水资源学概论

水资源学概论第一章绪论第一节水问题与水资源的重要性二、水生存与水经济人类赖以生存的基本资源：土地与水源生活用水：城市人均用水量中国为每天为90升，中小城市50-70，深圳市为400，农村人均用水15-40；欧美500升，最高为600升。工业用水：在中国，每万元工业产值需水300-800立方米生产用水，吨钢18-25，汽车40-50，吨纸130-160，吨维生素36万火电发电60万kw的电厂用水2945-3926立方米〃小时农业用水：1kg玉米600-800kg，1kg水稻800-1200kg，1kg皮棉5000kg四、水与水资源的重要性❖水是生命的创造者；❖水是气候环境的调节器；❖水是地球表面的“雕塑家”；❖水是农业的命脉；❖水是工业血液；❖水是能源与交通的重要载体；概括：水是人类生存的基础，环境的核心，可持续发展的中心，水直接关系到国家的稳定。第二节水资源学的内涵与主要内容一、 水资源的基本含义❖自然属性一一自然界天然存在，受自然界因素主要控制，参与自然界循环与平衡的重要因子。——我们不能违背其自然规律。❖可利用性 水的类型多，水的用途广泛，要求不一，淡水、微咸水、中咸水、咸水、肥水；各种形态，气、固、液；赋存类型，地下水，地表水等。-----只有在当今经济技术条件下可以利用的。❖数量与质量兼顾性——在数量上要足够，在质量上满足需要，在一定条件下是可以改变的。❖时变性一一是否是水资源很大程度上取决于经济技术条件，今天认为或不能作为的水随着经济技术的发展也可以成为水资源。二、 能够作为水资源的基本要求❖按需要能够稳定（数量上与质量上提供）；❖这个水量有可靠的来源，通过自然界水文循环不断得到更新与补充；❖这个水量及水质可以通过人工来控制。综上所述，水资源可以理解为人类长期生存、生活和生产活动中所需要的各种自然水，既包括数量和质量的含义，又包括使用价值和经济价值。从狭义上讲，水资源是指人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水（以江河、湖泊为代表的地表水和以地下水的淡水为主）；从广义上讲，是指在一定的经济技术条件下能够直接或间接使用的各种水和水中的物质，在社会生活和生产中具有使用价值和经济价值的地球上的各种水体都可以称为水资源（包括天上的雨雪、河湖中的水体、浅层和深层的地下水、土壤水、冰川、海水等等）。三、 水资源学的定义水资源学是对水资源进行勘察、评价、开发、利用、规划、管理与保护的知识体系；是指导水资源业务的理论基础；其目的是探求水资源在自然资源体系中的位置、作用以及和其他自然资源间的相互关系，揭示水资源的形成、演化与运动机理以及在时空上的变化规律；研究在经济和社会发展中水资源供求关系机器解决的科学途径；为水资源的勘察、评价、开发、利用、规划、管理与保护提供理论与技术支持；研究在人类各项活动中，特别是人类开发利用水资源过程中引起的环境变化，以及这种变化对水资源自然规律的影响；探求在变化的环境中如何保持对水资源的可持续开发利用的科学途径等。参考文献：水资源利用与保护——李广贺 中国建筑出版社世界水资源概论一一叶锦昭 科学出版社水资源学概论一一陈家琦 中国水利水电出版社策解中国水问题——霍有光陕西人民出版社水资源持续利用与管理导论一一冯尚有科学出版社水，迫在眉睫的生存危机一一马克.德维力耶上海译文出版社中国水危机一一马军 中国环境科学出版社中国水资源与可持续发展一一张岳广西科学技术出版社中国21世纪水问题方略一刘昌明 科学出版社第二章水资源的形成与赋存第一节自然界的水循环一、 水循环地球上的水是不会静止的,它是不断在运动变化和相互交换的。在太阳热力和重力的作用下，地壳浅表面的水不断循环，海洋和陆地表面的水蒸发成为水汽进入大气圈；水汽随气流漂移，在适宜的条件下，重新凝结成液态或固态降落（即雨、雪等不同形式的降水）；降落在陆地的水分，一部分汇集于江河湖泊形成地表水；另一部分渗入土壤岩石中，成为地下水。地表水有的重新蒸发成为水汽,返回大气圈；有的渗入地下成为地下水；其余部分则流入海洋，地下水有的通过地面蒸发直接返回大气圈，有的被植物吸收，通过植物叶面蒸腾而返回大气圈，其余部分则形成地下径流。地下径流或直接流入海洋，或在径流过程中泄露地表转化为地表水，然后再返回海洋。自然界中水的这种运动称为水循环。水循环可分为小循环和大循环二、 自然界水循环的意义❖鉴于自然界水的循环规律，所以说水是一种可更新的资源；❖人类和万物处于水循环（主要是陆地水循环）的环境中，人类活动直接影响着水的循环过程。❖由于水的循环作用，水具有自身净化作用；❖由于水循环的特点决定，水存在的形式多样性，分布的广泛性，时空变化的随机性，水资源的分配的巨大差异性。❖水的循环在地球上起到输送热量和调节气候的作用，对地球环境的形成、演化和人类生存都有重大的作用与影响。三、 水体更替周期在开发利用水资源过程中，应当充分考虑各种水体的循环周期和活跃程度，合理开发以防止由于更替周期长或补给不及时，造成水资源的枯竭。四、人为水循环（侧支循环）❖人为水循环可以严重地改变天然水循环，处理不好，会产生一系列水问题与生态环境问题二、 降水❖降水是可利用水资源的最主要的补给来源（基本上是唯一的）；❖一个国家、一个地区水资源多少，可利用率大小主要取决于降水的多少和降水的特征；一般通过降水的多少衡量一个国家和一个地区水资源的多少；亚洲：741mm非洲：740mm北美洲：756mm南美洲：1597mm欧洲：790mm澳洲：456mm中国：629mm美国：760mm❖降水一般是转化成地表水或地下水才得以被利用，但是，人们现在越来越重视直接利用降水。❖控制降水的主要因素：影响大区域降水主要是地理位置与气候条件；影响小区域降水除了地理位置与气候条件外，还取决地形、地貌、植被、气象以及人为因素等等。❖降水分布除了地域变化外，还有年际、季节、形态、质量的变化。三、 蒸发❖水面蒸发水面蒸发量是反映当地蒸发能力的指标,它主要受气压、气温、湿度、风、辐射等气象因素的综合影响。❖干旱指数干旱指数是用来反映干湿程度的指标，以年蒸发能力和年降水量的比Y来表示。干旱指数Y大于1.0,说明年蒸发能力超过年降水量,表明该地区的气候偏于干旱,Y值越大，干旱程度就越严重；干旱指数Y小于1.O,说明年蒸发能力小于年降水量，表明该地区气候偏于湿润,Y值越小，气候越湿润。四、 径流影响径流形成及其分布的主要因素有气候因素（如降水、蒸发、气温等）和下垫面条件（如地形、地质、土壤、植被、湖泊、沼泽、冰川等）。人类活动对径流也有重要的影响。天然年径流和降水一样，存在着年际变化大和季节分配不均的问题。河川径流多年变化情况与补给来源的性质、下垫面条件、集水面积大小诸因素有关。一般以降水补给为主的河流年径流值变化大，冰川补给比重大的河流和以降水融雪混合补给的河流值变化较小，而以地下水补给为主的河流值变化最小径流的季节分配,主要取决于补给来源的性质及其变化规律。我国除西北地区一些河流属冰川融水补给为主外,全国大部分河流是以雨水补给为主。因此，我国绝大部分河流的季节分配主要取决于降水的季节分配。六、地下水❖地下水的赋存特征地壳中存在着各种形式的水，包括结合水、重力水、毛细水、气态水、固态水及矿物中的水。我们所说的地下水岩石空隙中的液态重力水。岩石空隙是地下水储存场所和运动通道。空隙的多少、大小、形状、连通情况和分布规律，对地下水的分布和运动具有重要影响。根据岩石空隙是否充满液态水的状况可划分为包气带和饱水带；据岩石的水理性质不同可把岩层划分为含水层和隔水层。另外，地貌和地质构造对地下水的贮存及运动起着明显的控制作用。❖地下水补给、径流和排泄方式地下水的补给来源有大气降水、地表水、大气中的水蒸气、包气带和岩石中的水及人工补给等。二、水量平衡水量平衡的定义地球上的水以气液固三种形态的存在方式处在不停地运动过程中。在地质或天文相对稳定的时期，地球上的水的总量是平衡的。地球上任何一区域在一定时间内，进入的水量与输出水量之差等于该区域内蓄水量的变化量，这一关系称为水量平衡。它是质量守恒定律在水循环中的特定表现形式。全球水量平衡若以地球陆地作为研究范围，其水量平衡方程为：EL=PL-R+ASLEL——陆地蒸发量PL——陆地降雨量R—入海径流量△SL——均衡期与均衡域内蓄水量的变化量全球多年平均年蒸发量等于多年平均年降雨量流域水量平衡水量平衡方程式：P+E1+Rb+Rd+S1=E2+Rb’+Rd’+S2E1,E2一水蒸气凝结量和蒸发量 Rb，Rd一地表与地下径流流入量 P一降雨量Rb’，Rd’一地表与地下径流流出量 S1，S2—初始与末时蓄水量对于多年平均情况，蓄水量的变量趋近于零，因而，流域多年的降雨量等于蒸发量与径流量之和。水量平衡的意义水量平衡时确定各种水量要素及其关系，评价水资源量，制定水资源开发利用的方案与规划的基础。第三章中国水资源概况一、 降水特征1、 年降水的地区分布(1)十分湿润带相当于年平均降水量1600mm以上的地区。主要包括浙江大部、福建、台湾、广东、江西、湖南山地、广西东部、云南西南和西藏东南隅等地区。(2)湿润带相当于年平均降水量1600-800mm的地区。包括沂沫河下游、淮河、秦岭以南广大的长江中下游地区、云南、贵州、广西和四川大部分地区。(3)过渡带通常又称半干旱、半湿润带。相当于年平均降水量800-400mm的地区。包括黄淮海平原、东北、山西、陕西的大部、甘肃、青海东南部、新疆北部西部山地、四川西部和西藏东部地区。(4)干旱带相当于年平均降水量400-20Omm的地区。包括东北西部、内蒙古、宁夏、甘肃大部、青海、新疆西北部和西藏部分地区。(5)十分干旱带相当于年平均降水量200mm以下的地区。包括内蒙古大部、宁夏、甘肃北部地区、青海的柴达木盆地、新疆塔里木盆地、准噶尔盆地及广阔的藏北羌塘地区。2、 降水量的年际变化降水量各年不等是降水这一自然现象本身固有的特性之一。我国的降水由于受季风气候的影响降水的年际变化更大、更突出。近年降水量比多年平均值要小。我国年降水量变化最大的是华北和西北地区，丰水年和枯水年降水量之比一般可达3-5倍，个别干旱地区高达10倍以上。3、 降水的季节分配我国大部分地区的降水受东南季风和西南季风的影响，雨季随东南季风和西南季风的进退变化而变化。除个别地区外，我国大部分地区降水的年内分配很不均匀。冬季，我国大陆受西伯利亚干冷气团的控制，气候寒冷，雨雪较少。春暖以后，南方地区开始进入雨季，随后雨带不断北移。进入夏季后，全国大部分地区都处在雨季，雨量集中，是我国的防汛期。因此，我国的气候具有雨热同期的显著特点。秋季，随着夏季风的迅速南撤，天气很快变凉，雨季也告结束。从年内降水时间上看，我国长江以南广大地区夏季风来得早，去得晚，雨季较长，多雨季节一般为3-8月或4-9月，汛期连续最大四个月的雨量约占全年雨量的50%-60%。华北和东北地区的雨季为6-9月，这里是全国降水量年内分配最不均匀和集中程度最高的地区之一。汛期连续最大四个月的降水量可占全年降水量的70%-80%。有时甚至是1年的降水量,主要集中在一两场暴雨中。北方不少地区汛期1个月的降水量可占年降水量的半数以上。由于我国降水量年内分配不均,尤其是广大北方地区比南方地区更为严重，这是造成我国早、涝灾害频繁的主要原因之一它给农业生产带来很大威胁。因此，在我国如不发展灌溉，农业生产就没有保证。二、 径流特征影响径流形成及其分布的主要因素有气候因素(如降水、蒸发、气温等)和下垫面条件(如地形、地质、土壤、植被、湖泊、沼泽、冰川等)。人类活动对径流也有重要的影响。年径流的地区分布我国年径流分布总的趋势是从东南沿海向西北内陆逐步递减。在同一地区内,山丘区是相对年径流高值区，平原区是相对低值区；山丘区中的迎风坡是相对高值区，背风坡是相对低值区。根据年径流深的大小，全国年径流深的分布也可以划分为五个地带：丰水带一般指年径流深在1000mm以上,年径流系数一般大于0.5的地带。包括东南沿海和华南地区、云南省西部、西藏东南地区和台湾省,相当于年降水的十分湿润带。丰水带中的最高值区是西藏东南部的雅鲁藏布江由向东移向南90大拐弯处至国境线的一段地区和台湾省东北部的山丘区,年径流深可达2000-4000mm,台湾省局部山地年径流深可超过5000mm。多水带一般指年径流深为300-1000mm,年径流系数为0.3-0.5的地带。地区范围包括秦岭、淮河以南、长江中下游及云贵川和广西地区,东北长白山区，相当于年降水的湿润带。过渡带一般指年径流深为50-300mm,年径流系数为0.1-0.3的地带。地区范围包括黄淮海平原、山西和东北三省大部、四川西北、西藏东部、甘肃、青海的东南部等地区，相当于年降水的过渡带。少水带一般指年径流深为10-5Omm，年径流系数为0.1以下的地带地区范围包括东北西部地区、内蒙古大部、陕北地区、甘肃、宁夏大部、新疆西部和北部等地区，相当于年降水的干旱带。⑸干涸带一般指年径流深为10mm以下的地带。包括内蒙古、宁夏、甘肃的沙漠地带、青海的柴达木盆地、新疆的塔里木盆地、准噶尔盆地及藏北的羌塘地区，相当于年降水的十分干旱带。2、径流的季节特征径流的季节分配,主要取决于补给来源的性质及其变化规律。我国除西北地区一些河流属冰川融水补给为主外全国大部分河流是以雨水补给为主。因此，我国绝大部分河流的季节分配主要取决于降水的季节分配。我国连续最大四个月径流量占年径流量的比重，全国范围在45%-90%之间,一般为55%-75%。全国大部分地区连续最大四个月径流量起始月份与降水量相一致,但出现滞后性。长江中下游南岸,我国东南地区一般为4-7月；华北地区、黄河流域、长江上中游北崖一般为7-10月；西部的新疆、西藏、云南等许多河流则为6-9月，这与受季风影响的降水量起始月份一致。中国降雨量具有地域与时间分配的极不均匀性，因而我国洪涝与干旱频繁，水资源开发与利用难度大，效益低，成本高，对环境影响比较大。第三节 中国水资源特点水资源总量较丰富，人均地均拥有水量少，水资源时空分布极不均匀，水资源与人口、耕地、矿产资源分布不匹配水资源与人口组合特点就一个地区而言，水资源是分散的，而人口是相对集中的，因此在人口集中的地区、城市或城市群人均水资源量少，本地是不能解决水资源问题的，需跨流域调水解决。水资源开发利用中存在的主要问题1、 洪涝灾害频繁，防洪安全仍缺乏保障2、 水资源短缺已经成为制约经济社会发展的主要因素3、 水资源浪费4、 水环境恶化严重影响了我国经济社会的可持续发展经济社会的发展对水资源提出了新的更高要求人口增长，城市化进程加快，生活用水大幅度增加；产业结构调整，工业用水将适度增长；农业用水将逐步趋于稳定；生态环境用水逐步提高。(一)治水中坚持人与自然的和谐共处在防洪问题上，坚持综合治理，在加强堤防和控制性工程建设同时，积极退田还湖、平垸行洪、疏浚河湖，城市防洪和城市景观建设紧密结合。在用水问题上，防止水资源枯竭对生态环境造成的破坏。实施退耕还林(草、封山育林、休牧、轮牧禁牧等措施，加快治理水土流失。第四节中国水资源面临主要问题一、 供水总量增长缓慢，与经济发展速度不相适应二、 供水增长受水资源条件制约，地区间发展不平衡三、 供水工程配套不完善，老化失修严重，未能充分发挥工程的供水效益四、 生活与工业用水增长迅速，挤占农业和生态环境用水五、 缺水和用水浪费并存，节水还有较大潜力六、 水污染加剧，生态环境恶化水资源不合理地开发利用以及缺水情势的不断加剧，加速了生态环境的恶化。长期大量地超采地下水形成区域地下水位下降和大范围漏斗出现,引起地面沉降和海水入浸；部分地区过量地利用地表水造成一些河湖水面萎缩，一些河流出现季节性干润断流；入海水量减少，造成河口泥沙淤积，泄洪能力下降；外北方部分地区土壤沙漠化，草原退化趋势加重，这些都不同程度地与水资源的不合理开发利用有关。七、 治理水土流失工作取得一定成效，但尚未达到预期的目标八、 边远地区饮用水困难,还有新增人口的问题九、 水资源综合利用水平不高我国水资源综合利用整体水平不高，主要表现在：水运资源的优势没有很好发挥，内河运输仍是交通运输的薄弱环节；水能资源开发利用程度较低，水电建设的发展速度缓慢，远远不能满足国民经济发展的需要；生态环境用水仅维持在最低限度，输沙冲淤、防潮、压碱、稀释污水等用于维护生态环境的用水明显不足改善生态环境的综合效益未能充分发挥。未来我国水资源面临的挑战1、 水资源日趋短缺，供求矛盾进一步加剧2、 用水浪费与用水效益低下3、 局部地区水环境进一步恶化4、 水利工程老化失修5、 水污染日趋严重6、 粮食增加与农业供水不足7、 水管理与水科技落后8、 建立水市场举步维艰第四章水资源调查与评价水资源调查（勘查）的目的是查明水资源各部分水的形成、时空分布与变化的特点及其水量转化关系，为地区（流域）水资源综合利用与保护、统一规划与管理提供基础依据。第三节水资源的质量评价水资源的质量简称为水质，是指水体中所含的物理成分、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：饮用水、灌溉水、矿水、矿泉水、肥水、地热水、降温水等。一、水质指标体系与天然水化学1、 物理性水质指标感官物理性状指标，温度、色度、嗅和味、浑浊度、透明度等2、 其他物理性水质指标，总固度、悬浮固体、可沉固体、电阻率等3、 一般化学性水质指标，如PH值、碱度、各种阳离子、阴离子、总含盐量、总硬度等4、 有毒的化学性水质指标，重金属、有毒有机物、氰化物、农药等5、 氧平衡指标，如溶解氧、化学需氧量、生物需氧量等第四节地表水资源量评价水资源量评价的基本原则：在水质评价的基础上进行水量评价；按流域或地下水系统进行评价；根据'三水转化”的规律进行评价；根据发展变化的观点进行评价。一、地表水资源量评价的内容：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。二、河流水量分析计算（一） 、地表径流及其表示方法1、 流量Q（瞬时流量、日平均流量、月平均流量、年平均流量、多年平均流量）单位：m3/s2、 径流总量W一在T时段内通过流域出口河流过水断面的总水量。其中包括一次洪峰总量、月径流总量、年径流总量。W=QT单位：m3或108m33、 径流深度R一把某一时段内的径流总量平铺在相应流域面积上的平均水层深度（mm）R=W/1000F4、 径流系数a一同一时段内径流深度与降水量之比。a=R/P以小数或百分比表示。径流系数显示了流域降水量转化为径流量的比率，综合反映了流域内自然地理因素对降水形成的影响。5、 径流模数M——单位流域面积上产生的平均径流量称为径流模数。单位：m3/s.km26、 径流变率K一又称模比系数，是指同一时段内某一年的径流量与多年平均径流量之比值。（月径流变数）K=Qi/Q平均年径流变数表征这一年的径流量是偏丰或偏枯。（二） 河流水文现象的基本特征及计算方法1、基本特征：周期性；确定性与随机性；区域相似性。地表水资源可利用量是指在经济合理、技术可能以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）。地表水的最大可利用量 Q最大可利用=Q当地河流径流+Q入境-Q出境第四节 地下水资源量评价一、 地下水资源评价的原则1、 “三水”转化，统一考虑与评价的原则2、 利用储存量以丰补歉的调节平衡的原则3、 考虑人类活动，化害为利的原则4、 不同目的和不同水文地质条件区别对待原则二、 地下水资源的概念补给量：天然或开采条件下，单位时间进入含水层（带）中的水量。包括地下水的流入，降水渗入，地表水渗入，越流补给，人工补给。补给量的增量：由于扩大开采或改变取水工程以及改变取水方式增加的补给量。补给量是评价地下水资源的核心，地下水的可以利用量必须小于补给量。储存量：储存在含水层内的重力水体积。储存量可以分为弹性储存量和容积储存量。由于地下水位是随时间而变化的，地下水储存量也随时间而异，这是因为地下水的补给与排泄不均衡而引起的。储存量的作用：地下水运动交替和地下水开采过程中起调节作用；汇集地下水，形成开采流量的作用；在比较长的水文周期内可以借用，实现增加水资源利用率的作用；也可以对数额巨大的储存量也可以进行消耗型开采。允许开采量：通过经济技术合理的取水建筑物，在整个开采期间内水量不会减少，动水位的变化在允许范围内，不影响已建水源地的正常开采，不发生危害性环境地质问题，从水文地质单元能够取出的水量。三、 地下水资源评价的过程1、 对地下水形成与赋存的因素进行确定与评价。2、 对工作区的水文地质条件进行勘察或调查，以查明：地下水含水层、隔水层、主要供水层位的基本特征；地下水系统的汇水面积以及最大水资源补给量；地下水的补给、运动、排泄规律；3、 确定水文地质参数：如水头、渗透系数、弹性释水系数、给水度、导水系数等；4、 建立水文地质概念模型。5、 补给量评价。6、 选择适当的评价方法进行允许开采量评价。第五章水资源开发工程第一节地表水利用工程河岸引水工程1） 、无坝引水——利用地势，通过进水闸进行自流引水。一般使用于小城镇供水或农业灌溉用水。2） 、有坝引水一抬高水位，增大流量，自流引水，工程费用增加，引水距离减少。（一般由拦河坝、进水闸、冲沙闸、防洪堤、溢流坝等组成。）3）、傍河抽水工程 直接从江河岸边或河床利用水泵取水。二、蓄水工程水库工程在引水水量相对较小，河流特征值变化不大时，多用直接方式引水。但对取水量较大，河流正常特征值满足不了的情况下通过兴建水库进行径流调节。水库可以按季节或年度重新分配径流，防止水旱灾害，还可以利用蓄水和抬高水位进行灌溉、供水、发电、航运、水产养殖以及旅游等。不是所有的库容都可以进行调节径流的。水库的库容可以分为死库容、有效库容（调蓄库容、兴利库容）、防洪库容。三、 输水工程1、 渠道工程：1）渠道的布置原则；2）渠道断面；3）渠道的渗透损失与防渗2、 管道工程四、 扬水工程（取水建筑物）（一） 影响地表取水的主要因素1、 取水河段的径流特征（与供水的保证率有关）2、 河流的泥沙运动与河床演变3、 河床与岸坡的岩性和稳定性4、 河流的冰冻情况5、 河道的人工建筑（二） 、地表水取水位置的选择1、 取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够深的地段。2、 设在水质较好的地段。3、 具有稳定的河床及岸边。4、 靠近主要用水区。5、 避开人工构筑物和天然障碍物的影响。6、 尽可能不受泥沙、漂浮物、冰凌、冰絮、支流等影响。7、 取水点的位置应与河流的综合利用相适应，如灌溉、航运等。三）、取水建筑物的类型1、 固定式取水建筑物岸边式，河床式2、 活动式取水建筑物在水流不稳定，河势复杂的河流上取水，修建固定式取水建筑物往往需要进行耗资巨大的河道整治工程，修建取水口会影响航运等。因此，在此条件下修建活动式取水建筑物。第二节地下水开发工程地下水的开发工程的修建关键在于正确选择水源地和合理地选用取水建筑物。对于大中型水源地就是确定取水地段的具体位置，对小型分散的水源地则是确定取水工程的具体位置。一、水源地的选择：1、含水丰富2、垂直径流方向3、避免干扰（新旧水源地、工农业用水、供排水等4、防止污染5、防止出现不良环境问题6、节省投资，降低成本。二、 取水建筑物的类型、特点与适应条件垂直系统：筒井、管井、大口井等水平系统：坎儿井、水平集水廊道、截流工程辐射井等联合系统：井与池塘、地下水库等引泉系统：1、 管井：最主要的地下水开采工程，适应广泛，出水量大，开挖深度大。缺点是不适于弱透水性与厚度小产状陡的含水层（带）2、 筒井（大口井或竖井）：适用于丘陵平原区埋深较浅的各类含水层，井径2-8米，深度一般小于50米。3、 水平集水工程：适用于河谷区孔隙含水层或谷底风化裂隙含水层，山前冲洪积潜水含水层，要求水位埋深要小。第三节跨流域调水工程与水资源开源节流技术一、跨流域调水工程跨流域调水是针对我国水资源在时空上分配的极不均匀性，在空间上是从有余水或有余水潜力的地区向缺水的地区调水，时间上则包含对水资源的调蓄，它是对水资源的人工再分配。它对解决水资源的区域性不足，从根本上合理地进行国土整治与改善我国环境现状具有十分重要意义。节约用水的主要措施1） .城市生活节水措施：加强宣传教育，提高全民节水意识合理调整水价，运用经济杠杆推动节水工作推广使用节水器具和设备制定用水定额，逐步实行计划管理保护城市供水水源，实现城市污水再生回用2） .工业节水措施调整产品结构，改进生产工艺，建立节水型工业强化节水技术，开发节水设备，努力降低节水设施投资加强企业用水行政管理，逐步实现节水的法制化提高工业生产规模，发挥规模经济效应3）.农业节水措施科学灌溉：其中包括非充分灌溉（限水灌溉）、调亏灌溉、局部灌溉（滴灌、渗灌等）渠渗防渗：桨砌防渗可减少水分损失50%-60%，混凝土防渗可减少水分损失60%-70%。田间节水与农艺节水节水的行政、法规与经济管理三、污水资源化、人工增雨与海水淡化1、 污水资源化：污水资源化的主要含义指采取适当的净化措施，使不能为人类直接利用的污水变为可供利用的水资源。污水资源化的主要人为措施土地处理法和工厂处理法。2、 海水利用技术展望：海水直接替代水资源工程，如冲洗用水、消尘用水、海水冷却用水以及直接利用海水灌溉耐盐植物等。海水淡化主要有蒸馏法、电渗法、反渗法等3、 人工增雨技术第六章水资源开发中的环境效应第一节 水的环境作用一、 中国主要环境问题都与水（水资源）密切相关，水的性质与特征决定了水在环境中的核心作用；水体减少或消失；干旱与水灾频繁发生；土地沙漠化等主要是有水决定的。二、 我国主要的水环境问题酸雨；河流泥沙量增大；河流水质污染；湖泊富营养化；地下水水质恶化；近海水质污染等。三、 由于水（或水资源）的性质与特点决定水环境有以下的特点：巨大流动性，广泛影响性，根本支撑性，艰难可逆性，密切人格性。第二节水资源开发的环境负效应水资源开发对促进经济的发展，人民生活水平的提高，抵御各种自然灾害，改善环境质量发挥了重要作用。但是，一旦水资源开发超过环境某一方面阀值时，环境就会发生变化，伴随而来的就是一系列环境问题。为了保证水资源的合理开发、永续利用造福于人类，又能防止或尽可能减缓环境变化带来的危害，水资源的开发利用必须兼顾保护环境的原则，对可能出现的环境负效应予以高度重视。水资源开发利用不恰当可能引起的环境问题大体有三类：地质环境问题，水环境问题，生态环境问题。也可以概括为水盐失调，岩土体变形失稳，生态退化等三种环境负效应。一、水盐失调水盐失调主要是指水的量与质发生快速、明显的变化，水量、盐分含量的增多或减少。在天然条件下，水分与盐分是相对稳定的，变化是周期性的或极为缓慢的。然而，人类活动频繁，尤其是大规模高强度开发水资源的地区，水、盐的变化常常具有快速、激烈的特点：1） 修建水库导致地下水水位的上升，致使土地沼泽化、盐渍化；2） 强烈抽取地下水或在上游拦截地表水可以造成区域地下水位大幅下降，导致土壤水匮缺，使土地沙化;3） 水动力场的巨大变化导致水质的恶化；海岸退缩、海水入侵、河床抬高等；4） 水资源的开发导致区域水量与盐分总平衡的失调。如：河北平原的盐分聚集问题，近些年来由于地表水向海洋排泄盐分的能力下降，盐分在河北平原区大量沉积，加上南水北调向黄河以北年调水200亿立方米，输入盐分400万吨，若不充分考虑排盐措施，会加剧该地区盐分的聚集，给子孙后代留下隐患。二、 岩土体变形失稳水资源的开发改变土体的含水量或形成新的地下水渗流场，致使岩体力学强度降低、动水压力增强、结发生变化而产生的地质环境问题。如滑坡、崩塌、诱发地震、地面塌陷、地面下降、地面开裂等。三、 生态退化生态系统是由生物（植物、动物）和物理环境（光照、热量、水分、土壤等）构成的有机整体。一方面，水起到输送营养、构成生物生命体组织、维持生物体内新陈代谢的作用。另一方面，在非生物环境中水是最活跃的要素，在盐分迁移聚集、土壤调温中都是必不可少的。生态系统是建立在水和植物这一根本关系之上的。自然环境下，这一关系是相对稳定的。其变化是极为缓慢的。人类的水资源活动破坏了稳定，加剧了变化速度与幅度，如果开发利用水资源得当，土壤的水盐条件就会得到改善，有利于生态环境的发展，反之，土壤水盐条件会恶化，植物朝着逆向演替，生态环境就向不利的方向发展。第三节水资源开发引起的典型环境问题举例分析一、 地面沉降地面沉降机理：地下水位的大幅下降，促使上部易压缩粘土层中的孔隙水排出，进而引起土层的固结压缩，这是地面沉降最常见的原因。压密是由抽水层近侧向远侧变小；相邻粘土层的释水压密在时间上是滞后的，即由近抽水层一侧向远侧滞后发生；含水层抽水时，粘土释水压密，水位恢复后，土层不回弹，所引起的地面沉降往往是永久性的，大部分不能消除。控制地面沉降的措施：为了控制地面沉降，可以通过钻孔人工补给，抬高含水层水位，可以使地面沉降不在发生，甚至略有回弹，但基本上不能恢复。二、 土地盐渍化土地盐渍化又叫土壤盐碱化，是指土壤层中可溶盐含量向增高的方向发展成为盐渍土的过程。一般将土壤层0.2m厚度内可溶盐含量大于0.1%的土壤称为盐渍土。由于人为影响产生的称为次生盐渍土。土壤盐渍化主要发生在干旱与半干旱地区。土壤盐渍化形成主要原因：1） 雨中盐分造成的土壤积盐。2） 潜水埋深小于潜水临界埋深的细土平原，土壤及包气带蒸发失水，可通过毛细带源源不断地得到潜水水量和盐分补给，持续地蒸发可使土壤不断积盐。若降水或地表水下渗量较小难以在土壤层中形成有效的脱盐过程,土壤中的盐分含量就会越来越高,最终发育成盐渍土。由上述原生盐渍土形成机理可以看出，除气候条件外，决定土壤积盐大于脱盐的水盐运动条件是土壤盐渍化得以发生的关键。在干旱、半干旱地区，若水资源开发利用创造了相同条件时，就会出现次生的土壤盐渍化。例如水库蓄水，可使库区周边地下水位大幅度上升,使潜水埋深小于临界深度,就会造成土壤盐渍化。过量灌溉是发生次生盐渍化最普遍的原因之一。在目前西部大开发的热潮中，为了解决西北地区水资源短缺问题，有人建议应加强西北各流域水库工程建设的力度，以提高供水利用率和人工调控能力。对此，我们应慎重考虑。水库的兴建形成了广阔的水域，在蒸发力如此强大的地区，仅蒸发所造成的水量损失（按水深计算）就可达2-3m,增加了水资源的无效损失,而浓缩的水质也会加剧灌溉时土壤的积盐效应,其得失究竟如何，仍有待研究。另外，为了提高水资源的利用率,防止过量灌溉引起地下水位抬升而加速土壤盐渍化,有人建议在西北地区推广喷、滴、渗灌的节水灌溉方法。基于当地气候干旱的这一特定条件，灌溉用水过少，反倒不利于土壤的脱盐。在缺乏对水盐平衡和土壤盐分运动规律认真研究的情况下，贸然推广喷、滴、渗灌技术很可能是人为"晒盐”，加快土壤盐渍化进程。第七章 水资源供需平衡分析第一节水资源供需平衡分析的目的与意义水资源供需平衡分析，是指在一定范围内（行政、经济区域或流域）不同时期的可供水量和需水量的供求关系分析。它的目的是以国民经济和社会发展计划与国土整治规划为依据,以江河湖库流域综合规划和水资源评价的基础上，按供需原理和综合平衡原则来测算今后不同时期的可供水量和用水量，制定水资源长期供求计划和水资源开源节流的总体规划，以实现或满足一个地区可持续发展对淡水资源的需求。其目的是是通过可供水量和需水量的分析，弄清楚水资源总量的供需现状和存在的问题;二是通过不同时期不同部门的供需平衡分析，预测未来,了解水资源余缺的时空分布；三是针对水资源供需矛盾,进行开源节流的总体规划,明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向，以期实现水资源的长期供求计划。因此，水资源供需平衡分析是国家和地方政府制定社会经济发展计划和保护生态环境必须进行的行动，也是进行水源工程和节水工程建设,加强水资源、水质和水生态系统保护的重要依据。所以，开展此项工作,对水资源的开发利用获得最大的经济社会和环境效益，满足社会经济发展对水量和水质的日益增长的需求，同时在维护水资源的自然功能，维护和改善生态环境的前提下，合理充分地利用水资源，使得经济建设和水资源保护同步发展，都具有重要意义。第二节水资源供需平衡分析的原则水资源供需平衡分析涉及社会、经济、环境生态等方面,不管是从可供水量还是需水量方面分析,牵涉面广且关系复杂。因此，供需平衡应遵循以下原则：一、 近期和远期相结合水资源供需关系,不仅与自然条件密切相关，而且受人类活动的影响，即和社会经济发展阶段有关。同是一个地区，在经济不发达阶段，水资源往往供大于求,随着经济的不断发展，特别是城市的经济发展，水资源的供需矛盾逐渐突出,有的城市在供水不足时不得不采取应急措施和修建应急工程。水资源的供需必须有中长期的规划要做到未雨绸缪，不能临渴掘井。供需平衡分析一般分为现状、中期和远期几个阶段既把现阶段的供需情况弄清楚，又要充分分析未来的供需变化，把近期和远期结合起来。二、 流域和区域相结合水资源具有按流域分布的规律，然而用水部门有明显的地区分布特点,经济或行政区域和河流流域往往是不一致的，因此，在进行水资源供需平衡分析时,要认真考虑这些因素，划好分区,把小区和大区，区域和流域结合起来。三、 综合利用和保护相结合水资源是具有多种用途的资源,其开发利用应做到综合考虑，尽量做到一水多用。水资源又是一种易污染的流动资源,在供需分析中，对有条件的地方供水系统应多种水源联合调度，用水系统考虑各部门交叉或重复使用,排水系统注意各用水部门的排水特点和排污、排洪要求。更值得注意的是,在发挥最大经济效益而开发利用水资源的同时，应十分重视水资源的保护。例如地下水的开采要做到采补平衡,不应盲目超采;作为生活用水的水源地则不宜开发水上旅游点和航运;在布置工业区时，对其排放的有毒有害物质，应作妥善处理，以免污染水源。第三节水资源供需平衡分析的方法水资源供需平衡分析必须根据一定的雨情、水情来进行分析计算,主要有二种分析方法。一种为系列法，一种为典型年法（或称代表年法）。系列法按雨情、水情的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算；而典型年法仅根据雨情、水情具有代表性的几个不同年份进行分析计算而不必逐年计算。这里必须强调,不管采用何种分析方法，所采用的基础数据（水文系列资料，水文地质有关参数）的质量是至关重要的，将直接影响供需平衡分析成果的合理性和实用性。水资源供需平衡分析的典型年法简介一、 典型年法的含义典型年法（又称代表年法），是指对某一范围的水资源供需关系，只进行典型年份平衡计算的方法。其优点是可以克服资料不全及工作量太大的问题。具体是选择不同频率P=50%平水年，P=75%枯水年，P=90%特别枯水年）的若干典型年，针对不同的水资源保证率，按某一时段对计算区的水资源的需求与水资源的供给能力进行计算，再进行供需平衡分析，提出该区水资源存在的问题以及解决问题的方法。二、 基本步骤1、计算时段与计算区域的划分由于水资源在时空上具有极不均匀性，因此在大尺度上进行计算往往使供需矛盾不能充分暴露出来，反映不出实际情况，所以必须进行时间与空间的细划。在进行区域划分时应注意以下原则：尽量按流域、水系划分，对于地下水开采区尽量按同一水文地质单元划分，这样便于清算水帐；尽量照顾行政区划的完整性。这样便于资料的搜集和统计，也使行政在水资源的开发利用与决策、管理中发挥作用；尽量不打乱供水、用水、排水系统。分区应按逐级划分进行。在计算时段划分时应注意以下问题：粗细适当，根据不同类型需水要求划分时段。2、 确定典型年与水平年一般是用典型年确定供水量，用水平年确定需水量。采用有代表性的不同的频率（保证率）年份作为典型年，典型年必须有现状年和未来年。未来典型年的来水量需通过统计方法进行推求，选择控制站的实际来水系列进行计算典型年的来水量。在确定典型年来水量时，一般南方是用降雨量系列，而北方多用径流系列。水平年水资源供需平衡分析是要弄清研究区现状和未来的几个时段的水资源供需状况，这几个阶段的水资源供需状况与区域的国民经济和社会发展有密切关系，并与该区域的可持续发展的总目标相协调。水平年可以分为现状水平年（基准年），近期水平年（基准年后5年或10年），远景水平年（15-20年），远景设想水平年（30-50年）3、 可供水量的计算可供水量与以下因素有关：来水条件；用水条件；工程条件；水质条件。可供水量一般小于天然水资源量，更小于可利用水资源量。4、 需水量的预测需水量可以分为河道内用水与河道外用水两大类。河道内用水包括发电、航运、冲淤、环境、旅游等，一般不消耗水，但要求有一定的流量、水位等。河道外用水包括城市用水和农业用水，城市用水又包括工业用水、生活用水和环境用水。现状需水量是需要进行调查来完成。未来需水量是需要进行预测的，它是一项比较困难的工作，涉及到生活水平的改善、提高，技术的进步，经济的发展，法律与经济法则在用水方面的应用等。工业用水包括制造、冷却、洗涤、加工、净化和空调等。工业用水占总用水量的17%。生活用水包括居民住宅用水、公共建筑用水、市政用水，环境、景观与娱乐用水，供热用水极消防用水。农业用水包括种植、养殖、林业、乡镇工业以及生活用水等。5、 供需平衡分析与成果综合第七章水资源规划与水资源问题的决策第一节水资源规划的基本概念一、 水资源规划的定义水资源规划是对流域或区域内水资源的开发、利用治理、配置、节约和保护等方面在更高系统上的定量分析和综合集成。一方面它提供国土规划及江河流域规划的基础，另一方面它通过水量时空分配的再调整和水环境的保护，协调防洪除涝、节约灌溉、城镇供水、水力发电、水土保持等专项治理规划之间的关系。它是服从流域或区域可持续发展要求，又是流域或区域可持续发展的基础。一般来讲，任何规划都是未来更改现有方案、形成与执行新形成方案的依据，因此水资源规划具有法律的效应。二、 水资源规划的任务由于水资源的独特的性质决定了水资源它的时空动态复杂变化性、系统性以