水资源数量评价：水文现代化与水文新技术

水资源的使用价值取决于水的质量和数量两个方面。分析水资源的使用价值，其水资源质量评价是前提，数量评价是核心。水资源数量评价的目的是通过数量评价，确定水资源的可利用水量，为评价区经济社会的发展、建设规划、产业结构调整等提供必需的水资源基础资料，为水资源的合理开发利用与科学管理提供重要的数量依据。

水资源数量评价的内容包括：评价区各种天然水数量的时空分布规律的研究；各种水量的计算及其资源归属的分析；可利用量的估算；各类水利用现状的调查及其开发利用前景的预测；论证解决供需矛盾的可能途径、控制调配措施及建议等。

6.4.3.1　数量评价的基本原则

由于水资源固有的自然特性和社会特性，其数量评价不仅在计算方法上与其他的自然资源不同，而且分析论证的内容也更加全面。为了客观、准确地评价水资源的数量，评价必须遵循以下基本原则。

1.按流域和地下水系统进行评价

（1）地表水资源量按照流域进行评价。地表水是按流域分布的，流域出口的水量是上游各级河流汇集的总水量。因此，水量的评价应按完整的地表水流域来进行。地表水资源评价一般要根据水系或不同级别流域嵌套的特点进行分区计算。由于计算区是人为划分的，各区之间存在着水量流入、流出的关系，出于地表水资源整体性考虑，评价时应充分重视河流的分支性、流域嵌套的结构特点，既要防止将水量分解、人为固化在小区的做法，又要避免上、下游水量的重复计算。

（2）地下水资源量按照地下水系统进行评价。地下水资源是按一定的地下水系统分布埋藏的，系统内部的水是一有机整体，具有密切的水力联系和水化学组分迁移聚集的完整性。正确认识地下水系统的结构以及系统与外界的联系，是评价地下水资源的基础。在局域地下水水量评价时，既要注意局域地下水系统的完整，又要注意与外围地区的水量联系，避免出现水量固化在计算区和水量重复计算的问题。

2.根据“三水转化”的规律进行评价

在水文循环过程中，大气降水、地表水、地下水是相互联系、相互转化的统一体。一方面，地表水、地下水接受降水的补给并通过蒸散作用将水分释放到大气中；另一方面，地表水与地下水也不断进行着水量交换。就某种意义上说，地表水资源和地下水资源都是“三水转化”的中间产物。

（1）时空尺度不同时的“三水转化”规律。三水转化是一个动态、可变的过程，评价阶段的水量转化关系，不一定能够适用于开采阶段。

自然条件下，大时空尺度三水转化的数量和运动节律往往具有宏观的稳定性，大气水、地表水、地下水之间保持一定的水量转化比例。小的时空尺度上，三水转化的情况要复杂得多。降水可在短时间内转化成地表径流或进入包气带，而对地下水的补给则需较长时间，地下水位的变动与降水在时间上往往有明显的滞后和延迟现象。所以，地表水资源评价必须研究降水的规律以及地下水对地表水的补、排作用。

开采条件下，原天然条件下的三水转化关系会被打破，地表水与地下水的补、排方向和水量也会随之改变。在水量评价时，特别是局域水量评价时要充分注意这一点。

（2）地表水系统与地下水系统之间的水量转化。正确处理地表水系统和地下水系统的水量转化关系是资源评价中一项重要的工作，忽视这个问题会导致水量的重复计算和资源归属划分上的混乱，甚至成为过量开采、盲目取水、互相争水等问题的根源。

在实际工作中，地表水资源量评价和地下水资源量评价往往是分开进行的，某些水量的重复计算总是难免的。要根据三水转化的规律，对各系统间的水量耦合关系进行分析，在大体确定地表水资源量和地下水资源量的同时，通盘考虑两者的重复计算量，决定取舍，以保证整体水资源量上的整合。

3.以动态、发展的观点进行评价

（1）以动态的观点指导水资源的评价工作。随着科学技术水平的提高，人类控制、开发水资源的能力也会越来越强，一些现在无法利用、开发的水都有可能成为今后水资源评价的新对象，如海水的淡化，冰川水、深层地下水的开发，生态用水的评价与保护等。这就要求评价工作不断跟上水资源理论的发展。即使是常规的地表水、地下水的资源评价，也会因理论的发展不断修正原有的概念和思维方式，涌现出新的评价方法和手段。必须随着人们对水资源认识程度的不断深入，以发展变化的观点指导水资源的评价工作。

（2）以动态的观点认识水资源系统，及时了解水资源条件的变化。准确预测未来各种自然因素和人为因素的变化对地表水，地下水的影响，仍有较大难度。一方面，地表水和地下水的资源评价往往是根据现有的水文资料或勘探、试验等野外调查成果进行的，人们对自然背景现状的了解仍是有限的；另一方面，由于人类生产和生活方式不断改变，超前预测人类未来的行为在客观上是难以办到的。尽管目前有许多方法可用于预测，但都有一定的局限性。因此，必须按照发展变化的观点，认识水资源系统，及时掌握水资源条件变化的有关信息，根据动态变化，定期进行水资源评价工作。

6.4.3.2　地表水资源量评价的条件与内容

地表水资源包括河流、湖泊、冰川等，地表水资源量包括这些水体的动态水量。河流径流量是地表水资源的最重要组成部分，在评价中常用河流径流量表示地表水资源量。

1.地表水资源量评价应具备的基础条件

（1）足够的相关资料。地表水资源量评价必须在实地调查地表水系和相应流域条件，且积累一定资料的基础上进行。拟定的评价区应有足够的水文和气象站网，并积累一定时间长度（25年或30年）的观测资料，调查该区域的地形、水文、地质、地貌、土壤、植被，耕地的情况，并掌握可以利用的相关图件和文字报告。

（2）合理的水资源分区。由于水资源呈现明显的地域性分布特点，因此，评价前需要根据已有的资料进行地表水系统的划分。河川径流是地表水资源的主体，地表水系统的划分通常以大河流域作为一级分区，然后，再结合气候、水文地质条件和水资源开发利用规划的需要，按流域的层次性进行次一级或更次一级的分区。

1）水资源分区考虑因素有地理环境条件的相似性与差异性，流域的完整性，行政与经济区划的界线，与其他相关区划尽可能协调。

2）常用的分区方法有根据气候条件和地质条件分区，根据天然流域分区，根据行政区划分区。

2.地表水资源量评价的内容

地表水资源量评价包括资源量计算及开发利用条件分析论证，具体内容主要有以下几点：

（1）查清评价区地表水的形成与分布规律，计算降水、冰雪融水、泉水和地下水泄流对地表河流的补给量，调查各水文要素在时空上的分布及均匀程度。

（2）在查清地表水化学成分和水质类型的前提下，计算评价区地表水资源量的多年平均值，丰、平、枯水年出现的频率及相应的水量，初步确定适合不同用途的地表水资源量。

（3）提出地表水资源开发利用的工程措施和方案。

（4）对开发利用后发生的变化和可能出现的问题做出预测分析。

（5）提出防治水源污染保护环境的对策与建议。

6.4.3.3　地表水资源量可利用量的评价

1.水资源可利用量的概念

水资源的可利用量是指在社会经济技术条件下可以开发利用的水资源量。它是随着社会经济技术水平而变化的，一般需通过技术上可行、经济上合理的工程设施来开发利用。

人类对水资源的最大开采利用量不仅不能超过自然界所提供的水量，而且要确保生态平衡，不造成环境质量退化，还需扣除生态用水量。也就是说，水资源的可开采利用量不能超过水资源的补给量，在一定的时空范围内，对水资源的开采速率应小于或等于其恢复的速率，并且要确保对环境不产生不良影响。

影响水资源可利用量大小的因素主要包括自然因素和人为因素两个方面。自然因素主要包括地理位置、气象、水文、地形地貌、水文地质、土壤、植被等。人为因素主要包括由社会发展阶段的经济、技术所决定的筑坝蓄水、跨流域调水、循环重复用水、减少水分无效蒸发措施、咸水淡化及水处理技术等。人为因素的影响除消耗水资源外，也可在一定程度上增加水资源的可利用量，可化水害为水利，如修筑水库等。

一个地区的水资源可利用量，既反映其自然属性，又反映其社会属性。从自然属性来说，水资源的开采量不能超过补给资源量、不造成环境退化。从社会属性来说，水资源的开采量还必须服从社会经济发展总体规划和水资源的统一调配，不仅要考虑本地区不同部门的用水，而且要统筹兼顾相邻地区、上游和下游的用水；不仅要满足目前的用水需要，而且要考虑满足将来社会经济持续发展用水的需要，因此，一个地区的水资源可利用量，既要遵循自然规律，又要按照社会发展来科学合理地确定。

2.地表水可利用量的分析评价方法

在水资源质量评价和总量评价的基础上，进行地表水可利用量的分析和计算。其分析计算思路是按照水资源本身的特点和人类对水资源的控制能力，分析各种因素对水资源开发的制约，扣除目前还无法开发利用的水量和不允许开发的水量，得出与社会经济条件相符合的、适应可持续发展的水资源开发利用量。

地表水可利用量主要由入境水量和自产水量两大部分组成，且常用水均衡分析法、基流量分割法和径流典型年法进行分析和计算。

（1）水均衡分析法。采用水均衡法分析时，一般按流域划分均衡区。选一年或多年均衡期计算收入项与支出项。

均衡区的收入项主要有入境水量和自产水量。支出项主要有自然条件下流出均衡区的水量（包括转化成地下水流出）、无效蒸发损失水量和人工控制下调出均衡区的水量等。对一个地区来讲，收入项减去计划支出项，大体可作为境内地表水的可利用量。但在不同地域内地表水可利用量的确定还有所不同。在水资源丰富的地区，仅自产水量就足以满足当地需水要求，境内水资源的开采不会对境外产生影响时，只要社会经济技术条件许可，则可以把所有的入境水量和自产水量均作为可利用量。在水资源缺乏的地区，入境水和自产水的总量很少，远远满足不了当地用水需要，又因社会经济技术条件差，水资源控制或调节能力差，而使水的可利用量更少；即使经济技术条件完全可以控制或调节入境水和自产水量，也可能由于境外缺水，按照流域水资源总体规划，缺水区域还要向境外调水。调出的水量因人为计划调节而不属于本区。

（2）基流量分割法。根据河流水情和水量从河流流量过程线上把各种形式的补给水量分割开来，最重要的是分割出河流的基流量。

河流的基流量主要来源于地下水的补给，不管是枯水年、平水年还是丰水年，都是河网水稳定的径流部分。因此，一般情况下，河流的基流量可作为整个流域的地表水资源的可利用量。

（3）径流典型年法。在不具备对地表径流控制或调蓄的情况下，评价地表水资源可利用量，可以将自然条件下地表水的产生量作为地表水可利用量的极限量，进行逐年地表水可利用量的统计分析，并采用典型年法进行评价。

当前常用的典型年法有丰水年（频率P＝25%）、平水年（P＝50%）、枯水年（P＝75%）。可通过河流年均流量频率统计计算来确定典型年的径流量，选用枯水典型年地表水径流量为基础去确定地表水可利用量。这种方法仅适应于对地表径流无调蓄控制能力的地区。

在具备对地表径流拦截调蓄的地区，采用枯水典型年法确定出的地表水资源可利用量偏小。因为利用水库的多年调节作用，可蓄积丰水年的水量补充枯水年水量的不足，起到以丰补歉的作用。所以，可用平水年（P＝50%）的地表水径流来评价可利用水量。(www.xing528.com)

另外，还可以采用河流年径流量多年平均法和地表水优化调度法以及地表水与地下水联合调配法等来确定水资源的可利用量。

以上确定地表水资源可利用量的方法主要针对供水而言的，未考虑生态平衡用水、水质的具体要求。用上述方法确定的地表水可利用量在天然水质良好的地区（湿润带、半湿润带）是基本合理的，但在确定某一地区地表水资源可利用量的实际中，还必须考虑以下3个问题：

1）在天然水质差的干旱、半干旱区及内陆地区，计算地表水资源可利用量时，应扣除不符合供水要求，其利用受到限制的那部分水量（有相当一部分河流水质为咸水或微咸水等）。

2）地表水资源可利用量计算中，应充分考虑水污染问题，尤其是“三废”排放对地表水造成的严重污染。

3）在自然生态十分脆弱的地区，要保证自然生态条件维持在最基本的限度内，不致造成不可逆转的生态退化的严重后果。

6.4.3.4　地下水资源量评价的类型、内容与一般程序

1.地下水资源量评价的概念

所谓地下水资源量的评价是指根据水文地质条件和需水量要求，拟定开采方案，计算开采条件下的补给量、消耗量和可用于调节的储存量，分析开采期内补给量与储存量对开采量的平衡、调节作用，评价开采的稳定性；根据气象、水文资料论证地下水补给的保证程度，确定合理的允许开采量。

2.地下水资源量评价的类型

地下水资源量的评价是在供水水文地质调查的基础上进行的，因评价的目的、范围、内容和要求的不同，可将地下水资源量的评价分为区域性评价和局域（局部）评价两种类型。

3.地下水资源量评价的内容

（1）区域地下水资源量评价的内容。区域地下水资源量评价一般是在较大的地区，针对一个或若干个地下水系统，例如大型山间盆地、山前倾斜平原、冲积平原、构造盆地、自流斜地等，开展的水量计算和可利用程度的分析评定工作。

评价的目的是为制定区域地下水资源开发远景规划，实施科学管理或扩大现有地下水开发规模，提供地下水资源量的数据和可开采资源的论证依据。

评价的内容包括地下水补给资源量、储存资源量的计算，可开采资源量的评估和开采利用条件的分析。

1）补给资源量的计算。地下水补给资源量的计算应以地下水系统为单位来进行。

补给资源量是天然条件或人为开采状态下，地下水系统从外界获得的有补给保证的水量。即开采利用后，能够通过现有水文循环予以补充的水量，属于地下水资源中可再生的部分。其数量用地下水系统各项补给量总和的多年平均值表示。

在未开发地区，地下水系统往往处于纯自然的宏观稳定状态，其多年补给量大体等于多年的排泄量。当某些补给项不易求得时，可用排泄量的多年均值作为补给资源量。

在开采条件下，地下水系统的天然补、排均衡关系会受到干扰和破坏，则不能以排泄量推算补给量。

2）储存资源量的计算。储存资源量也是针对一个地下水系统的多年平均状态而言的。

由于不同年份降水的丰、枯变动，储存量也有丰水年、平水年、枯水年的数量差异，而且还受人为开采的影响。作为储存量多年平均值的储存资源量，在计算时应充分考虑地下水动态的变化。计算储存量的方法目前主要为体积法。

3）可开采资源量的评估。为了指导各种采供水活动，制定开采利用规划，在区域水量评价中还需对各地下水系统可供开发利用的水量作出进一步的估计和论证，即可开采资源量问题。

决定可开采资源量大小的因素有很多，其中地下水系统的供水功能及人为采水的技术能力等是其重要的因素。此外，能够取出的水量并非都是允许的。在许多地区，可开采资源量的大小还受环境条件的制约。

从一定的意义上来说，可开采资源量是个与地下水开采策略相联系的水量概念。它不是地下水资源的一种自然存在形式，而是指在满足一定限制条件下，能够而且允许从地下水系统中取出的最大水量的多年均值。严格意义上讲，可开采资源量的确定是个协调开采活动与地下水质、量时空分布格局的运筹过程，属于地下水资源管理和规划的任务，而不是区域水量评价阶段所能完成的。

区域水量评价涉及的可开采资源量评估主要是从水量保证程度的角度，对地下水系统最大可能的水量支付能力做出的一种估计。显然，这种评估结果不是严格意义上的可开采资源量的评估。

如前所述，补给资源量是地下水资源总量中可以再生的部分，也是地下水系统长期稳定提供的最大水量。所以，从水量平衡、补偿更新的角度来考察，补给资源量可视作永续稳定开采量的最大值，即可开采资源量。显然，这个水量未考虑环境和其他方面的约束条件，所以，在供水实践中，实际的开采总量不得大于可开采资源量。

在区域水量评价中，储存资源量一般不列入可开采资源量。这是因为区域远景规划和扩大区域供水规模一般均是从可持续开发利用的角度考虑的，而储存资源量属不可再生的水量，在正常的供水实践中虽然储存资源会随渗流场的变化调整而被动用一部分，但并不意味着它可作为专门的开发对象。

在某些人口稀少的偏远矿区和大型工程的施工阶段，若地下水系统中取水部门单一，且预计供水的年限较短，仅为数年或十几年。那么，在开采期内可开采资源量可不受上面的限制，最大的开采量可略大于补给资源量，此时，储存资源量也可列入可开采资源量中。开采期动用的储存资源量，将在开采活动停止后通过外界的补给逐渐得以恢复，重建地下水系统新的水量平衡。但开采形成的累计水位降深不应超过取水设备的最大允许降深值。另外，超量开采不应对生态、地质环境造成过大的以至难以补救的严重后果。

4）开发利用条件的分析。地下水资源开发利用条件分析包括地下水资源的时空分布特征的阐述、采水工程措施及其效益评估以及有关的政策性建议等方面的内容。

地下水资源时空分布特征分析应围绕地下水系统的圈划、结构分析以及地下水系统与外界环境的物、能交换关系来展开，即要阐明地下水的分布、埋藏条件及补给、径流、排泄的规律及其受人为活动影响的程度。一是对地下水系统进行宏观整体的分析；二是结合系统内各典型地段的地下水动态，圈定有开采价值的含水层或含水体。

在已开发地区，地下水开采现状调查与分析对于今后扩大开采或调整开采布局，实现科学的水量调配十分重要。调查工作应按地下水系统逐一展开，注意地表水与地下水转化关系，同时要区分总体的过量开采和局部开采强度过大两类不同性质的问题，注意富水性与环境承受能力的综合评判。

一般来说，供需矛盾产生的原因有两种：一是工程采水能力不足，难以适应用水增长的要求；二是水源短缺，当地用水需求超过地下水资源的支撑能力。

为了准确进行评价，要尽量收集、充分利用已有的地质，水文地质调查资料以及气象、水文和地下水动态观测资料；要收集评价地区的水利规划和国民经济发展规划等资料。开采条件下的区域评价，还应注意收集有关开采量资料，必要时可通过少量的勘探、试验工作，验证和补充已有的资料。

（2）局域地下水水量评价的内容。局域地下水水量的评价一般是在区域水量评价基础上，对地下水系统的某一子系统进行的地下水水量计算和成井条件分析。

1）地下水水量计算。局域水量评价与区域水量评价相比，无论在评价范围、时序、边界的确定上，还是在计算成果的内涵上，都有所不同。

局域水量评价的评价范围小，时间序列短，更突出的是评价区的边界往往更具人为性，如按行政区界线，或人为圈划的均衡区边界来处理。因此计算出的补给量、储存量仅仅反映了系统某一局部的水量输入特征和储存状态，不能代表地下水系统水资源时空分布的全貌。所以，只能称为水量计算，而不能称为补给资源量、储存资源量计算。

补给量和储存量采用不同的计算方法。

补给量的计算首先应根据评价区的水量均衡方程确定各补给项，主要是来自大气降水、地表水的入渗补给等通过均衡区边界进入的水量，还要计算其他的补给项，如周边的侧向径流进入量等，有时还含底部相邻含水层的顶托越流补给。

补给项的计算可采用均衡法、断面法及其他各种方法。计算所得的各补给量相加就是该评价区在某一时间段和当时特定条件（自然状态或开采状态）的补给总量。

储存量可利用同步期的地下水水位动态资料通过体积法或补给与排泄量之差推算得出。

在资料允许的情况下，应分别计算不同季节、不同水平年的补给量和储存量，并对计算结果进行分析，使计算结果反映评价区的平均状态。

2）成井条件分析。局域水量评价除了查明评价区地下水补给、储存、排泄量的数量关系外，还需对成井条件作出分析。

成井条件分析的内容包括：一是对评价区含水层的岩性、厚度、导水能力、补给条件进行具体分析，以确定最佳宜井点和取水层位；二是确定拟建水源地的开采能力。

水源地开采能力分析有两种做法：一是根据钻探和抽水试验获取的水文地质资料，按拟建水源地的布井方案，采用解析法、数值法进行计算，以确定符合各项设计要求条件下的各井抽水量；二是根据实地较长时间的抽水资料，验证并调整方案中各井孔的抽水量，通过对比，选出最佳水量值。

两种方法最终都应将井（孔）的开采总量与局域补给量进行比较，以不超过补给量为准。同时还应利用地下水水位动态资料对开采期内可能产生的不良影响等进行论证。

4.地下水资源评价的一般程序

地下水资源评价的一般程序为：明确设计水量的要求，收集资料，勘察条件，选择合适的模型、率定参数、评价水量等。