸送法：假設一個穩定的、均勻的、并且是紊動的氣流越過無限的自由水面，可以認為（至少在靠近水面處）流態僅沿垂直方向變化，則水汽輸送量（單位時間通過單位面積的水汽量）和水汽含量在輸送方向上的梯度有關。

（二）陸地蒸發量

陸地蒸發是指流域或區域內的水量中通過水面蒸發、土壤蒸發、植物散發的水量之和，也叫蒸散發。陸地蒸發量除了隨氣候變化而改變外，還受到流域下墊面條件及其變化的影響。即使為同一個流域和相同氣候條件下，若流域下墊面發生變化，則流域蒸散發量隨之變化。

目前一般采用水量平衡法，即根據降水與徑流間接推算。

山丘區陸地蒸發量按式（2-7）計算：

式中 E陸——陸地蒸發量；

P——降水量；

R——徑流量。

未開采地下水或開采量很小的平原區也可采用式（2-7）計算。

地下水開采條件下平原區陸地蒸發量計算：

平原區人類活動頻繁，地下水的開采使淺層地下水蒸發減少。所以平原區陸地蒸發量的計算公式為

上二式中 Q入耗——降水入滲補給量中淺層地下水的開采凈耗水量；

Q開耗、P入、P總——淺層地下水開采凈耗水量；

P入——降雨入滲補給地下水量；

P總——總補給地下水量。

以上公式中各項均采用多年平均值。

（三）干旱指數

干旱指數是反映各地區氣候干濕程度的指標。

在氣候分析上，干旱指數通常采用水面年蒸發量與年降水量的比值r=E0/P表示，r為干旱指數，E0為水面年蒸發量，P為同一觀測站年降水量。《中國水資源評價》對干旱指數的分級是：r＜0.5為十分濕潤，r=0.5～1.0為濕潤，r=1.0～3.0為半濕潤，r=3.0～7.0為半干旱，r＞7為干旱區。

（四）圖件的繪制

要繪制的圖件包括多年平均年降水深等值線圖、多年平均年徑流深等值線圖、年降水變差系數Cv值等值線圖、年徑流變差系數Cv值等值線圖、E601型蒸發器水面蒸發等值線圖、干旱指數等值線圖、陸地蒸發等值線圖、含沙量分布圖和輸沙模數分區圖等。

五、地表水資源可利用量

水資源評價是對水資源量與質的評價，即以水資源量計算為基礎，評價（或確定）在滿足水質要求的前提下，水資源的可利用量或開采量。

（一）地表水資源可利用量

1.地表水資源可利用量的定義

地表水資源可利用量是指在可預見的時期內，統籌考慮生活、生產和生態環境用水，協調河道內與河道外用水的基礎上，通過經濟合理，技術可行的措施可供河道外一次性利用的最大水量（不包括回歸水重復利用量）。

2.地表水資源可利用量的計算

地表水資源可利用量應按流域水系進行分析計算，以反映流域上下游、干支流、左右岸之間的聯系以及整體性。省（自治區、直轄市）按獨立流域或控制節點進行計算，流域機構按一級區協調匯總。

3.影響地表水資源可利用量的主要因素

（1）自然條件。自然條件包括水文氣象條件和地形地貌、植被、包氣帶和含水層巖性特征、地下水埋深、地質構造等下墊面條件。這些條件的優劣，直接影響地表水資源量和地表水資源可利用量的大小。

（2）水資源特性。地表水資源數量、質量及其時空分布、變化特性以及由于開發利用方式等因素的變化而導致的未來變化趨勢等，直接影響地表水資源可利用量的定量分析。

（3）經濟社會發展及水資源開發利用技術水平。經濟社會的發展水平既決定水資源需求量的大小及其開發利用方式，也是水資源開發利用資金保障和技術支撐的重要條件。隨著科學技術的進步和創新，各種水資源開發利用措施的技術經濟性質也會發生變化。顯然，經濟社會及科學技術發展水平對地表水資源可利用量的定量也是至關重要的。

（4）生態環境保護要求。地表水資源可利用量受生態環境保護的約束，為維護生態環境不再惡化或為逐漸改善生態環境狀況都需要保證生態用水，在水資源緊缺和生態環境脆弱的地區應優先考慮生態環境的用水要求。可見，生態環境狀況也是確定地表水資源可利用量的重要約束條件。此外，地表水體的水質狀況以及為了維護地表水體具有一定的環境容量均需保留一定的河道內水量，從而影響地表水資源可利用量的定量。

4.地表水資源可利用量的估算

（1）必須考慮地表水資源的合理開發。合理開發是指要保證地表水資源在自然界的水文循環中能夠繼續得到再生和補充，不致顯著地影響到生態環境。地表水資源可利用量的大小受生態環境用水量多少的制約，在生態環境脆弱的地區，這種影響尤為突出。將地表水資源的開發利用程度控制在適度的可利用量之內，做到合理開發，既會對經濟社會的發展起促進和保障作用，又不至于破壞生態環境；無節制、超可利用量的開發利用，在促進了一時的經濟社會發展的同時，會給生態環境帶來不可避免的破壞，甚至會帶來災難性的后果。

（2）必須考慮地表水資源可利用量是一次性的，回歸水、廢污水等二次性水源的水量都不能計入地表水資源可利用量內。

（3）必須考慮確定的地表水資源可利用量是最大可利用水量。最大可利用水量是指根據水資源條件、工程和非工程措施以及生態環境條件，可被一次性合理開發利用的最大水量。然而，由于河川徑流的年內和年際變化都很大，難以建設足夠大的調蓄工程將河川徑流全部調蓄起來，因此，實際上不可能把河川徑流量都通過工程措施全部利用。此外，還需考慮河道內用水需求以及國際界河的國際分水協議等，所以，地表水資源可利用量應小于河川徑流量。

（4）伴隨著經濟社會的發展和科學技術水平的提高，人類開發利用地表水資源的手段和措施會不斷增多，河道內用水需求以及生態環境對地表水資源開發利用的要求也會不斷變化，顯然，地表水資源可利用量在不同時期將會有所變化。

5.地表水資源可利用量估算原則

（1）在水資源緊缺及生態環境脆弱的地區，應優先考慮最小生態環境需水要求，可采用從地表水資源量中扣除維護生態環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資源可利用量。

（2）在水資源較豐沛的地區，上游及支流重點考慮工程技術經濟因素可行條件下的供水能力，下游及干流主要考慮滿足較低標準的河道內用水；沿海地區獨流入海的河流，可在考慮技術可行、經濟合理措施和防洪要求的基礎上，估算地表水資源可利用量。

（3）國際河流應根據有關國際協議及國際通用的規則，結合近期水資源開發利用的實際情況估算地表水資源可利用量。

（二）地下水資源可開采量

（1）地下水資源可開采量是指在可預見的時期內，通過經濟合理、技術可行的措施，在不致引起生態環境惡化條件下允許從含水層中獲取的最大水量。

（2）地下水資源可開采量評價的地域范圍為目前已經開采和有開采前景的地區。其中，北方平原區的多年平均淺層地下水資源可開采量是評價的重點。

（3）平原區多年平均淺層地下水資源可開采量的確定方法有實際開采量調查法（適用于淺層地下水開發利用程度較高、淺層地下水實際開采量統計資料較準確完整且潛水蒸發量不大的地區）、可開采系數法（適用于含水層水文地質條件研究程度較高的地區）、多年調節計算法和類比法（用于缺乏資料地區）等。

（4）平原區多年平均深層承壓水可開采量的計算方法和技術要求另定。深層承壓水可開采量評價成果要求單列，不參與水資源可利用總量計算。

（5）山丘區多年平均地下水資源可開采量可根據泉水流量動態監測、地下水實際開采量等資料計算，也可采用水文地質比擬法估算。

（三）水資源可利用總量

（1）水資源可利用總量是指在可預見的時期內，在統籌考慮生活、生產和生態環境用水的基礎上，通過經濟合理、技術可行的措施在當地水資源中可以一次性利用的最大水量。

（2）水資源可利用總量的計算，可采取地表水資源可利用量與淺層地下水資源可開采量相加再扣除地表水資源可利用量與地下水資源可開采量兩者之間重復計算量的方法估算。兩者之間的重復計算量主要是平原區淺層地下水的渠系滲漏和渠灌田間入滲補給量的開采利用部分，可采用式（2-9）估算：

上二式中 Q總——水資源可利用總量；

Q地表——地表水資源可利用量；

Q地下——淺層地下水資源可開采量；

Q重——重復計算量；

Q渠——渠系滲漏補給量；

Q田——田間地表水灌溉入滲補給量；

ρ——可開采系數，是地下水資源可開采量與地下水資源量的比值。