第五章 水资源的基本理论
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1、 5.1 水量平衡原理 5.2 水环境容量理论 5.3 水资源价值理论 5.4水资源优化配置理论 5.5水资源可持续利用理论*1 分水线：山峰、山脊和鞍部的连线称为分水线 流域：地面分水线包围的区域称为流域 水系：流域中大大小小河流交汇形成的树枝状或网状结构称为水系，也称河系23 分水线：山峰、山脊和鞍部的连线称为分水线 流域：地面分水线包围的区域称为流域 水系：流域中大大小小河流交汇形成的树枝状或网状结构称为水系，也称河系45鄱阳湖有赣江、抚河、信江、饶河、修水五大支流，出口控制站流域面积162225 km2，江西境内156743 km2 水量平衡o 任意选择的流域（或区域），在任意的时段内
2、，任意选择的流域（或区域），在任意的时段内，其收入的水量与支出的水量之差等于其蓄水量其收入的水量与支出的水量之差等于其蓄水量的变化量。即在水循环过程中，从总体上来说的变化量。即在水循环过程中，从总体上来说水量收支平衡。水量收支平衡。 水量平衡方程式6WWWOI127 P: precipitation 降水 ET: evapotranspiration 蒸散发 E: evaporation 蒸发 T: transpiration 蒸腾 R: runoff 径流 S: storage 蓄水量 F: infiltration 下渗量 8P洋E洋RW洋P陆E陆W陆 全球水量平衡方程o 海洋系统o 陆地
3、系统o 全球9洋洋洋WERPRPE洋洋多年平均RPE陆陆多年平均陆陆陆WERP陆洋陆洋PPEEPE 区域水量平衡方程10R地表R地下PEWR地表R地下WqqRREqRRPugsgs）（）（出入q入: :由由区域外调入的水量。区域外调入的水量。Qu: :区域区域总耗水量，主要指工总耗水量，主要指工业、生活耗水量业、生活耗水量；q出出: :本本区域的调出水量。区域的调出水量。区域水量平衡方程：P陆+R地表 + R地下 R地表 R地下 E T =S11闭合外流流域平衡方程：P陆 R地表 R地下 E T =S闭合内流流域平衡方程：P陆 E T =S 水资源转化模型则是用来描述各水资源要素之间相互转化关
4、系的数学工具。它清楚地表明了坡面、包气带和地下水的补排关系，以及水资源的由来和组成，并根据各要素间的水量平衡关系，对水资源进行定量分析。 12一个流域的水资源总补给量：大气降水量一个流域的水资源总补给量：大气降水量总排泄量总排泄量=河川径流量河川径流量+总蒸发量总蒸发量+地下潜流量地下潜流量13河川径流量河川径流量地下潜流量地下潜流量蒸发量蒸发量地表水资源14河川径流量河川径流量补给项：大气降水、冰雪融水、地下水补给；排泄项：河川径流、水面蒸发、入渗、开采地下水资源15地下潜流量地下潜流量补给项：降水、地表水入渗、侧向补给（平原区）排泄项：河川基流、潜水蒸发、地下潜流、开采 上游上游山丘山丘区
5、区o 山丘区为径流形成区，一般情况下人类的取用山丘区为径流形成区，一般情况下人类的取用水活动较少，且基本以水资源的天然转化为主，水活动较少，且基本以水资源的天然转化为主，因此根据水量平衡原理，在计算时段内流域上因此根据水量平衡原理，在计算时段内流域上游山丘区的水量平衡方程式为游山丘区的水量平衡方程式为：o R为计算时段内的河川径流量；为计算时段内的河川径流量；Ug为计算时段为计算时段内的地下潜流量内的地下潜流量16WUREPg 上游上游山丘山丘区区o 多年平均情况多年平均情况：o 由于河川径流量由于河川径流量R由地表径流量由地表径流量Rs和地下径流和地下径流量量Rg组成，总蒸发量组成，总蒸发量
6、E由地表蒸发量由地表蒸发量Es（包括土（包括土壤蒸发、植物蒸腾在内）和潜水蒸发量壤蒸发、植物蒸腾在内）和潜水蒸发量Eg组成，组成，因此上式可写成：因此上式可写成：17gUREPggsgsURREEP 上游上游山丘山丘区区o 在山丘区，受地形坡度的影响，地下水的补给在山丘区，受地形坡度的影响，地下水的补给形式主要以降水入渗补给为主，地表水入渗补形式主要以降水入渗补给为主，地表水入渗补给相对较少。给相对较少。o 地下水资源地下水资源量量：o 山丘区水量平衡方程为山丘区水量平衡方程为18gggggUREPWgssPREPggsgsURREEP 上游上游山丘山丘区区o 山丘区的多年平均水资源总量为：山
7、丘区的多年平均水资源总量为：o 当山丘区地下水埋深较大（大于当山丘区地下水埋深较大（大于4m）时，）时， 可可以忽略；在一定的水文地质条件下（如地下含以忽略；在一定的水文地质条件下（如地下含水层被隔水层阻隔），水层被隔水层阻隔）， 也能忽略，在此条件也能忽略，在此条件下，上式就可简化为：下，上式就可简化为：19gssPREPWgEgURW 上式表示在一定的条件下，山丘区的河上式表示在一定的条件下，山丘区的河川径流量可以近似认为是总水资源量川径流量可以近似认为是总水资源量ggggUREP 下游平原区下游平原区o 在天然状况下，平原区的水量平衡可表示为在天然状况下，平原区的水量平衡可表示为：o 平
8、原区的水资源转化关系必须考虑人类活动的平原区的水资源转化关系必须考虑人类活动的影响：影响：20平平平平gssPREP降水量降水量地表蒸发量地表蒸发量地表径流量地表径流量 降雨入渗补给量降雨入渗补给量qPREPgss平平平平平原区扣除蒸发量后的多年平均耗水量平原区扣除蒸发量后的多年平均耗水量 下游平原区下游平原区o 平原区的地下水除了本地的降雨入渗补给外，平原区的地下水除了本地的降雨入渗补给外，还包括上游山区的侧向潜流补给还包括上游山区的侧向潜流补给Ug山和地表水和地表水渗漏补给渗漏补给Q表补，其地下水资源计算公式为，其地下水资源计算公式为：o 地表水渗漏补给量地表水渗漏补给量Q表补21表补山平
9、平QUPWggg田渠河表补QQQQ 下游平原区下游平原区o 水资源总量水资源总量 全流域全流域o 多年平均水量平衡多年平均水量平衡22平平平平平gssPREPWqPREPgss全全全全 全流域全流域o 地表水资源量（河川径流量）地表水资源量（河川径流量）o 地下水资源量地下水资源量o 总量总量23平山平山平山全全ggsssRRRRRRRW重平山全ggggWWWW重全全全ggsWWWW包括全部基流量和地表水渗漏补给部分。包括全部基流量和地表水渗漏补给部分。 水水环境容量环境容量o 是是水体在一定功能要求、设计水文条件和水环水体在一定功能要求、设计水文条件和水环境目标下，所允许容纳的污染负荷量，也
10、就是境目标下，所允许容纳的污染负荷量，也就是指在水环境功能不受破坏的条件下，水体能容指在水环境功能不受破坏的条件下，水体能容纳污染物的最大数量纳污染物的最大数量。o 水环境容量大小与水体特征、水质目标及污染水环境容量大小与水体特征、水质目标及污染物特性有关物特性有关24水库A水库B生活供水农业供水 污染物在水体迁移转化过程中的物理化学作用表现在：迁移与扩散；吸附与解吸；沉淀与再悬浮；降解作用。25底泥沙颗粒吸附作用沉淀zx物理运动（迁移/扩散作用）泥河床解吸作用再悬浮污染物吸附作用解吸作用视频资料：水污染的来源 迁移扩散作用o 水体中的污染物主要以溶解状态或交替状态存在，随着水体的流动不断迁移
11、，同时也与周围的水体相互混合扩散o 迁移扩散作用的结果？26污染物浓度不断降低，水质得以改善 吸附与解吸作用o 吸附：污染物被泥沙吸附沉入水底o 解吸：水环境改变时，污染物重新溶于水o 一般情况下，吸附能力远大于解吸能力o 吸附与解吸作用的结果？27什么情况下解吸能力会大于吸附能力？会有什么后果？什么情况下解吸能力会大于吸附能力？会有什么后果？ 沉淀与再悬浮作用o 泥沙 降解作用o 污染物在微生物的生物化学作用下分解和转化为其他物质，使水体中污染深度降低o 有机污染物降解，消耗溶解氧，后果？28鱼类等动物死亡，病源菌大量繁殖水体进入厌氧状态，有机污染物分解生成甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢和厌氧微
