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占69.6%的冰川。
可利用的水量是0.1*108km3.占淡水量的30.4%。
(积雪、两极、多年冻土)
分布于600m深度以内的含水层、湖泊、河流、土壤中。
包头水资源概况
充足的水资源是包头经济赖以发展的重要条件。
黄河流经包头境内214公里,水面宽130米到458米,水深1.6米到9.3米,平均流速为每秒1.4米,最大流量每秒6400立方米,年平均径流量为260亿立方米,是包头地区工农业生产和人民生活的主要水源。
此外,艾不盖河、哈德门沟、昆都仑河、五当沟、水涧沟、美岱沟等河流,水流量可观,也是可以利用的重要水资源。
包头可利用地表水总量为0.9亿立方米(不包括黄河过境水)。
地下水补给量为8.6亿立方米。
从50年代起,包头就开始了大规模的水资源开发,先后修建了黄河水源地多处,以及奥陶窑子、团结渠、民生渠、磴口扬水站、画匠营水源地等较大的黄河提水工程,先后构筑了昆都仑、刘宝窑、水涧沟等中小型水库,进行了大规模的水资源开发。
包头地区的生活、工业及农业用水设施已经能够满足本地区经济社会发展的需要。
2.1.2地球水的循环
自然界的水文循环:
水的蒸发——降水——径流的过程周而复始,不停的进行,大循环、小循环(海洋的水)
更替周期:
指在补给停止的条件下,各类水从水体中排干所需要的时间
估算T=Q(t)/g(t)
Q(t)——单位时间内水体中参与循环的水量
g(t)——某一时刻水体中储存的水量
2.1.3水量平衡
水量平衡:
地球上任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变化量——这一关系称为水量平衡。
闭合流域的水量平衡:
P=R+E+△S
P-降水量R-径流量E-蒸发量△S-人为循环影响下某时段内的净流量的变化量
全球水量平衡方程EL+Eh=PL+PhE=P
蒸(陆)蒸(海)降降蒸降
2.2全球水资源
2.2.1全球水资源开发利用状况
80年统计:
全球水资源利量总体0.324*104km3其中69%用于农业;
23%用于工业;
8%用于居民生活。
农业用水:
占到2/3漫灌畦灌——喷灌滴灌
工业用水:
占到1/4新鲜淡水补给回收利用率
生活用水:
世界部分城市居民生活用水水平对比图2-2
2.2.2全球水资源面临问题
水资源短缺严重供需矛盾尖锐饮用水灌溉用水工业用水(人均水资源拥有量下降了40%—60%)
水源污染严重“水质型缺水”突出目前世界上有1/4人口患病是由水污染引起;
世界上有近10亿人没“安全水源”
2.2.3全球水资源开发利用趋势
农业用水量为农业用水中不可重复的水量最高图2-3
工业用水由于不可恢复的水量最低(降低用水定额)
水资源的开发将重视经济,环境与生态的良性协调发展(获取天然径流量,水资源的合理分配与调度,开源与节流并重,优先发展污水再生回用)
2.3中国水资源
2.3.1中国水资源量概况
中国水资源相对比较丰富的国家之一的原因是处于季风气候区域,受热带、太平洋低纬度上温暖而潮湿气团的影响以及西南的印度洋和东北的鄂霍茨克海的水蒸汽影响,我国东南地区,西南地区以及东北地区获充足降水量。
全国水资源总量为2788km3相当于世界的占有量的1/4
联合国规定人均1700m3为严重缺水线(15省≤);
人均1000m3为生存起码标准(10省市区≤)。
2.3.2中国水资源时空分布特征
2.3.2.1空间分布特征:
1)降水量空间的丰度和径流的深度
地域分为:
丰水带、多水带、过渡带、少水带、缺水带
河流分布于东南和中南地区
影响因素:
降水,地形,植被,土壤和地质条件
2)地下水资源分布的不均匀性
年降水量有东南向西北递减;
东部湿润多雨西北干旱少雨
地下水资源量,南方高于北方丰富程度由东南向西北逐渐减少
2.3.2.2时间分布特征大型平原和盆地成为地下水储存的良好场所
东西向排列的昆仑山-秦岭山脉,成为我国水量的分布线
时间分配上很不均匀年际变化大枯水量和丰水量连续发生
月降水量占全年降水量的比例图2-4P19
长江以南地区由南往北雨季为3月—6月,长江以北地区雨季为6—9月占70-80%
要求:
地表水和地下水资源统一管理,联合调度
2.3.3中国水资源开发利用
引用冰川径流开采地下水-农业用水工业和生活用水
2.3.4中国水资源面临主要问题P21
2.3.4.1水资源开发过程,生态破坏严重
黄河拥有水资源总量728*108m3,大河潮侵害盐碱化溢区带泉水流量衰减
2.3.4.2城市供水集中,供需矛盾尖锐
2.3.4.3地下水过量开采,环境地质问题突出下降漏斗区连成一片
2.3.4.4水资源污染严重环境日益恶化地面沉降造成城市雨后大面积积水,海水入侵-水质恶化矿化度氯离子浓度增加,
2.3.4.5水资源开发利用缺乏统筹规划和有效管理
城市附近的点污染源农业区面污染淋溶-灌水降水
地下水大面积农药与化肥污染
污水灌溉渗漏的大量污水直接造成污染地下水
3.水资源量评价
水资源评价包括水资源数量评价,水资源质量评价,水资源利用评价及综合评价
3.1水资源的形成
3.1.1地表水资源的形成与类型
地表水为河流冰川湖泊沼泽等水体的总称
区域水资源的三要素:
降水径流和蒸发
3.1.1.1降水——丰富程度空间分布状态
年降水量的极值比Ka=Xmax(最大年降水量)/Xmin反映降水量年际变化
年降水量度变差系数Cv
数理统计:
①均方差②变差系数(相对离散程度)Xi—观测序列值
3.1.1.2径流
河流径流的补给①积雪冰川溶水②雨水③地下水
径流时空分布①区域分布东南向西北递减
②径流量的动态变化Cv值来表示
③年径流量的季节变化、补给来源的性质和变化
河流径流的表示方法
径流:
流域上的降水,除去损失以后,经由地面和地下途径汇入河网,形成流域进口断面的水流。
(径流过程:
径流随时间的变化过程)
地表径流:
指降水除消耗外的水量沿地表运动的水流
按水源条件分为降雨径流,雪融水径流,冰融水径流
地下径流:
指降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的水流。
水流中夹带的泥沙则称为固体径流
特征值主要有:
流量Q径流总量Wt径流模数M径流深度Rt径流系数a=Rt/p(年降水量)
3.1.1.3蒸发水面蒸发:
当地大气蒸发量
路面蒸发:
水降蒸发
干旱指数V=E0(年水面蒸发量)/P(年降水量)
干旱指数、径流深度、径流系数密切相关见表3-2
3.1.2地下水资源的形成与运动规律
地下水通过补给、径流、排泄过程参与自然界的循环并与大气圈及水圈发生水交换——地下水的循环条件。
3.1.2.1地下水的形成
①岩石的空隙性(静电能分子引力)
②岩石中水的存在形式(结合水重力水毛吸水表面张力和重力固态水气态水)
③含水层(能够透过并给出相当数量水的岩层,基本条件容纳重力水的空隙、储存和聚集地下水的地质条件、充足的补给来源)、隔水层(不具透水和给水能力的岩层)
④地下水的分类(上层滞水潜水承压力)
⑤地下水循环(水量与水质、补给、径流、排泄)
3.1.2.2地下水运动的特点及其基本规律
运动特点:
①迟缓的流速②层流雷诺数小于10和紊流③非稳定,缓变流运动(公式
是达西;
是哲才,以上之间斯姆莱公式混合流运动)
基本规律:
线性渗透规律非线性渗透规律
3.2地表水资源量评价
3.2.1水资源的分区
1、分区原则
区域地理环境条件的相似性和差异性
流域的完整性
考虑行政与经济区划界限
与其他区域规划尽可能的协调
2、水资源区分方法
根据各地气候条件和地质条件分区:
湿润多沙区、湿润区、干旱区
根据天然流域分区:
大河流天然流域作为一级分区
根据行政区域划分区:
三级划分
3.2.2地表水资源量评价的内容①②③④⑤⑥
周期性、确定性和随和性、区域性
3.2.3河流径流计算
河流水文现象的基本特征(周期性、确定性和随机性、区域性)及计算方法(成因分析法、地理综合法、数理统计法)
河流水文计算的概率与数理统计方法:
用概率论来研究随机现象统计规律,根据随机现象的一部分资料,应用数理统计方法去研究总体现象的数字特征和规律(频率均指累积频率:
数量或超量值的累积频率与总观测次数与的比值)
年径流量的分析;
年径流量(一个年度内通过河流某断面的水量)、多年径流量、正常径流量、设计径流量)
经验频率曲线(用实测的某河流水文特征值作为随机样本,计算各特征值相对应的频率,并将各数值点绘于二维坐标图上,用目估方法通过点群中心曲线绘制一条光滑曲线)、理论频率曲线(根据概率论的原理,选用某种由一定数学公式表示的频率曲线,称理论频率曲线,并采用适线的方法调整参数,寻找出一条与经验频率曲线配合最好的理论频率曲线):
理论线型10余种(皮尔逊Ⅲ型)、统计参数(均值、变差系数、偏差系数)
径流还原计算(将资料系列回到“天然状态”):
①分项调查法、②降水径流模式法
3.2.4分区地表水资源量评价
区内河流有水文站控制:
分区年径流量的计算
Q-年径流量;
P-单位面积平均降水量;
F-面积
区内河流没有水文站控制:
①水文模型②相似推求③借助分析采用
3.2.5地表水资源时空分布特征
①径流的地区分布特征河流径流的等值线图
②径流的年际变化变差系数、极值比、丰枯周期
③年分配情况:
典型的比值K
典型年月径流量
接近平均值或分配情况不利
3.2.6可利用地表水资源量估算
地表水可利用量:
经济合理、技术可能并满足河道内用水并估计下游用水。
蓄、引、提工程获得一次性最大水量
3.3地下水资源评价
3.3.1地下水资源分类
1、地下水“资源”与“储量”的基本概念
地下水资源是指有使用价值的各种地下水的总称
矿产时—开采储量水资源时—开采资源
2、国内的地下水资源分类
补给量、储存量含水层内的重力水体积允许开采量允许开采资源;
尚难利用
3、地下水资源分类的国家标准(表3-6)
4、允许开采量分级:
勘探研究程度A、B、C(推断)、D(预测资源量)
3.3.2地下水资源评价的内容、原则(1、2、3、4、5)与一般程序
(地下水质评价包括哪几方面?
水源、水质、开采条件、开采后果、“三水”指什么?
地下水、地表水、降水)
3.3.3地下水资源补给量(Qb)和储存量(W)计算见P60
①地下水流流入量、降水渗入补给量、河渠渗入补给量;
②灌溉水渗入补给量、相邻含水层垂向越流补给量、容积储存量;
③承压水层的弹性储存量。
3.3.4地下水资源允许开采量计算(地下水资源评价方法一览表)
1、计算方法选择与计算程序(数学模型、数量计算与水资源特性相结合、水文地质概念模型、理想化紊流模式)
①计算方法选择衡量标准(正确表达水文地质条件、利用保证计算精度的勘探资料)
②一般程序见图3-6
2、解析法:
是用相应的井(渠)流解析公式计算允许开采量(理想);
地下水运动:
稳定和非稳定流两大类型
3、数值法:
分割近似原理,离散化方法,求解线性代数方程问题复杂;
4、开采试验法:
一至数月的抽水试验,确定开采量;
5、补偿疏干法:
旱季“空库”与雨季“回填”含水机制进行模拟,得到最大允许开采量;
6、水均衡法:
地下水的补给。
消耗与储存之间的数量转换关系——评价
7、相关分析法:
相关程度密切的回归方程,外推未来开采时允许开采量;
8、地下水文分析法:
测流方法计算;
特定地理条件限制“枯季”
岩容管流区、基岩山区等
4.供水资源水质评价
水资源的合理开发与有效利用
供水资源数量与质量评价
指标体系水质标准与评价
4.1水质指标体系与天然水化学
1、水质:
是指水和其中所含物质组分所共同表现的物理、化学和生物的综合指标。
悬浮靠浮力粘滞力悬浮颗粒溶解质水分子支撑的分子或离子胶体物质介于以上两者之间
2、生活饮用水与饮用水源质量标准
物理的、化学的、生物学的指标:
我国生活饮用水水质标准GB5749-85表4-1
美国饮用水与健康咨询U.SEPA-1996表4-2
第一类饮用水污染物最大标准U.SEPA-1996表4-3
世界卫生组织规定的饮用水标准表4-4
生活饮用水水源水质标准(CJ3020-93)表4-5
4.2工业用水质量标准与评价
1、锅炉用水
①危害作用:
成(锅)垢作用-影响传热、费料、炉壁过热
起泡作用-很厚的及不稳定泡沫层,汽化作用不均匀、水位急剧上升
腐蚀作用:
材料的侵蚀与破坏皂化作用
②水质评估指标一般锅炉用水水质评价指标表4-6
对锅炉用水起不良影响的各种物质成分表4-7
2、其他工业用水水质评价
纺织、造纸和食品硬水
水中含亚硫酸铁
含铁、猛的水
3、农田灌溉用水水质评价
水温、
水的总溶解固体、
溶解的盐类成分、
污染状况-有毒有害物质
《农田灌溉用水水质标准》GB5084-92
5.水资源供需平衡分析
5.1概述
农田受害面积、洪涝灾害、用水高峰水量极限可持续利用
5.1.1水资源供需平衡分析的目的和意义
供需原理和综合平衡-开源节流
5.1.2水资源供需平衡分析的原则
近期和远期相结合
流域和区域相结合
综合利用和保护相结合
5.1.3水资源供需平衡分析的方法
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
典型法:
按雨情、水情的代表性的几个年份进行分析计算
5.2水资源供需平衡分析的典型年法
5.2.1典型年法的涵义某一范围的水资源供需关系,进行典型年份平衡分析,计算
规定:
平水年累计频率P=50%一般枯水年P=75%特别枯水年P=90以上
累计频率由数学公式
5.2.2计算分区和计算时段
某一区域供需水量在时间和地区上分布不均匀
区域划分—分区;
计算时段—年季月旬和日
5.2.3典型年和水平年的确定
(一)不同频率典型年的确定P=50%P=75%P=90%P=95%
1、典型年来水量的选择
天然径流系列
降雨系列降雨年内分配接近典型年的实际资料缩放分配
2、分布
实际典型年的来水分配
频率相近若干个实际年年份进行分析计算
(二)水平年选择三个水平年即现状近期水平年远景水平年
基准——5-10年——15-20年
供需计算分析
5.2.4可供水量和需水量分析计算
1、可供水量:
符合一定标准的水量水平年的假想来水条件
来水条件——变化的
用水条件:
是随用水特性及合理用水、节约用水等条件不同而变化
工程条件:
工程参数调度运行新增工程设施
水质条件:
不同用户有不同的标准
2、典型年法中供水保证率
-保证正常供水的年数;
-供水总年数
3、需水量
河道内用水一定的流量、水量和水位-组合计算计算、预测、定额
分行业重复利用率提高法
计算:
工业用水生活用水环境用水
定额
河道外用水
城市用水:
工业用水生活用水环境用水重复水
灌溉用水其他用水
5.2.5供需平衡分析和成果综合
1.分类范围发展的观点深度用水的性质
2.计算单元的供需分析图5-2需水量计算项目汇总
3.整个区域的水资源供需分析图5-3计算单元水量平衡分析示意图
4.不同发展阶段(水平年)的供需分析上游用水社会经济发展
5.3水资源系统的动态模拟分析
实际问题概化成一个物理模型参数
按一定规则建立数学方程来描述有关变量间的定量关系
模型的调参和检验
水资源系统的动态模拟分析成果的综合水资源供需平衡分析的动态模拟就是制定各种运行方案重现现阶段水资源供需状况和预演今后一段时间水资源供需状况。
5.4水资源动态模拟的实例分析
图5-7水资源系统的动态模拟计算流程框图
总结复习
1.基本概念
狭(广)义上的水资源更替周期水量平衡地球上的水循环
地表水干旱指数可供水量水质频率(含计算公式)斗槽进水水资源特性地下水资源分补给量储存量允许开采量
2.河流水文现象的基本特征?
3.允许开采量的计算方法?
解析法、数值法、模拟法
4.中国水资源丰富的原因?
5.我国地下水资源分布的特点?
6.水资源特性?
7.根据降水量空间的丰度和径流深度将全国区域如何划分?
8.区域水资源的三要素?
9.如何理解“开采储量”“开采资源”?
10.径流量的动态变化如何表示
11.允许开采量分级及计算方法有那些?
12.径流量的特征值主要有那些?
13.锅炉危害的作用有那些?
14.地下水运动特点及其呈现的基本规律?
15.河流水径流的计算方法?
16.农田灌溉用水水质评价内容?
17.如何表示径流的年际变化?
18.水资源供需平衡分析的方法?
19.地表水工程有哪几类?
20.何为水资源系统的动态模拟分析?
21.结合我国水资源利用现状谈谈如何保证我们的用水正常!
水资源动态模拟的实例分析
以华北某县作为研究区
研究区地理特征水资源系统的构成七个子区的划分
数字模型建立四个工作模型各种指令有机联系
确定来水量的子模块
用水预测计算的子模块
地面水和地下水联合调度的工作子模块
地下水动态有限元计算子模块
实测资料——流程框图表示——验证——计算成果分析表
巴盟出台新措施应对水危机
1月7月黄河主要河流来水量比最枯的1997年少55亿立方米
内蒙古1至6月只有13.95亿立方米
方法:
平地缩块清淤节水衬砌
地膜覆盖垄种畦种沟灌垄灌膜灌
保养水分节水灌溉
洪水和骨干排沟可用回归水
低洼地现有海子储水提水
重庆退耕还林集中交通干道大江大河沿线城镇周边长江沿线三峡库区环湖生态屏障
6.取水工程
不良后果:
供水量保证程度降低,供水水源工程运行效率低下,水源枯竭。
内容:
水源特征,取水点的布置原则、取水构筑物的类型,结构及取水量计算。
6.1地表水资源供水特征与水源选择
6.1.1地表水源的供水特征
水量大,总溶解固体含量低,硬度小;
时空分布不均,受季节影响;
保护功能差,容易受污染;
泥沙和悬浮物多,净化;
取水条件及取水构筑物复杂。
6.1.2水源选择原则
详查和综合评价避免矛盾、确定蓄水面积、储水量
技术经济比较水量可靠、水质达标、远景需求
设计枯水流量的保证率在90%~97%
地表、地下水联合使用
取的批文
6.2地表水取水工程
地表水:
江河、湖泊、水库和海洋、河流径流——重要组成。
6.2.1影响地表水取水的主要因素
主要因素:
①河流的径流变化、泥沙运动、演变、冰冻、水质、河床地质与地形;
②构筑物建立影响到河流变化,影响构筑物工作;
6.2.1.1取水河段的径流特征
河流径流特征值:
水位、流量、流速—提问P129
6.2.1.2河流的泥沙远动及河床演变
较好的水质、保护泥沙、漂浮物、取水口和渠道严重淤积,脱流。
1.泥沙运动:
河流泥沙:
河流中远动的以及组成河床的泥沙所有在河流中运动及静止的粗细泥沙、大小砾石都称为河流泥沙。
水中运动泥沙:
①床沙:
河床表面的静止泥沙
②推移质泥沙:
粒径较大、滑动、滚动、跳动运动、推移质,静止、床沙
③悬移质:
粒径较小,垂向脉动速度小,受紊动扩散作用-悬浮
水流的运动:
重力作用下的纵向运动
惯性离心力、机械摩擦力作用的环流运动
2.河床演变河流的径流情况时间、空间变化—冲刷、淤积—形状变化
水力条件
表现①纵向变形:
某一河段淤积,另一河段冲刷枢纽:
上游淤积、下游冲刷
②横向变形:
横向输沙不平衡横向环流
河流横向变化
③单向变形:
缓慢朝一个方向冲刷或淤积——下游悬河
④往复变形:
河道周期性往复发展的演变现象—冲淤交替
类型:
据平面上的河床形态和演变特征
①顺直型河段:
犬牙的边滩,对面的深槽,浅滩,浅深冲淤交替
②弯曲型河段:
蜿蜒曲折,枯—淤洪—冲
③游荡型河段:
洲滩呈罗棋布,水流散乱
④汊殖型河段:
河沙堆积体—江心洲、新老交替演变
6.2.1.3河床与岸坡的岩性和稳定性
河床土质,河床岸坡的稳定性—>
构筑物位置,河床演变
6.2.1.4河岸的冰冻情况
秋季流冰期,封冻期,春季流冰期
海绵状的冰屑,冰絮—水内冰
细小冰晶附着在底沙,固体物上聚集成块—底冰流冰摄氏00C以下
流速小—冰盖,流速大—冰穴
影响:
①隔栅②增大水头损失(冰坝、冰塞)③冰盖膨胀破坏构筑物(冲击、挤压、堵塞)
6.2.1.5河道中水工构筑物及天然障碍物
引起河床冲积、冲刷、变形并影响水质
6.2.2地表水取水位置的选择
1、取水点应设在具有稳定河床、靠近主流和有足够水流的地段
不同河型取水位置—P135
2、水质较好的地段;
注意:
上游;
避开河流中的回流区和死水区;
远离海水
3、稳定河床及岸边好地形及施工条件稳定承载力高的地基上
4、靠近主要水区
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