水资源各种功能的调查分析

第四章　水资源评价

第一节　水资源评价概述

一、水资源评价的定义

水资源不仅是人类赖以生存的资源，而且是最重要的环境要素。由于过度开采和不合理的使用水资源，在很多地区已造成严重的水资源危机，包括地区性水资源严重短缺、水质污染、土壤沙化、地面沉降等生态环境和地质环境问题。联合国于1977年在阿根廷马德普拉塔(Mar Del Plata)召开的世界水会议的第一决议中指出，没有水资源的综合评价，就谈不上水资源的合理规划和管理，并号召各国要进行一次专门的国家水平的水资源评价活动。1988年世界环境与发展委员会(World Commission on Environment and Development,简称WCED)提出的一份报告中指出：“水资源正在取代石油而成为在全世界引起危机的主要问题。”2011年11月，世界粮农组织发表《世界粮食和农业领域土地及水资源状况》、《土地及水资源状况》报告，指出土地和水资源普遍退化和不断加重将全球许多主要粮食生产系统置于危险之中，给解决到2050年世界约90亿人的吃饭问题构成了重大挑战。粮农组织的报告警告说：“由于许多主要粮食产区高度依赖地下水，地下水位不断下降和对不可再生的地下水资源的不断抽取正在对地方及全球粮食生产造成越来越大的威胁”，根据联合国2013年最新《世界水资源开发报告》(The fourth edition of the World Water Development Report, WWDR4)，水资源需求的空前增长正威胁着各项主要发展目标，粮食需求的日益增长、急速的城市化以及气候变化的影响，使全球供水压力显著增加。因此，有必要研究水资源问题，对水资源进行科学规划和管理，做到水资源合理开发利用和保护，以达到水资源、环境、经济和社会的协调和可持续发展。

水资源评价是水资源科学规划和管理的基础，为水资源规划和管理提供了基础数据和决策依据。《中国资源科学百科全书·水资源学》中定义水资源评价为“按流域或地区对水资源的数量、质量、时空分布特征和开发利用条件作出全面的分析估价，是水资源规划、开发、利用、保护和管理的基础工作，为国民经济和社会发展提供水决策依据。”从水资源评价的定义来看，其实质是服务于水资源开发利用实践，解决水资源开发利用中存在的问题，为实现水资源可持续利用提供重要保障。 随着人类活动影响的日益增大，水资源评价面临着许多新问题，需要依靠科技进步而不断发展。1988年联合国教科文组织和世界气象组织给出水资源评价的定义：“水资源评价指对于水资源的源头、数量范围及其可依赖程度、水的质量等方面的确定，并在其基础上评估水资源利用和控制的可能性。”基于这一定义，水资源评价活动应当包括对评价范围内全部水资源量及其时空分布特征的变化幅度及特点、可利用水资源量的估计、各类用水的现状及其前景、评价全区及其分区水资源供需状况及预测可能的解决供需矛盾的途径、为控制自然界水源所采取的工程措施的正负两方面效益评价，以及政策性建议等。

二、水资源评价内容

我国的行业标准——《水资源评价导则》(SL/T 238—1999)明文规定，水资源评价的内容包括水资源数量评价、水资源质量评价、水资源开发利用及其综合评价。

水资源数量评价包括搜集气象、水文、土地利用、地质地貌等基本资料，对资料进行可靠性、一致性和代表性审查分析，并进行资料的查补延长。在此基础上，进行降水量、蒸发量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量的计算。

水资源质量评价包括查明区域地表水的泥沙和天然水化学特性，进行污染源调查与评价、地表水资源质量现状评价、地表水污染负荷总量控制分析、地下水资源质量现状评价、水资源质量变化趋势分析与预测、水资源污染危害及经济损失分析、不同质量的可供水量估算及适用性分析，为水资源利用、保护和污染治理提供依据。

水资源开发利用及其影响评价的内容为：社会经济及供水基础设施现状调查分析；对现状水资源供用水情况进行调查分析，并指出存在的问题；水资源开发利用对环境的影响等。

水资源综合评价是在水资源数量、质量和开发利用现状评价以及对环境影响评价的基础上，遵循生态良性循环、资源永续利用、经济可持续发展的原则，对水资源时空分布特征、利用状况及与社会经济发展的协调程度所做的综合评价。水资源综合评价内容包括：水资源供需发展趋势分析、评价区水资源条件综合分析和分区水资源与社会经济协调程度分析。

三、水资源评价发展过程

在联合国教科文组织、世界气象组织等机构的协调和推动下，各国在水资源调查、评价、开发利用和保护管理等方面开展了大量工作，并围绕共同关心的水资源问题举行了一系列重要的国际学术讨论会，推动了水资源评价工作的发展。各国的水资源评价内容，随着不同时代的水资源问题而不断充实。

1)国外的水资源评价

国外的水资源评价始于19世纪末期，主要是水文观测资料整编和水量统计方面的工作。自20世纪中期以来，随着人口的增加和经济社会的发展，一系列的水资源问题应运而生，许多国家纷纷开始探求水资源可持续利用的实践途径，水资源评价开始逐渐受到世界各国的重视。1840年，美国对俄亥俄河和密西西比河河川径流量进行了统计，以及在19世纪末和20世纪初编写了《纽约州水资源》、《科罗拉多州水资源》、《联邦东部地下水》等专著；1965年美国国会通过了水资源规划法案，成立水资源理事会，开始进行全国水资源评价工作；1968年完成第一次国家级水资源评价报告，以天然水资源为评价重点；1978年开始进行第二次水资源评价，以分析可供水量和用水要求为评价重点，并分为河道内用水和河道外用水。1988年，联合国教科文组织和世界气象组织在澳大利亚、德国、加纳、马来西亚、巴拿马、罗马尼亚和瑞典等国家开展实验项目的基础上，以及在非洲、亚洲和拉丁美洲进行专家审定的基础上，共同制定了《水资源评价活动——国家评价手册》，促进了不同国家水资源评价方法趋向一致，同时有力地推动了水资源评价工作的进程。1990年的《新德里宣言》、1992年的《都柏林宣言》和1997年第一届水论坛加强了对水的重要性的认识。随着水资源评价与管理需求形势的发展，1997年，联合国教科文组织和世界气象组织再次对《水资源评价活动——国家评价手册》进行了修订， 出版了《水资源评价——国家能力评估手册》。 在2000年第二届世界水论坛会中，联合国约定各国要进行周期性的淡水资源评价， 并以《世界水发展报告》的形式出现。2000—2012年分别在法国巴黎、中国北京、美国亚利桑那州凤凰城、韩国的釜山等举行，对当前的水资源进行数量、质量的评价以及对水资源管理措施进行汇总。2012年第四期《世界水资源发展报告》对全球水资源情况进行了综合分析，报告表明农业用水依旧是全球淡水最大用户，占使用总量的70%，灌溉和粮食生产依旧构成了淡水资源主要需求压力，其次主要来源于城市对饮用水、卫生和排水的需要。

2)我国的水资源评价

我国水资源评价方法的研究起步略晚于国外，但受水资源短缺实践需求的驱使，水资源评价理论与方法发展非常快。主要可以分为三个阶段: 早期评价阶段、中期评价阶段和现代评价阶段。

(1)早期评价阶段：水资源评价的雏形。20世纪50年代，我国针对东部入海大江大河开展了较为系统的河川径流量的统计；20 世纪60年代，我国进行了较为系统的全国水文资料整编工作，并对全国的降水、河川径流、蒸散发、水质、侵蚀泥沙等水文要素的天然情况统计特征进行了分析，编制了各种等值线图和分区图表等，推动了水资源评价工作的发展。

(2)中期评价阶段：形成了较为稳定的水资源评价理论方法体系。随后的20世纪80年代，根据全国农业自然资源调查和农业区划工作的需要，我国开展了第一次全国水资源评价工作，当时主要借鉴了美国提出和采用的水资源评价方法，同时根据我国的实际情况做了进一步发展，包括提出了不重复的地下水资源概念及其评价方法等，最后形成了《中国水资源初步评价》和《中国水资源评价》等成果，初步摸清了我国水资源的家底。1999年，水利部在总结全国第一次水资源调查评价以来实践的基础上，以行业标准的形式发布了《水资源评价导则》，对水资源评价的内容及其技术方法做了明确的规定。

(3)现代评价阶段：不断完善和提升。随着我国社会经济发展的突飞猛进，人类活动对下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素)的影响加剧，下垫面影响了流域天然下垫面的下渗、产流、蒸发、汇流等水文特性, 对水资源评价也提出了新的挑战。2001年，在国家发改委和水利部联合开展的“全国水资源综合规划”工作中，对水资源评价的技术和方法做了进一步的修改和完善，在评价内容上也较第一次评价有所增加。2004年王浩院士指出水资源评价方法需要从基础理论、评价口径、评价手段等方面进行系统革新，提出了流域水资源全口径层次化动态评价方法框架。2009年，北京师范大学完成了首个《我国水资源利用效率评估及其方法研究报告》并面向社会发布。该报告建立了水资源利用效率评价指标体系，并对我国用水效率进行了综合评估和分析；该报告在科学评定水资源利用效率，以及创造全社会提高水资源利用效率氛围方面具有重要意义。另外，随着3S 技术和计算机的不断发展和进步，水资源评价模型技术逐步发展起来，包括基于新安江模型和地下水动力学的地表—地下水资源联合评价模型、分布式水文模型、半分布式水文模型等。

第二节　水资源数量评价

水资源数量评价主要指地表水及地下水体中由当地降水形成的、可以更新的动态水量的评价。水资源量的计算包括区域降水量、地表水资源量、地下水资源量及总水资源量的计算。

一、地表水资源量评价

地表水资源包括河流、湖泊、冰川等，地表水资源量包括这些地表水体的动态水量。由于河流径流量是地表水资源的最主要组成部分，因此在地表水资源评价中用河流径流量表示地表水资源量。

地表水资源数量评价应包括下列主要内容：①单站径流资料统计分析；②主要河流年径流量计算；③分区地表水资源量计算；④地表水资源时空分布特征分析；⑤地表水资源可利用量估算；⑥人类活动对河流径流的影响分析。

1)地表水资源水文循环要素的分析计算

地表水是河流、湖泊、冰川等的总称。在多年平均条件下，水资源量的收支项主要为降水、蒸发和径流。降水、径流和蒸发是决定区域水资源状态的三要素，三者之间的数量变化关系制约着区域水资源数量的多寡和可利用量。

(1)降水量计算

降水量的年际变化程度常用年降水量的极值比Ka或年降水量的变差系数Cv值表示。

① 年降水量的极值比Ka

年降水量的极值比Ka可表示为:

(4-1闻)

式中：xmax——最大年降水量；

xmin——最小年降水量。

Ka值越大，降水量年际变化越大；Ka值越小，降水量年际变化越小，降水量年际之间分布均匀。就全国而言，年降水量变化最大的地区是华北和西北地区，丰水年和枯水年降水量相比一般可达3～5倍，部分干旱地区高达10倍以上。南方湿润地区降水量的年际变化比北方要小，一般丰水年的降水量为枯水年的1.5～2倍。

② 年降水量的变差系数Cv

数理统计中用均方差与均值之比作为衡量系列数据相对离散程度的参数，称为变差系数Cv，又称离差系数或离势系数。变差系数为一无量纲数。年降水量的变差系数Cv值越大，表示年降水量的年际变化越大，反之越小。

(2)蒸发量计算

蒸发量计算有水面蒸发、陆面蒸发和干旱指数。

① 水面蒸发量计算：

E=φE′

(4-2闻)

式中：E——水面实际蒸发量；

E′——蒸发皿观测值；

φ——折算系数。

② 陆面蒸发量计算：

Ei=Pi-Ri±ΔW

(4-3闻)

式中：Ei——时段内陆面蒸发量；

Pi——时段内区域平均降水量；

Ri——时段内区域平均径流量；

ΔW——时段内区域蓄水变量。

③ 干旱指数：年水面蒸发量与年降水量的比值。

(3)径流

流域上的降水，除去损失以后，经由地面和地下途径汇入河网，形成流域出口断面的水流，称为河流径流，简称径流。径流按其空间的存在位置分为地表径流和地下径流，按其形成水源的条件分为降雨径流、雪融水径流以及冰融水径流等。地表径流是指降水除消耗外的水量沿地表运动的水流。地下径流是指降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的水流。河流径流的水情和年内分配主要取决于补给来源，我国河流的补给可分为雨水补给、地下水补给和积雪、冰川融水补给，并且以雨水补给为主。

径流(空间位置)

表示径流的特征值主要有：流量Qt、径流总量Wt、径流模数M、径流深度Rt、径流系数α。

① 流量Qt为单位时间内通过河流某一断面的水量，单位为m3/s。

② 径流总量Wt指在一定的时段内通过河流过水断面的总水量，单位为m3。

t时段内的平均流量为t，则t时段的径流总量为：

×t

(4-4闻)

③ 径流深度Rt——设想将径流总量平铺在整个流域面积所得的水深，单位为mm。

其计算公式为：

×10-3

(4-5闻)

式中：t——时间，s；

Wt ——径流总量，m3；

Qt——平均流量，m3/s；

F——流域面积，km2；

Rt——某时段t内的径流深度，mm。

④ 径流模数M：为单位流域面积上产生的流量，单位为m3/(s·km2)。可表示为：

×103

(4-6闻)

⑤ 径流系数α：为某时段内的径流深度与同一时段内降水量之比，以小数或百分比计，其计算公式为：

(4-7闻)

式中：Rt——某时段t内的径流深度，mm；

P——同一时段内的降水量，mm。

由于径流深度是由降水量形成的，对于闭合流域径流深度将小于降水量，即α<1。

2)分区地表水资源量评价

分区地表水资源数量是指区内降水形成的河川径流量，不包括入境流量。分区地表水资源量评价应在求得年径流系列的基础上，计算各分区和全评价区同步系列的统计参数和不同频率的年径流量。

将计算区域划分为山丘区和平原区两大地貌单元，分别计算多年平均河川径流量。计算方法如下：

(1)代表站法：选取能控制全区的，实测径流资料系列长、精度高的代表站，如果径流条件相似，可以移用。

(2)等值线法：多年平均径流深、年径流变差系数等值线图。

(3)年降水径流关系法：选取实测降水、径流资料系列长、精度高的代表站，根据统计分析，建立降水径流关系，如果自然地理条件相似，可以移用。

(4)利用水文模型计算径流量的系列。

(5)利用自然地理特征相似的临近地区的降水、径流关系，由降水系列推求径流系列。

3)可利用地表水资源量估算

水资源是重要的自然资源和经济资源，对水资源的开发利用应有一定的限度。地表水资源可利用量是指在经济合理、技术可能及满足河道内用水并估计下游用水的前提下，通过蓄、引、提等地表水工程可能控制利用的河道一次性最大水量(不包括回归水的重复利用)。因此，在水资源评价工作中，不仅要评价地表水资源的数量，还要搞清地表水资源的可利用量，为合理利用地表水资源提供科学依据。

对地表水资源可利用量的计算，通常采用的方法有两种：一是扣损法，即选定某一频率的代表年，在已知该年的自产水量(指当地降水产生的径流量)、入境水量基础上，扣除蒸发渗漏等损失，以及出境入海等不可利用的水量，求得该频率的地表水资源可利用量。二是根据现状中大中型水利工程设施，对各河的径流过程以时历法或代表年法进行调节计算，以求得某一频率的地表水资源可利用量。

某一分区的地表水资源可利用量，不应大于当地河流径流量与入境水量之和再扣除相邻地区分水协议规定的出境水量，即：

Q可利用量=Q当地河流径流+Q入境-Q出境

(4-8闻)

各分区可利用地表水资源量可以通过蓄水工程、引水工程和提水工程进行估算。

二、地下水资源量评价

我国较多的人主张将地下水资源量分为补给量、储存量和允许开采量(或可开采量)三类，既不用“储量”也不用“资源”，直接叫做“地下水的各种量”。下面将重点讨论这种分类。

1)地下水补给量的计算

补给量是指在天然状态或开采条件下，单位时间从各种途径进入该单元含水层(带)的水量(m3/a)。补给来源有降水渗入、地表水渗入、地下水侧向流入和垂向越流，以及各种人工补给。实际计算时，应按天然状态和开采条件下两种情况进行。然而，许多地区的地下水都已有不同程度的开采，很少有保持天然状态的情况。因此，首先是计算现实状态下地下水的补给量，然后再计算扩大开采后可能增加的补给量。后一种称为补给增量(或称诱发补给量、激发补给量、开采袭夺量、开采补充量等)。补给增量主要来自降水入渗、地表水、相邻含水层越流、相邻地段含水层、各种人工用水的回渗量等。

计算补给量时，应以天然补给量为主，同时考虑合理的补给增量。地下水的补给量是使地下水运动、排泄、水交替的主导因素，它维持着水源地的连续长期开采。允许开采量主要取决于补给量。因此，计算补给量是地下水资源评价的核心内容。

山丘区和平原区地下水的补给方式不同，其计算方法也不相同。

(1)山丘区地下水补给量

如前所述，山丘区地下水补给量难以直接计算，目前只能以地下水的排泄量近似作为补给量，计算公式如式(4-9闻)所示：

(4-9闻)

式中：山——山丘区多年平均地下水补给量，亿m3；

山基——多年平均河川基流量，亿m3；

潜——多年平均河床潜流量，亿m3；

侧——多年平均山前侧向流出量，亿m3；

泉——未计入河川径流的多年平均山前泉水出露量，亿m3；

山潜——多年平均潜水蒸发量，亿m3；

开——多年平均实际开采的净消耗量重复水量，亿m 3。

(2)平原区地下水补给量

平原区地下水补给量可按式(4-10闻)进行计算：

(4-10闻)

式中： 平——平原区多年平均地下水补给量，亿m3；

p——多年平均降水入渗补给量，亿m3；

河渗——多年平均河道渗漏补给量，亿m 3；

侧——多年平均山前侧向流入补给量，亿m3；

渠渗——多年平均渠系渗漏补给量，亿m3；

库渗——多年平均水库(湖泊、闸坝)蓄水渗漏补给量，亿m 3；

渠灌——多年平均渠灌田间入渗补给量，亿m3；

越补——多年平均越流补给量，亿m3；

人工——多年平均人工回灌补给量，亿m3。

降水入渗补给量p是平原区地下水的重要水源,主要取决于降水量、包气带岩性和地下水埋深等因素。河渗、渠渗、库渗、渠灌和人工分别为山丘区河川径流流经平原时(有时也包括平原区河川径流本身)的平均入渗补给量和人工回灌补给量。侧也为山丘区平均山前侧向流出量。越补为深层地下水的越流补给量。

据统计分析，我国北方平原区降水入渗补给量p占平原区地下水总补给量平的53%，山丘区河川径流流经平原时的补给量(包括河渗、渠渗、库渗、渠灌、人工)占43%，山前侧向流入补给量只占4%(越补忽略未计)。

2)地下水存储量的计算

储存量(也叫存储量)是指储存在单元含水层中的重力水体积。

(1)潜水含水层的储存量，也称为容积储存量，可用式(4-11闻)计算：

W=μ·V

(4-11闻)

式中：W——地下水的储存量，m3；

μ——含水层的给水度，小数或百分数；

V——潜水含水层的体积，m3(V=FM，其中，F——潜水含水层的面积，m2；M——含水层厚度)。

(2)承压含水层除了容积储存量外，还有弹性储存量，可按式(4-12闻)计算：

Wμ=μ*·F·h

(4-12闻)

式中：Wμ——承压水的弹性储存量，m3；

μ*——弹性释水系数；

F——承压含水层的面积，m2；

h——承压含水层自顶板算起的压力水头高度，m。

3)可开采量

允许开采量(或可开采量)是指通过技术经济合理的取水构筑物，在整个开采期内出水量不会减少、动水位不超过设计要求、水质和水温变化在允许范围内、不影响已建水源地正常开采、不发生危害性环境地质现象等前提下，单位时间内从该水文地质单元或取水地段开采含水层中可以取得的水量。其常用的流量单位为m3/d或m3/a等。简言之，地下水允许开采量(或可开采量)指在可预见的时期内，通过经济合理、技术可行的措施，在不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。

开采量是指目前正在开采的水量或预计开采量，它只反映了取水工程的产水能力。开采量不应大于允许开采量，否则，会引起不良后果。

在开采状态下，可以用下面的水均衡方程表示：

(4-13闻)

式中：Q补——开采前的天然补给量，m3/d；

ΔQ补——开采时的补给增量，m3/d；

Q排——开采前的天然排泄量，m3/d；

ΔQ排——开采时天然排泄量减少值，m3/d；

Q开——人工开采量，m3/d；

μ——含水层的给水度；

F——开采时引起水位下降的面积，m2；

Δt——开采时间，d；

Δh——在Δt时间段内开采影响范围内的平均水位变化，m。

由于开采前的天然补给量与天然排泄量在一个周期内是近似相等的，即Q补≈Q排，所以式(4-13闻)可简化为：

(4-14闻)

这个方程表明，开采量实质上是由三部分组成的，即：

(1)增加的补给量(ΔQ补)，也就是开采时夺取的额外补给量，可称为开采夺取量。

(2)减少的天然排泄量(ΔQ排)，如开采后潜水蒸发消耗量的减少、泉流量减少甚至消失、侧向流出量的减少等。这部分水量实质上就是由取水构筑物截获的天然补给量，可称为开采截取量。它的最大极限等于天然排泄量，接近于天然补给量。

(3)可动用的储存量，是含水层中永久储存量所提供的一部分。

明确了开采量的组成，就可以按各个组成部分来确定允许开采量：

① 允许开采量中补给增量部分，只能合理地夺取，不能影响已建水源地的开采和已经开采含水层的水量；地表水的补给增量，也应从总的水资源考虑，统一合理调度。

② 允许开采量中减少的天然排泄量，应尽可能地截取，但也应考虑已经被利用的天然排泄量。例如，有的大泉是风景名胜地。由于增加开采后泉的流量可能减小，甚至枯竭，破坏了旅游景观，这也是不允许的。截取天然补给量的多少与取水构筑物的种类、布置地点、布置方案及开采强度有关。只要天然排泄量尚未加以利用，就可以用天然补给量或天然排泄量作为开采截取量。

③ 允许开采量中可动用的储存量，应慎重确定。首先要看永久储存量是否足够大，再看现时的技术设备最大允许降深是多少，然后算出从天然低水位至区域允许最大降深动水位这段含水层中的储存量，按100年或50年平均分配到每年的开采量中，作为允许开采量的一部分。

4)地下水资源评价方法

地下水资源评价方法众多，归纳如表4-1闻所示。

表4-1　闻地下水资源评价

续表4-1

资料来源：廖资生，余国光，张长林.北方岩溶水源地的基本类型和资源评价方法的选择[J].中国岩溶，1990,9(2),130-138.

三、水资源总量的计算

在分析计算降水量、河川径流量和地下水补给量之后，尚需进行水资源总量的计算。过去，有的部门将河川径流量与地下水补给量之和作为水资源总量。由于河川径流量中包括一部分地下水排泄量，而地下水补给量中又有一部分由河川径流所提供，因此将两者简单地相加作为水资源总量，结果必然偏大，只有扣除两者之间的重复水量才等于真正的水资源总量。据此，一定区域多年平均水资源总量的计算公式可以写成

(4-15闻)

式中：总——多年平均水资源总量，亿m3；

河川——多年平均河川径流量，亿m 3；

地下——多年平均地下水补给量，亿m3；

——多年平均河川径流量与多年平均地下水补给量之间的重复量，亿m3。

若区域内的地貌条件单一(全部为山丘区或平原区)，公式(4-15闻)中右侧各分量的计算比较简单；若区域内既包括山丘区又包括平原区，水资源总量的计算则比较复杂。

若计算区域包括山丘区和平原区两大地貌单元，公式(4-15闻)便可改写为

()+()

(4-16闻)

重复水量等于、、、、、、与各项之和，将其代入公式(4-16闻)并整理得

(4-17闻)

在山丘区、平原区多年平均河川径流量及地下水补给量各项分量算得的基础上，即可根据公式(4-17闻)推求全区域多年平均水资源总量。

由公式(4-9闻)得

(4-18闻)

将公式(4-18闻)代入式(4-17闻)并整理得

(4-19闻)

式中： 山表——山丘区多年平均地表径流量，亿m3()；

平表——平原区多年平均地表径流量，亿m3()。

其他符号意义同前。公式(4-19闻)表明，区域多年平均水资源总量也等于山丘区、平原区多年平均地表径流量与山丘区地下水补给量、平原区降水入渗补给量、平原区地下水越流补给量之和。

四、重复水量的计算

对既有山丘区又有平原区两种地貌单元的区域，分析河川径流与地下水补排关系可以得知，如果分别计算山丘区和平原区的河川径流量与地下水补给量，再根据公式(4-15闻)计算全区域(山丘区加平原区)的水资源总量，则有一部分水量被重复计算了。重复水量如图4-1闻中箭头所示。重复水量包括以下几项：

(1)山丘区河川径流量与地下水补给量之间的重复量，即山丘区河川基流量山基；

图4-1　闻不同地貌单元重复水量示意图

资料来源：水资源总量计算PPT[OD/BL][2012-2闻-8闻][2014-6闻-5闻]
http://www.doc88.com/p-3827374482601.html

(2)平原区河川径流量与地下水补给量之间的重复量，即平原区河川基流量平基，有时还包括来自平原区河川径流量的河渗、渠渗、库渗、渠灌和人工；

(3)山丘区河川径流量与平原区地下水补给量之间的重复量，即山丘区河川径流流经平原时对地下水的补给量，包括河渗、渠渗、库渗、渠灌和人工；

(4)山前侧向补给量侧，是山丘区流入平原区的地下径流，属于山丘区、平原区地下水本身的重复量。

第三节　水资源质量评价

水资源质量评价是水环境质量评价的简称，是环境质量评价体系中一种单要素评价。水资源质量评价包括查明区域地表水的泥沙和天然水化学特征，进行污染源调查与评价、地表水资源质量现状评价、地表水污染负荷总量控制分析、地下水资源质量现状评价、水资源质量变化趋势分析及预测、水资源污染危害及经济损失分析、不同质量的可供水量估算及适用性分析，为水资源利用、保护和污染治理提供依据。

一、水资源质量评价的内容和方法

水的质量简称水质，是指水体中所含物理成分、化学成分、生物成分的总和。天然的水质是自然界水循环过程中各种自然因素综合作用的结果，人类活动对现代水质有着重要的影响。水的质量决定着水的用途和水的利用价值，优质的淡水可作为人类生活饮用水、工业生产用水和农业灌溉用水等。

水资源质量评价是按照评价目标，选择相应的水质参数(指标)、水质标准和计算方法，对水质的利用价值及水的处理要求做出的评定。

1)水质评价分类

水质评价一般可分为以下几类：

(1)按评价对象可分为地下水水质评价、地表水水质评价、大气降水水质评价。供水实践中，主要是针对地下水和地表水这两种水开展水质评价工作。

(2)按水的用途可划分为养殖用水(渔业)水质评价、供水水质评价(包括农业灌溉用水、工业用水、生活饮用水等方面的水质评价)、风景游览水体的水质评价以及为水环境保护而进行的水环境质量评价等。

(3)按评价时段可分为三种，即回顾评价、现状评价、影响评价。回顾评价是利用积累的历史水质数据，揭示水质演化的过程；现状评价是根据近期水质监测数据，阐明水质当前的状况；影响评价又称预测评价，是针对拟建工程在运行后对水质的可能影响做出预测分析。

(4)被评价的范围可划分为局部地段的水质评价和区域性的水质评价。

在实际工作中上述分类往往是相互交叉的，例如，为供水服务的地下水水质评价，既应进行回顾评价又应突出现状评价的内容，同时还应对水源地投产后水质的可能变化做出预测分析。

2)水质评价的分类指标

(1)物理指标

① 感官物理性状指标：如温度、色度、臭味、浑浊度、透明度等。

② 其他物理性状指标：如总固体、悬浮性固体、溶解性固体、电导率等。

(2)化学指标

① 按水中常量化学指标分类

•酸碱度：用pH值表征水体中氢离子的浓度，它是检测水体受酸碱污染程度的一个重要指标。

•硬度：表征水中钙和镁离子的含量，分暂时硬度和永久硬度，常以水中碳酸钙的含量或以德国度表示，一个德国度相当于每升水含10 mg的氧化钙或7.2 mg的氧化镁。

•矿化度：指溶解于水中的各种离子、分子和化合物的总含量(不包括悬浮物和溶解气体)，通常以1L水中含有各种盐分的总克数来表示(g/L)。

•碱度：水中能与酸发生中和反应(即接受质子H+)的全部物质总量，分强碱、弱碱和强碱弱酸盐。

② 按水的环境化学指标分类

•化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，简称COD)：水体中进行氧化过程所消耗的氧量，以氧当量(mg/L为单位)表示。

•生化需氧量(Bio-chemical Oxygen Demand，简称BOD)：水体中微生物分解有机化合物过程中所消耗的溶解氧量。

•溶解氧(Dissolved Oxygen，简称DO)：溶解于水体中的分子态氧，是地表水水质评价的重要指标。

(3)生化指标

① 细菌总数：水体中大肠菌群、病原菌、病毒及其他细菌的总数，以每升水样中的细菌总数表示，它反映的是水体受细菌污染的程度。

② 大肠菌群：水体中大肠菌群的个数可表明水样被粪便污染的程度，间接表明有肠道病菌(伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性，以每升水样中所含有的大肠菌群数目来表示。

3)水资源质量评价方法

国内外水质评价工作历经近半个多世纪，提出的评价方法种类繁多，归纳起来有三大类型：第一类是指数法；第二类是分级评价法；第三类是纯数字的方法。下面介绍一些代表性方法。

(1)无量纲污染指数法

国内外各类评价指数的基本单元都是Pi=Ci/Si(Pi为单项污染指数，即实测浓度超过评价标准的倍数；Ci为参数浓度，mg/L；Si为相应的标准浓度，mg/L)。Pi≤1说明水体尚未受到污染；Pi>1说明水体已经受到污染。单项污染指数能直观地说明水质是否污染或超标，计算简便，但它易屏蔽极大和少数超标污染项目的影响，过分强调最大超标项的作用，不能反映水体的整体状况。要全面反映水体的质量状况，可用综合评价指数。综合评价指数可在单项污染指数的基础上，通过相加、相乘或开方等数学运算得到。常用的综合评价指数见表4-2闻。

表4-2　闻水质综合评价指数一览表

注：P为大于中位数半集的单项指数。

资料来源：自绘

(2)分级评价法

分级评价法也是我国应用较多的方法。该法将评价参数的区域代表值与各类水体的分级标准分别进行对照比较，确定其单项的污染分级，然后进行等级指标的综合叠加，综合评价水体的类别或等级。该法克服了简单指数方法忽视不同污染物同一超标倍数所产生危害不同的缺点，克服了单项污染指数法有时区分水质级别不尽合理的状况。该法计算简单，方法简便易于应用，适合全国、全流域统一的水质评价，能直观、明确地反映水体水质污染的实际状况，反映水质综合效应。我们大范围水质评价多用此法，其代表表达式为：

(4-20闻)

式中：K——河流综合水质指标；

Ki——子河流i水质级别；

Li——子河段长度，km；

n——子河段个数。

(3)基于模糊理论的水环境质量评价法

由于水体环境本身存在大量的不确定因素，各个项目的级别划分、标准确定都具有模糊性，因此，模糊数学在水质综合评价中得到广泛应用。具有代表性的方法有：模糊综合评价法、模糊概率评价法、模糊综合指数等。其中应用较多的是模糊综合评价法，根据各污染物的超标情况进行加权，但由于污染物毒性与浓度不是简单的比例关系，因此，这种加权不一定符合实际情况。从理论上讲，模糊综合评价法体现了水环境中客观存在的模糊性和不确定性，符合客观规律，具有一定的合理性。从目前的研究情况看，采用线性加权平均得到的评判极易出现失真、失效、跳跃等现象，存在水质类别判断不准或结果不可比的问题，可操作性较差。

(4)基于灰色系统理论的水环境质量评价法

由于水环境质量数据都是在有限的时间和空间内监测得到，信息往往不完全或不确切，因此可将水环境系统视为一个灰色系统，即部分信息已知、部分信息未知或不确知的系统，据此对水环境进行综合评价。基于灰色系统理论的水质评价法通过计算评价水质中各因子的实测浓度与各级水质标准的关联度大小，确定评价水质的级别。根据同类水体与该类标准水体的关联度大小，还可以进行优劣比较。水质综合评价的灰色系统方法有灰色聚类法、灰色贴近度分析法、灰色关联评价法等。

如灰色关联度计算表达式：

(K)ξ1(K)

(4-21闻)

式中：γ1——关联度；

ξ1(K)——关联系数；

W1(K)——权重。

一般的，关联度愈大，评价结果愈理想。本法信息获取最高，且对样本容量要求不高，能考虑多个因子共同影响，评价结果精度较高，但本法计算复杂，实际运用较少。

(5)基于人工神经网络的环境质量评价方法

图4-2　闻神经网络拓扑结构图

资料来源：张敏，赵金城.全局优化神经网络拓扑结构及
权值的遗传算法[J].大连大学学报，1999，20(6):9-13闻.

人工神经网络是在现代神经科学研究成果基础上提出的一种数学模型。大多数水质评价模型存在如何确定各污染物权重的困难，而水质综合评价的实质是属于多指标的模式识别问题，目前BP人工神经已在模式识别中获得广泛应用。BP人工神经网络模型被广泛地应用于地表水水质评价、地下水水质评价、湖泊富营养化评价等。神经网络，即多层前馈式误差反传播神经网络，通常由输入层、输出层和若干隐含层构成，每层由若干个结点组成，每一个结点表示一个神经元，上层结点与下层结点之间通过权连接，同一层结点之间没有联系(图4-2闻)。

水资源质量评价作为水资源研究必不可少的一环，正方兴未艾，现在推行诸多方法，各有利弊，还有其他一些好的方法也正在探索，探索具有理论研究性质的工作方向。

以上几种方法在水资源质量评价中运用得比较多，还有其他的如基于集对分析和粗糙集理论的水环境质量评价法、基于统计理论的主成分分析法、基于物元可拓集的水质质量评价方法、基于投影寻踪技术的水质评价方法、基于遗传算法的水质评价方法等。

二、水资源质量评价的标准

水资源质量评价标准是随着水污染问题的出现而产生的。水资源质量标准体现国家政策和要求，是衡量水体是否受污染的尺度，是在一定时期内要求保持或达到的水环境目标，是水资源、水环境管理的执法依据，也是水质评价的基础和依据。

我国已制定颁布的水资源质量评价标准主要有：

《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)

《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)

《海水水质标准》(GB 3097—1997)

《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)

《渔业水质标准》(GB 11607—89)

《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)

《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)

《湖泊(水库)营养状态评价标准》(全国水资源综合规划技术工作组，2003年)

《制浆造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544—2008)

《柠檬酸工业水污染物排放标准》(GB 19430—2013)

《制糖工业水污染物排放标准》(GB 21909—2008)

《合成氨工业水污染物排放标准》(GB 13458—2013)

《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—2012)

《制革及毛皮加工工业水污染物排放标准》(GB 30486—2013)

《钢铁工业水污染物排放标准》(GB 13456—2012)

《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB 16171—2012)

《汽车维修业水污染物排放标准》(GB 26877—2011)

《医疗机构水污染物排放标准》(GB 18466—2005)

《铁合金工业污染物排放标准》(GB 28666—2012)

《铝工业污染物排放标准》(GB 25465—2010)

《硫酸工业污染物排放标准》(GB 26132—2010)

《磷肥工业水污染物排放标准》(GB 15580—2011)

1)《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)

根据我国地下水水质现状、人体健康标准值及地下水质量保护目标，同时参照生活饮用水、工业、农业用水水质要求，将地下水质量划分为五类：

Ⅰ类：主要反映地下水化学组分的天然低背景含量，适用于各种用途。

Ⅱ类：主要反映地下水化学成分的天然背景含量，适用于各种用途。

Ⅲ类：以人体健康基准值为依据，主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。

Ⅳ类：以农业和工业用水要求为依据，除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。

Ⅴ类：不宜引用，其他用水可根据使用目的选用。

2)《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)

为保护地表水环境，控制水污染，我国依据地表水水域、使用目的和保护目标将其划分为五类：

Ⅰ类：主要适用于源头水、国家自然保护区。

Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场地、仔稚幼鱼的索饵等。

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。

Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。

Ⅴ类：主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

该标准是由国家环境保护局批准实施的国家标准(GB 3838—2002)，适用于中华人民共和国领域内江、河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水域。它既是水域环境保护的标准，也是某些水域现状功能划分和水质评价的依据。

3)《海水水质标准》(GB 3097—1997)

按照海水的用途和保护目标，将海水水质划分为四类(同一水域兼有多种功能的依主导功能划分类别，其水质目标可高于或等于主导功能的水质要求)：

Ⅰ类：适用于海洋渔业水域、一级水产养殖场、珍稀濒危海洋生物资源保护区。

Ⅱ类：适用于二级水产养殖场、海水浴场、人体直接接触海水的海上娱乐场与运动场，供食用的海盐盐场。

Ⅲ类：适用于一般工业用水。海滨风景游览区。

Ⅳ类：适用于港口水域、海上及沿岸作业区。

4)其他水资源质量评价标准

其他水资源质量评价标准可参考《水资源利用与保护》，在这只简单指出。

我国的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的项目类别可分为感官性状态和一般化学指标、毒理指标和放射性指标。根据这些来评价生活水水资源质量。

农业灌溉用水水质的好坏主要是由水温、水的矿化度及溶解盐类的成分三方面对农作物和土壤的影响决定的。有时也应考虑水的pH值和水中有毒元素的含量。

工业水质评价标准又分锅炉用水和工程建设用水水质标准。

以上几个都是常规供水的水质评价标准，常规用水是指为城镇居民、厂矿企业和农业生产提供符合水质要求的生产生活用水。相应的水质评价方法通常采用分类评价法和标准对比评价法。前者主要对水中的各种组分、单项指标进行取样分析计算，在此基础上针对具体供水水质要求进行分类、评判；后者也需进行水质实测计算。所不同的是，最终对水质量可利用性的判断，是根据国家颁发的通用水质标准。

第四节　水资源开发利用及其影响评价

水资源利用评价是水资源评价中的重要组成部分，是水资源综合利用和保护规划的基础性前期工作，其目的是增强流域或区域水资源规划的全局观念和宏观指导思想。

一、水资源各种功能的调查分析

在水资源基础评价中已包括了对评价范围内水资源的各种功能潜势的分析，在此基础上如何提出各种功能的开发程序，则是水资源规划中应考虑的问题。但在这之前，应当结合不同地区、不同河段的特点，并结合有影响范围内的社会、经济情况，对水资源各种功能要求解决的迫切程度，进行调查评价，并在此基础上提出开发的轮廓性意见。水资源规划中应考虑：分析评价范围内水资源各种功能潜势(供水、发电、航运、防洪、养殖等)，以及各种功能开发顺序，既结合不同地区不同河段的特点同时考虑有影响范围内经济、社会、环境情况，对水资源各功能要求解决的迫切程度进行调查评价。

二、水资源开发程度调查分析

水资源开发程度的调查分析是指对评价区域内已有的各类水工程及措施情况进行调查了解，包括各种类型及功能的水库、塘坝、引水渠首及渠系、水泵站、水厂、水井等，包括其数量和分布。各种功能的开发程度常指其现有的供出能力与其可能提供能力的比值。如供水的开发程度是指当地通过各种取水引水措施可能提供的水量和当地天然水资源总量的比值。水力发电的开发程度是指区域内已建的各种类型水电站的总装机容量和年发电量，与这个区域内的可能开发的水电装机容量和可能的水电年发电量之比等。通过调查了解工程布局的合理性及增建工程的必要性。

三、可利用水量分析

可利用水量是指在经济合理、技术可行和生态环境容许的前提下，通过各种工程措施可能控制利用的不重复的一次性最大水量。水资源可利用量为水资源合理开发的最大的可利用程度。

可利用水量占天然水资源量的比例不断提高。由于河川径流的年际变化和年内季节变化，加之可利用水量小于河道天然水资源量(河川径流量)，在天然情况下有保证的河川可利用水量是很有限的。为了增加河川的可利用水量，人们采用了各种类型的拦水、阻水、滞水、蓄水工程等措施，并且随着人类掌握的技术知识和技术能力的不断提高，可利用水量占天然水资源量的比例也在不断提高。

各河流水文规律不同，其可利用水量的比例也是不同的。洪水水量占全年河川径流流量的比例大的，其合理可利用水量占天然水资源量的比例也要小些。在中国，南方的河流如长江、珠江等大河由于水量丰沛，且相对来讲年际变化和年内变化都比北方河流小，且在当前社会经济发展阶段，引用水量相对于河川径流量来说所占比例不是太大，其可利用水量还有相当潜力。

按国际惯例，为保护工程下游生态，可利用水量与河川径流量之比例不应超过40%。在进行可利用水量估计时，应当以各河的水文情况为前提，结合河流特点和当前社会经济能力及技术水平来进行，不能一概而论。