利用公式(19)计算多年平均浅层地下水蓄变量时,h1、h2应分别采用1980~2000年期间起、迄年份的年均值。当h1>h2(或Z1<Z2)时,ΔW为“+”;当h1<h2(或Z1>Z2)时,ΔW为“-”;当h1=h2(或Z1=Z2)时,ΔW=0。
(六)水均衡分析
水均衡是指均衡计算区或计算分区内多年平均地下水总补给量(Q总补)与总排泄量(Q总排)的均衡关系,即Q总补=Q总排。在人类活动影响和均衡期间代表多年的年数并非足够多的情况下,水均衡还与均衡期间的浅层地下水蓄变量(ΔW)有关,因此,在实际应用水均衡理论时,一般指均衡期间多年平均地下水总补给量、总排泄量和浅层地下水蓄变量三者之间的均衡关系,即:
Q总补-Q总排±ΔW=Χ (20) (单位均为万m3)及
式中,Χ为绝对均衡差(万m3);δ为相对均衡差(无因次,用%表示)。 |Χ|值或|δ|值较小时,可近似判断为Q总补、Q总排、ΔW三项计算成果的计算误差较小,亦即计算精确程度较高;|Χ|值或|δ|值较大时,可近似判断为Q总补、Q总排、ΔW三项计算成果的计算误差较大,亦即计算精确程度较低。
为提高计算成果的可靠性,本次评价要求对平原区的各个水资源三级区逐一进行水均衡分析,当水资源三级区的|δ|>20%时,要求对该水资源三级区的各项补给量、排泄量和浅层地下水蓄变量进行核算,必要时,对某个或某些计算参数做合理调整,直至其|δ|≤20%为止。
七、平原区1956~2000年逐年降水入渗补给量形成的河道排泄量的计算方法
计算降水入渗补给量形成的河道排泄量1956~2000年系列是为了确定计算分区的水资源总量系列。可采用下列程序进行计算:
1.利用下列两种方法中的任意一种方法,计算各计算分区1980~2000年逐年地下水总补给量形成的河道排泄量Q河排:
(1)利用公式(11)或公式(12)直接进行计算
利用公式(11)时,Q上、Q下、L、λ等计算参数均采用1980~2000年逐年的年均值。
利用公式(12)时,I、A、L、t等计算参数均采用1980~2000年逐年的年均值。
(2)利用发源于平原区,且不受蓄、引、提水工程影响的小河控制站流量资料间接进行计算
首先,采用直线斜割法分割选用的小河控制站的1980~2000年逐年的河川基流量,作为该控制站集水面积上的1980~2000年逐年地下水总补给量形成的河道排泄量,并计算该控制站集水面积上1980~2000年逐年河道排泄量占地下水总补给量的比率;
然后,采用比拟法,根据计算分区地下水总补给量和经过适当修正的河道排泄量占地下水总补给量的比率,计算各计算分区1980~2000年逐年地下水总补给量形成的河道排泄量。
2.以本次评价的各计算分区多年平均降水入渗补给量(Pr)占多年平均地下水总补给量(Q总补)的比率(y,无因次),即:y=Pr/Q总补,近似地确定为各计算分区1980~2000年逐年降水入渗补给量形成的河道排泄量占相应的1980~2000年逐年地下水总补给量形成的河道排泄量的比率(以下简称“比率y”)。
3.根据计算的各计算分区1980~2000年逐年地下水总补给量形成的河道排泄量(Q河排)以及比率y,利用下式计算各计算分区降水入渗补给量形成的河道排泄量(QPr河排)1980~2000年系列:
式中,i为1980~2000年各年年序号。
4.根据各计算分区1980~2000年逐年的降水入渗补给量形成的河道排泄量(QPr河排)系列和1980~2000年逐年的降水入渗补给量(Pr)系列,建立QPr河排~Pr关系曲线。当QPr河排~Pr的关系较好时,可根据1956~1979年逐年的降水入渗补给量Pr从 QPr河排~Pr 关系曲线中查算相应的QPr河排,分别作为1956~1979年逐年的降水入渗补给量形成的河道排泄量;当QPr河排~Pr的关系不好时,可采用1980~2000年期间多年平均QPr河排与多年平均Pr的比值,利用1956~1979年逐年的Pr确定1956~1979年逐年的QPr河排。
八、山丘区各项排泄量、总排泄量和地下水资源量的计算方法 (一)各项排泄量的计算方法
排泄量包括河川基流量、山前泉水溢出量、山前侧向流出量、浅层地下水实际开采量和潜水蒸发量,其中,河川基流量要求计算1956~2000年系列,其他排泄量要求计算1980~2000年系列。
1.河川基流量1956~2000年系列的计算方法
河川基流量(又称地下径流量)是指河川径流量中由地下水渗透补给河水的部分,即河道对地下水的排泄量。河川基流量是一般山丘区和岩溶山区地下水的主要排泄量。可通过分割河川径流量过程线的方法计算。
(1)选用水文站的技术要求
为计算河川基流量选择的水文站(即选用水文站――下同)应符合下列要求: 1)选用水文站具有1980~2000年比较完整、连续的逐日河川径流量观测资料;
2)选用水文站所控制的流域闭合,地表水与地下水的分水岭基本一致; 3)按地形地貌、水文气象、植被和水文地质条件,选择各种有代表性的水文站;
4)单站选用水文站的控制流域面积宜介于300~5000km2之间,为了对上游各选用水文站河川基流分割的成果进行合理性检查,还应选用少量的单站控制流域面积大于5000km2且有代表性的水文站;
5)在水文站上游建有集水面积超过该水文站控制面积20%以上的水库,或在水文站上游河道上有较大引、提水工程,以及从外流域向水文站上游调入水量较大,且未做还原计算的水文站,均不宜作为河川基流分割的选用水文站。
(2)单站1980~2000年期间年河川基流量的分割方法
要求根据选用水文站实测逐日河川径流资料,点绘河川径流过程线,采用直线斜割法分割单站1980~2000年期间不少于10年的年实测河川径流量中的河川基流量。若选用水文站有河川径流还原水量,应对分割的成果进行河川基流量还原。河川基流量还原水量的定量方法是:首先,根据本次地表水资源量评价中1980~2000年逐年河川径流还原水量在年内的分配时间段,利用分割的实测河川基流量成果,分别确定相应时间段内分割的河川基流量占实测河川径流量的比率(即各时间段基流比);然后,以各时间段的基流比乘以相应时间段的河川径流还原水量,乘积即为该时间段的河川基流还原水量;最后,将年内各时间段的河川基流还原水量相加,即为该年的河川基流还原水量。进行了河川基流还原后的河川基流量,为相应选用水文站还原后的河川径流量中的河川基流量。
直线斜割法是比较常用的方法,对于年河川径流过程属于单洪峰型或双洪峰型时特别适用。在逐日河川径流过程线上分割河川径流量时,枯季无明显地表径流的河川径流量(过程线距离时间坐标较近且无明显起伏)应全部作为河川基流量(俗称清水流量);自洪峰起涨点至河川径流退水段转折点(又称拐点)以直线相连,该直线以下部分即为河川基流量。在逐日河川径流过程线上,洪峰起涨点比较明显和容易确定,而退水段的转折点往往不容易分辨。因此,准确判定退水段的转折点是直线斜割法计算单站河川基流量的关键。确定退水段的转折点最常用的方法是综合退水曲线法(此外,还有消退流量比值法、消退系数比较法等等,可参阅有关专著)。
采用综合退水曲线法确定、判断退水段转折点的具体做法是:首先,绘制年逐日河川径流量过程线(以下简称“过程线”);在该过程线上,将各个无降水影响的退水段曲线(以下简称“退水曲线”)绘出(即在过程线上描以特殊色调);
将各个退水曲线在该年河川径流过程线坐标系上做水平移动,使各个退水曲线的尾部(即退水曲线发生时间段的末端)重合,并做出这一组退水曲线的外包线,该外包线称为综合退水曲线;再将此综合退水曲线绘制在与河川径流过程线坐标系相同的透明纸上;然后,将描绘在透明纸上的综合退水曲线,在始终保持透明纸上的坐标系与河川径流过程线坐标系的横纵坐标总是平行的条件下,移动透明纸,使透明纸上的综合退水曲线的尾部与河川径流过程线上的各个退水段曲线的尾部重合,则综合退水曲线与河川径流过程线上各个退水段曲线的交叉点或分叉点,即为相应各个退水段的退水转折点。
在我国南方雨量比较丰沛的地区,洪水频繁发生,河川径流过程线普遍呈连续峰型,当采用直线斜割法有困难时,可采用加里宁试算法分割河川基流量。加里宁试算法,是根据河川基流量一般由基岩裂隙地下水所补给的特点,并假定地下水含水层向河道排泄的水量(即河川基流量)与地表径流量(包括坡面漫流量和壤中流量)之间存在比例关系,利用试算法确定合理的比例系数,再通过对水均衡方程的反复演算得出年河川基流量。计算公式及相关技术要求可参阅有关专著 。为保证加里宁试算法分割的河川基流量与直线斜割法分割的河川基流量一致,当选用加里宁试算法分割河川基流量时,要求对两种分割方法(即直线斜割法和加里宁试算法)的成果进行对比分析,必要时,对加里宁试算法的分割成果进行修正。
(3)单站1956~2000年河川基流量系列的计算
本次评价要求,根据单站1980~2000年期间不少于10年的年河川基流量分割成果,建立该站河川径流量(R)与河川基流量(Rg)的关系曲线(R及Rg均采用还原后的水量),即R~Rg关系曲线,再根据该站1956~2000年期间未进行年河川基流量分割年份的河川径流量(采用还原和修正后的资料),从R~Rg关系曲线中分别查算各年的河川基流量。
(4)计算分区1956~2000年河川基流量系列的计算
计算分区内,可能有一个或几个选用水文站控制的区域,还可能有未被选用水文站所控制的区域。要求按下列计算程序计算各计算分区1956~2000年河川基流量系列:
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