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(guó)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)：中國(guó)城市水資源可持續(xù)利用，錢易主編，清華大學(xué)出版社，2002年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年流域水資源管理，阮本清等著，水利出版社，2001年城市水資源與水環(huán)境，許有鵬著，2001，水利學(xué)報(bào)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(kāi)展趨勢(shì)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(kāi)展趨勢(shì)；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章緒論水資源的根本含義水資源〔WaterResources〕：美國(guó)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?！洞蟛涣蓄嵈蟀倏迫珪罚喝孔匀唤缛魏涡螒B(tài)的水。廣義概念UNESCO和WTO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(guó)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?jī)蓚€(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(lái)反映。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、害的兩重性水資源研究現(xiàn)狀與開(kāi)展趨勢(shì)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(guò)程中，規(guī)劃問(wèn)題的特點(diǎn)：多目標(biāo)性、多任務(wù)性，〔2〕解決問(wèn)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(píng)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(kāi)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)——環(huán)境和生態(tài)——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。城市水資源問(wèn)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(méi)有有效利用而直接排放。對(duì)于我國(guó)北方缺水地區(qū)來(lái)說(shuō)，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(wèn)題。圖中虛線局部對(duì)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(duì)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(kāi)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(lái)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(kāi)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(wèn)題城市水資源問(wèn)題的研究主要是城市水資源的開(kāi)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(wèn)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(kāi)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(lái)儲(chǔ)存一局部水量，以便使洪水減少到最小?！?〕城市供水問(wèn)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?！?〕城市排水問(wèn)題城市排水系統(tǒng)的狀況直接影響到城市的正常運(yùn)行。在雨季城市澇水迅速排出對(duì)人民生活至關(guān)重要?！?〕城市水環(huán)境問(wèn)題由于工業(yè)迅速開(kāi)展，人口的增加，使得工業(yè)廢水和生活污水也迅速隨之增加，嚴(yán)重破壞了城市水生態(tài)環(huán)境。因此要深入開(kāi)展污水處理能力，控制廢污水的排放，健全城市水環(huán)境系統(tǒng)，使城市水資源和水環(huán)境呈現(xiàn)良性循環(huán)。4．2解決城市水資源問(wèn)題途徑〔1〕城市水資源的現(xiàn)代管理隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展和普及應(yīng)用，以系統(tǒng)論、信息論和控制論為理論根底開(kāi)展起來(lái)的現(xiàn)代信息、模擬、優(yōu)化、決策和控制技術(shù)也在城市水資源管理中得到了越來(lái)越廣的應(yīng)用。同時(shí)，將城市流域水系的空間信息、地理信息系統(tǒng)作支持，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市水資源的現(xiàn)代管理?！?〕城市節(jié)約用水。要提倡“節(jié)流優(yōu)先”的原那么，控制總體用水需求，全面節(jié)約用水?！?〕開(kāi)源。應(yīng)該從整個(gè)城市水資源系統(tǒng)的供水、用水以及排水系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)分析。首先在充分挖掘現(xiàn)有供水工程潛力的根底上，增加必要的蓄引水工程，以及必要的跨流域調(diào)水，海水淡化工程，廢污水的再利用等措施來(lái)努力增加城市水資源的數(shù)量?！?〕城市水環(huán)境保護(hù)。要加強(qiáng)水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，控制污染源，防止水污染和水質(zhì)惡化，對(duì)生活飲用水衛(wèi)生防；水循環(huán)系統(tǒng)的保護(hù)，促進(jìn)雨水、地表水、土壤水和地下水之間的“四水”轉(zhuǎn)換。按照我國(guó)的水管理相關(guān)立法和條例，目前與城市水系統(tǒng)有關(guān)的規(guī)劃通常包水資源利用與保護(hù)的任務(wù)和內(nèi)容水資源的循環(huán)、賦存與分布；重點(diǎn)：水資源評(píng)價(jià)、水量計(jì)算的理論(城市用水量預(yù)測(cè))和方法；水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)體系；取水構(gòu)筑物類型、適用范圍與運(yùn)行參數(shù)；重點(diǎn)：水資源供需平衡分析方法體系；節(jié)水理論、技術(shù)與指標(biāo)體系；重點(diǎn)：水資源保護(hù)與管理的內(nèi)容、方法和措施。第二章水資源的開(kāi)發(fā)利用狀況課題：水資源的開(kāi)發(fā)利用狀況目的要求：了解地球水量?jī)?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(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀；掌握中國(guó)水資源概況及開(kāi)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(kāi)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：地球水量?jī)?chǔ)存與循環(huán)地球水儲(chǔ)量與分布地球水儲(chǔ)量及分布總水量及分布——13.86億km3,海洋水體——13.38億km3,占96.5%，水圈面積3.61億km2，含鹽量35g/L陸地水體——0.48億km3,占3.5%，水圈面積3.61億km2，其中淡水為0.35億km3,占陸地水儲(chǔ)量的73%.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km3,占69.6%可利用——600m深度以內(nèi)的含水層、湖泊、河流、土壤中，0.10.65億km3,占30.4%淡水資源的分布世界上水資源最豐富的大洲——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%。結(jié)論可供人類利用的水資源是極為有限的——節(jié)約水資源；水資源是地區(qū)的開(kāi)展的制約因素；水資源的分布不均勻——優(yōu)化配置。地球上水循環(huán)地球上的水儲(chǔ)量只是在某一瞬間儲(chǔ)存在地球上不同空間位置上水的體積，以此來(lái)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(guò)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)——水在大氣圈、水圈、巖石圈之間的循環(huán)過(guò)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(guò)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)——陸地或者海洋本身的水單獨(dú)進(jìn)行循環(huán)的過(guò)程。陸地上的水，通過(guò)蒸發(fā)作用〔包括江、河、湖、水庫(kù)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(guò)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%。2.3水的社會(huì)循環(huán)取水——工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水——排水——水體2.4水的自然循環(huán)的作用輸送熱量和調(diào)節(jié)氣候的作用；淡水資源的不斷再生提供條件，有利于開(kāi)采利用；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?！?〕估算公式：式中：T一水的更替周期；q(t)——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(shuō)明T越小說(shuō)明水越活潑，有利于開(kāi)發(fā)利用。冰川、深層地下水和海洋水的更替周期很長(zhǎng)，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、河川水和土壤水最為活潑。周期較短，平均因此在開(kāi)發(fā)利用水資源過(guò)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(kāi)發(fā)，以防止由于更替周期長(zhǎng)或補(bǔ)給不及時(shí)，造成水資源的枯竭。水量平衡——從全球角度來(lái)認(rèn)識(shí)水的自然循環(huán)過(guò)程，其總水量是平衡的?！我粎^(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：——陸地蒸發(fā)量；——陸地降水量；——入海徑流量；陸——地研究時(shí)段內(nèi)蓄水量的變量。在短時(shí)期內(nèi)，時(shí)段蓄水量的變量可正可負(fù)。當(dāng)觀測(cè)年數(shù)趨近無(wú)窮大時(shí)，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：海洋：全球：3．2流域水量平衡根據(jù)水量平衡原理，對(duì)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；——時(shí)段內(nèi)的水蒸氣凝結(jié)量和蒸發(fā)量；——時(shí)段內(nèi)地面徑流和地下徑流流入量；時(shí)段內(nèi)地面徑流和地下徑流流出量；——時(shí)段初和時(shí)段末的蓄水量。令代表凈蒸發(fā)量，那么上式成為：對(duì)于閉合流域：令，，有全球水資源人類對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)利用的認(rèn)識(shí)過(guò)程。古代——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——興利除害，追求對(duì)水資源進(jìn)行多目標(biāo)開(kāi)發(fā)；現(xiàn)代——對(duì)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。全球水資源開(kāi)發(fā)利用狀況在過(guò)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(kāi)展中國(guó)家增幅大，工業(yè)化國(guó)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(kāi)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)1700~1800m3，是開(kāi)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(guó)的工業(yè)化水平。興旺國(guó)家——80年代初呈現(xiàn)零增長(zhǎng)狀態(tài)。而工業(yè)用水回收利用率持續(xù)提高。開(kāi)展中國(guó)家——隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，工業(yè)用水量還有較大的增長(zhǎng)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(duì)水資源的數(shù)量和質(zhì)量均具有較高的要求?？傮w說(shuō)來(lái)，全球的生活用水量?jī)H占全球總用水量的8%左右。對(duì)用水總量零增長(zhǎng)趨勢(shì)影響不大。全球水資源面臨問(wèn)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(guó)、加個(gè)家已經(jīng)占去了這些拿大、印度尼西亞、美國(guó)、印度、哥倫比亞和扎伊爾等。從未來(lái)的開(kāi)展趨勢(shì)看，由于社會(huì)對(duì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的重要制約因素，主要表現(xiàn)在：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(chǎng)為得到足夠的飲用水、灌溉用水和工業(yè)用水；2050年預(yù)測(cè)有2/3的人口面臨著嚴(yán)重缺水的局面。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(kāi)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km3污水排入江河湖海，污染了5500km3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(kāi)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(kāi)展中國(guó)家每年有2500萬(wàn)人死于飲用不潔凈的水，占所有開(kāi)展中國(guó)家死亡人數(shù)的1/3。全球水資源開(kāi)發(fā)利用趨勢(shì)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(jiàn)，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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的水資源開(kāi)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?！?〕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。水資源的開(kāi)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(kāi)展。由過(guò)去只單一強(qiáng)調(diào)最大限度獲取天然徑流量，無(wú)視水資源開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)源與節(jié)流”并重，優(yōu)先開(kāi)展污水再生回用，實(shí)現(xiàn)水資源的合理開(kāi)發(fā)，永續(xù)利用。中國(guó)水資源3.1中國(guó)水資源量概況根據(jù)《中國(guó)水資源公報(bào)1997》，我國(guó)淡水資源相比照較豐富，屬于豐水國(guó)家。但我國(guó)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(duì)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。3.2中國(guó)水資源時(shí)空分布特征我國(guó)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(guó)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(guó)地域分為五個(gè)不同水量級(jí)的徑流地帶。我國(guó)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(shuō)明河流徑流量與降水量之間的密切關(guān)系?！?〕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(guó)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(guó)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(wú)論年際或年內(nèi)分配都是如此。我國(guó)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(guò)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(jiàn)黃河沿年平均流量總體上呈現(xiàn)出明顯的逐年減少趨勢(shì)，其氣候傾向率達(dá)-1.9m3/s/10a。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(duì)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(lái)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(lái)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(shì)也反映出20世紀(jì)90年代以來(lái)年平均流量的顯著減少趨勢(shì)。分析黃河源區(qū)四季平均流量的變化趨勢(shì)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-1.575m3/s/10a,秋季-4.217m3/s/10a,可見(jiàn)四季平均流量均出現(xiàn)了一致的減少趨勢(shì)，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(guó)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(kāi)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(guó)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?！?〕我國(guó)降水量年內(nèi)分配的極不均勻性以及水資源合理開(kāi)發(fā)利用的難度，充分說(shuō)明我國(guó)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。中國(guó)水資源開(kāi)發(fā)利用據(jù)1997年水利部對(duì)全國(guó)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(guó)家相比，我國(guó)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(guò)大。隨著工業(yè)化、城市化的開(kāi)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。4.1農(nóng)業(yè)用水農(nóng)業(yè)是我國(guó)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(duì)象，占90%以上。4．2工業(yè)和生活用水近20年來(lái)，我國(guó)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(guó)家的工業(yè)與生活用水量占50%以上?！差A(yù)測(cè)與計(jì)算較困難〕我國(guó)人均日用水量為114L，但不同區(qū)域和不同城市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(guó)城鎮(zhèn)生活用水中占據(jù)重要的不可替代的地位。中國(guó)水資源面臨主要問(wèn)題5.1面臨主要問(wèn)題(1)水資源開(kāi)發(fā)過(guò)度，生態(tài)破壞嚴(yán)重人口的增加，經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城市生活對(duì)水資源的需求逐年在增加。由此，造成水資源的開(kāi)發(fā)程度偏高，局部地區(qū)超過(guò)水資源的最大允許開(kāi)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(kāi)展，大中城市供需矛盾日趨鋒利。中國(guó)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(kāi)展迅速，人口成倍增長(zhǎng)，人類對(duì)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(kāi)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(guò)量開(kāi)采，環(huán)境地質(zhì)問(wèn)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(kāi)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(wú)錫、寧波、嘉興、阜陽(yáng)、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(kāi)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(kāi)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子濃度增加，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(guó)污廢水年排放量370多億m3，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(guó)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(guó)水體的另一個(gè)重要污染源。(5)水資源開(kāi)發(fā)利用缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和有效管理目前，對(duì)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(kāi)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(cè)系統(tǒng)不健全。措施：水資源數(shù)量與質(zhì)量的正確評(píng)價(jià)，供需平衡的合理分析、水資源開(kāi)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(lái)長(zhǎng)期的開(kāi)展Lundin等人提出的城市水系統(tǒng)可持續(xù)開(kāi)展指標(biāo)環(huán)境技術(shù)系統(tǒng)尺度推薦指標(biāo)單位水源取水年取水量/年可用水量%水質(zhì)磷濃度mgL-1水源保護(hù)受保護(hù)的水源比例%飲用水用水人均日用水量m3cap-1d-1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%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%廢水廢水的產(chǎn)生廢水的日產(chǎn)量m3cap-1d-1廢水收集系統(tǒng)廢水的產(chǎn)量/用水量%處理能力BOD5、磷和氮的排放濃度mgL-1受納水體負(fù)荷BOD5、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)-1廢水處理能量使用量去除單位BOD5的化學(xué)藥劑用量kgcap-1y-1污泥污泥處置/再利用污泥處置或再利用的數(shù)量kgcap-1y-1營(yíng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需的運(yùn)輸距離m第3章水資源量評(píng)價(jià)課題：水資源量評(píng)價(jià)目的要求：掌握河流徑流計(jì)算，以及地表水資源量評(píng)價(jià)方法和地下水資源量評(píng)價(jià)方法。教學(xué)重點(diǎn)：地表水資源量評(píng)價(jià)方法地下水資源量評(píng)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(píng)價(jià)方法。教學(xué)內(nèi)容與步驟：水資源評(píng)價(jià)是保證水資源持續(xù)開(kāi)展的前提，是水資源開(kāi)發(fā)利用的根底。水資源評(píng)價(jià)包括水資源數(shù)量評(píng)價(jià)、水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)和水資源利用評(píng)價(jià)及綜合評(píng)價(jià)。水資源數(shù)量評(píng)價(jià)是水資源評(píng)價(jià)的重要組成局部，通過(guò)水資源數(shù)量評(píng)價(jià)可以確定可利用的水資源的數(shù)量，因此水資源評(píng)價(jià)是水資源開(kāi)發(fā)利用與管理的重要依據(jù)。水資源評(píng)價(jià)的原那么：遵循地表水與地下水統(tǒng)一評(píng)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(kāi)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(duì)水資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。ξ3.1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(guó)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(lái)表示。年降水量的極值比〔1〕年降水量的極值比：式中：——年最大降雨量；——年最小降雨量；說(shuō)明：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(kāi)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?！?〕年降水量變差系數(shù)變差系數(shù)〔離差系數(shù)或離勢(shì)系數(shù)〕——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(duì)離散程度的參數(shù)，變差系數(shù)為一無(wú)量綱的數(shù)。均方差式中：——均方差；——均值，變差系數(shù)年降水量變差系數(shù)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(lái)源。我國(guó)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(guò)程。我國(guó)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。〔2〕地下水補(bǔ)給地下水對(duì)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(lái)自大氣降水補(bǔ)給，但與降水對(duì)河川補(bǔ)給的最大差異在于地下水補(bǔ)給是經(jīng)過(guò)地下水的調(diào)節(jié)作用后再對(duì)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(guó)水資源評(píng)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(guó)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，這是一種特殊的地下水補(bǔ)給類型?！?〕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(guò)程。此種補(bǔ)給類型在全國(guó)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(guó)范圍看，年徑流深度分布的總體趨勢(shì)是由東南向西北遞減?！?〕徑流量的動(dòng)態(tài)變化變差系數(shù)值來(lái)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。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(lái)源的性質(zhì)和變化規(guī)律。地下水補(bǔ)給來(lái)源的河川徑流量的季節(jié)變化相比照較??；而以降水作為主要補(bǔ)給來(lái)源的我國(guó)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(jiǎn)稱徑流——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(guò)程——徑流隨時(shí)間的變化過(guò)程。〔2〕徑流的特征值流量Q——單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)河流某一斷面的水量，m3/S表示。由實(shí)測(cè)的各時(shí)刻流量可繪出流量隨時(shí)間的變化過(guò)程Q-t線稱流量過(guò)程線。徑流總量Wt——一定的時(shí)段內(nèi)通過(guò)河流過(guò)水?dāng)嗝娴目偹浚瑔挝粸閙3。徑流深度——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)——單位流域面積上產(chǎn)生的流量。徑流系數(shù)——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?！?〕陸地實(shí)際蒸發(fā)量——指某一地區(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3100,118,3414。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(cè)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(guó)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=〔Δ〔R/L〕+γEa〕/〔Δ+γ〕其中Δ=〔es-ea〕/〔Ts-Ta〕為飽和水汽壓對(duì)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(guó)和瑞典的資料建立經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式R=Ra〔1─α〕〔0.18+0.55n/N〕─σTa〔0.56─0.092ed〕〔0.10+0.90n/N〕Ra是天文輻射，α是蒸發(fā)面反射率，n/N是日照百分率，σ是斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)，Ta是以絕對(duì)溫度表示的氣溫；L為蒸發(fā)潛熱；γ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)?！?〕干旱指數(shù)——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)?！?〕巖石中水的存在形式結(jié)合水——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——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——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——能夠透過(guò)并給出相當(dāng)數(shù)量水的巖層，隔水層——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(lái)源地下水的分類地下水類型概念圖地下水的循環(huán)——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——大氣降水和地表水的滲入，水汽的凝結(jié)，人工補(bǔ)給。排泄——泉、河流、蒸發(fā)、人工排泄地下徑流率也稱為地下徑流模數(shù)——1km2含水層面積上地下水流量(m3/s·km2)。式中：A——地下水徑流面積，km2Q——一年內(nèi)在面積A上的地下徑流量，m32．2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)——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(guò)砂體的地下水量，m3/d——在滲流途徑L長(zhǎng)度上上下游過(guò)水?dāng)嗝嫔系乃^損失，L——滲流途徑長(zhǎng)度，m；——滲流的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2K——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——謝才公式ξ3.2地表水資源量評(píng)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(píng)價(jià)的內(nèi)容單站徑流資料統(tǒng)計(jì)分析；主要河流年徑流量計(jì)算；分區(qū)地表水資源量計(jì)算；地表水資源時(shí)空分布特征分析；地表水資源可利用量估算；人類活動(dòng)對(duì)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(duì)河流水文現(xiàn)象的長(zhǎng)期觀察和分析研究——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(guò)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?！?〕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?！?〕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(zhǎng)期的、系統(tǒng)的觀測(cè)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(duì)象和資料條件，采取各種有效的分析研究方法?！?〕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(guò)對(duì)觀測(cè)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(cè)未來(lái)的水文情勢(shì)。〔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(cè)資料比較少的地區(qū)可以借用鄰近地區(qū)的資料來(lái)進(jìn)行推算?！?〕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(kāi)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(lái)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(cè)數(shù)據(jù)〔有幾十年〕，分析各實(shí)測(cè)值的出現(xiàn)頻率及其抽樣誤差——降水和徑流現(xiàn)象的特征值——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)算經(jīng)驗(yàn)頻率曲線經(jīng)驗(yàn)頻率曲線理論頻率曲線外延確定不同頻率下水文特征值(1)計(jì)算步驟(2)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〔2〕變差系數(shù)Cv〔3〕偏差系數(shù)——反映系列在均值兩邊的對(duì)稱程度。式中：Ki——模比系數(shù)〔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(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱為多少年一遇。當(dāng)為了防洪研究暴雨洪水問(wèn)題時(shí)，一般設(shè)計(jì)頻率小于50%：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%：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(duì)測(cè)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(guò)長(zhǎng)，最多不超過(guò)實(shí)測(cè)年數(shù)；相關(guān)曲線外延局部一般不超過(guò)實(shí)測(cè)點(diǎn)距變幅的30%。插補(bǔ)延展資料系列經(jīng)常使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(duì)這種關(guān)系的密切程度進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；②確定變量間的數(shù)量關(guān)系——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(duì)其進(jìn)行誤差估計(jì)。年徑流量分析年徑流量的根本概念年徑流量一個(gè)年度內(nèi)通過(guò)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(cè)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(cè)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(kāi)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(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的年徑流量。平均年徑流量計(jì)算資料充分時(shí)年徑流量的推求——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。資料缺乏時(shí)年徑流量的推求如果實(shí)測(cè)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(cè)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。缺乏實(shí)測(cè)資料情況下年徑流量的推求①等值線圖法②水文比較法或擬建的山東海陽(yáng)核電廠擬采用盤石、里店兩中型水庫(kù)作為淡水供水水源,由于盤石、里店兩中型水庫(kù)沒(méi)有實(shí)測(cè)水文資料，但流域附近有龍角山大型水庫(kù)流域下墊面條件與盤石、里店兩水庫(kù)相似，降雨特性相似,且有較長(zhǎng)系列的徑流資料,采用水文比較法計(jì)算兩水庫(kù)的天然年徑流量,復(fù)原為現(xiàn)狀來(lái)水量，通過(guò)時(shí)歷法多年調(diào)節(jié)計(jì)算，計(jì)算出水庫(kù)向核電廠的供水量。為了檢驗(yàn)盤石、里店兩水庫(kù)設(shè)計(jì)枯水年時(shí)向核電廠供水的可靠性，對(duì)用水文比較法求得的兩水庫(kù)的天然年徑流量序列(以下簡(jiǎn)稱為樣本序列)進(jìn)行隨機(jī)過(guò)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，生成模擬序列，并對(duì)其作長(zhǎng)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。某一頻率下的設(shè)計(jì)年徑流有實(shí)測(cè)資料情況下設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算①分析實(shí)測(cè)資料有無(wú)代表性，對(duì)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。缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算徑流復(fù)原計(jì)算人類活動(dòng)對(duì)徑流在空間和時(shí)間上變化的影響；實(shí)測(cè)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(duì)實(shí)測(cè)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?！?〕分項(xiàng)調(diào)查法——分項(xiàng)調(diào)查法是針對(duì)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)的方法為對(duì)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?！?〕降水徑流模式法——建立降水和徑流的關(guān)系模式。第一步通過(guò)建立未受人類活動(dòng)顯著影響時(shí)期的降水徑流之間的關(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?美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局(USDASCS)開(kāi)發(fā)的用來(lái)估算無(wú)資料區(qū)徑流量和洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀猄CS模型已得到公認(rèn)和普遍推廣。徑流方程：Q——為徑流深S———潛在最大入滲量(mm)P———一次降雨的總量(mm)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(duì)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。分區(qū)地表水資源量評(píng)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(píng)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。〔1〕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(méi)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。地表水資源時(shí)空分布特征地表水資源的地區(qū)分布特征平均年徑流深和Cv等值線天然年徑流系列水文站平均年徑流深和Cv等值線天然年徑流系列水文站(300~5000km2)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。ξ3.2地下水資源量評(píng)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(guó)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。地下水資源分類的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(kāi)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(kāi)采動(dòng)態(tài)觀測(cè)資源，具有解決水源地具體問(wèn)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(cè)資料和互阻抽水試驗(yàn)或試驗(yàn)性開(kāi)采抽水試驗(yàn)，結(jié)合不同開(kāi)采方案和枯水年組合系列，對(duì)允許開(kāi)采量進(jìn)行比照計(jì)算，預(yù)測(cè)地下水開(kāi)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(kāi)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(duì)地下水允許開(kāi)采量只要求概算。補(bǔ)給量：指天然或開(kāi)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?？衫觅Y源〔允許開(kāi)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(kāi)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(píng)價(jià)的內(nèi)容、原那么與一般程序〔1〕地下水資源評(píng)價(jià)的內(nèi)容地下水資源評(píng)價(jià)根據(jù)水文地質(zhì)條件和需水量要求——開(kāi)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(duì)開(kāi)采量的平衡、調(diào)節(jié)作用，評(píng)價(jià)開(kāi)采的穩(wěn)定性；確定合理的允許開(kāi)采量。地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)綜合評(píng)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(kāi)采過(guò)程中水質(zhì)、水溫的變化趨勢(shì)，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(chǎng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測(cè)。開(kāi)采技術(shù)條件評(píng)價(jià)允許水位降。要在計(jì)算開(kāi)采量的同時(shí)，計(jì)算整個(gè)開(kāi)采過(guò)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(kāi)采后果評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)地下水開(kāi)采對(duì)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(wèn)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?！?〕地下水資源評(píng)價(jià)的原那么“三水”轉(zhuǎn)化，統(tǒng)一考慮與評(píng)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(duì)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(píng)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(kāi)采量和開(kāi)采方案，既有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，又使開(kāi)采帶來(lái)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α值的方法較多，目前多采用動(dòng)態(tài)觀測(cè)法計(jì)算、此外還有水平衡法、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！?〕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(kāi)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——定量——定性的過(guò)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(duì)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(duì)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——指能否充分的利用勘探工程提供的各種資料數(shù)據(jù)，來(lái)反映勘察工作的成果，滿足計(jì)算精度的要求。解析法——解析公式計(jì)算允許開(kāi)采量數(shù)值法——離散化方法將求解非線性的偏微分方程問(wèn)題，有限單元法和有限差分法。③數(shù)學(xué)模型的選擇——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(cè)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(chǎng)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(wú)縫不重疊的三角形〔有限元法〕或方形、矩形〔有限差分法〕拼湊成的連續(xù)但不光滑的水頭折面代替，將非線性問(wèn)題簡(jiǎn)化為線性問(wèn)題求解。⑥模型的識(shí)別與檢驗(yàn)?zāi)Ｐ妥R(shí)別是用實(shí)測(cè)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(wèn)題。有：直接法間接法⑦允許開(kāi)采量的數(shù)值預(yù)報(bào)含允許開(kāi)采量計(jì)算是利用經(jīng)過(guò)多層次反復(fù)校正和檢驗(yàn)的地下水模型，結(jié)合選定的開(kāi)采方案，用正演計(jì)算模擬不同開(kāi)采方案的地下水流場(chǎng)，以最大允許水位降作為約束條件，進(jìn)行開(kāi)采量的數(shù)值預(yù)報(bào)，在反復(fù)模擬調(diào)試中，優(yōu)化開(kāi)采方案和開(kāi)采量，直到滿足為止。⑧開(kāi)采試驗(yàn)法開(kāi)采試驗(yàn)法指用探采結(jié)合的方法，直接開(kāi)鑿勘探生產(chǎn)井，按開(kāi)采條件〔包括布井方案、開(kāi)采降深和開(kāi)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(kāi)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(píng)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(guò)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(shuō)明抽水量已超過(guò)開(kāi)采條件下的補(bǔ)給量?jī)纱尾煌髁康某樗囼?yàn)值核對(duì)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(guò)對(duì)旱季“空庫(kù)”與雨季“回填”的含水層機(jī)制進(jìn)行模擬，以此評(píng)價(jià)最大允許開(kāi)采量。它要求具備兩個(gè)條件：一是可借用的儲(chǔ)存量必須滿足旱季的連續(xù)穩(wěn)定開(kāi)采；二是雨季補(bǔ)給必須在平衡當(dāng)時(shí)開(kāi)采的同時(shí)，保證能全部補(bǔ)償借用的儲(chǔ)存量?！?0〕水均衡法根據(jù)物質(zhì)守恒原理，研究地下水的補(bǔ)給、消耗與儲(chǔ)存之間的數(shù)量轉(zhuǎn)換關(guān)系，評(píng)價(jià)允許開(kāi)采量?！?1〕相關(guān)分析法根據(jù)抽水試驗(yàn)資料或開(kāi)采歷史資料，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法找出開(kāi)采量和水位降等因素之間的相關(guān)關(guān)系〔即統(tǒng)計(jì)規(guī)律〕，建立相關(guān)程度密切的回歸方程，在不改變其物理背景〔如補(bǔ)給條件、開(kāi)采條件等〕的前提下，外推未來(lái)開(kāi)采時(shí)允許開(kāi)采量?！?2〕地下水文分析法巖溶管道截流總和法；地下徑流模數(shù)法；流量過(guò)程線分割法；水文分析法中的頻率分析。第四章供水資源水質(zhì)評(píng)價(jià)課題：供水資源水質(zhì)評(píng)價(jià)目的要求：掌握水資源的水質(zhì)指標(biāo)；了解美國(guó)和歐盟的水質(zhì)指標(biāo)，與我國(guó)的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行比照，了解水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)展方向。掌握水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。教學(xué)重點(diǎn)：水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)成及主要的水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)；水質(zhì)評(píng)價(jià)方法。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：1、水質(zhì)指標(biāo)體系與天然水化學(xué)組成水中物質(zhì)組分按其存在狀態(tài)可分為三類：懸浮、溶解物和膠體物質(zhì)。浮物是由大于分子尺寸的顆粒組成，它們靠浮力和粘滯力懸浮于水中。溶解物質(zhì)那么由分子或離子組成，它們被水的分子結(jié)構(gòu)所支承。膠體物質(zhì)那么介于懸浮物質(zhì)與溶解物質(zhì)之間4．1、物理性水質(zhì)指標(biāo)感官物理性狀指標(biāo)：溫度、色度、嗅和味、渾濁度、透明度等。其他的物理性水質(zhì)指標(biāo)，如總固體、懸浮固體、可沉固體、電導(dǎo)率〔電阻率〕等。4.2、化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)一般的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如PH、堿度、硬度、各種陽(yáng)離子、各種陰離子、總含鹽量、一般有機(jī)物質(zhì)等。有毒的化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)，如：各種重金屬、氰化物、多環(huán)芳烴、鹵代烴、各種農(nóng)藥等。氧平衡指標(biāo)：如溶解氧〔DO〕、生物需氧量〔BOD〕、化學(xué)需氧量〔COD〕、總需氧量〔TOD〕4.3、生物學(xué)水質(zhì)指標(biāo)一般包括細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌數(shù)、各種病原細(xì)菌、病毒等。2生活飲用水與飲用水源水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)生活用水主要有生活飲用水和生活雜用水兩局部構(gòu)成。2.1、生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)飲用水與健康咨詢表〔U.S.EPA)〔第一類〕與〔第二類飲用水標(biāo)準(zhǔn)〕世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水標(biāo)準(zhǔn)2.2、飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)〔1〕水的物理性狀評(píng)價(jià)飲用水的物理性質(zhì)應(yīng)當(dāng)是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、不含可見(jiàn)物及清涼可口。〔2〕水中普通鹽類評(píng)價(jià)〔3〕水中有毒物質(zhì)的限定水中的有毒物質(zhì)包括有機(jī)的和無(wú)機(jī)的。目前，各國(guó)對(duì)有毒物質(zhì)限定的數(shù)量各不相同，主要基于對(duì)有毒物質(zhì)的毒理性的研究程度和水平。我國(guó)的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)氟化物、氰化物、砷、硒、汞、鎘〔六價(jià)〕、鉛、銀、硝酸鹽、仿、四氯化碳、苯并芘、滴滴涕、六六六?！?〕對(duì)細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的限制受生活污染的水中，常含有各種細(xì)菌、病原菌和寄生蟲等然而由于條件的限制，對(duì)水中的細(xì)菌、特別是病原菌不是隨時(shí)都能檢出的，因此為了保障人體健康和預(yù)防疾病，以及便于隨時(shí)判斷致病的可能性和水受污染的程度。將細(xì)菌總數(shù)和大腸桿菌作為指標(biāo)，確定水受生活及糞便污染的程度。①細(xì)菌總數(shù)，指水在相當(dāng)于人體溫度〔37℃〕下經(jīng)24h培養(yǎng)后，每升水中所含各種細(xì)菌的總個(gè)數(shù)。飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每毫升中細(xì)菌總數(shù)不得超過(guò)100個(gè)。②大腸桿菌數(shù)，大腸桿菌本身并非致病菌，對(duì)人體無(wú)害。但水中有大腸桿菌說(shuō)明水體已被糞便污染，進(jìn)而說(shuō)明存在有病原菌的可能性。飲用水標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定每升水中大腸桿菌不能超過(guò)3個(gè)。3工業(yè)用水質(zhì)量評(píng)價(jià)不同的工業(yè)生產(chǎn)，如造紙、化工、印染、冶煉、電子、食品等對(duì)供水水質(zhì)的要求和限定的水體關(guān)鍵化學(xué)組分具有較大的差異性。3.1、鍋爐用水的水質(zhì)評(píng)價(jià)成垢作用起泡作用——起泡作用主要是指水沸騰時(shí)產(chǎn)生大量氣泡的作用腐蝕作用——水通過(guò)化學(xué)的、物理化學(xué)的或其他作用對(duì)材料的侵蝕破壞3.2、農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為了保護(hù)農(nóng)田土壤、地下水源〔防止灌溉水入滲、尤其是污灌水入滲污染地下水水源〕以及保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，需要，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，保障人民身體健康，我國(guó)頒發(fā)了《農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，作為農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)評(píng)價(jià)的依據(jù)。第五章水資源供需平衡分析課題：水資源供需平衡分析目的要求：掌握可供水量與需水量的供求關(guān)系分析〔分不現(xiàn)時(shí)期、不同部門〕掌握水資源總體規(guī)劃方法，供水量與需水量的預(yù)測(cè)方法；了解水資源余缺分布特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)：需水量預(yù)測(cè)方法；水資源系統(tǒng)的動(dòng)模擬的實(shí)例分析，水資源系統(tǒng)的動(dòng)模擬分析，水資源規(guī)劃。教學(xué)課時(shí)：6h教學(xué)方法：課堂教學(xué)教學(xué)內(nèi)容與步驟：5.1概述2003年前后，我國(guó)用水總量為7000~8000億m3，而實(shí)際可利用的水資源量約為8000~9500億m3，需水量已接近可能利用水量的極限。因此，必須要有這方面的憂患意識(shí)，重視節(jié)水工作，科學(xué)地開(kāi)展水資源供需平衡戰(zhàn)略研究，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。、水資源供需平衡分析的目的和意義〔1〕目的通過(guò)可供水量和需水量的分析，弄清楚水資源總量的供需現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題；通過(guò)不同時(shí)期不同部門的供需平衡分析，預(yù)測(cè)未來(lái)，了解水資源余缺的時(shí)空分布；針對(duì)水資源供需矛盾，進(jìn)行開(kāi)源節(jié)流的總體規(guī)劃，明確水資源綜合開(kāi)發(fā)利用保護(hù)的主要目標(biāo)和方向，以期實(shí)現(xiàn)水資源的長(zhǎng)期供求方案?！?〕意義在水資源的開(kāi)發(fā)利用中獲得最大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境效益；滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展對(duì)水量和水質(zhì)的日益增長(zhǎng)的需求；促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)開(kāi)展。水資源供需平衡分析的原那么近期和遠(yuǎn)期相結(jié)合流域和區(qū)域相結(jié)合綜合利用和保護(hù)相結(jié)合水資源供需平衡分析的方法〔1〕系列法——按雨情、水情的歷史系列資料進(jìn)行逐年的供需平衡分析計(jì)算?！?〕典型年法——僅根據(jù)雨情、水情具有代表性的幾個(gè)不同年份進(jìn)行分析計(jì)注意：根底數(shù)據(jù)〔如水文系列資料、水文地質(zhì)的有關(guān)參數(shù)等〕的質(zhì)量是至關(guān)重要的，其將直接影響到供需分析成果的合理性和實(shí)用性。5.2水資源供需平衡分析的典型年法典型年法的涵義典型年〔又稱代表年〕法，是指對(duì)某一范圍的水資源供需關(guān)系，只進(jìn)行典型年份平衡分析計(jì)算的方法。平水年——P=50%；一般枯水年——P=75%；特別枯水年——P=90%〔95%〕計(jì)算分區(qū)和計(jì)算時(shí)段區(qū)域劃分弄清水資源供需平衡要素在各地區(qū)之間的差異；將大區(qū)域劃分成假設(shè)干個(gè)小區(qū)后，可以使計(jì)算分析得到相應(yīng)的簡(jiǎn)化，便于研究。原那么：〔1〕盡量按流域、水系劃分，對(duì)地下水開(kāi)采區(qū)應(yīng)盡量按同一水文地質(zhì)單元?jiǎng)澐郑阌谒闱逅~?！?〕盡量照顧行政區(qū)劃的完整性。資料的收集和統(tǒng)計(jì)，開(kāi)發(fā)利用、保護(hù)、管理?！?〕盡量不打亂供水、用水、排水系統(tǒng)。計(jì)算時(shí)段的劃分區(qū)域水資源計(jì)算時(shí)段可分別采用年、季、月、旬和日，選取的時(shí)段長(zhǎng)度要適宜，劃得太大往往會(huì)掩蓋供需之間的矛盾，太小工作量大且根底數(shù)據(jù)困難。典型年和水平年確實(shí)定.1不同頻率典型年確實(shí)定〔1〕典型年來(lái)水量的選擇——徑流、降水〔2〕典型年來(lái)水量的分布——多個(gè)頻率相近年份.2水平年：現(xiàn)狀、近期(5或10)、遠(yuǎn)景(15或20)、遠(yuǎn)景設(shè)想(30或50)可供水量和需水量的分析計(jì)算.1可供水量可供水量：可供水量是指不同水平年、不同保證率或不同頻率條件下通過(guò)工程設(shè)施可提供的符合一定標(biāo)準(zhǔn)的水量可供水量的影響因素：來(lái)水條件用水條件工程條件水質(zhì)條件可供水量，要分類、分工程、分區(qū)逐項(xiàng)逐時(shí)段計(jì)算可供水量，要分類、分工程、分區(qū)逐項(xiàng)逐時(shí)段計(jì)算.2典型年法中供水保證率的概念供水保證率——指多年供水過(guò)程中，供水得到保證的年數(shù)占總年數(shù)的百分?jǐn)?shù)。式中：P——供水保證率；m——保證正常供水的年數(shù)；n——供水總年數(shù)。.3需水量河道內(nèi)用水包括水力發(fā)電、航運(yùn)、放木、沖淤、環(huán)境、旅游等。河道內(nèi)用水一般并不耗水，但要求有一定的流量、水量和水位，其需水量應(yīng)按一水多用原那么進(jìn)行組合計(jì)算。河道外用水包括城市用水和農(nóng)業(yè)用水。城市用水又分工業(yè)用水、生活用水和環(huán)境用水。1工業(yè)用水量〔1〕工業(yè)用水的計(jì)算〔2〕工業(yè)用水的預(yù)測(cè)趨勢(shì)法——用歷年工業(yè)用水量增長(zhǎng)率來(lái)推算未來(lái)工業(yè)用水量。相關(guān)法：工業(yè)用水的統(tǒng)計(jì)參數(shù)〔如單位產(chǎn)值耗水量、工業(yè)用水增長(zhǎng)率等〕與工業(yè)產(chǎn)值有一定的相關(guān)關(guān)系分行業(yè)重復(fù)利用率提高法：對(duì)于資料比較齊全的地方，一般采用按冶金、電力、煤炭、石化、化工、機(jī)械、建筑、食品、紡織、縫紉、皮革、造紙、文教、木材等個(gè)行業(yè)或部門推算工業(yè)用水量，該法采用萬(wàn)元產(chǎn)值用水量和重復(fù)利用率這二個(gè)指標(biāo)來(lái)推算工業(yè)開(kāi)展用水〔2〕生活用水〔3〕農(nóng)業(yè)用水農(nóng)業(yè)灌溉用水量的計(jì)算和預(yù)測(cè)影響因素：作物需水量、灌溉制度、灌溉用水量農(nóng)業(yè)其他用水量農(nóng)村居民生活用水、牲畜用水、漁業(yè)用水、村辦企業(yè)用水第六章取水工程課題：取水工程目的要求：掌握取水位置的選擇的原那么與方法；掌握地表水與地下水的取水構(gòu)筑物的特點(diǎn)及選擇用方法。教學(xué)重點(diǎn)：取水構(gòu)筑物的構(gòu)造特點(diǎn)及適用條件；取水位置的選擇方法；地下水取水量確實(shí)定方法。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：6.1地表水資源供水特征與水源選擇地表水源的供水特征水量大，總?cè)芙夤腆w含量較低，硬度一般較小；時(shí)空分布不均，受季節(jié)影響大；保護(hù)能力差，容易受污染；泥沙和懸浮物含量較高，常需凈化處理后才能使用；取水條件及取水構(gòu)筑物一般比較復(fù)雜。水源地選擇原那么水源的勘察技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較設(shè)計(jì)枯水流量的保證率地下水與地表水聯(lián)合使用取水源的衛(wèi)生防護(hù)6.2地表水取水工程地表水體可分為江河、湖泊、水庫(kù)賀海洋影響地表水取水的主要因素.1取水河段的徑流特征河流歷年的最小流量和最低水位；河流歷年的最大流量和最高水位；河流歷年的月平均流量、月平均水位以及年平均流量和年平均水位；河流歷年春秋兩季流冰期的最大、最小流量和最高、最低水位；其他情況下，如潮汐、形成冰壩冰塞時(shí)的最高水位及相應(yīng)流量；上述相應(yīng)情況下河流的最大、最小和平均水流速度及其在河流中的分布情況。.2河流的泥沙運(yùn)動(dòng)及河床演變泥沙運(yùn)動(dòng)河床演變泥沙運(yùn)動(dòng)河床演變縱向變形橫向變形單向變形往復(fù)變形.3河床與岸坡的巖性和穩(wěn)定性取水構(gòu)筑物的位置應(yīng)選在河岸穩(wěn)定、巖石露頭、未風(fēng)化的基巖上或地質(zhì)條件較好的河床處。必須防止選在不穩(wěn)定的岸坡，如崩塌和滑坡的河岸，一般也不能建在淤泥、流沙層和巖溶的地區(qū)，如因地區(qū)條件限制無(wú)法防止時(shí)，要采取可靠的工程措施。.4河流的冰凍情況北方地區(qū)：冰凍過(guò)程對(duì)河流正常情況的影響，春、冬季冰期出現(xiàn)和延續(xù)的時(shí)間，流冰在河流中的分布運(yùn)動(dòng)情況，最大冰塊面積、厚度及運(yùn)動(dòng)情況。.5河道中水工構(gòu)筑物及天然障礙物水工構(gòu)筑物及天然障礙物會(huì)引起河床沉積、沖刷、變形，并影響水質(zhì)地表水取水位置的選擇.1地表水取水位置的選擇(1)取水點(diǎn)應(yīng)設(shè)在具有穩(wěn)定河床、靠近主流和有足夠水深的地段;〔2〕取水點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在水質(zhì)較好的地段〔3〕取水點(diǎn)應(yīng)設(shè)在具有穩(wěn)定的河床及岸邊，有良好的工程地質(zhì)條件的地段，并有較好的地形及施工條件〔4〕取水點(diǎn)應(yīng)盡量靠近主要用水區(qū)〔5〕取水點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)人工構(gòu)筑物和天然障礙物的影響；如橋梁、丁壩、碼頭、攔河閘壩、陡崖、石嘴〔6〕取水點(diǎn)應(yīng)盡可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮、支流和咸潮等影響〔7〕取水點(diǎn)的位置應(yīng)與河流的綜合利用相適應(yīng)，不阻礙航運(yùn)和排洪，并符合河道、湖泊、水庫(kù)整治規(guī)劃的要求；〔8〕供生活飲用水的地表水取水構(gòu)筑物的位置，應(yīng)位于城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)上游的清潔河段。地表水取水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)的一般原那么〔1〕江河大型取水構(gòu)筑物，在以下情況下應(yīng)在設(shè)計(jì)前進(jìn)行水工模型試驗(yàn)。①當(dāng)大型取水構(gòu)筑物的取水量占河道最枯流量的比例較大時(shí)；②由于河道及水文條件復(fù)雜，需采取復(fù)雜的河道整治措施時(shí)；③設(shè)置壅水構(gòu)筑物的情況復(fù)雜時(shí)；④擬建的取水構(gòu)筑物對(duì)河道會(huì)產(chǎn)生影響，需采取相應(yīng)的有效措施時(shí)?！?〕城市供水水源的設(shè)計(jì)枯水流量保證率一般可采用90%~97%；設(shè)計(jì)枯水位的保證率一般可采用90~99%〔3〕取水構(gòu)筑物應(yīng)根據(jù)水源情況，采取防止以下情況發(fā)生的相應(yīng)保護(hù)措施：①漂浮物、泥沙、冰凌、冰絮和水生生物的阻塞；②洪水沖刷、淤積、冰凍層擠壓和雷擊的破壞；③冰凌、木筏和船只的撞擊?！?〕取水構(gòu)筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期不得低于100年?！?〕取水構(gòu)筑物的沖刷深度應(yīng)通過(guò)調(diào)查與計(jì)算確定。〔6〕在通航河道上，應(yīng)根據(jù)航運(yùn)部門的要求在取水構(gòu)筑物處設(shè)置標(biāo)志?！?〕含沙量的河流的取水構(gòu)筑物，應(yīng)預(yù)留設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的總淤積高度，并考慮淤積引起的水位變化。地表水取水構(gòu)筑物分類及設(shè)置原那么.1地表水取水構(gòu)筑物的分類取水構(gòu)筑物型式的選擇，應(yīng)根據(jù)取水量和水質(zhì)要求，結(jié)合河床地形及地質(zhì)、河床沖淤、水深及水位變幅、泥沙及漂浮物、冰情和航運(yùn)等因素，并充分考慮施工條件和施工方法，在保證平安可靠的前提下，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。取水工程建成后要不影響河床的穩(wěn)定性固定式取水構(gòu)筑物岸邊或河床上直接修建的固定的取水設(shè)施稱為固定式取水構(gòu)筑物。固定式取水構(gòu)筑物按取水點(diǎn)的位置和特點(diǎn)，可分為岸邊式河床式斗槽式.1固定式取水構(gòu)筑物的根本型式底板呈階梯布置底板呈水平布置底板呈水平布置〔立式泵〕分建式〔2〕河床式取水構(gòu)筑物的型式①自流管式②虹吸管式③水泵直接吸水式④橋墩式⑤濕式豎井泵房6.4地下水取水構(gòu)筑物的類型和適用條件1、管井最為常見(jiàn)，對(duì)含水層的適應(yīng)能力強(qiáng)，施工機(jī)械化程度高，用于開(kāi)采深層地下