水資源利用與管理

1、水 資 源利用與管理教案環(huán)境工程系教案課程名稱水資源利用與管理授課專業(yè)環(huán)境工程專業(yè)授課班級課程類型專業(yè)選修授課方式講授考核方式考查課程教學總學時數32學時學分數學時分配課堂講授：32學時 教材名稱管理水資源利用與作者左其亭等出版社黃河水利出版社指定參考書作者出版社授課教師水資源利用與管理教案周次第一周，第1次課章節(jié)名稱前言；第一章、概論授課方式課堂講授教學時數2備注授課要點課程名稱：第一章：概論教學目的：1、認識水資源，了解水資源現狀2、了解本課程內容及目的教學重點：課程目的及大概內容教學難點：無教學內容：1.1、水資源的概念水資源的含義比較豐富，對水資源概念的界定也是多種多樣1、國際：不列顛

2、百科全書：自然界一切形態(tài)（液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)）的水。英國水資源法：具有足夠數量的可用水源。水資源評價活動國家評價手冊 ：可以利用或有可能被利用的水源，具有足夠數量和可用的質量，并能在某一地點為滿足某種用途而被利用。2、國內：中華人民共和國水法：地表水和地下水。環(huán)境科學詞典：特定時空下可利用的水，是可再利用資源，不論其質與量，水的可利用性是有限制條件的。 中國大百科全書大氣科學·海洋科學·水文科學卷：地球表層可供人類利用的水，包括水量（水質）、水域和水能資源，一般指每年可更新的水量資源。水利卷：自然界各種形態(tài)（氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)）的天然水。地理卷：地球上目前和近期人類可以直接或間

3、接利用的水，是自然資源的一個組成部分。3、定義一般來說，水資源分為：廣義水資源和狹義水資源。廣義的水資源是指地球上水的總體，包括大氣中的降水、河湖中的地表水、淺層和深層的地下水、冰川、海水等。狹義的水資源是指與生態(tài)系統(tǒng)保護和人類生存與發(fā)展密切相關的、可以利用的、而又逐年能夠得到恢復和更新的淡水，其補給來源為大氣降水。1.2、水資源的特點1、水資源的自然屬性流動性可再生性有限性時空分布的不均勻性多態(tài)性不可替代性環(huán)境資源屬性2、水資源的社會屬性社會共享性利與害的兩重性多用途性商品性1.3水資源的主要用途及協(xié)調1、水資源的主要用途水資源利用，是指通過水資源開發(fā)為各類用戶提供符合質量要求的地表水和地下

4、水可用水源以及各個用戶使用水的過程。按利用方式分河道內用水河道外用水水資源利用按不同的分類標準，可分為很多類型。按用水消耗狀況消耗性用水非消耗性用水按用途分生活用水農業(yè)用水工業(yè)用水水力發(fā)電生態(tài)用水生活用水是人類日常生活及相關活動用水的總稱。農業(yè)用水是農、林、牧、副、漁業(yè)等各部門和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農場企事業(yè)單位以及農村居民生產用水的總稱。工業(yè)用水是工礦企業(yè)用于制造、加工、冷卻、空調、凈化、洗滌等方面的水。水力發(fā)電是利用河流中流動的水流所蘊藏的水能產生電能，為人類用電服務。生態(tài)用水是生態(tài)系統(tǒng)維持自身需求所利用水的總稱。2、水資源多種用途之間的協(xié)調水資源的用途是多方面的，而可利用的水資源量是有限的，因此必然會

5、出現用水部門之間為爭水而引發(fā)的矛盾以及需求與供給之間的矛盾。妥善解決這些矛盾，是關系國計民生、社會穩(wěn)定和人類長遠發(fā)展的一件大事。1.4水資源利用面臨的主要問題1、水資源短缺水資源短缺是當今和未來面臨的主要問題之一。 原因：（1）自然條件制約：自然條件差，時空分布不均勻等（2）人類需求不斷增加：人口增長、經濟發(fā)展等表現：農業(yè)缺水、城市缺水、生態(tài)缺水2、洪澇災害洪澇災害是某些地區(qū)的又一大水問題。 原因：（1）水資源時空分布不均勻；（2）全球氣候變化（3）人類活動影響加劇，改變降雨時空分布及生態(tài)環(huán) 境對洪水的調蓄能力 形式：河流洪水、突發(fā)洪水、城市洪澇災害等3、水環(huán)境污染水環(huán)境惡化也是一個非常嚴峻的

6、水問題。 原因：人類活動排放的污水、廢水量日益增加 危害：（1）危害人體健康，影響水資源的有效利用 （2）造成水質型缺水，加劇水資源短缺危機隨著人口增加和經濟社會的發(fā)展，水資源問題將更加突出，成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的關鍵性問題。水資源問題不僅是中國的問題，也是世界經濟社會發(fā)展亟待解決的問題之一。造成這一問題出現的原因有自然原因，但更多的是人類不合理地開發(fā)、利用和管理水資源的活動所導致的。要解決這些問題，需要人類共同的努力，加強對水資源的開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約和保護等工作，實現水資源的可持續(xù)利用。1.5本課程的任務及主要內容1、本課程的任務使學生了解水資源基本概念和知識的基礎；使學生學

7、習水資源利用與管理的基本理論、基本知識；使學生初步掌握水資源評價、水資源開發(fā)利用、水資源合理配置與規(guī)劃、水資源保護、水資源管理、建設項目水資源論證等方面的分析方法、計算方法以及實際工作方法。2、課程主要內容及章節(jié)安排課程主要內容：研究如何科學合理地開發(fā)利用水資源、保護水資源，進行有效的水資源管理，制定適應現代水資源管理要求的政策、法規(guī)、經濟和技術措施。第一章 緒論第二章 水資源概況第三章 水資源的形成第四章 水資源評價第五章 地表水資源的開發(fā)利用途徑及工程第六章 地下水資源的開發(fā)利用途徑及工程第七章 生活用水第八章 農業(yè)用水第九章 工業(yè)用水第十章 生態(tài)用水水資源利用與管理教案周次第二周，第二次

8、課章節(jié)名稱第二章：水資源概況授課方式課堂講授教學時數2備注授課要點課程名稱：第二章：水資源概況第一節(jié) 世界水資源量及分布狀況第二節(jié) 中國水資源量及分布狀況第三節(jié) 世界水資源的開發(fā)利用狀況第四節(jié) 中國水資源的開發(fā)利用狀況第三章 水資源的形成第一節(jié) 水循環(huán)第二節(jié) 地表水資源的形成第三節(jié) 地下水資源的形成教學目的：了解水資源分布及利用情況了解水資源形成原因及方式教學重點：教學難點：教學內容：第二章 水資源概況第一節(jié) 世界水資源量及分布狀況地球上的總水量約為13.86億km3，但其中96.5的水是海水,而淡水資源僅占地球總水量的2.5%，在這極少的淡水資源中，又有69.56%被凍結在南極和北極的冰蓋以

9、及高山冰川、永凍積雪中，難以利用。同時深層地下水補充緩慢，開采后難以恢復，通常不作為可利用水資源。人類真正能夠直接利用的淡水資源是江河湖泊水（約占淡水總量的0.27%）和地下水中的一部分。第二節(jié) 中國水資源量及分布狀況我國平均年水資源總量28124億m3，其中河川平均年徑流量27115億m3，地下水8840億m3，重復計算量7831億m3，居世界第六位，低于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印度尼西亞。第三節(jié) 世界水資源的開發(fā)利用狀況對180個國家和地區(qū)的水資源利用狀況進行排序，可以看出許多國家已處在水資源的危機狀態(tài)之中。按年用水量統(tǒng)計：用水量最多的前六個國家是：中國（519.8×109m

10、3）、美國（467.34×109m3）、印度（280×109m3）、巴基斯坦（153.4×109m3）、俄羅斯（117×109m3）。按人均用水量統(tǒng)計：排序倒數后五位的國家（地區(qū)）是：科威特、加沙地帶、阿拉伯聯(lián)合酋長國、巴哈馬和卡塔爾。我國排在第121位。第四節(jié) 中國水資源的開發(fā)利用狀況2.4.1我國水資源開發(fā)利用狀況 年徑流量占全國年徑流總量人均水量占全國人均值開發(fā)利用率黃河2%26%70%淮河2%15%67%海河1%11.50%178%遼河0.60%21%94%2.4.2我國水資源開發(fā)利用中的不利因素 （1）人口眾多。（2）污染嚴重。 （3）國民經濟

11、高速發(fā)展。（4）水資源的不合理利用。 （5）水利工程防洪標準偏低。第三章 水資源的形成第一節(jié) 水循環(huán)一、水循環(huán)的概念地球上的水以液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)的形式分布于海洋、陸地、大氣和生物機體中，這些水體構成了地球的水圈。水循環(huán)過程：水圈中的各種水體在太陽的輻射下不斷地蒸發(fā)變成水汽進入大氣，并隨氣流的運動輸送到各地，在一定條件下凝結形成降水。降落的雨水，一部分被植物截留并蒸發(fā)，一部分滲入地下，另一部分形成地表徑流沿江河回歸大海。滲入地下的水，有的被土壤或植物根系吸收，然后通過蒸發(fā)或散發(fā)返回大氣；有的滲人到更深的土層形成地下水，并以泉水或地下水的形式注入河流回歸大海。水圈中的各種水體通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝

12、結、降落、下滲、地表徑流和地下徑流的往復循環(huán)過程，稱為水循環(huán)。二、水循環(huán)的種類大循環(huán)大循環(huán)過程：從海洋蒸發(fā)的水汽被氣流輸送到大陸上空，冷凝形成降水后落到陸面，其中一部分以 地表徑流和地下徑流的形式從河流回歸海洋;另一部分重新蒸發(fā)返回大氣。這種海陸間的水分交換過程，稱為大循環(huán)。小循環(huán)小循環(huán)過程：海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結后，以降水的形式降落到海洋里，或陸地上的水經蒸發(fā)凝結又降落到陸地上，這種局部的水循環(huán)稱為小循環(huán)。前者稱為海洋小循環(huán)，后者稱為內陸小循環(huán)。內陸水循環(huán)內陸水循環(huán)：水汽從海洋向內陸輸送的過程中，在陸地上空一部分冷凝降落，形成徑流向海洋流 動，同時也有一部分蒸發(fā)成水汽繼續(xù)向更遠的內陸

13、輸送。愈向內陸水汽愈少，循環(huán)逐漸減弱，直到不再能成為降水為止，這種局部的循環(huán)也叫做內陸水循環(huán)。內陸水循環(huán)對內陸地區(qū)降水有重要作用實際上，一個大循環(huán)包含多個小循環(huán)，多個小循環(huán)組成個大循環(huán)。水循環(huán)過程中的蒸發(fā)、輸送、降水和徑流稱為水循環(huán)的四個基本環(huán)節(jié)三、水循環(huán)的實質水循環(huán)是地球最重要的物質循環(huán)之一；水循環(huán)實現了地球系統(tǒng)水量、能量、 地球生物化學物質的轉移和轉換；塑造地表形態(tài)提供淡水資源，制約生態(tài)平衡（1）水循環(huán)深刻地影響著地球表層結構的形成、演化和發(fā)展 水循環(huán)不僅將地球上各種水體組合成連續(xù)、統(tǒng)一的水圈，而且在循環(huán)過程中進入大氣 圈、巖石圈與生物圈，將地球上的四大圈層緊密地聯(lián)系起來。水循環(huán)在地質構造

14、的基底上，重新塑造了全球的地貌形態(tài)；同時影響著全球的氣候變遷和生物群類。（2）水循環(huán)是海陸間聯(lián)系的紐帶物質交換：水循環(huán)的大氣過程實現了海陸上空的水汽交換，海洋通過蒸發(fā)源源不斷地向陸地輸送水汽，進而影響著陸地上一系列的物理、化學和生物過程；陸面通過徑流歸還海洋損失的水量，并源源不斷地向海洋輸送大量的泥沙、有機質和各種營養(yǎng)鹽類，從而影響著海水的性質、海洋沉積及海洋生物等。（3）水循環(huán)使大氣水、地表水、土壤水、地下水相互轉換水循環(huán)的過程中：降水：大氣補給地表；下滲：地表水補給土壤然后補給地下水、或通過巖石裂隙直接補給地下水；壤中流：土壤水補給地表；地下徑流：地下水補給地表； 蒸發(fā)或蒸騰：土壤水和地下

15、水補給大氣。（4）水循環(huán)使得水成為可再生資源通過水循環(huán)，地球系統(tǒng)中各種水體的部分或全部逐年得以恢復和更新，這使得水成為可再生資源。第二節(jié) 地表水資源的形成一、降水（一）降水及其特征（1）降水是指液態(tài)或固態(tài)的水汽凝結物從云中降落到地表的現象（2）降水特征降水量是指一定時段內降落在某一點或某一面積上的總水量，用深度表示，以mm計；日降水量是指一日內的降水總量；日降水量達到和超過50mm的降水稱為暴雨。降水持續(xù)的時間稱為降水歷時，以min、h或d計；單位時間的降水量稱為降水強度，以mm/min或mm/h計；降水籠罩的平面面積稱為降水面積，以km2計。暴雨集中的較小的局部地區(qū)，稱為暴雨中心（二）降水的

16、成因與類型氣團（水平方向物理屬性（溫度、濕度等）較均勻的大塊空氣）受到某種外力的作用向上抬升時，氣壓降低，空氣膨脹，為克服分子間引力需消耗自身的能量，在上升過程中發(fā)生動力冷卻使團降溫。當溫度下降到使原來未飽和的空氣達到了過飽和狀態(tài)時，大量多余的水汽便凝結成云。云中水滴不斷增大，直到不能被上升氣流所托時，便在重力作用下形成降雨一、降水的成因與類型空氣的垂直上升運動和空氣中水汽含量超過飽和水汽含量是產生降雨的基本條件。按空氣上升的原因，降水的成因可分為鋒面抬升、地形抬升、局地熱力對流和動力輻合上升。氣團上升過程中，這團空氣的體積就要膨脹，在與外界沒有發(fā)生熱量交換，即絕熱條件下，體積膨脹的結果必然導

17、致氣團溫度下降。這種現象稱為動力冷卻。1、鋒面抬升與鋒面雨冷暖氣團相遇，其交界面叫鋒面；鋒面與地面的相交地帶叫鋒；鋒面隨冷暖氣團的移動而移動：當冷氣團向暖氣團推進時，因冷空氣較重，冷氣團楔進暖氣團下方，把暖氣團擠向上方，發(fā)生動力冷卻而致雨。這種空氣上升稱為鋒面抬升，這種雨稱為冷鋒雨。特征：由于冷空氣與地面的摩擦作用使鋒面接近地面部分坡度很大，暖空氣幾乎被迫垂直上升，在冷鋒前形成積雨云。因此，冷鋒雨一般強度大、歷時短、雨區(qū)面積較小。當暖氣團向冷氣團移動時，由于地面的摩擦作用，上層移動較快，底層較慢，使鋒面坡度較小。暖空氣沿著這個平緩的坡面在冷氣團上爬升，在鋒面上形成了一系列云系并冷卻致雨。這種空

18、氣上升也稱為鋒面抬升，這種雨稱為暖鋒雨。特征：由于暖鋒面比較平緩，故暖鋒雨一般強度小，歷時長，雨區(qū)廣，長江中下游春夏交替時期的梅雨就屬于這種情況2、地形抬升與地形雨暖濕氣流遇到丘陵、高原、山脈等阻擋，被迫沿坡面上升而冷卻致雨。這種空氣上升稱為地形抬升，這種雨稱為地形雨。特征：地形雨大部分降落在山地的迎風坡。在背風坡，因氣流下沉增溫，且大部分水汽已在迎風坡降落,故降雨稀少3、局地熱力對流與對流雨當暖濕空氣籠罩一個地區(qū)時，因下墊面局部受熱增溫，與上層溫度較低的空氣產生強烈對流作用，使暖空氣上升冷卻而降雨。這種空氣上升稱為局地熱力對流,這種雨稱為對流雨。特征：對流雨一般強度大，但雨區(qū)小，歷時也較短，

19、并常伴有雷電，又稱雷陣雨。4、動力輻合上升與氣旋雨氣旋是中心氣壓低于四周的大氣旋渦。在北半球，氣旋內的空氣作逆時針旋轉，并向中心輻合，引起大規(guī)模的上升運動，水汽因動力冷卻而致雨。這種空氣上升稱為動力輻合上升，這種雨稱為氣旋雨。熱帶氣旋共分5級:低壓區(qū)，氣旋中心位置不能精確測定，平均最大風力小于8級；熱帶低壓，氣旋中心位置能確定，但中心附近平均最大風力小于8級；熱帶風 暴，中心附近平均最大風力8 -9級；強熱帶風暴，氣旋中心附近平均最大風力10-11級；臺風，氣旋中心附近平均最大風力在12級以上。二、蒸發(fā)蒸發(fā)是自然界水循環(huán)的基本和重要環(huán)節(jié)之一。蒸發(fā)的大小可用蒸發(fā)量或蒸發(fā)率表示，蒸發(fā)量是指某一時段

20、如日、月、年內總蒸發(fā)掉的水層深度， 以mm計。蒸發(fā)率是指單位時間的蒸發(fā)量，也稱蒸發(fā)速度，以mm/min或mm/h計。流域或區(qū)域上的蒸發(fā)包括水面蒸發(fā)、土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)。水面蒸發(fā)是指江、河、水庫、湖泊和沼澤等地表水體水面上的蒸發(fā)現象。水面蒸發(fā)是最簡單的蒸發(fā)方式，屬飽和蒸發(fā)。影響水面蒸發(fā)的主要因素是溫度、濕度、風速和氣壓等氣象條件。土壤蒸發(fā)是指水分從土壤中以水汽形式逸出地面的現象。影響因素：除了受上述氣象條件的影響外，還與土壤結構、土壤含水量、地下水位的高低、地勢和 植被等因素密切相關。蒸發(fā)面在一定氣象條件下充分供水時的最大蒸發(fā)量或蒸發(fā)率稱為蒸發(fā)能力。水面蒸發(fā)自始至終在充分供水條件下進行，所以它一

21、直按蒸發(fā)能力蒸發(fā)。而土壤含水量可能是飽和的，也可能是非飽和的，情況復雜。對于完全飽和并且無后繼水量加入的土壤，其蒸發(fā)過程大體上可分為三個階段。第一階段，土壤完全飽和，供水充分，蒸發(fā)在表層土壤進行，此時的蒸發(fā)率等于或接近土壤蒸發(fā)能力，蒸發(fā)量大而穩(wěn)定。第二階段，由于水分逐漸蒸發(fā)消耗，土壤含水量轉為非飽和狀態(tài)，局部表土開始干化，土壤蒸發(fā)一部分仍在地表進行，另一部分發(fā)生在土壤內部。第三階段，表土壤干涸，且向深層擴展,土壤水分蒸發(fā)主要發(fā)生在土壤內部。其速度極為緩慢，蒸發(fā)量小而穩(wěn)定，直至基本終止。土壤蒸發(fā)過程實質上是土壤失去水分或干化的過程。植物散發(fā)：土壤中的水分經植物根系吸收，輸送到葉面，散發(fā)到大氣中去

22、稱為植物散發(fā)；由于植物生長在土壤中，植物散發(fā)與植物覆蓋下的土壤蒸發(fā)實際上是并存的。因此， 研究植物散發(fā)往往和土壤蒸發(fā)合并進行，兩者總稱為陸面蒸發(fā)。三、徑流徑流是指由降水所形成的，沿著流域地表和地下向河川、湖泊、水庫、洼地等流動的水流；沿著地面流動的水流稱為地面徑流，或地表徑流;沿著土壤巖石孔隙流動的水流稱為地下徑流;匯集到河流后，在重力作用下沿河床流動的水流稱為河川徑流。徑流因降水形式和補給來源的不同，可分為降雨徑流和融雪徑流，我國大部分河流以降雨徑流為主。在水循環(huán)過程中，大陸上降水的34%轉化 為地表徑流和地下徑流匯入海洋。（一）徑流形成過程流域內，自降雨開始至水流匯集到流域出口斷面的整個物

23、理過程，稱為徑流形成過程徑流形成過程概括為：1產流過程降雨開始后，除少量降落到水面的雨直接形成徑流以外，一部分被植物枝葉所攔截，稱為植物截留，并耗于雨后蒸發(fā)；降落到地面的雨水，一部分滲于土壤，當降雨強度小于下滲強度時，降雨全部下滲，當大于時，降雨按下滲能力下滲。超出下滲能力的雨水稱為超滲雨。超滲雨會形成地面積水，先填滿地面的洼坑，稱為填洼量。填洼的雨量最終耗于下滲和蒸發(fā)。隨著降雨的持續(xù)，滿足了填洼的地方開始產生地表徑流。下滲到土壤中的雨水，除補充土壤含水量外，還逐步向下層滲透。當土壤含水量達到田間持水量后，下滲趨于穩(wěn)定。繼續(xù)下滲的雨水,一部分從坡側土壤空隙流出，注入河槽，形成表層流或壤中流。另

24、一部分繼續(xù)向深層下滲，到達地下水面后，以地下水的形式匯人河流，形成地下徑流。位于第一個不透水層之上的沖積層地下水，稱為潛水或淺層地下水。在兩個不透水層之間的地下水，稱為承壓水或深層地下2匯流過程全過程分為坡地匯流和河網匯流兩個階段。坡地匯流：地面凈雨沿玻面流到附近河網，稱為坡面漫流。坡地匯流的主要組成部分。河網匯流：進人河網的水流,從支流向干流、從上游向下游匯集，最后全部流出流域出口斷面，這個匯流過程稱為河網匯流過程。（二）影響徑流形成的因素流域氣候因素降雨：降雨是徑流形成的必要條件，降雨特性對徑流的形成和變化起著重要作用。在其他條件相同時，降雨量大，降雨歷時長，降雨籠罩面積大，則產生的徑流量

25、也大。降雨強度愈大，所產生的洪峰流量也愈大，流量過程線多呈尖瘦狀。暴雨中心在下游，洪峰流量則較大，暴雨中心在上游，洪峰流量就小些。暴雨中心若由流域上游向下游移動，各支流洪峰 流量相互疊加，使干流洪峰流量加大，反之則較小。蒸發(fā)：蒸發(fā)是直接影響徑流量的因素，蒸發(fā)量大，降雨的損失量就大，形成的徑流量就小。 對于一次暴雨形成的徑流來說，雖然在徑流形成過程中蒸發(fā)量的數值相對不大，甚至可忽略不計，但流域在降雨開始時的土壤含水量直接影響著本次降雨的損失量，即影響著徑流。而土壤含水量與流域蒸發(fā)有密切關系。流域的地理因素流域地形：流域地形特征包括地面高程、坡面傾斜方向及流域坡度等。流域地形一方面是通過影響氣候間

26、接影響徑流的特性；另一方面，流域地形還直接影響匯流條件，從而影響徑流過程。流域的大小和形狀：流域本身具有調節(jié)水流的作用，流域面積愈大，地表與地下蓄水容積愈大，調節(jié)能力也愈強。流域面積較大的河流，河槽下切較深，得到的地下水補給就較多；而流域面積小的河流，河槽下切往往較淺，因此地下水補給也較少。流域長度決定了流域上的徑流到達出口斷面所需要的匯流時間。匯流時間愈長，流量過程線愈平緩。流域形狀與河系排列有密切關系。扇形排列的河系，流量過程線往往較陡峻；羽形排列的河系，流量過程線較矮平。河道特性：若河道短、坡度大、糙率小，則水流流速大，河道輸送水流能力大，徑流容易排泄，流量過程線尖瘦;反之則較平緩。土壤

27、、巖石和地質構造：流域土壤、巖石性質和地質構造與下滲量的大小有直接關系，從而影響產流量和徑流過程特性，同時也影響地表徑流和地下徑流的產流比例關系。植被：植被能阻滯地表水流，增加下滲。森林地區(qū)表層土壤容易透水，有利于雨水滲入地 下，從而增大地下徑流，減少地表徑流，使徑流趨于均勻。對于融雪補給的河流，由于森林內溫度較低，能延長融雪時間，使春汛徑流歷時增長。湖泊和沼澤：湖泊和沼澤對洪水能起一定的調節(jié)作用。人類活動因素影響徑流的人類活動，主要指人們?yōu)殚_發(fā)利用和保護水資源，以及為戰(zhàn)勝水旱災害所 采用的工程措施及農林措施等。通過這些措施改變了流域的自然面貌，從而也就改變了徑流的形成和變化條件，并改變了蒸發(fā)

28、與徑流的比例、地表徑流和地下徑流的比例，以及徑流在時間和空間上的分布等。四、地表水資源一個流域或特定區(qū)域的地表水資源既包括被稱之為雨洪的地表徑流和部分淺層地下徑流，也包括被稱之為基流的淺層和深層地下徑流。我國地表水資源的時程分配和空間分布特點與降水量的時程分配和空間分布特點基本一致。第三節(jié) 地下水資源的形成一、基本概念廣義上的地下水指埋藏在地表以下各種狀態(tài)的水土壤水是指吸附于土壤顆粒和存在于土壤空隙中的水。上層滯水是指包氣帶中局部隔水層或弱透水層上積聚的具有自由水面的重力水。潛水是指飽水帶中第一個具有自由 表面的含水層中的水。承壓水是指充滿于兩個隔水層之間的含水層中的水。二、地下水的循環(huán)過程地

29、下水的補給大氣降水入滲補給：當大氣降水降落到地表后，一部分變?yōu)榈乇韽搅?，一部分蒸發(fā)重新回到大氣，剩余一部分滲入地下形成地下水。在很多情況下，大氣降水是地下水的主要補給方式。一般當降水量大、降水過程長、地形平坦、植被茂盛、上部巖層透水性好、地下水埋藏深度不大時，大氣降水才能大量入滲補給地下水。（水多、易滲）地表水入滲補給：地表水對地下水的補給強度主要受巖層透水性的影響，同時也取決于地表水水位與 地下水水位的高差、洪水的延續(xù)時間、河水流量、河水的含泥量地表水體與地下水聯(lián)系范圍的大小等因素。凝結水入滲補給：凝結水的補給是指大氣中過飽和水分凝結成液態(tài)水滲人地下補給地下水。在干旱區(qū)，凝結水的補給備受關注

30、，由于干旱區(qū)大氣降水較少，大氣降水和地表水補給量均較少， 因此凝結水是其主要補給來源。含水層之間的補給：當兩個含水層之間存在水頭差且有水力聯(lián)系時，則水頭較高的含水層將水補給水頭 較低的含水層。其補給途徑可以通過含水層之間的“天窗”發(fā)生水力聯(lián)系，也可以通過含水層之間的越流方式補給。地下水的人工補給：就是借助某些工程設施，人為地使地表水自流或用壓力將其引人 含水層，以增加地下水的滲入量。人工補給地下水具有占地少、造價低、易管理、蒸發(fā)少等優(yōu)點，不僅可以增加地下水資源，而且可以改善地下水的水質，調節(jié)地下水的溫度，阻攔海水入侵，減小地面沉降。地下水的徑流地下水在巖石空隙中的流動過程稱為徑流。地下水又在重

31、力作用下，由水位高處向水位低處流動，最后在地形低洼處以泉的形式排出地表或直接排入地表水體，如此循環(huán)過程就是地下水的徑流過程。影響地下水徑流的主要因素有:含水層的空隙特性、地下水的埋藏條件、補給量、地形狀況、地下水化學成分、人類活動因素等地下水的排泄含水層失去水量的作用過程稱為地下水的排泄。地下水通過泉(點狀排泄）、向河流泄流（線狀排泄）及蒸發(fā)（面狀排泄）等形式向外界排泄。一個含水層中的水可向另一個含水層排泄，也可以由人工進行排泄，如用 井開發(fā)地下水，或用鉆孔、渠道排泄地下水都屬于地下水的人工排泄。三、地下水運動的特點地下水運動比較遲緩，一般流速較小地下水流大多數都呈層流運動地下水的絕大多數情況

32、下呈非穩(wěn)定流運動假想水流充滿含水層四、地下水資源地下水資源是指埋藏于地表以下的、能夠被人類生產或生活直接利用的、逐年可以得以恢復和更新的地下水體。深層地下水，因開采后恢復和更新緩慢，目前不列入地下水資源。水資源利用與管理教案周次第三，四周，第三，四次課章節(jié)名稱第四章：水資源評價授課方式課堂講授教學時數2備注授課要點課程名稱：第四章：水資源評價教學目的：掌握水資源評價方法教學重點：降水量評價方法；地表水資源量評價方法；地下水資源量評價方法教學難點：水資源評價法方法教學內容：第四章：水資源評價作用：摸清水資源狀況；目的：為合理利用和管理水資源提供基礎資料和科學依據。第一節(jié)、概述水資源評價定義：水資

33、源評價一般是針對某一特定區(qū)域而言，在水資源調查的基礎上（范圍），研究特定區(qū)域內的降水、蒸發(fā)、徑流諸要素的變娜 律和轉化關系，闡明地表水、地下水資源的數量、質量及其時空分布特點，開展供水量調查和水資源開發(fā)利用評價，計算水資源可利用量（方法），為尋求水資源可持續(xù)利用最優(yōu)方案提供基 礎資料，為區(qū)域經濟、社會發(fā)展和國民經濟各部門提供服務（目的）。一、水資源評價的意義（一）水資源評價是水資源合理開發(fā)利用的前提一個國家或地區(qū)，要合理地開發(fā)利用水資源，首先必須對本國或本地區(qū)水資源的狀況有全面了解，包括水源、水資源量、開采利用量、水質和水環(huán)境狀況等。（二）水資源評價是科學規(guī)劃水資源的基礎為了充分發(fā)揮水資源作用

34、，最大可能地減少水害，需要在詳細調查的基礎上科學規(guī)劃水資源的分配、使用等，首要的基礎條件是摸清水資源狀況，用到水資源評價的成果。（三）水資源評價是保護和管理水資源的依據水資源保護管理的政策、法規(guī)、措施、具體實施方案的制定，其根本依據就是水資源評價成果。二、水資源評價的原則水資源評價工作要求客觀、科學、系統(tǒng)、實用，并遵循一下技術原則：1、地表水與地下水統(tǒng)一評價2、水量、水質并重；3、全面評價與重點區(qū)域評價相結合。三、水資源評價的一般要求(1)水資源評價應以調查、收集、整理、分析利用已有資料為主，輔以必要的觀測和實驗工作。(2)水資源評價使用的各項基礎資料應具有可靠性、一致性和代表性。(3)水資源

35、評價應分區(qū)進行。(4)水資源評價成果應能夠充分反映各評價水體的時程分配和空間分布規(guī)律。(5)全國及區(qū)域水資源評價應采用日歷年，專項工作中的水資源評價可根據需要采用水文年。水文年是相對于日歷年而言的。日歷年根據不同國家的歷法通常由1月1日開始，截止于下一年的1月1日之前。水文年與日歷年的主要差異體現在：起止月份的確定由水文規(guī)律而不是直接來源于天文規(guī)律。水文循環(huán)規(guī)律在服從天文規(guī)律之外，主要受太陽輻射強度的變化控制。從理論而言，水文年的立論依據立足于地球的水文循環(huán)規(guī)律，以徑流的回升點開始計算，通常是汛期開始，枯期結束。不同的區(qū)域的起止時間存在一定的差異性、在不同年份之間也存在差異性。(6)應根據經濟

36、社會發(fā)展需要及環(huán)境變化情況，每間隔一定時期對前次水資源評價 成果進行一次全面補充修訂或再評價。四、水資源分區(qū)（一）水資源分區(qū)的原則(1) 水文氣象特征和自然地理條件相近，基本上能反映水資源的地區(qū)差別。(2) 盡可能保持河流水系的完整性。 (3) 結合流域規(guī)劃、水資源合理利用和供需平衡分析及總水資源量的估算要求，兼顧水資源開發(fā)利用方向，保持供排水系統(tǒng)的連貫性。（二）水資源分區(qū)方法水資源分區(qū)有按流域水系分區(qū)和行政分區(qū)兩種方法。1.成果匯總分區(qū)1)流域水系分區(qū)為了便于計算總水資源量，滿足水資源規(guī)劃和開發(fā)利用的基本要求，評價成果要求按流域水系匯總，即水資源分區(qū)按流域水系劃分。劃分的基本單元的大小視所研

37、究總區(qū)域范圍酌情而定。全國按主要流域水系劃分為10大流域片，稱為一級區(qū)。（黑龍江、遼河、海河、黃河、淮河、長江、浙閩臺河流域、珠江、藏南滇西河流域、內陸河湖）在一級區(qū)內進一步劃分為若干次級區(qū)，稱為二級區(qū)，全國共劃分出77個二級區(qū)作為全國成果匯總的基本單元。有的江河需要分別計算出上、中、下游或特定大支流的水資源量，在一、二級之間設亞區(qū)。2)行政分區(qū)為了評價計算各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的水資源量，評價成果要求按行政分區(qū)匯總，即按行政分區(qū)劃分水資源匯總基本單元。全國按現行行政區(qū)劃，劃分到?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄 市）一級。各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）和流域片可根據實際需要，劃分次一級行政區(qū)。2.計算分區(qū)成果匯總分區(qū)

38、存在著兩個問題第一，有些基本單元不能完全滿足水資源分區(qū)的原則（尤其是行政分區(qū)）；第二，基本單元一般較大，單元面積內產匯流條件差異較大，影響水資源量的計算精度。解決問題：為了提高分區(qū)水資源量的計算精度，需要在成果匯總分區(qū)的基礎上進一步劃分計算小區(qū)，或稱計算單元。計算單元的劃分依據：產匯流條件的差異：在氣象要素變化較大，地形、地貌、土 壤變化較復雜的地區(qū)，即使在同一個三級區(qū)內，降水、蒸發(fā)、下墊面等條件也不盡相同，產匯流條件差異較大。此時，應按河流及水文站位置、河川徑流特征、水文地質條件和開發(fā)利用情況等進一步劃分計算小區(qū)即計算單元，計算單元越小，單元面積內產匯流條件差異越小水文資料情況：小區(qū)域水文資

39、料不一定滿足，既滿足產匯流條件一致又兼顧水文資料符合精度要求。在水資源分區(qū)的基礎上，分別進行降水量、地表水資源量、地下水資源量、水資源總量、水資源質量、水資源可利用量以及水資源開發(fā)利用的評價。第二節(jié)降水量評價一、分析內容在分區(qū)基礎上，對分區(qū)內年降水量特征值、降水量地區(qū)分布、降水量的年內分配和多年變化進行分析研究，尋求區(qū)域降水的時空分布規(guī)律，為區(qū)域地表水資源、地下水資源評價奠定基礎。一般要求編制下列圖表：雨量站分布圖（雨量站和數據的代表性分析）選用雨量站觀測年限，站網密度表（雨量站和數據的代表性分析）選用站降水量統(tǒng)計表（原始數據，分析擴展）多年平均年降水量等值線圖（區(qū)域內降水量大小分布圖）多年降

40、水量變差系數Cv值等值線圖（區(qū)域內多年年總降水量變化大小分布圖）多年降水變差系數：指年降水量的距平均數與多年平均降水量之比的百分數，用以表征某一地區(qū)降水的年際變化程度。一個地區(qū)降水量豐富，變率小，說明水資源利用價值高多年降水量偏差系數Cs與變差系數Cv比值分區(qū)圖（區(qū)域內多年年總降水量變化大小分布圖）反映某一水文特征值n年觀測值x1、x2，xn和對其均值分布的不對稱程度，記作Cs，近似公式為Csi=1n(xi-x)3(n-3)3。Cs的絕對值愈大，表示各xi（i1n）值對其均值的不對稱程度愈大；反之愈小。Cs0稱為正偏，Cs0稱為負偏；Cs0表示分布接近對稱。在頻率計算中，由于水文資料觀測年限較

41、短，計算的C值誤差太大，不能滿足要求，常采用數倍于Cv的值來表示，一般Cs（24）Cv。同步期降水量等值線圖（相同時間段區(qū)域內降水量大小分布）多年平均連續(xù)最大4個月降水量占全年降水量百分率圖（區(qū)域內降水量集中程度分布）主要測站典型年降水量月分配表。（區(qū)域內降水量集中程度分布）二、資料的收集和審查資料的收集(1) 在所研究區(qū)域內選用適當數目的測站資料。要求：資料可靠、系列較長、面上分布均勻、能反映地形及氣候變化等 (2) 收集部分系列較長的區(qū)域外圍站資料：目的：正確繪制邊界地區(qū)的等值線，為地區(qū)間計算結果協(xié)調創(chuàng)造條件。(3)對選用資料應認真校對，資料來源和質量應加以注明。目的：確保資料的真實可靠。

42、(4)選用適當比例尺的地形圖作為工作底圖。要求：底圖清晰、準確，以便考慮地形 對降水的影響，從而較易勾繪等值線圖。(5)收集以往有關分析研究成果，如水文手冊、圖集、水文氣象研究文獻等，作為統(tǒng)計、分析、編制和審查等值線圖時的重要參考資料。資料的審查對選用資料應進行真實性和一致性審查。目的：確保降水資料的可靠性，進而保證降水量特征值的精度。審查對象：將特大值和特小值及新中國成立前資料作為審查的重點。審查方法：對照分析：通?？梢酝ㄟ^本站歷年（縱向）和各站同年（橫向）資料，視其有無規(guī)律可循，原因分析：對特大、特小值要注意分析原因，是否在合理范圍內；對突出的數值，要深入對照其汛期、月、日的有關數據后方能

43、定論。此外，對測站位置和地形影響也要進行審查、分析。審查貫穿整個工作的各個環(huán)節(jié)：對資料的審查和合理性檢查，應貫穿整個工作的各個環(huán)節(jié)，如資料抄錄、插補延長、分 析計算和等值線繪制等環(huán)節(jié)。三、單站統(tǒng)計分析內容：對已被選用各站的降水資料分別進行插補延長、系列代表性分析和統(tǒng)計參數分析。（一）資料的插補延長目的：減少樣本的抽樣誤差，提高統(tǒng)計參數的精度。對缺測年份的資料應當插補，對較短的資料系列應適當延長。要求：但展延資料的年數不宜過長，最多不超過實測年數，相關線無實測點據控制的外延部分的使用應特別慎重，一般不宜超過實測點數變幅的50%。方法：1.直接移用要求條件：兩站距離很近，并具有小氣候、地形的一致性

44、時；具體方法：可以合并進行統(tǒng)計或將缺測的月、年資料直接移用。2.相關分析要求條件：選擇適當的參證站或參證變量。方法：通常利用年降水量和汛期雨量作為參證變量來插補展延設計站變量。相關分析是資料插補延長方法中適用范圍較廣、效果較好的一種方法。3.汛期雨量與年降水量相關關系移置法要求條件：當設計站年降水量資料很少（年數<10)或沒有年降水量資料，但是有長期汛期降水量資料（如汛期雨量站）情況方法：充分利用現有雨量資料，更合理、更準確地推求汛期雨量站的年降水量，可采用汛期雨量與年降水量相關關系移置法。4.等值線圖內插要求條件：利用設計站附近雨量站降水資料方法：繪制局部次、月汛期非汛期降水量和年降水

45、量等值線圖，用來插補制圖范圍內設計站點的降水量。5.取鄰站均值要求：在地形、氣候條件一致的地區(qū)，非汛期方法：移用同期鄰近幾個站的算術平均值代替缺測站點的資料6.同月多年平均要求：個別非汛期月份，（因非汛期各月降水量不大，占年降水量比重又很小，且年際變化不大）方法：采用同月降水量的多年平均值進行插補。7.水文比擬法要求：地理相似區(qū)；方法：將插補站與參證站同步觀測降水量均值的比值，作為缺測期間兩站降水量的比值，以插補缺測的年（或月）降水量。（二）資料的代表性分析1、資料的代表性分析目的定義：資料的代表性，指樣本資料的統(tǒng)計特性（如參數）能否很好地反映總體的統(tǒng)計特性，若樣本的代表性好，則抽樣誤差就小，

46、年降水成果精度就高。目的：分析資料樣本與總體平均樣本之間的偏差，以能更好的代替總體樣本，減少樣本誤差，提高分析的精度。2、系列代表性分析方法長短系列統(tǒng)計參數對比；算術平均，幾何平均（模），集中數，方差年降水量模比系數累積平均過程線分析；模比系數：某一時段的降水量與同一時段多年平均降水量之比。累計平均過程：由某一時間點之前的降水量值之和再平均得到的平均數年降水量模比系數差積曲線分析。各月降水量與多年平均降水之差的累積值與時間的關系曲線。（三）統(tǒng)計參數的分析確定兩類：一是分析計算各站同步期系列的統(tǒng)計參數；二是計算各站多年系列的統(tǒng)計參數。統(tǒng)計參數：降水系列的均值X，變差系數Cv（指年降水量的距平均數

47、與多年平均降水量之比的百分數），偏差（偏態(tài)）系數Cs（Csi=1n(xi-x)3(n-3)3）四、降水量的地區(qū)分布步驟：分區(qū)資料審查、插補展延代表性分析和統(tǒng)計參數分析各站點以及各站點所代表附近區(qū)域的降水的變化規(guī)律。定義：利用各站降水特征分析研究分區(qū)整體范圍降水特性，稱為降水量地區(qū)分布。表征方法：多年平均年降水量等值線圖；多年降水量變差系數Cv等值線圖；多年降水量偏差系數Cs與變差系數比值分區(qū)圖；同步期平均年降水量等值線圖。五、降水量年內分配和多年變化（一）降水量的年內分配（兩個指標）1.多年平均連續(xù)最大4個月降水量占全年降水量百分率及其出現月份分區(qū)圖方法：選擇資料質量較好，實測系列長且分布比較

48、均勻的代表站，統(tǒng)計分析多年平均連續(xù)最大4個月降水量占多年平均年降水量的百分率及其出現時間，從而繪制降水量百分率圖及其出現月份分區(qū)圖；目的：反映降水量集中程度和相應出現的季節(jié)。2.代表站不同保證率年降水量月分配過程降水保證率：某界限降水量在一定的時段內出現的次數與同時段降水總次數的百分比，稱為降水頻率。高于(或低于)某界限降水量的頻率總和，稱為降水保證率。降水保證率表示某一界限降水量出現的可靠程度。求算降水保證率的降水資料一般要求在30年以上。方法：對不同降水類型的區(qū)域，分區(qū)選擇代表站，統(tǒng)計分析各代表站不同保證率年降水的月分配過程，列出“主要測站不同保證率年降水量逐月分配表”和“代表站分時段平均

49、降水量統(tǒng)計表”。不同保證率年降水的月分配過程根據典型年內分配過程按同倍比縮放法推求。目的：以示年內分配及其在地區(qū)上的變化。典型年的選擇原則：年降水量接近設計頻率的年降水量；降水量年內分配具有代表性。（二）降水量的多年變化（兩個指標）1.統(tǒng)計各代表站年降水量變差系數Cv值或繪制Cv等值線圖年降水量變差系數Cv，（指年降水量的距平均數與多年平均降水量之比的百分數）值反映年降水量的年際變化。cv值大，說明年降水系列比較 離散，即年降水量的相對變化幅度大，該處水資源的開發(fā)利用也就不利。2.年降水量豐枯分級統(tǒng)計選擇一定數量具有長系列降水資料的代表站，分析旱澇周期變化，連澇連旱出現時間及變化規(guī)律，結合頻率

50、分析計算，可將年降水量劃分為5級:豐水年（P<12.5% )，偏豐水年（12.5%<P<37.5%)，平水年（37.5%<P<62.5%)，偏枯水年（62.5%<P<87.5%)，枯水年(P>87.5%)。由此對年降水量進行統(tǒng)計，以分析多年豐枯變化規(guī)律。第三節(jié)地表水資源量評價一、徑流分析計算（八項，徑流有關資料統(tǒng)計分析）原因：天然水資源是指在徑流形成過程中，基本上未受到人類活動，特別是水利設施影響的地表徑流量，它近似地保持徑流的天然狀態(tài)。由于人類活動的影響，使流域自然地理條件發(fā)生變化，影響地表水的產流、匯流過程，從而影響徑流在空間和時間上的變化，

51、使水文測站實測水文資料不能真實地反映地表徑流的固有規(guī)律。目的：全面、準確地估算各河系、地區(qū)的河川徑流量，需對流域內各選用測站實測水文資料分別進行還原計算，得出天然徑流量，然后進行評價。（一）分析內容年徑流特征值、地區(qū)分布、年內分配和多年變化表現：水文站分布圖；（觀測站及觀測值代表性分析）多年平均徑流深、變差系數Cv等值線圖；（徑流量多年年總變化大小分布）年徑流量偏差系數與變差系數Cv比值分區(qū)圖；（徑流量多年年總變化大小分布）同步期年徑流深和Cv等值線圖；（徑流量同期變化大小分布）多年平均最大4個月徑流量占全年徑流量的百分率圖；（徑流量集中程度分布）選用測站天然年徑流量特征值統(tǒng)計表；（原始數據及

52、擴展）主要測站年徑流量年內分配表。（徑流量集中程度分布）（二）資料的收集和審查1.資料的收集收集徑流資料的要求與收集降水資料的要求基本相同，主要內容有：(1)摘錄研究區(qū)域及其外圍有關水文站歷年流量資料，盡量選用正式刊印的水文年鑒資料；其次是專門站、臨時站的資料。選用資料：可靠，系統(tǒng)(2)收集流域自然地理資料，如地質、土壤、植被和氣象資料等。資料：全面(3)收集流域水利工程(包括水庫工程）指標、水庫蓄水變量、蒸發(fā)和滲漏資料，以及工農業(yè)用水資料。資料：相關資料，非直接資料(4)審查水文資料，包括測站沿革、斷面控制條件和測驗方法、精度以及集水面積等。資料：審查，要求準確可靠(5)選擇適當比例尺地形圖

53、，以此作為工作底圖（與降水量部分相同）。2.資料的審查徑流資料的審查原則和方法與降水資料審查相同。真實性和一致性。審查對象：將特大值和特小值及新中國成立前資料作為審查的重點。審查方法：對照分析；合理性分析。審查貫穿整個工作的各個環(huán)節(jié)。（三）徑流資料的還原計算1.還原計算的目的及要求目的：為使河川徑流計算成果基本上反映天然狀態(tài)，并使資料系列具有一致性，對水文測站以上受水利工程等影響而減少或增加的水量應進行還原計算。要求：收集足夠的準確的資料：還原計算應采用調查和分析計算相結合的方法，并盡量收集歷年逐月用水資料，如確有困難，可按用水的不同發(fā)展階段，選擇豐、平、枯典型年份，調查其年用水量和年內變化情

54、勢。2.還原計算內容人工影響的所有內容：測站以上大、中型水庫蓄變量，大、中型灌區(qū)耗水量，大、中型城市工業(yè)及生活用水量，跨流域引水量，河道分洪水量等，應直接采用實測或調查資料，并盡量按年逐月還原計算。小型灌區(qū)耗水量可按典型調查分析估算。3.還原計算方法1)分項調查法適用范圍：工農業(yè)用水（地表水部分）、水庫蓄水變量、水庫蒸發(fā)損失、水庫滲漏、跨流域引水及河道（決口）分洪等。方法：Wn=Wm+Wirr+Wind+Wret+Wree+Wfd+WresWn:還原后的天然水量；Wm:水文站實測水量；Wirr:灌溉耗水量；Wind:工業(yè)耗水量；Wret:計算時段始末水庫蓄水變量；Wree:庫水面蒸發(fā)量和相應陸

55、地蒸發(fā)量的差值；Wdiv:跨流域引水增加或減少的測站控制水量；Wfd:河道分洪水量；Wres:水庫滲漏量。估算還原水量：水庫蓄水變量、水庫蒸發(fā)損失、跨流域引水量、大型灌區(qū)引水量等，一般可應用實測資料進行計算；中、小型灌區(qū)引水量和一些跨流域引水量，缺乏資料時，可通過調查實灌面積和凈定額進行估算；河道（決口）分洪水量，應通過洪水調査或洪水分析計算來估算；關于水庫滲漏量，包括壩身滲漏、壩基滲漏和庫區(qū)滲漏三部分，在有壩下反濾溝的實測資料的水庫，可以此作為計算壩身滲漏的依據，但壩基和庫區(qū)滲漏難以直 接觀測，只能用間接方法粗略估算。如利用多次觀測的水庫水量平衡資料，建立水庫水位與潛水流量關系曲線，然后由庫水位求得潛流，即壩基和庫區(qū)滲漏量。山丘區(qū)泉水由于地下水開采后的還原方法有：當泉