（一）雨水集蓄利用潜力计算原则

1.区域水量平衡原则

在某一封闭的区域内，雨水是唯一的外界水源补给，在一定时段内，区域的雨水补给量与输出量之差等于区域内各类水体蓄变量之和。水资源输出包括径流流失、蒸发蒸腾及向区域外的水资源输出，其中，径流与蒸发蒸腾损失量是可以通过人工措施进行调控的，雨水资源化的目的就是尽量减少径流流失、蒸发蒸腾损失，促使其向有利于雨水资源利用的方向转化。

2.承载力有限原则

区域内耗水类型主要包括生活、生产、生态三个方面，其中生态用水除特殊要求外，一般只采用雨水就地利用方式既可满足其需水量。同时，由于区域内总降水量与集流面积有限，因此可利用雨水资源与承载力也相对有限，从而使得生产、生活与生态供水存在一定限制。因此，任何一个区域的水资源都不可能实现超限供给，雨水资源的利用亦不例外。

3.技术经济约束原则

从雨水集蓄利用技术的内涵来看，每一项技术都具备一定的径流调控能力，但同时也存在一定的自然、社会、经济等适用范围和限制条件。为实现径流调控能力，需要辅以一系列工程措施，同时需要一定的工程建设费用。一般而言，费用越高，集流效果越好，在相同的供水要求下所需集流面越小。因此，在不同的技术经济条件约束下，雨水集蓄利用工程在区域内存在不同的布局与规模。

（二）雨水集蓄利用潜力计算方法

区域雨水集蓄利用潜力是指区域内的降水中能被资源化且为人类社会经济活动所利用的量。根据最新研究成果，结合雨水集蓄利用实践，区域雨水集蓄利用潜力一般可划分为理论潜力、可实现潜力与现实潜力。

1.理论潜力

由于大气降水是陆地上各种形态水资源的补给来源，它是一个流域或封闭地区当地水资源量的最大值。因此，区域雨水集蓄利用理论潜力实质上就是该区域的降水总量，具体可按式（2-19）计算：

式中　W t——区域雨水集蓄利用理论潜力，m3；

P p——设计频率下的区域降水量，mm；

A——雨水集蓄利用区域面积，km2。

2.可实现潜力

实际上，任何一个区域的雨水是不可能完全资源化并被开发利用的。一方面，由于自然条件和技术经济水平的限制，人们只能利用部分雨水资源；另一方面，经济、社会与环境的协调发展也不允许对水资源进行完全意义上的开发利用。参考联合国粮农组织（FAO）提出的有效降水量概念，我们可以将区域雨水集蓄利用可实现潜力定义为：在一定自然和技术经济条件下，按照经济、社会、环境协调发展的要求，依托已有利用方式和工程技术手段可以开发利用的最大雨水资源量。一般来讲，区域需水主要包括生活、生产和生态三个方面。因此，雨水资源化事实上就是指雨水转化为资源并能够被生活、生产和生态加以利用的过程。

一般情况下，经过下垫面的转化，雨水就成为地表水、地下水及土壤水中的一种，其中土壤水是其主要表现形式之一。无论从广义还是狭义的水资源概念和定义来看，土壤水并非水资源的范畴。然而，对于植物而言，能够直接吸收利用的是土壤水，而其他水资源（雨水资源、地表水资源、地下水资源）只有转化为土壤水时才能被其吸收利用。因此，对于农业生产及生态环境需水来说，雨水转变为土壤水，即可认为转变为现实可以利用的水资源。正因为如此，可以认为一定区域的雨水资源可实现潜力与区域降水特性（雨量、雨强、降雨历时等）、地形、土壤特性、降水前土壤含水量（土壤前期含水量）、作物种类及生育阶段、耕作措施等因素有关，同时，也与区域经济发展水平和付诸于雨水集蓄利用工程本身的技术有关。

依据雨水集蓄利用可实现潜力定义，构建式（2-20）：

式中　W e——雨水集蓄利用可实现潜力，m3；

λe——雨水集蓄利用可实现潜力系数；

其他符号意义同前。

3.现实潜力

雨水集蓄利用现实潜力是指当前利用方式、技术水平和利用规模下，能够调控利用和已经实现的雨水资源利用量。现实潜力W y是在可实现潜力W e的基础上，综合考虑区域经济、社会发展对雨水集蓄利用的需求与组织管理水平等多种因素共同作用和影响的结果，是某一区域当前降水调控能力和水平的真实体现。

依据雨水集蓄利用现实潜力定义，构建式（2-21）：

式中　W y——雨水集蓄利用可实现潜力，m3；

λy——雨水集蓄利用现实潜力系数；

其他符号意义同前。

（三）不同雨水利用方式下的潜力计算

1.雨水资源利用方式

雨水集蓄利用是指通过改变地表微观形状、调控土壤入渗能力等方式，有效改变雨水在地表上的分配变化以及地表径流汇集方式，延长地表径流时间，或改变地表径流运动路径等途径，继而达到径流局部汇集，实现雨水集蓄利用的目的。目前，我国雨水集蓄利用主要包括就地利用、异地利用和叠加利用三种方式。不同的雨水集蓄利用方式，势必对应不同的雨水集蓄利用潜力。

（1）就地利用方式。通过夷平或者隆起地表，改善径流汇集条件，增加雨水入渗量，如川台地、水平梯田、鱼鳞坑等雨水利用方式。

（2）异地利用方式。通过修建小型集流场和一定数量的蓄水设施，将某一区域的降水汇集、存储并供其他区域利用的雨水利用方式。雨水汇集区域一般包括居民点、道路、人工集流场等，利用途径包括解决生活用水、发展农业灌溉和恢复生态植被等，该利用方式一般涉及集流场、蓄水设施和供水设施等。

（3）叠加利用方式。在充分利用当地降水，实现雨水就地利用的基础上，将邻近区域的地表径流加以汇集并在本区域进行利用的一种雨水集蓄利用方式。如隔坡梯田、垄沟种植、垄膜沟播技术，分别将梯田坡面部分、垄上部分、膜上部分的降水汇集和截留到作物种植区域并加以利用，实现了对雨水的叠加利用。事实上，雨水叠加利用是雨水就地利用和异地利用的集合。

2.不同雨水利用方式下的潜力计算

不同的雨水集蓄利用方式有着不同的雨水资源转化能力，即当某一区域的雨水集蓄利用方式确定后，它所能实现的雨水资源化潜力也就确定了。在前述雨水集蓄利用潜力计算方法讨论中，分别提出了雨水集蓄利用理论潜力、可实现潜力和现实潜力。其中，理论潜力计算简单，只要给定区域降水和面积，就可以直接计算确定，但理论潜力对真正意义上的雨水集蓄利用意义、作用都不大，为此，不再进行详细讨论。现实潜力是指在区域当前雨水利用方式、技术水平和利用规模下，能够调控利用和已经实现的雨水资源利用量，对雨水集蓄利用规划不具备指导作用，本处亦不做重点讨论。因此，本节主要针对前述提出的三种雨水集蓄利用方式，计算确定雨水集蓄利用可实现潜力。

（1）雨水就地利用可实现潜力。

该种方式是通过雨水集蓄利用区域微地形的改变来增加地表土壤入渗能力，所有能够入渗到土壤水库中的雨水都有可能被植物吸收利用，而降雨形成的地表径流如果流出本地块，就认为是损失部分。因此，对于就地利用方式，按式（2-20）计算可实现潜力时，雨水集蓄利用可实现潜力系数λe值实际上就是雨水集蓄利用工程下垫面的就地利用系数，也就是雨水利用区域的平均入渗系数。

当天然降水与下垫面接触后（不计蒸发），一部分降水直接向土壤入渗被直接利用，其余部分降水则形成地面径流。根据就地利用定义，则就地利用系数可按式（2-22）计算：

式中　μai——第i种雨水就地利用下垫面的利用系数；

K ai——去除植物截留后第i种雨水就地利用下垫面的降水利用系数，一般可取0.95～0.98；

Rai——第i种雨水就地利用下垫面的降水径流深，mm；

其他符号意义同前。

将式（2-22）代入式（2-20），可以得到雨水就地利用可实现潜力：

式中　W ea——雨水就地利用可实现潜力，m3；

m——计算区域内不同种类的雨水就地利用下垫面数量；(www.daowen.com)

A ai——计算区域内第i种雨水就地利用下垫面的面积，km2；其他符号意义同前。

前述概念中的入渗系数与径流系数为互补关系，即入渗系数越大，径流系数越小。其中，径流系数是指同一时间段内，区域面积上的径流深度（mm）与降水量（mm）的比值，不同的土地利用类型其径流系数取值各不相同。同时，在径流汇集过程中，由于地形、渗透以及地面水土保持等措施的拦蓄作用，径流量会有一个折减。因此，在用坡地径流资源公式计算雨水资源时，必须考虑折减系数。根据相关资料文献可得到丘陵区（山区）径流系数和折减系数取值范围，不同土地利用类型下径流系数与折减系数见表2-3。

表2-3　不同土地利用类型径流系数与折减系数

（2）雨水异地利用可实现潜力。

对雨水异地利用方式而言，雨水集蓄利用可实现潜力系数事实上就是雨水集蓄利用工程集流效率，也就是降水径流系数，具体可用式（2-24）表示：

式中　λbj——第i种雨水异地利用下垫面的径流系数；

K bj——去除植物截留后第j种雨水异地利用下垫面的降水利用系数，一般可取0.95～0.98；

Rbj——第j种雨水异地利用下垫面的降水径流深，mm；

其他符号意义同前。

将式（2-24）代入式（2-20），可以得到雨水异地利用可实现潜力计算公式（2-25）：

式中　W eb——雨水异地利用可实现潜力，m3；

n——计算区域内不同种类的雨水异地利用下垫面数量；

Abj——计算区域内第i种雨水异地利用下垫面的面积，km2；

其他符号意义同前。

对于一个特定的集流场来说，只要有不同材料处理的集流试验研究结果，就可以确定径流调控系数λbj。

（3）雨水叠加利用可实现潜力。

雨水叠加利用工程实际上是雨水就地利用与雨水异地利用的组合，可以分为两个部分：用水区A 1和产水区A 2，雨水只有被集中在用水区才有可能被利用。因此，这种利用方式下的可实现潜力应当包括两个部分：用水区本身集蓄的雨水（就地利用部分）加上产水区供给的径流（异地利用部分）。具体计算可用式（2-26）表示：

式中　W ec——雨水叠加利用可实现潜力，m3；

W A1ea——雨水叠加利用用水区可实现潜力，m3；

W A2eb——雨水叠加利用产水区可实现潜力，m3。

将式（2-23）、式（2-25）分别代入式（2-26）可得：

式中　A A1ai——雨水叠加利用第i种用水区面积，km2；

A A2bj——雨水叠加利用第j种产水区面积，km2；

其他符号意义同前。

（四）区域雨水集蓄利用评价

区域雨水集蓄利用必须坚持可持续利用和可持续发展的原则，一方面，雨水资源的开发要尽量满足一定区域内的用水需求；另一方面，雨水资源的开发潜力并不是无穷大的，制定的开发规模和相应的需水量一定要有一个合适的程度，决不能超过雨水资源的承载能力。结合区域雨水资源潜力和需水状况，对区域雨水集蓄利用状况进行初步评价。用R max表示小区域雨水集蓄利用最大可以开发的程度：

式中　R max——雨水集蓄利用最大开发程度，m3；

W e——雨水集蓄利用可实现潜力，m3；

W t——雨水集蓄利用理论潜力，m3。

如果用Rr表示区域雨水资源集蓄利用实际开发程度，则有式（2-29）：

式中　Rr——雨水资源集蓄利用实际开发程度，%；

W r——雨水集蓄利用实际开发利用量，m3；

其他符号意义同前。

如果用Rd表示区域的雨水集蓄利用实际需水程度，则有式（2-30）：

式中　Rd——雨水集蓄利用实际需水程度，%；

W d——雨水集蓄利用实际需水量，m3；

其他符号意义同前。

在前述定义的基础上，区域雨水集蓄利用评价可分为下列4种情况：

（1）R max＞R d＞Rr，表明制定的区域雨水资源集蓄开发利用规模较符合实际，尽管对雨水资源的集蓄利用不能满足区域需水要求，但可通过增加雨水集蓄利用工程和其他措施大力开发雨水资源。

（2）Rd＞R max＞Rr，表明制定的区域雨水资源集蓄利用开发规模已超出了雨水资源最大所能提供的潜力，必须对制定的规划进行修改。

（3）R max＞Rr＞R d，表明制定的区域雨水集蓄利用规模对雨水资源的利用还很不充分，没能有效发挥雨水资源的利用潜力，应当对规划进行调整，适当扩大雨水利用规模。

（4）R max=R d=Rr，表明制定的区域雨水集蓄利用开发规模已经达到雨水资源的最大潜力，而且实际的开发能力也符合所要求的开发规模，如能达到这样的结果，就真正实现了雨水资源的高效开发利用。但在现实中，这样的情况一般很少能够出现。