水资源利用与保护2水资源开发利用状况

1、第二章 水资源开发利用状况 缺水的草原缺水的草原 缺水的草原缺水的草原 近二十年来都江堰水资资源利用比较较 世纪年代，都江堰灌区被水利部评为 “二级老损工程”，输水损失严重，田间灌水方式 落后，水资源利用率低，灌区处于“低效高耗”状 态。加之都江堰渠首无调蓄水库和配水的控制性枢 纽，致使枯水年和每年的枯水期严重缺水，严重影 响着工程效益的进一步发挥和水资源的有效利用。 第一节 地球水储量与循环 水的存在形态 海水 湖水 河流水 土壤水 地下水 冰川水 其他水 一、地球水储量分布 地球表面积：，水体总量：； 海洋面积：亿km2，海洋水量：亿km3，占地 球总水量的%；陆地面积：亿km2，水量仅

2、，占地球总水量的%。陆地上淡水量仅 占%。便于人类利用的仅为，占淡水 量的。表明可供人类利用的水资源十分有限。 96.5396.53 % % 海洋水海洋水 湖泊咸水和地下咸水湖泊咸水和地下咸水 淡水淡水 1.74%1.74% 0.03%0.03% 0.76%0.76% 冰川冰川 地下淡水地下淡水 其他淡水其他淡水 0.94%0.94% 2.53%2.53% 永冻土底冰永冻土底冰 湖泊淡水湖泊淡水 土壤水土壤水 大气水大气水 沼泽水沼泽水 河水河水 生物水生物水 各种水体所占比例各种水体所占比例 地球上的水是不会静止的地球上的水是不会静止的, ,它是不断在运动变化和它是不断在运动变化和 相互交换

3、的。在太阳热力和重力的作用下，地壳浅表面相互交换的。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的水不断循环，海洋和陆地表面的水蒸发蒸发成为水汽进入成为水汽进入 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 成液态或固态降落成液态或固态降落 ( ( 即雨、雪等不同形式的即雨、雪等不同形式的降水降水) )。 二、地球上水的循环 降降落在陆落在陆 地的地的水水分分 汇集于江河汇集于江河 湖泊湖泊 形成地表水形成地表水 渗入土壤岩渗入土壤岩 石中石中, , 成为地下水成为地下水 重新重新蒸发蒸发 成为水汽成为水汽, 返回大

4、气圈返回大气圈 渗入地下渗入地下 成为地下水成为地下水 流入海洋流入海洋 通过地面通过地面 蒸发直接蒸发直接 返回大气圈返回大气圈 被植物吸收，被植物吸收， 通过叶面通过叶面 蒸腾返回蒸腾返回 大气圈大气圈 形成地下形成地下 径流径流 流入海洋流入海洋 泄露地表泄露地表 转化为地转化为地 表水，再表水，再 返回海洋返回海洋 1水的循环 大循环：水在大气圈、水圈、岩石圈之间的循环 过程。 气 流 蒸 发 遇冷降 水 蒸 发 从海洋蒸发上 升的水汽 海洋上 空 陆地上 空 海 洋 江 河 地表或地下 径流 陆面 部分蒸 发 汇 流 径 流 小循环：陆地或者是海洋本身的水单独进行循环 的过程。 遇冷

5、降 水 蒸 发 上 升 的 水汽 海洋上 空 上 升 的 水汽 海洋陆面 陆地上 空 蒸 发 遇冷降 水 大循环和小循环实际上是不能截然分开的，而是 互相联系的，小循环往往包含在大循环之中。循环 的总趋势是海洋向陆地上空输送水汽，然后产生降 水至陆地，陆地又将部分水径流输入大海。 人为循环：由于人类生产与生活活动的作用与影 响不同程度地发生水的循环。 水文循环的产生原因水文循环的产生原因 1 1）内因：水的）内因：水的“三态三态”变化。变化。 水循环的基础 2) 2) 外因：太阳辐射和地心引力。外因：太阳辐射和地心引力。 水循环的源动力 3 3）水汽流动具有方向性，上升、飘移、降水、下渗、径流

6、。）水汽流动具有方向性，上升、飘移、降水、下渗、径流。 往复循环成为可能 3 3、过程：水文循环示意图、过程：水文循环示意图 三个阶段：蒸发、降水、径流三个阶段：蒸发、降水、径流 五个环节：水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗和径流。五个环节：水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗和径流。 蒸发蒸发 505，000 水汽输送水汽输送 10% 地表径流地表径流 地表蒸发地表蒸发 72，000 降水降水 119，000 地下径流地下径流 47,000 47,000 33,000以洪水的形式入海无法利用以洪水的形式入海无法利用 14,000形成稳定径流被人类利用形成稳定径流被人类利用 5,000流

7、经无人区流经无人区 9,000可以经常利用可以经常利用 (1.7%) 降水降水 90% 水循环是地球上最主要的物质循环之一。 表现为： 1) 通过形态的变化，水在地球上起到输送热量和调 节气候的作用； 气温、湿度 2) 对地貌的形成和变化产生影响； 循环与更新为人类和生物的生存提供物质基础。 循环时排除污染、自身更新为淡水 4) 回归水的质量直接或间接对水循环水质产生影响 3更替同期： )( )( tq tQ T 其中：T水的更替同期； q(t)单位时间内水体参与循环的水量； Q(t)某一时刻水体储存的水量。 例如：大气水的储量为1.29万km3，全球从水面 和地面平均每年有57.7万km3的

8、水蒸发到大气中， 由此大气水的平均更替同期为： dd8365 7 .57 29. 1 表2-3 淡水更新周期 水体水体 更新周期更新周期 (年年) 水体水体更新周期更新周期(天天) 永久永久积积雪雪9700沼沼泽泽水水5天天 海海 水水2500土壤水土壤水1天天 高山冰川高山冰川1600河流河流16天天 地下水地下水1400大气水大气水8天天 湖泊水湖泊水17生物水生物水几小几小时时 更替周期更替周期长长，反映水体参与自然循，反映水体参与自然循环环比比较较冷淡；更替周期冷淡；更替周期 短，反映水体参与自然循短，反映水体参与自然循环环比比较较活活跃跃。 。 哪些形态的水体比较活跃？哪些形态的水体

9、比较活跃？ 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。 2人类参与的水文循环 水文循环 人为循环 降水 蒸发 海洋 径流 回归水 处理工程 水资源开发 工农业生产、生活用水 不可复原水 人为水循环可以严重地改变天然水循环，处理不好，会产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。生一系列水问题与生态环境问题。 由于排放污水，必然污染水体。 由于过量开采，加大了水体的输出量，减少了 某一种特定水体的总量。由于人类取之用之，增加 了该水体的输出速度，而输入速度（自然恢复速度

10、） 不变的话，水体总量将会减少。所以，要谨慎开采 更替周期较长的水体，否则后果不堪设想。 人类的参与改变了水的自然循环，使径流输入 和输出加大，在这种情况下的循环称为人为循环， 也称侧支循环 三、水量平衡三、水量平衡 定义：地球上任一区域在一定时段内，进入的水量 与输出水量之差等于该区内的蓄水变化量 (一）地球水量平衡一）地球水量平衡 （1）研究对象为陆地： Land 或中：EL陆地蒸发量； PL陆地降水量； R入海径流量； SL陆地在研究时段内蓄水量的变量。 LLLSRPE ELPL R R RPELL LE LP SL有短时间内可正可负，但多年来平均近于零。 则多年来平均的水量平衡方程为：

11、 式中: 陆地多年平均蒸发量； 陆地多年平均降水量； 多年平均入海径流量； RPE hh h E h P R （2）研究对象为海洋： 式中： 海洋多年平均蒸发量； 海洋多年平均降水量； 多年平均入海径流量； Herry Pool (3)研究对象为全球： hLLPPhEE PE 或 （二）流域水量平衡 （1）非闭合流域水量平衡方程： 式中： P降水量时段内区域的降水量； E1，E2时段内的水蒸气凝结量和蒸发量； Rb，Rd时段内地面径流和地下径流流入量； Rb，Rd时段内地面径流和地下径流流出量； S1，S2时段初和时段末的蓄水量 令E=E2-E1代表净蒸发量，则上式成为： 2112SdRRES

12、RREPbdb 21SdRRESRRPbdb E1 E2 P Rb Rd Rb Rd S1 S2 （2）闭合流域水量平衡方程： 上式中Rb=0、Rd=0，并令R=Rb+Rd， S=S2-S1，则方程变为： 对多年平均来说：S=0；则有： 式中： 流域多年平均年降水量、年径流 量和年蒸发量。 SEPR EPR E1 E2 P1 Rb=0 Rd=0 Rb Rd S2-S1= S 第二节 全球水资源 人类对水资源的开发利用的认识经历了一个漫长 的历史时期。 1.古代适应水环境的变化； 2.近代兴利除害； 3. 现代密切协调社会与自然关系，注重社会、 经济效益和生态平衡 拥有量前10位的国家如图： 一

13、、开发利用状况 过去的300年中，人类用水量增加了35倍多，近 十年每年递增4%8%。工业化国家的用水状况趋于 稳定，增幅最大的主要是发展中国家。 1 农业用水 农业用水一直占全部用的2/3以上。漫灌、畦灌 （7500m3/hm2）喷灌、滴灌(3000 m3/hm2) 2 工业用水 工业用水取水量约为全球总取水量的1/4左右。 3 生活用水 生活用水占全球用水量的很少一部分，约8%左右。 4 地下水资源在全球供水中的位置 占有重要位置：由于水质优良、清洁卫生、受污染程度 轻 日本城市用水中地下水和地 表水占的比例 68% 2% 30% 河川 地下水 其它 二、面临的问题 根据地球水量储量与分布

14、，人类可利用的淡水资 源仅为，只是地球上很小的一部分。 有限的水资源也很难再分配，巴西、俄罗斯、中 国、加拿大、印度尼西亚、美国、印度、哥伦比亚 和扎伊尔占全世界水资源的60%。 未来对水资源的需求不断增加，而自然界所能提 供的水资源又有一定的限度。 表面上看：地球上的水量非常丰富，地球的面积 被水覆盖，其中96.5%是海水。 实际上：人们可以得到的淡水只有地球上水的很 小一部分，有限的水资源也很难再分配。 从未来发展趋势来看：社会对水的需求不断增加， 水资源又有一定的限度，造成供需矛盾。 （1） 随着社会需求水量的大幅度增加，水资源供 需矛盾日益突出，水资源量短缺现象非常严重。 2025年，

15、全世界有2/3的人口面临严重缺水的局面。 亚洲占60%，非洲占85%。 （2） 随着经济、技术和城市化的发展，排放到环境中 的污水量日益增多。 0 0 1010 2020 3030 195019501970197020002000 年份年份 非洲非洲 0 0 4 4 8 8 1212 195019501970197020002000 年份年份 亚洲亚洲 1950年年2000年各地区人均占有水资源（千立方米年各地区人均占有水资源（千立方米/人）人） 0 0 100100 150150 5050 195019501970197020002000 年份年份 拉丁美洲拉丁美洲 0 0 2 2 4 4

16、6 6 195019501970197020002000 欧洲欧洲 年份年份 1950年年2000年各地区人均占有水资源（千立方米年各地区人均占有水资源（千立方米/人）人） 三、开发利用趋势 工农业的迅速发展导致用水量与取水量的大幅增长。 1、1900年1940年，1940年2000年年 翻一翻。 2、农业用水量及其不可复原用水量最高，基数大，占 总用水量的，不可复原用水量占总水量的。 3、工业用水量所占比例小，但增长快。 4、生活用水量不超过用水量的，增长较快。 第三节 中国水资源概况 一、中国水资源在世界水资源中的地位 我国是一个水资源短缺、水旱灾害频繁的国家， 水资源总量居世界第六位，但

17、人口众多，人均占有量 只有方米， ，在世界 排第110位（2012年结果）， 已经被联合国列为 二、中国水资源的时空特征 中国水资源特征表现为时空变化极大。 （1）空间分布特征 A、降水、河流分布的不均匀性 B、地下水资源的分布不均匀性 南多北少 东多西少 长江及其以南地区，面积36.5%，水资源拥有量占全 国81%； 淮河及其以北地区，面积63.5%，水资源拥有量占全 国19%。 最多的地区：四川、云南、广西等省区。1800亿 m3/年。 较少的地区：宁夏、天津、上海、北京、山西、河北、 甘肃等省区。280亿m3。 最少的地区是宁夏，年拥有水资源量仅10亿m3。 A、降水、河流分布的不均匀性

18、 B、 地下水资源的分布不均匀性 北方地区：面积占60%，地下水天然资源量占全国 的30%，开采率49%。 中部地区：面积占27%，地下水天然资源量占全国 的40%，开采率32%。 东南中南：面积占13%，地下水天然资源量占全国 的30%，开采率30%。 西北地区：面积占33%，地下水天然资源量占全国 的8%，开采率13%。 （2）时间分布特征 我国水资源在时间分布上（年际和年内）也不均匀。 枯水年和丰水年连续发生。许多河流发生过38年连丰或 连枯，如黄河在19221932年连续11年枯水，19431951年 连续9年丰水，19721999又连续枯水。 长江也出现过3年连丰，造成洪水。 黄河断

19、流天数黄河断流天数统计统计 水水资资源与人口源与人口组组合不匹配特征合不匹配特征 北方地区：人口占全国40%，水资源占全国20%，人 均水资源量1127m3/人。 南方地区：人口占全国60%，水资源占全国80%， 人均水资源量3380m3/人。 华北地区最缺水，人口占全国的26%，水资源总 量占全国的6%，人均拥有量556m3，不及全国人均 量的，是全国最缺少的地区之一。 南方区的西南地区人均水资源量最高，人口占 全国的20%，水资源总量占全国的46%，人均拥有量 5722m3。是华北地区的10倍。 水水资资源与耕地源与耕地组组合不匹配特征合不匹配特征 北方地区耕地占全国耕地的60%，水资源占

20、全国 的20%，耕地每公顷拥有水量9465m3。 南方地区耕地占全国耕地的40%，水资源占全 国的80%，耕地每公顷拥有水量28695m3。 在全国每公顷耕地拥有水资源量小于1500m3的 15个省区中，北方13个、南方2个。 江河泥沙含量高是我国水江河泥沙含量高是我国水资资源的又一特征源的又一特征 我国西部地区是长江、黄河、珠江和众多国 际河流的发源地，地形高差大，又有大面积的黄土 高原和岩溶山地，自然因素加上长期的人为破坏， 很多地区水土流失严重，对当地的水土资源和生态 环境造成严重危害，也使江河挟带大量泥沙，这是 我国江河的重要特征。 黄河是典型的高泥沙量河流，其含沙量是世界 之最。 水

21、水资资源受气候影响特征源受气候影响特征 我国近50年来，有20多年呈现北旱南涝局面。降雨量一 直呈减少势态。 近年来，受全球变暖影响，我国天气异常多变，2012 年上半年西南地区遭受百年不遇大旱，北京市“721”特大暴 雨，南涝北旱”的降水分布情况发生了改变，夏季多雨带位置 北移，持续近30年的“南涝北旱”格局初步显现转变趋势。 中国水资源的开发利用状况 一、 农业用水 农业是用水大户，占总用水量的61%左右，农业用水 主要包括农、林、牧、副、渔业和人畜生活等用水。农田 灌溉用水是农业的主要用水和耗水对象，占90%以上。 在农业用水中，地下水的开发利用占据十分重要的地 位。 由于农业节水技术与

22、节水措施的推广应用，节水水平 的提高，农业用水占总用水的比重其趋势上是在不断降低 的过程中，从1949年月的97.1%1980年的80.7% 1997年的70%。 二、生活和工业用水 生活与工业用水增长快，1980年12%1997年20% 2007年24%。但仍比发达国家低。 加拿大、英国、法国的工业用水均占总用水比例的50% 以上。 我国人均生活日用水量仅114升，城市之间差距大。 三、三、 地下水资源开发利用状况地下水资源开发利用状况 地下水是我国城镇生活用水不可替代的地位。 地下水占城镇生活用水总用水量的59%。 四 中国水资源面临的主要问题 一、水资源开发过度，生态破坏严重 水资源开发程度偏高，局部地区超过水资源的 最大允许开发限度。 黄河：从20世纪70年代出现断流19 年，共57次，686天。 二、城市供水集中，供需矛盾尖锐 中国600多座城市中，缺水的城市就达近400座，其中 严重缺水108座，主要集中在北方。 原因： （1）水资源分布与人口、土地分布的极不平衡 （2）人类对水资源的需求量超过了可供水量。