第十二章水文学与生态环境-资料
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1.第一章2.水文学：研究地球上的性质，分布，循环，运动变化规律及其地理环境，人类社会之间相互关系的科学。
3.水文现象的特点：①水循环永无止尽：任何一种水文现象的发生，都是全球水文现象整体中的一部分和永无止境的水循环过程中的短暂表现。
②水文现象在时间上的变化既具有周期性又具有随机性。
周期变化的原因主要是地球公转及自转，地球和月球的相对运动，以及太阳黑子的周期性运动所导致的昼夜，四季交替的影响所致。
各因子本身在时间上也不断变化，因而又具有随机性。
③水文现象在地区分布上既存在相似性，又存在特殊性。
不同的流域、如果所处的地理位置相似，由于纬度地带性的影响，水文现象也就具有一定的相似性。
但由于各流域的地质、地形等非地带性下垫面条件的差异，水文现象就会有巨大的差异。
4.水温在3.98°C时，结合紧密的二水分子最多，故此时水的密度最大。
5.海水的温度分布：①水平分布。
（三大洋表面平均水温均为17.4°C，太平洋（19.1）＞印度洋（17.0）＞大西洋（16.9）。
北半球高于南半球，在南北纬0°-30°之间以印度洋水温最高，在南北纬50°-60°之间大西洋水温相差悬殊。
）从低纬向高纬递减，在南北回归线之间的热带海区水温最高，大洋东西两侧，水温分布有明显差异，寒暖流交汇处，水温水平梯度较大，夏季大洋表面水温普遍高于冬季，水温水平梯度冬季大于夏季。
②水温的垂直分布，从海面向海底呈不均匀递减趋势。
6.正温层：当湖水温度随水深的增加而降低时，即水温梯度呈负值时，将出现上层水温高下层水温低，但不低于4摄氏度，这种水温的垂直分布，称为正温层。
7.逆温层：当湖水温度随水深的增加而升高时，即水温垂直梯度呈正值时，将出现上层水温低，下层水温高，但不高于4摄氏度。
这种水温的垂直分布称为逆温层。
8.温跃层：在湖面以下一定深度常形成温跃层，即上下水温有急剧变化的一段。
9.同温层：当湖温上下层一致，上下层水温完全相同（同温层，4℃）。
水文学复习要点
水文学复习要点水文学复习要点绪论1、水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会之间互相关系的学科。
2、所谓水温现象，是指自然界的水在其循环过程中存在和运动的各种形态。
在自然和人类因素影响下，各种水文现象具有一些共同的基本特点。
（一）、成因上的自然性和人为性；（二）、时程上的周期性和随机性；（三）、地域上的相似性和差异性；（四）、运动的同在性和独立性。
第一章地球上的水循环与水量平衡3、水循环又称水文循环、水分循环，简称水循环，是指地球上各种形态的水，在太阳辐射，地球引力等的作用下，通过水分蒸发、水气输送、凝结降落、水分下渗、地表和地下径流五个环节，不断发生的周而复始的运动过程。
4、水的循环运动，在自然地理环境的形成和演化中发挥着巨大的功能，对人类社会有着巨大的自然资源和自然灾害影响作用主要表现在以下方面：首先，水循环具有促进自然地理环境中物质和能量迁移转化的功能。
其次，水循环具有影响地壳运动和塑造地貌形态的功能。
再次，水循环对天气现象和气候特征具有重大的影响。
最后，水循环具有形成区域水文现象和水资源的功能。
总之，水循环具有重要的自然地理环境功能和社会影响作用，所以水循环是水文学重要的基础研究领域，水循环理论是水文学重要的基础内容之一。
5、按照水循环发生的地域范围，可以将其划分为大循环和小循环两种类型。
大循环又称外循环、全球水循环，是指发生于海洋和陆地之间的水循环。
大循环的基本特点是海、陆之间有着水分的交换，水循环的四个环节齐全，构成一个完整的循环圈。
在大循环中，水分既有垂直的纵向交换，又有水平的横向交换。
小循环的基本特点是：海陆之间无水分交换，水分交换仅发生于海洋内部或陆地内部；水循环的五个环节不一定齐全，水分的垂向运动和水平运动可同时存在，也可缺少水平运动。
6、宇宙间的普遍存在的物质不灭定律和质量守恒定律。
水量平衡是指任意区域在任意时段内，其收入水量与支出水量的差额，必然等于蓄水量的变化量。
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1、陆地表面水的组成：详见P89的表3-1.2、河流分段：可分为上、中、下游三段。
其水文特点是：上游：比降大，多瀑布急滩，流速大，流量小，冲刷占优势，河槽多为基岩或砾石。
中游：比降与流速减小，流量加大，冲刷、淤积都不严重，河槽多为粗砂。
下游：比降与流速更小，流量更大，淤积占优势，多浅滩或沙洲，河槽多细沙或淤泥。
3、水系：在一定集水区内，大大小小的河流构成脉络相通的系统。
4、水系特征——1）河流长度（河长）：河源到河口的轴线长度。
2）河网密度：单位流域面积内的河流总长度。
D=∑L/FD——河网密度（千米/平方千米），∑L——流域内各级河道总长度（千米），F——流域面积（平方千米）。
3）河流的弯曲系数：某河段的实际长度与该河段直线长度之比。
K=L/lK——河流弯曲系数；L——河段实际长度（千米）;l——河段的直线长度（千米）。
K值越大，河段越弯曲。
K值大，对航运及排洪不利。
一般平原区河流的弯曲系数比山区的大，下游的比上游大。
5、水系类型：1）扇状水系：干支流呈扇状分布，即来自不同方向的各支流较集中地汇入干流，流域呈扇形或圆形。
（海河上游的潮白河、永定河、大清河、子牙河、漳河等五大支流均于天津汇入海河）2）羽状水系：支流从左右两岸相间汇入干流，呈羽毛状。
如滦河水系。
3）树枝状水系：干支流的分布呈树枝状。
大多数河流属此类型。
如珠江干流西江，沿途接纳柳江、郁江、桂江等，即为一树枝状水系。
4）平行水系：几条支流平行排列，至下游或河口附近才汇合。
如淮河左岸的洪河、颖河、西淝河、涡河、浍河、沱河等。
• 5）格状水系：干支流分布呈格子状，即支流多呈90°角汇入干流。
如闽江水系。
这是由于河流沿着互相垂直的两组构造线发育而成6）辐合、辐散状水系：从四周向中间辐合的水系，称辐合状水系，发育于盆地地区。
从中间向四周辐散的水系，称辐散状水系，发育于穹隆构造地区。
6、流域：是指一条河流（或水系）的集水区域。
分水线包围的区域称为一条河流（或水系）的流域。
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水文学一、名词解释水文现象：水循环过程中，水的存在和运动的各种形态。
水循环：水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。
海水盐度：单位质量海水中所溶解物质的质量，叫海水盐度。
它是海水物理、化学性的重要标志。
水循环过程中，水的存在和运动的各种形态。
水资源：指全球水量中可谓人类生存、发展所利用的水量，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量。
水体更替周期：指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需要的时间。
水量平衡：指任意选择的区域，在任意时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必等于该时段区域内蓄水的变化量，从总体上说收支平衡。
蒸发能力：通常，将处在特定的气象环境中，具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量，称为蒸发能力。
区域总蒸发：是指研究区域内所有蒸发面上各种蒸发、散发之综合。
水汽扩散：指由于物质、粒子群等的随机运动而扩展于给定空间的一种不可逆现象。
扩散现象不仅存在于大气之中，也存在于液体分子运动进程中。
水汽输送：指大气中水分因扩散而由一地向另一地运移，或由低空输送到高空的过程。
降水历时：指一场降水自始至终所经历的时间。
降水量：指一定时间内降落在某一面积上的总水量。
降水面积：即降水所笼罩的面积，以平方公里计。
下渗率：下渗又称入渗，是指水从地表渗入土壤和地下的运动过程。
下渗能力：又称下渗容量，指在充分供水条件下的下渗率。
稳定下渗率（fc）：通常在下渗初期，下渗具有较大的数值，称为初渗，其后，下渗作用不断进行，下渗率不断递减。
当下渗到一定深度后，下渗率趋于常值，此时称为稳定下渗率。
产流机制：水在沿土层的垂向运行中，供水与下渗矛盾在一定介质条件下的发展机理和过程，称为产流机制。
流量：指单位时间内通过某断面的水量，常用单位为立方米每秒。
径流深：指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以毫米为单位。
水文学原理(十二 流域汇流)
Lmax: 从流域出口断面 沿流而上至流域分水
线的最长距离。
max
Lmax
10
1-3 流域调蓄作用(Watershed storage effects)
造成流域调蓄作用的物理原因有二：
•每一水滴汇到出口断面的路径不一 （地貌因素） •每一水滴汇到出口断面的速度不一 （动力学因素）
涨洪时, 由于I(t)dt > Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将增加. 落洪时, 由于I(t)dt≤ Q(t)dt, 时段dt内流域蓄水量必将减小.
1 流域汇流的路径
Watershed flow paths
2 流域汇流时间 Watershed flow time of concentration
3 径流成因公式 Formula for computing the discharge at the watershed outlet
4 流域调蓄作用
1) 平均流域汇流时间 (Average watershed flow time of concentration)
idAi AA
直接利用左式计算平均流域汇流时间几乎不 可能，但水文学家已证明流域滞时是与平均 流域汇流时间等价的。流域滞时是指净雨中 心与相应的出流过程形心之间的时差。
8
1-2 流域汇流时间(Watershed flow time of concentration)
15
2-1 引言(Introduction)
叠加性原理：
I (t) I1(t) I2 (t)
n i 1
I i ( t )
n
i1
Ii (t)
Q1 t Q2 t
n
Q t Q i t i1
养殖水域生态学 水体渔业生产力
一、水体生物生产规律的认识
中国有句俗语“大鱼食小鱼，小鱼食虾米，虾 米食泥巴”，这可能是人们最早关于食物链和 鱼类自然再生产的认识，但真正从学术上探讨 水体生物生产规律的应推汉生(Hensen 1887)对 浮游生物的定量研究。汉生以藻类数量为基础， 探讨以藻类为食的桡足类的数量并进而估算鱼 类的数量，也就是说，从浮游植物——浮游动 物——鱼类这一基本食物链来认识海洋中鱼类 的再生产。
腐质链的作用
腐质链的作用使人们对水体生物生产过程有了 新的认识。从一个营养级到下一营养级活有机 质平均只有10%传下去，但其余的90%在生态 系中并未消失，而是进入腐质链并在另一个食 物链中再循环和再利用。因此林德曼的10%转 化率只是牧食链的转化效率，如果加上经腐质 链再到下一营养级的能量，转化效率肯定要高 于此数。Cushing(1973)、Steel(1978)都提出海 洋生态系中营养级间转化效率平均在15%～ 20%之间，Blazka(1980)总结IBP材料指出湖泊 和水库营养级间转化效率平均为15%。
化的能量接近初级毛产量的90%，其中自然包 括 从 外 来 有 机 质 得 到 的 能 量 (Алимов 等，1987)。 细40菌%(生30产%量～P60ba%c与)，初似级不毛受产水量体之营比养平类均型为的影响， 但两者现存量之比则因水体类型差别极大 (Azam等，1990)
淡水水体的生物生产特点 11
淡水水体的生物生产特点 8
浮游动物日粮C(mg/m2·d)与初级毛产量(Pg)
相关显著：
（ 1 ） 富 营 养 型 湖 C = 0.95Pg0.80±0.18
(r=0.98，n=8) （2）中和贫营养型湖 C = 0.27Pg0.81±0.49(r=0.85，n=8)
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考试不挂科系列复习资料
预祝各位考试不挂科
年平均流量将趋于一个稳定的数值，此称为正常年径流量。 o 可以用年平均流量 Q（m3/s） 或年径流总量 W（m3）表示，也可以用年径流深 R（mm）及径流模数 M（L/s·km2）表示 � 正常年径流量的推求 •资料充分时 算术平均法 •资料不足时 o 利用参证变量的相关 分析法延展资料系列 •利用相邻流域的年径流量； •利用降水量 •缺乏实测资料时 o 等值线法 o 水文比拟法：利用参证流域的水文特征值 年径流量的多年变化过程 •河流各年年径流量的丰、枯情况，可按照一定保证率（P） 的年径流标准划分。 •通常以 P＜25％为丰水年；P＞75％为枯水年；25％＜P＜75％为平水 年。 •保证率：指大于某一界限值的累积概率值。 � 洪水 •暴雨洪水在出口断面上的响应， 也可以通过流量过程线表达， 称之为洪水过程线。 •若先后两次降水由于前期降雨所形成的洪水过程尚未泄完，第二次降雨所形成的洪水 又接踵而来，就形成了复式洪水过程线。 基流（baseflow） ：河川流量中基本稳定的部 分，主要来自地下水补给，有时也包括来自湖泊和冰川的补给。 � 枯水 •当月平均水量占全年水量的比例小于 5％时，则属于枯水期 •枯水期河道的水量 完全依赖于流域蓄水量的补给 •流域蓄水量包括地面蓄水量和地下蓄水量、 枯水径流主 要依靠地下水蓄水量。 � 河水运动过程中的受力 o 重力；地转偏向力；惯性离心力；机械摩擦力 物体随地 球自转而产生相对运动 北半球物体的运动向右偏， 南半球向左偏 北半球河流右岸冲刷 严重 � 河流的运动形式 •按水流内在结构的差异分为层流与紊流 o 层流：全部水流呈平行流 束运动，即水质点运动的轨迹线（流线）平行，水流中运动方向一致，流速均匀 o 紊 流： 水流中每个水质点运动速度与方向均随时随地都在变化， 而且其变化是围绕一个平 均值上下跳动的 � 洪水波 •BD：波峰 •AC：波长；BC：波前；AB：波后 •附加比降：洪水波水面相对于 稳定流水面的比降。波前为正，波后为负 � 洪水波的推移与变形： 展开：波长相对增大，波高则逐渐减小； 扭曲：波前长度逐渐 减小，波后长度逐渐拉开 结果：波前越来越短，波后越来越长，波峰不断减低，波形 不断变得平缓，波前水量不断向波后转移。 � 泥沙的分类 •按泥沙在水中的运动状态，分为： o 推移质（底沙） ：粒径较粗，不能悬浮在水中， 只能在离床面不远的范围内，沿着河底跃移、滚动或滑动 o 悬移质（悬沙） ：粒径较小，在紊动扩散作用下，可以悬浮在水流中。 � 与推移质运动相关的河流流速定义 •起动流速 o 使泥沙开始起动的水流流速。 o 最小的起动流速发生在粒径为 0.2mm 处 •止动流速 o 泥沙停止运动时的水流流速。 o 起动流速一般为止动流速的 1.2-1.4 倍 •扬动流速 o 泥沙开始悬浮时的水流流速。 o 一般来说，扬动流速大于起动流速，对细 颗粒，扬动流速可能小于起动流速 � 冰川的形成 •雪的沉积 •粒雪化 o 单个冰晶体积增大， 形成圆球状的雪粒 o 松散的雪粒变成比较坚实的固结雪 粒和聚合雪粒，使积雪的厚度变薄 •成冰作用 o 冷型：低温干燥环境；没有融水渗浸，在压力下雪粒的重结晶，晶粒小 o 暖型：气温接近 0℃，渗浸成冰；冷渗浸-重结晶，暖渗浸-重结晶 � 冰川的类型 •按冰川形态和运动特性划分 o 大陆冰盖：补给区占优势，面积大，冰层巨厚，分布不
水文学(完整版)
水文学整理(完整版)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2水文学一、名词解释1、水文学：是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与人类社会之间相互联系的科学。
2、水文现象：在水循环过程中，水存在与运动的各种形态。
3、水资源：在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的动态淡水资源。
4、水循环：地球上各种形态的水，在太阳辐射、地球引力的作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗及径流等环节，不断发生相态转变和周而复始的运动过程。
5、水量平衡：任意选择的区域（或水体），在任意时间段内，其收入的水量与支出的水量之间的差额必将等于该时段区域内蓄水的变化量。
6、可能最大降水量：现代地理环境和气候条件下，特定区域特定时间内，可能发生的最大降水量。
7、下渗：水从地表入渗土壤及地下的运动过程。
8、径流：流域的的降水，由地面与地下汇入河网，流出流域出口断面的水流。
9、蒸发：液态水转化为气态水，逸入大气的过程10、河岸容蓄：当河道内水位上升速度大于两岸地下水位上升速度时，河水与地下水产生水力联系，使得一部分河水补给地下水，增加两岸地下蓄水量。
11、河网容蓄：涨洪阶段，出口断面以上坡地汇入河网的总水量必将大于出口断面的水量，因为河网具有一定的滞蓄作用。
12、河网调蓄作用：河网在径流形成过程中，起到降低洪峰流量，缓解洪水过程的作用。
13、流域：把地面水与地下水汇入河流并补给河流的区域，即地面集水区与地下集水区的统称。
14、中泓线：河道中各断面最大流速点的连线。
15、深泓线：河道中各断面最大水深点的连线。
16、水位：水体的自由水面高出某一基面的高程。
17、流速：水体水质点在单位时间内运动的距离。
18、流量：单位时间内，流经某一水体断面的水量。
19、年径流量：一年内通过河流某断面的水量。
20、湖泊：是陆地上低洼积水地区形成的，水域比较宽广，换流缓慢的水体。
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12.2.2.2 植被生态环境需水量计算方法
根据植被生态环境需水的特性，可以把其计算 方法分成两大类（左其亭，2019）。
（1）直接计算方法，是以某一区域某一类型植被的面积 乘以需水定额，计算得到的水量即为生态环境需水量。 该方法适用于基础工作较好的地区与植被类型，其计算 的关键是要确定不同覆被类型的需水定额。
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12.2.2 生态环境需水量计算方法综述
12.2.2.1 河流生态环境需水量计算方法
（1）标准流量设定法
是根据河流流量，把按照一定统计标准对应的流量值 作为河流基本流量值。如，蒙大拿法（Montana法）， 是将多年平均径流量的百分比作为一定保护目标下的 流量需求（丰华丽等，2019）；7Q10法，是将近10 年最枯月平均流量或90％保证率最枯月平均流量作为 河流基本流量设计值。
水量计算可采用间接计算方法（左其亭、陈曦， 2019）。根据湖泊和湿地的实际情况，可以把湖 泊或湿地分成：无植物水面区、有植物沼泽区和 有植物旱地区。
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（1）无植物水面区
其蒸发可直接通过水面蒸发观测值换算求得。设湖区 Φ20cm蒸发皿观测的月蒸发量为He（mm），选择 折算系数k，无植物水面区面积为F1，则蒸发量为：
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12.1.2 生态环境与水的联系
下面将从不同的角度来介绍水对生态环境 的影响和作用。 （1）水是生态环境存在的基础
水是一切细胞和生命组织的主要成分，是构成自 然界一切生命的重要物质基础。
无论自然界环境条件多么恶劣，只要有水的保证， 就可能有生态环境-资料
第十二章 水文学与生态环境
主要内容 12.1
生态环境的概念及其与水的联系
12.2
生态环境需水量计算
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12.1 生态环境的概念及其与水的联系
12.1 生态环境的概念及其与水的联系 12.1.1 生态环境的概念 生态环境是以人类为主体，其他生命物体和 非生命物质都被视为环境要素的环境，除包括 自然因素外，还包括社会因素。
(12.2.4)
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12.2.2.4 城市生态环境需水量计算方法
QE2=F2·Ep= F2·K s·E q0= K s·F2·He·k/1000
(12.2.2) 式中，K s为植物修正系数；F2为有植物沼泽区面积。 其他符号同前。
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（3）有植物旱地区
此区蒸散发也有两种途径：一种是覆盖层下面的地面 蒸发Et；一种是植物蒸腾Etr。同样道理，可以把Et和 Etr合起来（即蒸散量Ep）进行估算。简单、直接的方 法是根据当地对不同植物耗水量观测资料计算：
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12.2 生态环境需水量计算
12.2 生态环境需水量计算 12.2.1 生态环境需水的概念
广义的生态环境需水是指“特定区域、特定时段、特 定条件下，生态环境达到某一水平时的总需求水分”。
狭义的生态环境需水是指“特定区域、特定时段、特 定条件下，生态环境达到某一水平时的总需求水资源 量”。
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（3）水力学法
是基于水力学参数的计算方法，参数包括湿周、水面 宽度、流速、深度和底质类型等。该方法需要建立流量 和生态环境之间的关系，用于预测适宜河道内栖息地数 量的变化，它与IFIM法的区别在于没有考虑生物因素的 响应（丰华丽等，2019）。如，河道湿周法，是利用 湿周作为栖息地的质量指标，来估算期望的河道流量值； R-2Cross法，假设浅滩是临界的河流栖息地，以此确 定临界参数，来估算期望的河道流量值。
QE3=μF3/1000
(12.2.3)
式中，μ为当地条件实测充分供水时单位面积植物耗 水量(mm)。可参照实际观测值确定。
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综上可得湖泊或湿地实际蒸散发量，作为湖泊或湿地生
态环境需水量。如下式： QE= F1·He·k/1000+ K s·F2·He·k/1000+μF3/1000
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（2）物理栖息地计算法
是根据河流特征、流量与物种栖息地之间的关系，建 立定量化模拟模型，并据此确定河流基本流量值。如， 河道内流量增加法（IFIM法），它是由一套分析工具和 计算机模型组成，用来评价河道内流量的变化对渠道结 构、水质、温度和所选物种适宜栖息地的影响；物理栖 息地模拟模型法（PHABSIM法），是IFIM法的计算程 序包，它是关于河道内物理变量（深度、流速、底质和 盖度）变化、特殊物种栖息地及研究生物的生活阶段的 一套计算机模型（丰华丽等，2019）。
（2）间接计算方法，是根据潜水蒸发量的计算，来间接 获得生态环境需水量。即，用某一植被类型在某一潜水 位范围的面积乘以该潜水位范围时的潜水蒸发量与植被 系数，得到的乘积就是生态环境需水量。这种计算方法 主要适合于干旱区植被生存主要依赖于地下水的情况。
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12.2.2.3 湖泊、湿地生态环境需水量计算方法 湖泊、湿地作为陆面重要生态环境类型，其需
Zuo Qiting
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（4）对经济社会发展的宏观调控，是实现人类与生态环境 和谐共存的途径
人类与生态环境和谐共存是当今社会发展的主流指导思 想，也是可持续发展理论的重要体现，对经济社会的宏 观调控则是实现这一目标的重要手段。就水资源而言， 用“以供定需”替代“以需定供”，通过对水资源的合 理分配，使得在保证生态环境需水的前提下，考虑经济 社会需水；加强污水处理和水环境保护工作，严格控制 污水排放总量，确保各类水体不超越水环境容量的范围； 通过水资源规划为水资源保护确立目标和方向，同时通 过水资源管理工作，将水资源保护落到实处。
QE1=F1·He·k/1000
(12.2.1)
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（2）有植物沼泽区
此区蒸散发有两种途径：一种是覆盖层下面的水面 蒸发Eq；一种是植物蒸腾Etr。一般情况下由于资料缺 乏，要分别准确计算Eq、Etr比较困难，因此常把Eq和 Etr合起来（即蒸散发Ep）进行估算。设：无植物覆盖 的水面蒸发量为Eq0，可采用下式来估算：