水资源规划及利用课程复习资料

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第1章绪论

1、水资源的概念

水资源（Water Resources）：通常指地球上目前和近期人类可直接和间接利用的淡水储量。

2、水资源的特性

（1）循环性与有限性

（2）时空分布不均匀性

（3）用途广泛性和不可替代性

（4）有利性和有害性

3、水利：

人类为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防止水旱灾害，开发利用和保护水资源。

4、水利工程：

用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利的目的而修建的工程。

5、水利事业：

6、我国水资源的特点

(1)总量可观，人均亩均占有量少，水资源供需矛盾突出

(2)地区分布不均，水土资源组合失衡

(3)时程变化大，年内、年际分布不均，水旱灾害频繁

(4)水土流失严重，河流泥沙问题突出

(5)水资源污染问题严重，水环境状况不容乐观

(6)水资源与生产力布局不相匹配。

7、我国目前水利建设的主要任务

（1）治理黄河

黄河可能是世界上问题最多、最复杂的一条河流，问题的关键是泥沙。目前黄河可以说是集断流、溃堤、淤积、污染诸问题于一身。

近期治理黄河的要求主要有以下几条：

①堤防不决口；②河道不断流；③水质量不超标；④河床不抬高。

治理黄河我们要做的工作有：

①坚持开展中上游水土保持工作，进一步减少入黄泥沙。

②通过全力节水治污和引入外流域调水，千方百计增加黄河水量，并对全流域全部水资源统一管理调度，这样才有可能治理黄河。

③通过工程和管理措施，在中下游形成一条相对稳定的“中水河槽”，使中小洪水不上滩，消灭“二级悬河”，解决不决堤的问题，而且用“人造洪峰”、“调水调沙”，配合清淤放淤，解决黄河泥沙在中下游的冲淤平衡问题。

④在河口适当修建工程，稳定流路，降低高程，引起溯源冲刷，改善下游河道淤高情况。

（2）长江防洪

采取工程措施和非工程措施解决长江洪灾这一心腹大患。

在工程措施方面，要依靠堤防、水库和分洪区三大项；

在非工程措施方面，要实现精确预报、科学调度、全流域统一管理和推行洪灾保险制度等。

以下有几个值得探讨的问题：

①长江流域已建并将建大量水库，但各水库都有其开发目标，不能全为防洪服务。如何才能在遇到特大洪水统一调度。

②分洪区是长江防汛的主要手段之一，目前分洪区内居住大量群众，是生产基地，分洪一次，风险和损失巨大，实际上很难下决心启用，形同虚设。

③长江干流和支流间的洪水关系（尤其是洞庭四水流域）极为复杂；要研究在不同洪水下，如何做到江河互补互利，需采取何种措施，获得最大效益，恢复洞庭的青春。

④各种非工程措施的研究和实施。

⑤长江口的整治工程等。

（3）全国水资源合理配置

中国水资源在空间上分布很不均匀，与各地区的经济发展情况更不适应，因此在全面实行节水、挖潜的同时，仍有必要实施跨流域调水。（4）全方位节水工程实行“节水为先”的基本战略。

（5）治污与生态环境治理工程

（6）水电大开发

（7）建立与完善水资源管理体制形成法规，以法治水

本课程的内容及水利水能规划的主要内容

本课程的内容：水资源及其综合利用的基本概念，水资源评价，水资源供需平衡分析，水库及兴利调节计算，防洪减灾规划，水能利用及水电站主要参数选择，河流综合规划及水库群水利水能规划，水库调度，水资源管理与保护，水资源系统分析。

水资源规划和设计与施工具有同等重要的地位。

进行规划工作的主要步骤：

1、收集、整理、分析和研究水利勘察和水利调查所获得的资料、数据和图幅等。

2、进行水文分析计算。

3、拟定水资源综合利用开发方式和工程总体布置初步方案，粗略拟定各主要水工建筑物和主要设备的型式和主要尺寸。

4、拟定待建水资源工程主要参数的若干个可能方案，并对其进行水利计算。

5、对上述参数的各方案进行经济计算和评价。

6、对上述参数的各方案进行非货币指标的社会效益、环保、政治、社会等方面的定性评价，选出最佳方案作为选用方案。

7、对选定方案，制定工程综合利用优化调度初步方案和水电站运行的初步计划，供运行管理单位参考。

拟定水资源开发方式与选择主要参数是水利水能规划工作的核心。各水利部门的主要参数有：

1、水力发电的主要参数：设计蓄水位、水库死水位和装机容量。

2、灌溉的主要参数：水库蓄水库容、渠首或抽水站的设计流量、多年平均供水量。

3、城市供水的主要参数：与灌溉类似。

4、防洪的主要参数：水库设计蓄洪库容和下泄流量、河道整治后各河段的设计洪水位和设计流量、堤防各段的堤距和堤顶高程等。

5、治涝的主要参数：排涝站设计流量和围堤顶高程。

第2章水资源评价

1、水资源评价：

对某一地区或流域水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件、开发利用现状和供需发展趋势作出分析估价。它是合理开发利用和保护管理水资源的基础工作，为水利规划提供依据。

水资源评价的主要任务:科学分析区域或流域水资源特点，准确把握其数量、质量等方面的特性，展望水资源开发利用前景，合理开发利用和保护水资源，达到以水资源可持续利用支撑社会经济可持续发展的目标。

２、水资源评价的内容

水资源评价是水资源规划的前期工作，在规划中遇到的问题在评价中要仅可能考虑。水资源评价比水资源规划可行性研究更具普查和宏观意义。

(1) 水资源评价的背景与基础

水资源评价的背景与基础：水资源评价区的自然情况、社会经济现状、水利工程及水资源利用现状以及水资源系统等。

(2)水资源数量评价

也称为基础水资源评价，对评价区内的地表水资源、地下水资源及总水资源进行估算和评价，是水资源评价的基础部分。

(3) 水资源质量评价

包括对河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况等的调查和评

价。

(4) 水资源开发利用及其影响评价

包括：社会经济及供水基础设施现状调查分析，供用水现状调查分析，现状供用水效率分析，现状供用水存在问题分析，水资源开发利用现状对环境的影响分析。

(5) 水资源综合评价

包括：水资源供需发展趋势分析、评价区水资源条件综合分析，分区水资源与社会经济协调程度分析。

３、水资源评价分区

水资源评价分区的原则:

（1）尽量按流域水系划分，保持大江大河干支流的完整性。

（2）同一区内自然地理、水资源特点、水资源开发利用条件和水利建设方向基本相同或相似。

（3）应充分考虑水资源供需特点，将供需矛盾相对突出的地区予以区分。

（4）尽可能保持行政区划完整。

（5）根据工作需要、评价工作量大小、现有资料情况确定分区大小和分区级数。

（6）各种级别的水资源评价分区原则上应一致。

４、水平年、典型年和系列法

水平年：基准年、近期水平年、中期水平年、远期水平年。

要根据水资源评价的任务和所具备的条件来选择使用水平年，一般应有现状和近期两个水平年。

未来降水有随机特点，目前不能准确预测，而水资源量、供水量和需求量总要根据一定的水情和雨情进行分析，为处理这一问题，常用：

典型年法（代表年）：

根据已有资料频率分析结果，确定平水年和枯水年等不同典型年的雨情和水情，在此基础上对各水平年的水资源供需情况进行分析。典型年选择要合理确定年总水量和年内分配，使其确有平水年、枯水年及特枯水年的代表性。

典型年又可分为日历年、水文年和水利年。日历年自1月1日至12月31日，水文年从一年汛初至次年汛初，水利年按农作物灌溉期末划分起讫时间（如每年10月1月至次年9月30日）。

典型年的选用——统计：用日历年，供水：水文年，农业用水：水利年。

系列法（水资源供需平衡动态模拟法）：

根据所选水文气象系列逐年逐时段对未来的水资源供需情况进行计算分析。能较好地反映未来水资源量、供水量和需水量的动态变化特点，考虑了水资源多年调节以丰补枯的作用，是比较合理的方法。

系列法有：

1、一次历史系列法

2、历史系列循回组合法

3、随机系列模拟法

典型年法：计算简单、工作量少，克服无长系列资料的困难；

系列法：计算工作量大，要用计算机计算。

5、水质评价

水质：水质泛指水体的物理、化学和生物学的特征和性质，受自然因素和人类活动的双重影响。水资源评价时，必须开展水资源污染状况的调查与评价，包括污染源调查与评价，地表水资源质量状况评价，地表水污染负荷总量控制分析，地下水资源质量现状评价，水资源质量变化趋势分析及预测，水资源污染危害及经济损失分析，不同质量的可供水量估算及适应性分析。

符合要求的水质和充足的水量是进行水资源开发利用的两个必要前提，缺一不可。

水资源评价工作要做到“水量和水质并重”，水质评价要包括河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况调查评价等内容。

1）河流水质

1、河流泥沙

包括：河流输沙量、含沙量及其时程分配和地区分配。

2、河流水化学特性

包括：天然水化学类型及地区分布，天然水化学成分的年内、年际变化，河流离子径流量（包括出海、出境、入境离子径流量），河流离子径流模数及地区分布。

天然水化学分析参数一般 pH值、矿化度、总硬度、钾、钠、钙、镁、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物。

2）水体的污染及其危害

水体的自净能力：指受污染的水体在一定的条件下具有逐渐恢复其原有水质状态的能力。

合理利用水体的自净能力，减少水污染控制费用，是水资源保护规划中应当考虑的一个重要原则。

一、水体污染物质的主要来源：

可分为：自然污染和人为污染。

二、水中的主要污染物及其危害：

(1)需氧污染物及其危害

需氧污染物：碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸和脂类等有机物。

常采用下列指标表示水中需氧有机物的含量：

1)生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand，简称BOD）:表示

水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（以mg/L为单位），

生化需氧量越高，表示水中需氧的有机污染物越多。

2)化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，简称COD）:表示用化

学氧化剂氧化水中的有机污染物所消耗的氧量，测定方法有高

锰酸钾法和重铬酸钾法。

3)总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）:

总有机碳包括水体中所有的有机污染物的含碳量，是评价水体中需氧有机污染物的一个综合指标。

总需氧量：有机物完全氧化所需要的氧量。

(2)植物营养物及其危害

藻类大量繁殖。

(3)水体重金属污染及其危害

重金属不能被降解，只会分散或富集，对人和生物有毒性。(4)水体油类物质污染及其危害

破坏生物正常生活环境，造成生物机能障碍。

①油膜阻碍海水蒸发，改变海面反射，减少日光辐射，使海面温度下降，影响水体绿色植物光合作用，同时阻隔大气和水体间气体交换，减少水体氧气来源；②分散油和乳化油对一切水生生物都是致命的，会破坏海洋浮游植物体内的叶绿素，阻滞细胞分裂而造成大量死亡。(5)水体热源污染及其危害

导致水环境发生一系列物理、化学及生物学变化。

①溶解氧降低，微生物分解能力增强，生化耗氧量增加，水体缺氧；②化学反应速度加快，有毒物质毒性加大；③生物群落和种群变化；④某些鱼类正常生活受到影响。

(6)水体农药污染及其危害

来自于：①生产农药工厂直接排放②悬浮于空气中的农药通过降雨③农、林区地表径流和农业排水

水体农药污染造成鱼类、鸟类大量死亡，对人类健康有严重威胁。

6、水质标准

为保证供水质量，有必要根据不同部门对水质的要求制定相应的标准，对水体各种成分尤其是有害成分的含量给出一定的界限，从而可以根据水的物理、化学、生物学特性检测分析结果进行水质的评价。

★我国（GB3838-2002）《地表水环境质量标准》依据地表水环境功能和保护目标，按功能高低将水划分为五类。

Ⅰ类：主要适用于源头水，国家自然保护区；

Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；

Ⅴ类：主要适用于一般农业用水区及一般要求水域。

2．4．4水质评价方法

水质的评价方法可分为监测指数法和生物评价法两种

一、监测指数法

利用表征水体水质的物理、化学参数的相对污染程度值，通过统计数学处理，得到一个简单的数值，用以表征水体的污染程度。

1、单因子评价指数法：

对各类指标进行分析。

当污染物危害程度随浓度增加而增加时：si i i C C I /=

当污染物危害程度随浓度增加而减少时：

)/()(max max si i i i i C C C C I -+=

对于具有最低和最高允许限度的污染物（如pH 值）：

si

si si

i i C or C C C I --=

min)(max 2、 多因子评价指数法：

应用数学模型得出一个概括性的指数以综合表征水体的污染程度。 平均迭加法：∑==

n

i i

I

n

I 1

1；

加权平均法：∑∑===

n

i i

i n

i i I

W W

I 1

1

1

；

内梅罗指数法：2

2

2max ave

i I I I +=

；max i I ：参与评价的最大单因子指数；ave I ：参与评价的单因子指数均值。

一般地说：1

1>I ，环境质量状况优于评价标准； 1=I ，环境质量状况处于临界状态。

3、 模糊数学评价法：先对单项参数进行评价，同时考虑各参数在总体

中的地位，配以适当权重，然后运用模糊矩阵复合运算法，得出综合评价结果。 二、生物学水质评价方法

由于水环境系统中污染物质之间存在复杂关系，对环境质量的影响程度不一；水质标准难以统一；对水体质量的综合评判有一定模糊性；因此，不同水质评价方法差别较大。好的评价方法应当具有：准确性、可比性、实用性。 目前常用：

1、 指标生物法：利用指示生物可以对水污染程度作出综合判断。

生物是反映环境质量优劣的一个综合指标，它与环境构成统一的

整体。每一种生物都要求一定的生活环境，环境一旦发生变化，生物种类、数量、生物群的组合及结构均发生变化。

指标生物：在一定水质条件下，对水环境质量变化反映敏感的生物。 2、 生物指数法：

依据水体污染影响水生生物群落结构的原理，用数学形式表示群落结构变化情况，从而指示水体质量情况。如贝克生物指数法。 贝克生物指数法：B A BI +=2

A ：对有机污染缺乏耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数；

B ：对有机污染有中等耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数。

根据BI 的计算值来判断水质污染程度： 0=BI ：水体严重污染；

6~1=BI ：水体中等污染； 10~6=BI ：水体轻度污染； 10>BI ：水体清洁。

§2.5水资源综合评价

2．5．1区域总水资源概念及水资源总量计算

图2-1 区域水循环概念模型

总水量平衡方程：WC ET R P ++=

对于非饱和带的土壤水，水量平衡方程：WE ET WR RS P -+=-

其中总腾发量：WE SE ET +=

则有：SE WR RS P +=-，说明入渗的水转化为地下水补给和作物的直接利用。

对于地下水，水量平衡方程：WG WC WE WR ++=

定义降水扣除作物、土壤及水面直接利用和消耗后的全部水量为总水资源量W ，则：SE P W -=

将SE WR RS P +=-代如上式，

则：WR RS W +=，说明总水资源量为地表径流量与地下水补给量之和。

将WG WC WE WR ++=代入WR RS W += 则：WG WC WE RS W +++=，由于R WG RS =+ 所以有：

WC WE R W ++=

因此计算总水资源量有四个公式：

SE P W -= WR RS W +=

WG WC WE RS W +++= WC WE R W ++=

受实际情况和资料限制，目前还没有直接用上述公式计算总水资源量，而是分别对地表水和地下水进行评价。

常用：D WR R W -+= 其中D 为地表水和地下水的相互转化量。 不同类型的评价区有不同的计算方法。

地

表径流 RS

河川径流

R