課程名稱：水資源利用與保護(hù)

使用教材：水資源利用與保護(hù)

主編：李廣賀出版社：中國建筑工業(yè)出版社出版時(shí)間：2002

專業(yè)班級(jí)：0402201-2

授課時(shí)數(shù)：總24課時(shí)；實(shí)踐0課時(shí)；其他：2課時(shí)

授課教師：李黎武

授課時(shí)間：2010學(xué)年度第上學(xué)期

主要參考文獻(xiàn)：

1、中國城市水資源可持續(xù)利用，錢易主編，清華大學(xué)出版社，20()2年

2、水資源利用工程與保護(hù)，李廣賀主編，清華大學(xué)出版社，1998年

3、流域水資源管理，阮本清等著，水利出版社，2001年

4、城市水資源與水環(huán)境，許有鵬著，2001,

5、水利學(xué)報(bào)

6、水科學(xué)進(jìn)展

7、JournalWaterResourcesPlanningandManagement

課題：緒論

目的要求：掌握水資源的根本含義、特性；

了解水資源研究現(xiàn)狀與開展趨勢和本課程的主要內(nèi)容。

教學(xué)重點(diǎn)：掌握水資源的根本含義、特性；

資源研究現(xiàn)狀與開展趨勢；給水排水工程專業(yè)學(xué)習(xí)本課程的目的與意義。

教學(xué)課時(shí)：2h

教學(xué)方法：課堂教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容與步驟：

第1章緒論

1、水資源的根本含義

水資源(WaterResources)：

■美國地質(zhì)調(diào)查局，1984年設(shè)水資源處，范圍是地表河川徑流和地下水。

■《大不列顛大百科全書》：全部自然界任何形態(tài)的水。廣義概念

■UNESCO和WT0定義：可以利用或有可能被利用的。狹義概念

《中華人民共和國水法》將水資源認(rèn)定為“特定時(shí)空下可利用的水，是可再利用

資源，不管其質(zhì)與量，水的可利用性是有限制條件的”

■目前，人們將水資源通常理解為某一區(qū)域內(nèi)可以逐年恢復(fù)的淡水?dāng)?shù)量，其中包括

水質(zhì)和水量兩個(gè)局部。水資源量中包含地表水資源和地下水資源兩個(gè)局部，地表水資源通

常用該地區(qū)河川徑流量表示，其數(shù)量和特征反映了這一地區(qū)地表水資源特征，而地下水資

源那么主要是用可以動(dòng)態(tài)更新的淺層地下水資源量來反映。

2、水資源的特性

2.1資源的循環(huán)性

2.2儲(chǔ)量的有限性

2.3時(shí)空分布的不均勻性

2.4利用的多樣性

2.5利、害的兩重性

3、水資源研究現(xiàn)狀與開展趨勢

3.1水資源，模擬與模型化：

水資源系統(tǒng)的狀態(tài)與運(yùn)行的模型模擬：水資源的信息系統(tǒng)分析、供水工程優(yōu)化調(diào)度、水

資源系統(tǒng)的優(yōu)化管理與規(guī)劃。

3.2水資源系統(tǒng)分析多目標(biāo)化：

(1)在水資源規(guī)劃過程中，規(guī)劃問題的特點(diǎn)：

多目標(biāo)性、多任務(wù)性，

(2)解決問題的方法

應(yīng)用線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、系統(tǒng)分析的理論。

3.3水資源信息管理系統(tǒng)：

工具：GIS系統(tǒng)，用于水資源的管理與優(yōu)化調(diào)度、水資源狀況評價(jià)等。

水資源信息管理系統(tǒng)的建立和運(yùn)行，提高了水資源研究的層次和水平，加速了水資源合

理開發(fā)利用和科學(xué)管理的進(jìn)程，成為水資源研究與管理的重要技術(shù)支柱。

3.4水環(huán)境理論與技術(shù)的先進(jìn)性：

人類大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)一一環(huán)境和生態(tài)一一自然界水資源的變化。例如節(jié)水、污

水再生回用、水體污染控制與修復(fù)的現(xiàn)代理論與技術(shù)的研究取得了顯著進(jìn)展。

4、城市水資源問題及解決途徑

4.1城市水系統(tǒng)

包括綜合水源（地表水，地下水，雨水等）、供水系統(tǒng)（凈水廠、供水管網(wǎng)）、用水系統(tǒng)（家

庭用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水）、排水系統(tǒng)（廢水管網(wǎng)、雨水管網(wǎng)、廢水處理廠）、水的回用

系統(tǒng)（循環(huán)水、回收利用水、雨水貯存和利用）以及相關(guān)的廢水排放受納水體。

圖中實(shí)線局部表示傳統(tǒng)的城市水系統(tǒng)的循環(huán)，屬于單向流動(dòng)，新鮮水從水源流向供水

系統(tǒng)，然后經(jīng)城市供水管網(wǎng)流向用戶，用戶排出的污水經(jīng)污水排放系統(tǒng)進(jìn)入受納水體。從

這個(gè)循環(huán)可以看出，絕大局部的水在使用之后直接處理和排回自然水體，水資源利用效率

非常低。自然界降水沒有有效利用而直接排放。對于我國北方缺水地區(qū)來說，雨水是很珍

貴的可用水源，提高雨水的利用效率能有效緩解缺水問題。圖中虛線局部對用水系統(tǒng)產(chǎn)生

的廢水進(jìn)行梯級(jí)利用、循環(huán)使用和處理后回用，對雨水進(jìn)行貯存、處理和利用，提高了水

資源的利用效率.

水在城市系統(tǒng)中具有五大主要功能角色:水是城市生存和開展的必需品和最大消費(fèi)品，

是污染物傳輸和轉(zhuǎn)化的根本載體，是維持城市區(qū)域生態(tài)平衡的物質(zhì)根底，是城市景觀和文

化的組成局部，是城市平安的風(fēng)險(xiǎn)來源。城市水系統(tǒng)的良性循環(huán)是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用

和城市可持續(xù)開展的重要保障。因此城市水系統(tǒng)的規(guī)劃具有非常重要的作用

4.1城市水資源問題

城市水資源問題的研究主要是城市水資源的開發(fā)利用與保護(hù)的研究。

涉及內(nèi)容有根底水文規(guī)律研究、城市水環(huán)境保護(hù)研究、城市排水和防洪減災(zāi)研究。它

涉及自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境等多個(gè)學(xué)科，需要加以綜合分析研究。主要有：

（1）城市防洪問題。洪水是短時(shí)段發(fā)生的較大徑流，由于城市工業(yè)和人民生命財(cái)

產(chǎn)高度集中，同樣等級(jí)的洪水在城市區(qū)造成的災(zāi)害損失是非常巨大的。開展城市防洪減災(zāi)

研究意義重大。同時(shí)洪水也是一種資源，在水資源緊缺地區(qū)，在條件許可時(shí)也可考慮向地

下水回灌，洼地蓄水等措施來儲(chǔ)存一局部水量，以便使洪水減少到最小。

（2）城市供水問題城市需水量的增加，原有的供水水源和供水設(shè)施已不能滿足要求,

必須尋找新水源，改良供水設(shè)施并進(jìn)行地表水地下水聯(lián)合調(diào)度，假設(shè)有必要，還要探討跨

流域調(diào)水途徑，以解決城市供水缺乏的矛盾。

（3）城市排水問題城市排水系統(tǒng)的狀況直接影響到城市的正常運(yùn)行。在雨季城市澇

課題：水資源的開發(fā)利用狀況

目的要求：了解地球水量儲(chǔ)存與循環(huán)；了解水量平衡的根本概念及平衡公式；了解全球水

資源概況及開發(fā)利用現(xiàn)狀；掌握中國水資源概況及開發(fā)利用現(xiàn)狀、供水水源的選擇原那么

及方法。

教學(xué)重點(diǎn)：1、水資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀分析方法；

2、水量平衡方法；

3、供水水源的選擇原那么及方法。

教學(xué)課時(shí)：4h

教學(xué)方法：課堂教學(xué)

教學(xué)內(nèi)容與步驟：

第1節(jié)地球水量儲(chǔ)存與循環(huán)

1、地球水儲(chǔ)量與分布

1.1地球水儲(chǔ)量及分布

(1)總水量及分布——13.86億km3,

海洋水體——13.38億kn?,占96.5%,水圈面積3.61億kn?,含鹽量35g/L

陸地水體——0.48億km\占3.5%,水圈面積3.61億kn?,其中淡水為0.35億km)占

陸地水儲(chǔ)量的73%.

(2)陸地淡水

不可利用----冰川、多年積雪、兩極和多年冰土中，0.24億kn?,占69.6%

可利用一一600m深度以內(nèi)的含水層、湖泊、河流、土壤中,0.10.65億kn?,占30.4%

(3)淡水資源的分布

世界上水資源最豐富的大洲一一南美洲，其中尤以赤道地區(qū)水資源最為豐富。相反，熱

帶和亞熱帶地區(qū)差不多只有陸地水資源總量的1%。

1.2結(jié)論

(1)可供人類利用的水資源是極為有限的一一節(jié)約水資源；

(2)水資源是地區(qū)的開展的制約因素；

(3)水資源的分布不均勻一一優(yōu)化配置。

2、地球上水循環(huán)

地球上的水儲(chǔ)量只是在某瞬間儲(chǔ)存在地球上不同空間位置上水的體積，以此來衡量不

同類型水體之間量的多少。在自然界中，水體并非靜止不動(dòng)，而是處在不斷的運(yùn)動(dòng)過程中,

不斷地循環(huán)、交替與更新，因此在衡量地球上水儲(chǔ)量時(shí)，更注意其時(shí)空性和變動(dòng)性。

2.1大循環(huán)一水在大氣圈、水圈、巖石圈之間的循環(huán)過程

具體表現(xiàn)為：海洋中的水蒸發(fā)到大氣中以后，一局部飄移到大陸上空形成積云，然后以

降水的形式降落到地面。降落到地面的水，其中一局部形成地表徑流，通過江河匯流入海

洋；另一局部那么滲入地下形成地下水，又以地下徑流或泉流的形式慢慢地注入江河或海

洋。

2.2小循環(huán)一陸地或者海洋本身的水單獨(dú)進(jìn)行循環(huán)的過程。

陸地上的水，通過蒸發(fā)作用(包括江、河、湖、水庫等水面蒸發(fā)、潛水蒸發(fā)、陸面蒸發(fā)

及植物蒸騰等)上升到大氣中形成積云，然后以降水的形式降落到陸地外表形成徑流。

海洋本身的水循環(huán)主要是海水通過蒸發(fā)成水蒸氣而上升，然后再以降水的方式降落到海

洋中。

參與全球動(dòng)態(tài)平衡的循環(huán)水量占全球水儲(chǔ)量的0.049%o

23水的社會(huì)循環(huán)

取水一一工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水一一排水一一水體

24水的自然循環(huán)的作用

(1)輸送熱量和調(diào)節(jié)氣候的作用；

(2)淡水資源的不斷再生提供條件，有利于開采利用；

(3)影響地貌的形成。

2.5水的更替周期〔T〕——在補(bǔ)給停止的條件下，各類水從水體中排干所需要的時(shí)間。

(1)估算公式：

式中：T一水的更替周期；

q⑴——單位時(shí)間內(nèi)水體中參與循環(huán)的水量；

Q(t)---某一時(shí)刻水體中儲(chǔ)存的水量。

(2)公式說明

T越小說明水越活潑，有利于開發(fā)利用。

冰川、深層地下水和海洋水的更替周期很長，一般都在千年以上。河水更替16天左右。

在各種水體中，以大氣水、河川水和上壤水最為活潑。周期較短，平均因此在開發(fā)利用水

資源過程中，應(yīng)該充分考慮不同水體的更替周期和活潑程度，合理開發(fā)，以防止由于更替

周期長或補(bǔ)給不及時(shí)，造成水資源的枯竭。

3、水量平衡

——從全球角度來認(rèn)識(shí)水的自然循環(huán)過程，其總水量是平衡的。

一一仟一區(qū)域在一定時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入的水量與輸出水量之差等于該區(qū)域內(nèi)的蓄水變化量，

這一關(guān)系稱為水量平衡。是質(zhì)量守恒定律在水文循環(huán)中的特定表現(xiàn)形式

——進(jìn)行水量平衡的研究，有助于了解水循環(huán)各要素的數(shù)量關(guān)系，估計(jì)地區(qū)水資源數(shù)量,

以及分析水循環(huán)各要素之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，確定水資源的合理利用量。

3.1全球水量平衡

假設(shè)以地球陸地作為研究范圍，其水量平衡方程為：

式中：EL----陸地蒸發(fā)量；

PL——陸地降水量；

R一一入海徑流量；

DS,.陸—地研究時(shí)段內(nèi)蓄水量的變量。

在短時(shí)期內(nèi)，時(shí)段蓄水量的變量DS,‘可正可負(fù)。當(dāng)觀測年數(shù)趨近無窮大時(shí)，DSL的累計(jì)

和接近于零。因此，多年平均水量平衡方程式為：

陸地：EL=PL-R

海洋：E,=P?+R

全球：瓦+瓦=2+2

3.2流域水量平衡

根據(jù)水量平衡原理，對于非閉合流域，即地下分水線與地面分水線不相重合的流域，可

列出如下水量平衡方程式：

式中：P——降水量時(shí)段內(nèi)區(qū)域的降水量；

心七一一時(shí)段內(nèi)的水蒸氣凝結(jié)量和蒸發(fā)量；

Rh,R」一一時(shí)段內(nèi)地面徑流和地下徑流流入量;

此K時(shí)段內(nèi)地面徑流和地下徑流流出量；

S[$——時(shí)段初和時(shí)段末的蓄水量。

E=E2-耳令代表凈蒸發(fā)量，那么上式成為：

對于閉合流域：令居=&+Rd-=&+%，

R=R2-RitDS=S2?￡有

第2節(jié)全球水資源

人類對水資源的開發(fā)利用的認(rèn)識(shí)過程。

古代一一努力適應(yīng)水環(huán)境變化，力圖到達(dá)趨利避害、增利減害的目的；

近代一一興利除害，追求對水資源進(jìn)行多目標(biāo)開發(fā)；

現(xiàn)代一一對水資源的利用進(jìn)入了密切協(xié)調(diào)社會(huì)與自然關(guān)系的階段，更加注意社會(huì)、經(jīng)濟(jì)

效益和生態(tài)平衡，以期獲得最大的綜合效益。

1、全球水資源開發(fā)利用狀況

在過去300年，人類用水量增加35倍，近幾十年，取水量年遞增4%?8%,開展中國家

增幅大，工業(yè)化國家趨于穩(wěn)定。穩(wěn)定。

由于世界各地人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)開展及水資源數(shù)量的差異性，人均年用水量地區(qū)性差異較

大，興旺地區(qū)（如北美）的人均年用水總量高達(dá)17003800】/,是開展中地區(qū)和工農(nóng)業(yè)落

后地區(qū)（如亞洲、非洲）的3倍~8倍。

1.1農(nóng)業(yè)用水

農(nóng)業(yè)用水一直占全部用水量2/3以上。不同自然條件、不同作物組成、不同的灌溉方式,

用水量的差異十分顯著。隨著灌溉面積的增加，用水量大幅度增加。而灌溉方式的改變，

在一定程度上降低了農(nóng)田灌溉水量。

1.2工業(yè)用水

工業(yè)用水是全球水資源利用的一個(gè)重要組成局部。工業(yè)用水取水量約為全球1/4左右。

工業(yè)用水的組成是十分復(fù)雜的，用水量的多少取決于各類總?cè)∷康墓I(yè)的生產(chǎn)方式、用

水管理、設(shè)備水平和自然條件等，同時(shí)取決于各國的工業(yè)化水平。

興旺國家一一80年代初呈現(xiàn)零增長狀態(tài)。而工業(yè)用水回收利用率持續(xù)提高。

開展中國家一一隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，工業(yè)用水量還有較大的增長空間。

1.2生活用水

年居民生活用水是隨著人口的增加和生活水平的提高而增加。尤其是生活水平的提高對

水資源的數(shù)量和質(zhì)量均具有較高的要求。總體說來，全球的生活用水量僅占全球總用水量

的8%左右。對用水總量零增長趨勢影響不大。

2、全球水資源面臨問題

根據(jù)地球水儲(chǔ)量與分布，人類可利用的淡水資源是有限的水資源也很難再分配，巴西、

俄羅斯、中國、加個(gè)家已經(jīng)占去了這些拿大、印度尼西亞、美國、印度、哥倫比亞和扎伊

爾等。從未來的開展趨勢看，由于社會(huì)對水的需求不斷增加，而自然界水資源的所能提供

的可利用的水資源又有一定限度，突出的供需矛盾使水資源已成為國民經(jīng)濟(jì)開展的重要制

約因素，主要表現(xiàn)在：

21、水量短缺嚴(yán)重，供需矛盾鋒利

隨著社會(huì)需水量的大幅度增加，水資源供需矛盾日益突出，水資源量短缺現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

全球已有1/4的人口面臨著一場為得到足夠的飲用水、灌溉用水和工業(yè)用水；

2050年預(yù)測有2/3的人口面臨著嚴(yán)重缺水的局面。

22、水源污染嚴(yán)重，“水質(zhì)型缺水”突出

隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和城市化的開展，排放到環(huán)境中的污水量日益增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世

界每年約有420多kn?污水排入江河湖海，污染了5500101?的淡水，約占全球徑流總量的

14%以上。由于人口的增加和工業(yè)的開展，排出的污水量將日益增加。污、廢水根本不經(jīng)

處理即排入地表水體，造成全世界的水質(zhì)日趨惡化。

衛(wèi)生學(xué)家估計(jì)，目前世界上有1/3人口患病是由水污染引起的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，開展中

國家每年有250()萬人死于飲用不潔凈的水，占所有開展中國家死亡人數(shù)的1/3。

23、全球水資源開發(fā)利用趨勢

(1)農(nóng)業(yè)用水量及農(nóng)業(yè)用水中不可復(fù)原的水量最高。

圖中可見，農(nóng)業(yè)用水量在總用水量中所占的比例在逐年降低，但農(nóng)業(yè)用水量基數(shù)大，仍

然是當(dāng)今相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)的水資源開發(fā)利用大戶。尤為重要的是，農(nóng)業(yè)用水的不可恢

復(fù)水量占用水量的比例又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工業(yè)和生活用水的不可恢復(fù)水量的比例。

結(jié)論：農(nóng)業(yè)用水方式和節(jié)水措施將是克服水資源短缺的重要方面，而且節(jié)水的潛力巨大。

(2)工業(yè)用水由于不可恢復(fù)的水量最低，將更加重視提高工業(yè)用水技術(shù)，降

低用水定額，加大節(jié)水力度，大幅度提高用水重復(fù)利用率。

(2)水資源的開發(fā)將更為重視經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與生態(tài)的良性協(xié)調(diào)開展。

由過去只單一強(qiáng)調(diào)最大限度獲取天然徑流量，無視水資源開發(fā)過程中可能引發(fā)的環(huán)境與

生態(tài)災(zāi)害，將更為重視水資源的合理分配與調(diào)度，“開源與節(jié)流”并重，優(yōu)先開展污水再生

回用，實(shí)現(xiàn)水資源的合理開發(fā)，永續(xù)利用。

3、中國水資源

31中國水資源量概況

根據(jù)《中國水資源公報(bào)1997》，我國淡水資源相比照較豐富，屬于豐水國家。但我國人

口基數(shù)和耕地面積基數(shù)大，人均和每公頃平均經(jīng)濟(jì)量相對要小，相當(dāng)于世界平均水平的1/4,

處于嚴(yán)重的缺水邊緣。

其中天津、上海、寧夏、北京、河北、河南、山東、山西、江蘇、遼寧等十個(gè)省市區(qū)人

的水量低于生存起碼線。

32中國水資源時(shí)空分布特征

我國的水資源特征主要表現(xiàn)為時(shí)空變化極大，分布極不均勻。

3.2.1空間分布特征

(1)降水、河流分布的不均勻性

我國水資源空間分布的特征主要表現(xiàn)為：降水和河川徑流的地區(qū)分布不均勻，水土資源

組合很不平衡。一個(gè)地區(qū)水資源的豐富程度主要取決于降水量的多寡。根據(jù)降水量空間的

豐度和徑流深度可將全國地域分為五個(gè)不同水量級(jí)的化流地帶。

我國河流的主要徑流量分布在東南和中南地區(qū)，與降水量的分布具有高度一致性。說明

河流徑流量與降水量之間的密切關(guān)系。

(2)地下水資源分布的不均勻性

地形、降水的分布的地域差異性，使我國不僅在地表水資源上表現(xiàn)為南多北少的局面，

而且地下水資源仍具有南方豐富、北方貧乏的特征。

3.2.2時(shí)間分布特征

我國的水資源不僅在地域上分布很不均勻。而且在時(shí)間分配上也很不均勻，無論年際或

年內(nèi)分配都是如此。

我國大局部地區(qū)受季風(fēng)影響明顯，降水年內(nèi)分配不均勻，年際變化大，枯水年和豐水年

連續(xù)發(fā)生。許多河流發(fā)生過3~8年的連豐、連枯期，如黃河在1922~1932年連續(xù)11年枯

水，1943?1952年連續(xù)9年豐水。

以黃河為例。黃河源區(qū)地表水資源的

年際變化從1955?2005年黃河沿年平均流量

變化可見

?黃河沿年平均流量總體上呈現(xiàn)出明

顯的逐年減少趨勢，其氣候傾向率達(dá)-1.9

1955-2005年黃河沿歷年平均流址年際變化曲線

.Curvesofinterannualvariationibrmeanannualdischargem3/s/10ao

atHuanghcyanHydrologicalStationin1955-2005

?但就年際變化而言，其豐枯變化十分

頻繁，1955~2005年的51年中至少出現(xiàn)了5?6次豐枯轉(zhuǎn)換，功率譜分析得出年平均流量存

在14年的顯著性周期。假設(shè)以流量距平百分率的絕對值(20%為正常年，距平百分率＞20%

和＜-20%分別為豐水年和枯水年，那么51年當(dāng)中黃河源區(qū)年平均流量豐水年出現(xiàn)了16年,

而枯水年那么為29年，正常年僅為6年，枯水年為豐水年的1.8倍，尤其是20世紀(jì)90年代

以來的15年中枯水年出現(xiàn)了1年，豐水年僅為1年。在51年中有1961、1980、2000、2001

和2004年黃河源出現(xiàn)了短時(shí)斷流，20世紀(jì)90年代以來斷流次數(shù)占總次數(shù)的60%,同樣表

現(xiàn)得較為突出。

?圖中多項(xiàng)式擬合的趨勢也反映出20世紀(jì)90年代以來年平均流量的顯著減少趨勢。

分析黃河源區(qū)四季平均流量的變化趨勢得出其氣候傾向率分別為:冬季-1.292m3/s/10a,春季

-0.925m3/s/10a,夏季?1.5751113/5/10'秋季-4.217m3/s/10a,可見四季平均流量均出現(xiàn)了一致

的減少趨勢，并以秋季減幅最為明顯,且顯著性水平最高，這一特點(diǎn)與黃河上游年平均流量

的季節(jié)變化特點(diǎn)是相似的。

結(jié)論:

(1)我國水資源在地域上和時(shí)間上分配不均勻，造成有些地方或某一時(shí)間內(nèi)水資源充

裕，而另一些地方或時(shí)間內(nèi)水資源貧乏。因此，在水資源開發(fā)利用、管理與規(guī)劃中，水資

源的時(shí)空的再分配將成為克服我國水資源分布不均、災(zāi)害頻繁狀況，實(shí)現(xiàn)水資源最大限度

有效利用的關(guān)鍵內(nèi)容之一。

(2)我國降水量年內(nèi)分配的極不均勻性以及水資源合理開發(fā)利用的難度，充分說明我

國地表水和地下水資源統(tǒng)一管理、聯(lián)合調(diào)度的重要性和迫切性。

4、中國水資源開發(fā)利用

據(jù)1997年水利部對全國用水量調(diào)查結(jié)果km3

總用水量：556.6

農(nóng)業(yè)工業(yè)生活

392.70.4%112.120.2%52.59.4%

與興旺國家相比，我國工業(yè)和城市生活用水所占的比例較低，農(nóng)業(yè)用水占的比例過大。

隨著工業(yè)化、城市化的開展及用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整，工業(yè)和城市生活用水所占的比例將會(huì)進(jìn)一

步的提高。

41農(nóng)業(yè)用水

農(nóng)業(yè)是我國用水大戶，占總用水的比重較高。農(nóng)業(yè)用水主要包括農(nóng)田、林業(yè)、牧業(yè)的灌

溉用水及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)村工副業(yè)和人畜生活等用水。農(nóng)田灌溉用水是農(nóng)業(yè)的主要用水和

耗水對象，占90%以上。

4.2工業(yè)和生活用水

近20年來，我國工業(yè)和生活用水量具有顯著的提高，所占總用水量的比例有大幅度的

增加。

工業(yè)化國家的工業(yè)與生活用水量占5()%以上。(預(yù)測與計(jì)算較困難)

我國人均日用水量為114L,但不同區(qū)域和不同城方的生活用水量差異較大。城鎮(zhèn)居民

生活日用水量略有增加。

地下水在我國城鎮(zhèn)生活用水中占據(jù)重要的不可替代的地位。

5、中國水資源面臨主要問題

5.1面臨主要問題

(1)水資源開發(fā)過度，生態(tài)破壞嚴(yán)重

人口的增加，經(jīng)濟(jì)的開展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城市生活對水資源的需求逐年在增加。由此，

迨成水資源的開發(fā)程度偏高，局部地區(qū)超過水資源的最大允許開發(fā)限度。伴隨而至的環(huán)境

與生態(tài)惡化愈發(fā)嚴(yán)重。

(2)城市供水集中，供需矛盾鋒利

在城市地區(qū)，工業(yè)和人口集中，供水地點(diǎn)范圍有限，常年持續(xù)供水，同時(shí)要求供水保證

率高。隨著城市和工業(yè)的迅猛開展，大中城市供需矛盾日趨鋒利。中國666座城市中，缺

水城市就達(dá)333座，其中嚴(yán)重缺水106座，主要集中在北方。原因：

■水資源分布與人口、土地分布的極不平衡;

■工農(nóng)業(yè)開展迅速，人口成倍增長，人類對水的需求量超出可供的水資源量；

■天然存在的劣質(zhì)水體，以及水資源污染所造成的污染水體所占資源的比例較高，造

成嚴(yán)重的“水質(zhì)型”缺水；

■水資源開發(fā)利用不合理，水資源利用效率低下，水浪費(fèi)現(xiàn)象十分普遍，在不興旺或

欠興旺地區(qū)尤為如此。

(3)地下水過量開采，環(huán)境地質(zhì)問題突出

?區(qū)域地下水位持續(xù)下降，降落漏斗面積不斷擴(kuò)大。

?泉水流量衰減或斷流

?地面沉降。

超量集中開采深層地下水造成水位大幅度下降后，多孔介質(zhì)釋水土層壓密，導(dǎo)致了地面

沉降，如北方的天津、北京、太原、滄州、邯鄲、保定、衡水、德州、許昌等城市，南方

的上海、常州、蘇州、無錫、寧波、嘉興、阜陽、南昌、湛江等20多個(gè)城市。地面沉降

造成城市雨后地面積水、建筑物破壞等嚴(yán)重危害。

?由于超量開采地下水，造成水位大幅下降，地面失衡，在覆蓋型巖溶水

?源地和礦區(qū)產(chǎn)生地面塌陷。

?海水入侵。

沿海城市和地區(qū)在濱海含水層中超量開采地下水，造成海水入侵含水層、地下水水質(zhì)惡

化及礦化度和氯離了?濃度增加，如遼寧省大連市、錦西市，河北省秦皇島市，山東省萊州

灣、青島市、煙臺(tái)市，福建廈門市等地。海水入侵破壞了地下淡水資源，加劇了沿海地區(qū)

水資源緊張的局面。

(4)水資源污染嚴(yán)重、水環(huán)境日益惡化

■點(diǎn)源污染

全國污廢水年排放量370多億nf,約85%未經(jīng)處理，直接排入江河或滲入地下，使流

經(jīng)城市的河流兩岸受到污染的納污河流各項(xiàng)污染物平均值不同程度超標(biāo)。

■面源污染

一是我國有機(jī)氯農(nóng)藥使得農(nóng)業(yè)區(qū)面源污染日趨嚴(yán)重。二是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生活污水和工業(yè)廢水

的大量排放，構(gòu)成了我國水體的另一個(gè)重要污染源。

(5)水資源開發(fā)利用缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和有效管理

目前，對地下水與地表水、上游與下游、城市工業(yè)用水與農(nóng)業(yè)灌溉用水、城市和工業(yè)規(guī)

劃布局及水資源條件等尚缺乏合理綜合規(guī)劃。地下水開發(fā)利用的監(jiān)督管理工作薄弱，地下

水和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不健全。

措施：水資源數(shù)量與質(zhì)量的正確評價(jià)，供需平衡的合理分析、水資源開發(fā)利用工程的合

理布局、節(jié)水技術(shù)與措施的有效實(shí)施，實(shí)現(xiàn)防止、控制和治理水污染，緩解水資源短缺的

壓力，實(shí)現(xiàn)水資源的有效保護(hù)、持續(xù)利用和良性循環(huán)。

5.2從可持續(xù)性的角度，城市水系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)遵循以下準(zhǔn)那么

■實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)及有效利用

■盡量提高水利用效率，例如節(jié)約用水、雨水利用、廢水回用等

■保障公共衛(wèi)生和平安，例如飲用水平安、防洪抗災(zāi)等

■具有本錢效益和社會(huì)可接受

■減輕和防止環(huán)境污染

■盡量減少自然資源使用（水、能量、物質(zhì)）

■水系統(tǒng)設(shè)施要穩(wěn)定可靠并可適應(yīng)未來長期的開展

Lundin等人提出的城市水系統(tǒng)可持續(xù)開展指標(biāo)

環(huán)境技術(shù)系統(tǒng)尺度推薦指標(biāo)單位

取水年取水量/年可用水量%

水源水質(zhì)磷濃度mgL-'

水源保護(hù)受保護(hù)的水源比例%

用水人均日用水量rrPcapTd"

飲用水處理要求處理的程度Wcap-1

供水泄漏率（實(shí)際供水量/產(chǎn)水量%

飲用水

供水距離水源到水廠的距離m

水質(zhì)大腸桿菌數(shù)No

水的再利用回用水量/總用水量%

廢水的產(chǎn)生廢水的日產(chǎn)量m^cap'd-1

廢水收集系統(tǒng)廢水的產(chǎn)量/用水量%

處理能力B0D5、磷和氮的排放濃度mgL/

廢水

受納水體負(fù)荷B0D5、磷和氮的濃度kg

廢水處理中資源使用去除單位磷的化學(xué)藥劑用量kg(kgp)d

廢水處理能量使用量去除單位BOD＞的化學(xué)藥劑用量kgcap'y_1

污泥處置/再利用污泥處置或再利用的數(shù)量kgcap''y'1

污泥營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)再用磷和氮的循環(huán)量/污泥中磷和氮%

的總量

污泥質(zhì)量污泥上的鎘含量mgCdkg-1

能源再利用熱能和電能的再利用Wcap-1

污泥運(yùn)輸分散營養(yǎng)物質(zhì)所需的運(yùn)輸距離m

第3章水資源量評價(jià)

誤題：水資源量評價(jià)

目的要求：掌握河流徑流計(jì)算，以及地表水資源量評價(jià)方法和地下水資源量評價(jià)方法。

教學(xué)重點(diǎn)：地表水資源量評價(jià)方法

地下水資源量評價(jià)方法

教學(xué)課時(shí)：6h

教學(xué)方法：課堂教學(xué)，討論水資源的形成、影響因素及變化，講解水資源量評價(jià)方法。

教學(xué)內(nèi)容與步驟：

水資源評價(jià)是保證水資源持續(xù)開展的前提，是水資源開發(fā)利用的根底。水資源評價(jià)包

括水資源數(shù)量評價(jià)、水資源質(zhì)量評價(jià)和水資源利用評價(jià)及綜合評價(jià)。

水資源數(shù)量評價(jià)是水資源評價(jià)的重要組成局部，通過水資源數(shù)量評價(jià)可以確定可利用

的水資源的數(shù)量，因此水資源評價(jià)是水資源開發(fā)利用與管理的重要依據(jù)。

水資源評價(jià)的原那么：遵循地表水與地下水統(tǒng)一評價(jià)、水量水質(zhì)并重、水資源可持續(xù)

利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)開展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的原那么，客觀、科學(xué)、系統(tǒng)、實(shí)用地對水資

源進(jìn)行評價(jià)。

43.1水資源的形成

1、地表水資源的形成與類型

地表水為河流、冰川、湖泊、沼澤等水體的總稱。

決定區(qū)域水資源狀態(tài)的三要素：降水、徑流和蒸發(fā)等。

1.1降水

降水作為水資源的收入項(xiàng)，決定著不同區(qū)域和時(shí)間條件下地表水資源的豐富程度和

空間分布狀態(tài)，制約著水資源的可利用程度與數(shù)量。正如前述，我國的降水主要表現(xiàn)為時(shí)

空分布的極端不均勻性。降水量的年際變化程度常用年降水量的極值比或年降水量的變

差系數(shù)值來表示。年降水量的極值比

(1)年降水量的極值比尤：幺=』

式中：與ax一一年最大降雨量；

xinin-----年最小降雨量；

說明：尤值越小，降水量年際變化小，水資源年度分布均勻，有利于水資源的開發(fā)利用；

(值越大，降水量年際變化越大，容易造成水害，如旱、澇災(zāi)害。

(2)年降水量變差系數(shù)g

變差系數(shù)(離差系數(shù)或離勢系數(shù))一一數(shù)理統(tǒng)計(jì)中用均方差與均值之比作為衡量系列數(shù)

據(jù)相對離散程度的參數(shù)，變差系數(shù)為一無量綱的數(shù)。

B、均方差d

式中：d——均方差；

X----均值，x=—

C、變差系數(shù)q.

年降水量變差系數(shù)g值越大，表示年降水量的年際變化越大，反之就越小。

1.2、徑流

1.2.1河流徑流的補(bǔ)給

河流徑流的水情和年內(nèi)分配主要取決于補(bǔ)給來源。我國河流的補(bǔ)給可分為雨水補(bǔ)給、地

下水補(bǔ)給和積雪、冰川融水補(bǔ)給。

(1)雨水補(bǔ)給

雨水補(bǔ)給是指降水以雨水形式降落，當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤入滲強(qiáng)度后產(chǎn)生地表徑流，雨

水匯入溪流和江河之中，使河水流量得到補(bǔ)充的過程。我國絕大局部河流補(bǔ)給都以雨水補(bǔ)

給為主。此類河流受降水年際和年內(nèi)分配的影響明顯。

⑵地下水補(bǔ)給

地下水對河川徑流的補(bǔ)給是又一種補(bǔ)給類型。從水源上分析，地下水同樣來自大氣降水

補(bǔ)給，但與降水對河川補(bǔ)給的最大差異在于地下水補(bǔ)給是經(jīng)過地下水的調(diào)節(jié)作用后再對河

川徑流的補(bǔ)給，這樣就使河川徑流的水情和季節(jié)分配發(fā)生了重要變化。據(jù)全國水資源評價(jià)

時(shí)分割基流的分析結(jié)果，地下水補(bǔ)給河道的水量約占年徑。不同地區(qū)由于河道下切深度、

巖性特征、植被等因素的影流總量的響，地下水的補(bǔ)給量差異較大。除此之外，在我國廣

西壯族自治區(qū)，云南省、貴州省著名的巖溶區(qū)，常常有暗河和明流交替出現(xiàn)的情況，這是

種特殊的地下水補(bǔ)給類型。

(3)冰川、融雪水補(bǔ)給

冰川、融雪水補(bǔ)給是指大氣降水以固態(tài)形式降落到地表后不立即補(bǔ)給河道，在氣候變暖、

氣溫升高時(shí)，冰川和積雪融化補(bǔ)給河道的過程。此種補(bǔ)給類型在全國所占比重不大，占9%。

1.2.2、徑流的時(shí)空分布

(1)徑流的區(qū)域分布

從全國范圍看，年徑流深度分偉的總體趨勢是由東南向西北遞減。

(2)徑流量的動(dòng)態(tài)變化

變差系數(shù)值c,來表示徑流量的動(dòng)態(tài)變化。徑流量的年際變化有豐枯交替的特點(diǎn)，連續(xù)豐

枯的情況更值得注意。

(3)年徑流量的季節(jié)變化

徑流量的季節(jié)變化，關(guān)鍵取決于河川徑流補(bǔ)給來源的性質(zhì)和變化規(guī)律。地下水補(bǔ)給來源

的河川徑流量的季節(jié)變化相比照較小；而以降水作為主要補(bǔ)給來源的我國大局部河流的徑

流量的季節(jié)變化取決于降水量的變化，相比照較大。

1.2.3河流徑流的表示方法

(1)根本概念

河流徑流，簡稱徑流一一流域上的降水，除去損失以后，經(jīng)由地面和地下途徑匯入河網(wǎng)，

形成流域出口斷面的水流

徑流過程一一徑流隨時(shí)間的變化過程。

(2)徑流的特征值

流量Q——單位時(shí)間內(nèi)通過河流某一斷面的水量，m3/S表示。由實(shí)測的各時(shí)刻流量可繪

出流量隨時(shí)間的變化過程Q-t線稱流量過程線。

徑流總量W(——一定的時(shí)段內(nèi)通過河流過水?dāng)嗝娴目偹浚瑔挝粸閚?。

徑流深度一一將徑流總量平鋪在整個(gè)流域面積所得的水深，單位為徑流深

徑流模數(shù)一一單位流域面積上產(chǎn)生的流量。

徑流系數(shù)一一a=-

P

1.3、蒸發(fā)

蒸發(fā)主要包括水面蒸發(fā)和陸面蒸發(fā)

(1)水面蒸發(fā)主要反映當(dāng)?shù)氐拇髿庹舭l(fā)能力。

(2)陸地實(shí)際蒸發(fā)量一一指某地區(qū)或流域內(nèi)河流、湖泊、塘壩、沼澤等水體蒸發(fā)、

土壤蒸發(fā)以及植物蒸騰量的總和。

高橋浩一郎公式：陸面蒸發(fā)量E是一個(gè)依賴于降雨和溫度的可計(jì)算的量

其中，A,B,C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),分別為3100,118,3414o該公式是經(jīng)驗(yàn)公式，但在物理

上考慮了兩個(gè)影響實(shí)際蒸發(fā)量的最主要因子，并有實(shí)際觀測資料作依據(jù)，因此能較好地

反映實(shí)際蒸發(fā)的變化情況。

由英國H.L.彭曼提出的計(jì)算蒸發(fā)能力(水面蒸發(fā))E0的半經(jīng)驗(yàn)半理論公式

E0=(A(R/L)+YEa)/(A+y)

其中△=(es-ea)/(Ts-Ta)為飽和水汽壓對溫度的導(dǎo)數(shù)，即在平均氣溫Ta時(shí)飽和水

汽壓曲線的斜率，只是溫度的函數(shù)；

R為輻射平衡，根據(jù)英國和瑞典的資料建立經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

R=Ra11—a)(0.18+0.55n/N)—oTa(0.56—0.092ed)(0.10+0.90n/N)Ra

是天文輻射，a是蒸發(fā)面反射率，n/N是日照百分率，。是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，Ta是

以絕對溫度表示的氣溫；L為蒸發(fā)潛熱；Y為干濕表常數(shù)，數(shù)值上等于CpPa/0.622L,Cp

是定壓比熱，Pa為大氣壓；Ea為空氣枯燥力，它與空氣飽和差和道爾頓蒸發(fā)風(fēng)速函數(shù)有

關(guān)。

(3)干旱指數(shù)一一年水面蒸發(fā)量/年降水量

2、地下水資源的形成與類型

2.1地下水的形成

(1)巖石的空隙性：空隙類、空隙網(wǎng)絡(luò)連接形式影響地下水分布及流動(dòng)。

(2)巖石中水的存在形式

■結(jié)合水一一分子引力及靜電引力作用，在顆粒外表形成很薄的水膜。

■重力水一一在重力作用下在空隙中自上而下自由運(yùn)行的水；

■毛細(xì)水一一細(xì)小空隙中因毛細(xì)管作用形成一定上升高度的毛細(xì)水帶

(3)含水層與隔水層

含水層一一能夠透過并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，

隔水層一一指不具透水和給水能力的巖層。

含水層與隔水層是地下水形成和儲(chǔ)存的重要和根本條件。

形成含水層的根本條件為：

■巖層要具有能容納重力水的空隙

■具有儲(chǔ)存和聚集地下水的地質(zhì)條件

■具有充足的補(bǔ)給來源

(4)地下水的分類

地下水類型概念圖

(5)地下水的循環(huán)一一補(bǔ)給、徑流、排泄決定著含水層或含水系統(tǒng)的水量與水質(zhì)在空

間和時(shí)間上的變化

補(bǔ)給一一大氣降水和地表水的滲入，水汽的凝結(jié)，人工補(bǔ)給。

排泄一一泉、河流、蒸發(fā)、人工排泄

2

地下徑流率也稱為地下徑流模數(shù)一一Iknf含水層面積上地下水流量(nf/s?km)o

式中：A一一地下水徑流面積，km2

Q------年內(nèi)在面積A上的地下徑流量，n?

2.2地下水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及其根本規(guī)律

(1)地下水運(yùn)動(dòng)特征：緩慢的流速、層流和紊流、非穩(wěn)定、緩變流運(yùn)動(dòng)

(2)地下水運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)

■地下水運(yùn)動(dòng)的根本規(guī)一一達(dá)西定律(雷諾數(shù)小于1~10)

式中：Q——即單位時(shí)間的內(nèi)滲過砂體的地下水量，m3/d

H2——在滲流途徑L長度上上下游過水?dāng)嗝嫔系乃^損失，

L一一滲流途徑長度，m；

----滲流的過水?dāng)嗝婷娣e，m2

K一一滲透系數(shù)，反映各種巖石透水性能的參數(shù)，m/d,

■非線性滲透定律一一謝才公式

自3.2地表水資源量評價(jià)

1、水資源的分區(qū)

(1)分區(qū)原那么

■區(qū)域地理環(huán)境條件的相似性與差異性

■流域完整性

■考慮行政與經(jīng)濟(jì)區(qū)劃界線

■與其他區(qū)劃盡可能協(xié)調(diào)

(2)水資源分區(qū)方法

■根據(jù)各地氣候條件和地質(zhì)條件分區(qū)

■根據(jù)天然流域分區(qū)

■根據(jù)行政區(qū)劃分區(qū)

2、地表水資源量評價(jià)的內(nèi)容

1)單站徑流資料統(tǒng)計(jì)分析；

2)主要河流年徑流量計(jì)算：

3)分區(qū)地表水資源量計(jì)算；

4)地表水資源時(shí)空分布特征分析；

5)地表水資源可利用量估算；

6)人類活動(dòng)對河流徑流的影響分析。

3、河流徑流計(jì)算

3.1河流水文現(xiàn)象的根本特征及計(jì)算方法

河流水文現(xiàn)象的根本特征

河流水文現(xiàn)象的影響因素：氣象因素和地質(zhì)、地貌、植被等下墊面因素以及人類活動(dòng)的

綜合影響。

分析方法：對河流水文現(xiàn)象的長期觀察和分析研究一一統(tǒng)計(jì)分析。

(1)周期性

河流水文現(xiàn)象的周期性是指其在隨著時(shí)間推移的過程中具有周期變化的特征。如以年為

周期的豐水期、枯水期交替的變化規(guī)律。

(2)確定性和隨機(jī)性

河流水文現(xiàn)象在某個(gè)時(shí)刻或時(shí)段由于其確定的客觀原因而表現(xiàn)出確定性的特征。某河流

斷面下一個(gè)年份的最大流量、最高水位及最小流量、最低水位等數(shù)值及其發(fā)生時(shí)刻是不能

夠完全確定的，具有一定的隨機(jī)性。

(3)區(qū)域性

由于氣象因素和地理因素具有區(qū)域性變化規(guī)律，因此，受其影響的河流水文現(xiàn)象在一定

程度上也具有區(qū)域性的特征。假設(shè)自然地理因素相近似，那么水文現(xiàn)象的變化規(guī)律具有近

似性。

河流水文計(jì)算的方法

定量或定性的描述河流水文特征的變化規(guī)律的根底是進(jìn)行長期的、系統(tǒng)的觀測工作，收

集和掌握充分的河流水文資料，然后根據(jù)不同的研究對象和資料條件，采取各種有效的分

析研究方法。

(I)成因分析法

河流在任一時(shí)刻所呈現(xiàn)的水文現(xiàn)象都是一定客觀因素條件下的必然結(jié)果。因分析法就是

通過對觀測資料或?qū)嶒?yàn)資料的分析，建立某一水文特征值與其影響因素之間的函數(shù)關(guān)系，

從而預(yù)測未來的水文情勢。

(2)地理綜合法

河流水文現(xiàn)象具有區(qū)域性的特征，其變化在區(qū)域內(nèi)的分布具有一定的規(guī)律，因此河流水

文觀測資料比較少的地區(qū)可以借用鄰近地區(qū)的資料來進(jìn)行推算。

(3)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)法就是根據(jù)河流水文現(xiàn)象的隨機(jī)性特征，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，分析

河流水文特征值系列的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，并進(jìn)行概率預(yù)估，從而得出水資源開發(fā)利用工程所需的

設(shè)計(jì)水文特征值。

河流水文計(jì)算的概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

即用概率論來研究隨機(jī)現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)規(guī)律，根據(jù)隨機(jī)現(xiàn)象的一局部資料，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

去研究總表達(dá)象的數(shù)字特征和規(guī)律。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)(有幾十年)，分析各實(shí)測值的出現(xiàn)頻率及其抽樣誤差一一降水和徑流現(xiàn)

象的特征值一一反映總體的規(guī)律性。但數(shù)理統(tǒng)計(jì)的結(jié)果應(yīng)予以檢驗(yàn)和修正。

.1頻率計(jì)算

(1)計(jì)算步驟—經(jīng)驗(yàn)頻率曲線―

理論頻率曲線

外延確定不同頻率下水文恃征值

⑵經(jīng)驗(yàn)頻率

(3)計(jì)算實(shí)例

.2河流水文隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

(1)均值

-L^Xd加一"2d

(2)變差系數(shù)Cy=

反映奈刻在均值兩』的對竦程度。

(3)偏差系數(shù)一-

式中：K,——模比系數(shù)K產(chǎn)土

x

(4)頻率與重現(xiàn)期的關(guān)系

重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱為多少年

一遇。

1)當(dāng)為了防洪研究暴雨洪水問題時(shí)，一般設(shè)計(jì)頻率小于50%：

2)當(dāng)考慮保證灌溉、發(fā)電及給水等用水建筑物時(shí)，設(shè)計(jì)頻率P常大于50%：

3.13.3樣本資料要求和資料的審查及插補(bǔ)延展

(1)樣本資料要求

■一致性

■代表性

■可靠性

■獨(dú)立性

(2)資料的審查

尋找規(guī)律可循；特大、特小值要注意分析原因；突出點(diǎn)的數(shù)值對測站位置和地形影響等

也要進(jìn)行審查、分析。

(3)資料的插補(bǔ)延展

展延資料的年數(shù)不宜過長，最多不超過實(shí)測年數(shù)；相關(guān)曲線外延局部一般不超過實(shí)測點(diǎn)

距變幅的30%o

插補(bǔ)延展資料系列經(jīng)常便用的一種方法是相關(guān)分析法。求出年降水和年徑流量之間的相

關(guān)關(guān)系；利用鄰近站同期年降水量資料或年徑流量資料，相關(guān)分析的內(nèi)容一般包括三個(gè)方

面：

①判斷變量之間是否存在相關(guān)關(guān)系，對這種關(guān)系的潸切程度進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；

②確定變量間的數(shù)量關(guān)系一一回歸方程式；

③根據(jù)自變量的值，插補(bǔ)或延展研究變量的值，并對其進(jìn)行誤差估計(jì)。

3.1.3.4年徑流量分析

(1)年徑流量的根本概念

■年徑流量

一個(gè)年度內(nèi)通過河流某斷面的水量，稱為該斷面以上流域的年徑流量。

■多年平均年徑流量

天然河道的徑流量隨氣候不斷變化，不同的年份，徑流量也不同。為了反映

河流水資源情況，通常利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出實(shí)測各年徑流量的均值，稱為多年

平均年徑流量，或平均年徑流量。

■正常年徑流量

隨著統(tǒng)計(jì)實(shí)測資料年數(shù)的增加，年徑流量的均值將趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值，此值稱為正常

年徑流量。代表能最大限度開發(fā)利用的地表水資源量，是水文、水力計(jì)算中的一個(gè)重要

特征值。

■設(shè)計(jì)年徑流量

指定斷面對應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的年徑流量。

(2)平均年徑流量計(jì)算

■資料充分時(shí)年徑流量的推求——叱二

計(jì)算年徑流量均值，其誤差大小取決于：

①年份值越大，誤差越小；。

②河流年徑流量的變差系數(shù)值的大小。大那么誤差可能較大；

③資料總體的代表性。例如資料系列中豐水年份較多，那么計(jì)算值就偏大。

(3)資料缺乏時(shí)年徑流量的推求

如果實(shí)測資料系列較短，不到20年，代表性較差，那么需延展的資料系列提高其

代表性。方法有：

①與本站在成因上有密切聯(lián)系的相鄰其他站點(diǎn)的實(shí)測年徑流量；

②本站或與本站在成因上有密切聯(lián)系的相鄰其他站點(diǎn)的年降水量。

(4)缺乏實(shí)測資料情況下年徑流量的推求

①等值線圖法

②水文比較法

Ro—Rrtf或&=KRp

擬建的山東海陽核電廠擬采用盤石、里店兩中型水庫作為淡水供水水源，山于盤石、里

店兩中型水庫沒有實(shí)測水文資料，但流域附近有龍角山大型水庫流域下墊面條件與盤石、

里店兩水庫相似，降雨特性相似，且有較長系列的徑流資料，采用水文比較法計(jì)算兩水庫的天

然年徑流量,復(fù)原為現(xiàn)狀來水量，通過時(shí)歷法多年調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算出水庫向核電廠的供水量。

為了檢驗(yàn)盤石、里店兩水庫設(shè)計(jì)枯水年時(shí)向核電廠供水的可靠性，對用水文比較法求得的

兩水庫的天然年徑流量序列〔以下簡稱為樣本序列)進(jìn)行隨機(jī)過程分析,根據(jù)天然年徑流量序

列的相關(guān)結(jié)構(gòu)特性，建立相應(yīng)的隨機(jī)水文序列模型，與成模擬序列，并對其作長系列可供

水量調(diào)節(jié)計(jì)算，以與樣本序列的成果作比較。

3.1.3.5某一頻率下的設(shè)計(jì)年徑流

（1）有實(shí)測資料情況下設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算

①分析實(shí)測資料有無代表性，對少于年的短系列必須加以延展（可采用相

關(guān)分析法）；

②計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，繪制經(jīng)驗(yàn)頻率曲線；

③計(jì)算徑流量均值

④用適線法確定理論頻率曲線；

⑤推求不同設(shè)計(jì)頻率的年徑流量。

（2）缺乏實(shí)測資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算

3.1.3.6徑流復(fù)原計(jì)算

人類活動(dòng)對徑流在空間和時(shí)間上變化的影響；實(shí)測資料是在不同的根底條件下取得的，

資料系列之間缺乏一致性。為全面、準(zhǔn)確地估算各流域、地區(qū)的河流徑流，需對實(shí)測水文

資料進(jìn)行復(fù)原計(jì)算。常用的徑流復(fù)原計(jì)算的方法有分項(xiàng)調(diào)查法和降水徑流模式法。

（1）分項(xiàng)調(diào)查法一一分項(xiàng)調(diào)查法是針對影響徑流變化的各項(xiàng)人類活動(dòng)，逐項(xiàng)進(jìn)行調(diào)查,

分析確定各自影響徑流的程度，然后逐項(xiàng)復(fù)原計(jì)算。要求有比較充足的分項(xiàng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料,

工作量大。

復(fù)原計(jì)算的水量需進(jìn)行合理化檢查后才能應(yīng)用于河流水文計(jì)算。檢驗(yàn)的方法為

根據(jù)水岐平衡基本原理

Q天/二Q宣甯+Qim+Q工業(yè)+Q.+Q引++Q.+Q分供

式中Q天然一還原后的天然徑流量，m7s；

。實(shí)用一水文站實(shí)測徑流量，mJ/s；

——灌溉耗水量，m7s；

Qrjt—工業(yè)和城市生活耗水量，m'/§；

Q.——計(jì)算時(shí)段始末落水I：程帶水變量，帶水量增加使該值為正值，減少

時(shí)則為負(fù)值，m7s；

Q引一跨流域（地區(qū)）引水增加或減少的測站控制水量，增加水量為負(fù)值，

減少水量為正值，m7s；

——落水1：程水而蒸發(fā)后和相應(yīng)陸地蒸發(fā)量的差值，m7s；

Q.蓄水工程的滲漏M,m3/s；

3

Q分於河道分洪水鼠，m/s0

?對工農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、城市用水定額和實(shí)耗水量，應(yīng)結(jié)合影響因素，進(jìn)行部門之間、城市

之間和年際之間的比較；

?復(fù)原計(jì)算后的年徑流量進(jìn)行上下游、干支流、地區(qū)之間的綜合平衡；

?復(fù)原計(jì)算前后的降水徑流關(guān)系進(jìn)行比照分析。

(2)降水徑流模式法一一建立降水和徑流的關(guān)系模式。

第一步通過建立未受人類活動(dòng)顯著影響時(shí)期的降水經(jīng)流之間的關(guān)系，

第二步修正因受人類活動(dòng)顯著影響而改變的徑流量值，得到天然徑流量。

實(shí)例——SCS模型：

目前，計(jì)算徑流量眾多的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校绹r(nóng)業(yè)部土壤保持局(USDASCS)開發(fā)的用來估算

無資料區(qū)徑流量和洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵灰籗CS模型已得到公認(rèn)和普遍推廣。

徑流方程：

Q一—為徑流深

S--------潛在最大入滲量:nun)

P-------------次降雨的總量血口)

由此式可得:CN值越大,S值越小，越易產(chǎn)生徑流。決定CN的主要因素為土壤前期濕度、土

壤類型、植被覆蓋類型、管理狀況和水文條件，同時(shí)坡度也對CN有一定影響。高的CN值意味

著高徑流量和低滲透量,相反地，低的CN值意味著低的徑流量和高的滲透量。

6、分區(qū)地表水資源量評價(jià)

內(nèi)容：在求得年徑流系列的根底上，計(jì)算各分區(qū)和全評價(jià)區(qū)同步系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)和不同頻

率的年徑流量。

U)有水文站：根據(jù)控制站〔或代表站〕天然年徑流量系列，按面積比修正為該分區(qū)天然

年徑流量系列。

假設(shè)區(qū)內(nèi)控制站上下游降水量相差較大，可按上下游的單位面積平均降雨量與面積之比，

加權(quán)計(jì)算分區(qū)的年徑流量。計(jì)算公式為：

(2)區(qū)內(nèi)河流沒有水文站控制

①利用水文模型計(jì)算徑流量系列；

②相似的鄰近地區(qū)的降水、徑流關(guān)系，由降水系列推求徑流系列；

③借助鄰近同步期徑流深等值線圖，求分區(qū)年徑流量系列，和比值，然后乘以鄰近分區(qū)徑

流系列，得出本區(qū)徑流量系列，并經(jīng)合理性分析后采用。

7、地表水資源時(shí)空分布特征

(1)地表水資源的地區(qū)分布特征

水文站(300?5000km2)—?天然年徑流系列一＞平均年徑流深和Cv等俏線

(2)徑流量的年際變化

變差系數(shù)、極值比、豐枯周期

(3〕徑流的年內(nèi)分配

典型年法進(jìn)行徑流的年內(nèi)分配計(jì)算

?選擇年徑流量接近平均年徑流量或?qū)?yīng)某一頻率的設(shè)計(jì)年徑流量的年份

?選擇分配情況不利的年份作為典型年。

43.2地下水資源量評價(jià)

1、地下水資源分類

(1〕地下水“資源”與“儲(chǔ)量”的根本概念

地下水資源是指有使用價(jià)值的各種地下水量的總稱

20世紀(jì)50?60年代，我國曾廣泛使用“儲(chǔ)量”的概念，目前以地下水資源取代地下水儲(chǔ)量的概

念，以反映地下水的可恢復(fù)性特征。

(3)地下水資源分類的國家標(biāo)準(zhǔn)

(4)《供水水文地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ27-88)

《地下水資源分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(GB15218-94)

A級(jí)：擴(kuò)建勘探。用于水源地合理開采以及改建、擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)。要求掌握連續(xù)三年以

上開采動(dòng)態(tài)觀測資源，具有解決水源地具體問題所進(jìn)行的專門研究和試驗(yàn)成果。

B級(jí)：勘探階段。作為水源地及其具體工程建設(shè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。要求根據(jù)一個(gè)水文年以上

的地下水動(dòng)態(tài)觀測資料和互阻抽水試驗(yàn)或試驗(yàn)性開采抽水試驗(yàn)，結(jié)合不同開采方案和枯水

年組合系列，對允許開采量進(jìn)行比照計(jì)算，預(yù)測地下水開采期間地下水水位、水量、水質(zhì)

的變化。

C級(jí)：詳查階段。用于水源地及其主體工程的可行性研究。在需水量明顯小于

允許開采量的情況下，也可作為水源地建設(shè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

D級(jí)和E級(jí)：分屬普查和區(qū)調(diào)階段。分別用于水源地規(guī)劃和大區(qū)遠(yuǎn)景規(guī)劃，對地下水允

許開采量只要求概算。

■補(bǔ)給量：指天然或開采條件下，單位時(shí)間進(jìn)入含水層(帶)中的水量。

■儲(chǔ)存量：指儲(chǔ)存于含水層內(nèi)的重力水體積。

■可利用資源(允許開采量)指具有現(xiàn)實(shí)意義的地下水資源。不影響已建水源的正常

開采，不發(fā)生危害性的環(huán)境。

■尚難利用的資源：指具有潛在經(jīng)濟(jì)意義的地下水資源

2、地下水資源評價(jià)的內(nèi)容、原那么與一般程序

。〕地下水資源評價(jià)的內(nèi)容

■地下水資源評價(jià)

根據(jù)水文地質(zhì)條件和需水量要求一開采方案，補(bǔ)給量、消耗量和可用于調(diào)節(jié)的儲(chǔ)存量，

分析補(bǔ)給量與儲(chǔ)存量對開采量的平衡、調(diào)節(jié)作用，評價(jià)開采的穩(wěn)定性；確定合理的允許開

采量。

■地下水水質(zhì)評價(jià)

綜合評價(jià)地下水的物理性質(zhì)、化學(xué)成分與衛(wèi)生條件；分析論證開采過程中水質(zhì)、水溫的變

化趨勢，衛(wèi)生保護(hù)和水質(zhì)管理措施。建立地下水溶質(zhì)濃度場的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測。

■開采技術(shù)條件評價(jià)

允許水位降。要在計(jì)算開采量的同時(shí)，計(jì)算整個(gè)開采過程中，境內(nèi)不同地段地下水水位的

最大下降值是否滿足允許值要求。

■開采后果評價(jià)

評價(jià)地下水開采對地區(qū)生態(tài)、環(huán)境的影響；地面沉降、地裂、塌陷等環(huán)境地質(zhì)問題：海水

或污水入侵，泉水枯槁，水源地相互影響等不良后果，并論證相應(yīng)的技術(shù)措施。

(2)地下水資源評價(jià)的原那么

■“三水”轉(zhuǎn)化，統(tǒng)一考慮與評價(jià)的原那么

■利用儲(chǔ)存量以豐補(bǔ)欠的調(diào)節(jié)平衡原那么

■滿足允許水位降的前提下，采用枯水期“借”豐水期“補(bǔ)

■考慮人類活動(dòng)，化害為利的原那么

■不同目的和不同水文地質(zhì)條件區(qū)別對待的原那么

■技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合考慮的原那么

地下水資源評價(jià)必須綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)方面的利弊，要求確定的開采量和開

采方案，既有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，乂使開采帶來的負(fù)面影響降到最低限度，具有合理的

環(huán)境效益。

3、地下水資源補(bǔ)給量〔Qb〕和儲(chǔ)存量〔W〕計(jì)算

(1)地下水流流入量(側(cè)向補(bǔ)給量)

(2)降水滲入補(bǔ)給量

。值的方法較多，目前多采用動(dòng)態(tài)觀測法計(jì)算、此外還有水平衡法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(3)河、渠滲入補(bǔ)給量

(4)灌溉水滲入補(bǔ)給量

采用地下水位資料計(jì)算

利用灌溉定額計(jì)算

(5)相鄰含水層垂向越流補(bǔ)給量

(6)容積儲(chǔ)存量

(7)承壓含水層的彈性儲(chǔ)存量

4、地下水資源允許開采量計(jì)算

(1〕方法選擇與計(jì)算程序

確定性與非確定性模型、集中參數(shù)與分布參數(shù)系統(tǒng)模型、線性與非線性模型、單一與耦合

模型等都已得到廣泛采用。

定性一定量一定性的過程

水文地質(zhì)概念模型

B、計(jì)算程序

A、計(jì)算方法選擇

①對水文地質(zhì)條件的適應(yīng)性——指其是否正確的表達(dá)了水文地質(zhì)條件；

②對勘察階段的精度要求，及勘察方法和工程控制程度的適應(yīng)性一指能否充分的利用勘

探工程提供的各種資料數(shù)據(jù)，來反映勘察工作的成果，滿足計(jì)算精度的要求。

■解析法一解析公式計(jì)算允許開采量

■數(shù)值法一離散化方法將求解非線性的偏微分方程問題，有限單元法和有限差分

法。

③數(shù)學(xué)模型的選擇一二維數(shù)學(xué)模型、三維數(shù)學(xué)模型。

以非均質(zhì)二維非穩(wěn)定流地下水模型為例

④水文地質(zhì)條件概化

■含水層結(jié)構(gòu)的概化：包括含水層的空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)參數(shù)分區(qū)的概化。

■邊界條件的概化：數(shù)值法能較真實(shí)地模擬復(fù)雜的邊界條件。

■初始條件的概化：按初始時(shí)刻各控制節(jié)點(diǎn)實(shí)測水位資料繪制的等水位線圖，給出

各節(jié)點(diǎn)的水位作為初始條件。

⑤計(jì)算域的離散

數(shù)值法根據(jù)分割近似原理，將一個(gè)反映實(shí)際滲流場的光滑連續(xù)的水頭曲面，用一個(gè)由假設(shè)

干彼此銜接無縫不重疊的三角形(有限元法)或方形、矩形1有限差分法)拼湊成的連續(xù)

但不九滑的水頭折面代替，將非線性問題簡化為線性問題求解。

⑥模型的識(shí)別與檢驗(yàn)

模型識(shí)別是用實(shí)測水頭值及其他條件校正模型的方程、結(jié)構(gòu)參數(shù)、邊界條件中的某些不確

切的成分，數(shù)學(xué)運(yùn)算中稱解逆問題。有：

直接法間接法

⑦允許開采量的數(shù)值預(yù)報(bào)

含允許開采量計(jì)算是利用經(jīng)過多層次反基校正和檢驗(yàn)的地下水模型，結(jié)合選定的開采方案，

用正演計(jì)算模擬不同開采方案的地下水流場，以最大允許水位降作為約束條件，進(jìn)行開采

量的數(shù)值預(yù)報(bào)，在反復(fù)模擬調(diào)試中，優(yōu)化開采方案和開采量，直到滿足為止。

⑧開采試驗(yàn)法

開采試驗(yàn)法指用探采結(jié)合的方法，直接開鑿勘探生產(chǎn)井，按開采條件（包括布井方案、開

采降深和開采量）進(jìn)行一至數(shù)月的抽水試驗(yàn)，以其穩(wěn)定的抽水量（即補(bǔ)給量）直接確定開

采量，它適用于需水量不大，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，一時(shí)難以查清補(bǔ)給條件，又急需做出評

價(jià)的地區(qū)。

■穩(wěn)定狀態(tài)

動(dòng)水位到達(dá)設(shè)計(jì)水位降值并趨近穩(wěn)定狀態(tài)，抽水量大于或等于需水量；停抽后，水位能較

快地恢復(fù)到原始水位。抽水量小于補(bǔ)水量。

■非穩(wěn)定狀態(tài)

動(dòng)水位已超過設(shè)計(jì)水位下降值，仍未穩(wěn)定，停抽后水位有所恢復(fù)，但達(dá)不到天然水位，說

明抽水量已超過開采條件下的補(bǔ)給量

兩次不同流量的抽水試驗(yàn)值

核對公式&

年補(bǔ)水量計(jì)算

⑨補(bǔ)償疏干法

補(bǔ)償疏干法是通過對旱季“空庫”與雨季“回填”的含水層機(jī)制進(jìn)行模擬，以此評價(jià)最大

允許開采量