四川大学水文水利计算
Excel在水文水利分析与计算中的应用_别君霞
四 川水 利
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Excel在水文水利分析与计算中的应用
别君霞, 刘力军, 张 红 (四川省水利水电勘测设计研究院规划设计分院, 四川 德阳, 618000)
=摘 要 >M icrosoft Excel软件具有强大的数据分析、统计、模拟计算等 功能, Exce l在水文水利 计算中具 有广阔的应 用空间, 本文通过关系曲线拟合、水库径流调节计算两个典型案例进行分析, 使我们 看到 Excel在应对繁琐的水文水利分 析与计算问题时, 如何将冗繁的计算过程简单化、可视化、清晰化。
1 关系曲线图的绘制
111 问题引入 在水文水利计算中, 利用有限的已知数据量
去分析计算或预测未知的数据相当普遍, 其关系 曲线的绘制一般采用曲线拟合法进行。大型灌区 的小型水利设施数量多、分布广, 一般采用 / 复蓄 系数 0法计算可供水量。按照小型水库、山平塘、 石河堰的有效容积, 根据不同来水频率的典型调 查情况, 确定其相应的复蓄次数 (小型水库、塘堰 供水系数如表 1)。根据调查的复蓄次数与径流 频率的关系点绘供水系数曲线, 可以反插其他频 率的供水系数。采用手工方式在方格纸上点绘实 测数据点, 是一项非常繁杂的工作, 而且插值受到 人为因 素 的影 响, 精 度 也 要打 折 扣。利 用 Ex2 ce l2007软件, 可以比较轻松地进行曲线拟和。
=关键词 >M icrosoft Excel 关系曲线拟合 规划求解 水库径流调节 迭代计算
M icrosoft Excel强大的分析计算功能、友好的 设计界面、及时交互的人机对话场景, 在水文水利 计算工作中具有广阔的应用空间。M icrosoft Ex2 ce l作 为 通 用 的 计 算 机 办 公 平 台, 经 历 了 Ex2 ce l510、Excel97、Excel2000、Exce l2002、Excel2003、 Exce l2007等版本 的更新 换代, 目前广 泛应 用的 20 03、200 7版 本已 经 相当 稳 定 成熟 。 本文 将 以 关 系曲线的拟合、水库径流调节计算两个典型案例, 说明 Excel在水文分析与计算中的应用。
四川大学水工建筑物指导书
四川大学水工建筑物指导书1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准。
2、大坝的枢纽布置根据给定的坝址地形图确定重力坝坝轴线位置。
并且通过下面的计算成果、剖面和坝段等具体内容，在给出的地形图上绘制出大坝平面布置图，并且确定大坝若干个大坝的控制点，标出控制点的坐标。
3、非溢流坝的断面尺寸拟定①确定坝顶高程非溢流坝坝顶在洪水位以上的超高为△h△h=h1%+ hz+ hc坝顶高程按设计洪水位和校核洪水位两种情况计算，选定较大值。
计算时相应的波长、波高计算可以参考课本或其他资料。
②确定坝顶宽度由运用、交通要求及坝高情况确定。
③确定坝底宽度根据稳定条件分析，坝基面的抗剪强度较高时，坝底宽度由应力条件控制，反之，坝基面抗剪强度较低时，坝底宽度由稳定条件控制。
一般坝底宽度可取坝高的0.7～0.9倍。
也可以直接初拟下游边坡系数来确定坝底宽度。
④拟定并绘制实用剖面。
可以参考应力和稳定校核的结果，确定最终经济合理的实用断面型式。
4、溢流坝剖面的设计①确定溢流面曲线分别绘制WES曲线、克-奥堰堰面曲线详图，分析比较各自的利弊，选用经济合理溢流面曲线。
列出溢流坝堰面曲线坐标表格，并绘制溢流坝面曲线图。
②校核最大泄流量拟定溢流孔数，闸墩厚度，计算相应的侧收缩系数、流量系数，校核闸门全开时的最大泄流量。
③闸门类型选择结合对溢流坝段坝顶的具体要求,闸墩所需的厚度及长度进行工程量计算,以工程量的大小作为选型依据,选择闸门的类型,并粗略确定启闭力的大小。
④溢流重力坝剖面布置将拟定的重力坝溢流剖面与非溢流坝段的实用剖面相比较，经过布置要求、工程量的比较计算，修改并最终确定溢流坝段的实用剖面；⑤溢流坝的消能防冲设计溢流坝的消能防冲计算包括：挑流消能要素反弧半径、挑射角，挑流鼻坎高程的确定；水力计算：确定挑距和冲刷坑深度，判断大坝安全性。
工程水文与水利计算(武大版教材)
工程水文与水利计算(武大版教材)第六章 设计年径流及径流随机模拟第一节 设计年径流分析计算的目的和内容在一定时段内，通过河流某一断面的累积水量称径流量，记作W(m 3)；也可以用时段平均流量Q 函(m 3／s)或流域径流深R (mm)来表示。
径流量与流量的关系为： T Q W ∆⋅= (8—1)式中T ∆⋅——计算时段，s 。
根据工程设计的需要，T ∆⋅可分别采用年、季或月。
则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。
其中年径流及其时程分配形式对水利水电工程的规划设计尤为重要。
本章重点介绍年径流的分析计算，较短时段径流的分析计算。
可以参照进行。
一、径流特性河川径流具有如下的一些特性：1。
径流的季节分配河川径流的主要来源为大气降水。
降水在年内分配是不均匀的，有多雨季节和少雨季节，径流也随之呈现出丰水期和枯水期，或汛期与非汛期。
最大日径流量较之最小日径流量，有时可达几倍到几十倍。
2．径流的地区分布河川径流的地区性差异非常明显，这也和雨量分布密切相关。
多雨地区径流丰沛，少雨地区径流较少。
我国的丰水带。
包括东南和华南沿海，云南西部和西藏东部，年径流深在1000mm 以上。
我国的少水带，包括东北西部，内蒙古、宁夏、甘肃大部和新疆西北部，年径流深在10—50mm 之间；而许多沙漠地区为干涸带。
年径流深不足10mm 。
3。
径流的周期性绝大多数河流以年为周期的特性非常明显。
在一年之内，丰水期和枯水期交替出现，周而复始。
又因特殊的自然地理环境或人为影响，在一年的主周期中，也会产生一些较短的特殊周期现象。
例如，冰冻地区在冰雪融解期间，白昼升温，融解速度加快，径流较大；夜间相反，呈现出以锯齿形为特征的径流日周期现象。
又如担任调峰任务的水电站下游，在电力负荷高峰期间，加大下泄流量，峰期过后。
减小下泄流量，也会出现以日为周期的径流波动现象。
在实测年径流系列中，往往发现连续丰水段或连续枯水段交替出现的现象，连续2—3年年径流偏丰或偏枯的现象极为常见；连续3—5年也不罕见，有的甚至超过10年以上。
四川大学第八章 小流域设计洪水计算
例如湖南、江西的Cp、n值表
二、多因素公式
Qm,p =Ch24,pF n
式中，f=F/L2——流域形状系数。 例如：安微省山区小河洪峰流量经验公式为：
QP = Ch12.42,1P F 0.73
同时把山区分为4类：深山区(C=0.0514)、浅山区(C=0.0285)、 高丘区(C=0.0239)、低丘区(C=0.0194)。
《工程水文学》
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第八章 小流域设计洪水计算
8.1 概述 8.2 小流域设计暴雨计算 8.3 设计洪峰流量的推理公式 8.4 计算洪峰流量的地区经验公式 8.5 设计洪水过程线的推求
8.1 概述
一、小流域设计洪水特点 1. 缺少实测资料(流量和暴雨资料)。 中、小型水库，涵洞，城市和工矿区的防洪工程 2. 小型水利工程一般对洪水的调节能力较小,工程规
L 1/3 Qm
1/4
(2) 当τ≤tc时，由式（8-12）计算 ；当τ>tc时，由式 （8-11）计算 ;
= n( tc )1 n
=1 u =1 u n
S p1 n
Sp
Sp
Qˆ
四 实例
{例]某地区欲修建一座小型水库，该水库积水面积F=7.4km2， 干流长度L=4.1km，J=0.036。用试算法计算坝址百年一遇的洪 峰流量。
解：
t
= 22.6h
1
Sp n n c (1
u
) =
8.4 计算洪峰流量的地区经验公式
洪峰影响因素
暴雨特性（强度、历 时） 流域几何形特征（河长、比降、集水面 积）
地质地貌特征（植被、土壤、地质）
一、单因素公式
以流域面积F作为洪峰流量的主要影响因子，建立二者间 的关系，其形式为：
工程水文与水利计算(武大版教材)02
工程水文与水利计算(武大版教材)第二章水文循环与径流形成第一节水文循环与水量平衡一、自然界的水文循环水圈:地球上的水以液态、固态和气态的形式分布于海洋、陆地、大气和生物机体中,这些水体构成了地球的水圈。
水文循环:水圈中的各种水体在太阳的辐射下不断地蒸发变成水汽进入大气,并随气流的运动输送到各地,在一定条件下凝结形成降水。
降落的雨水,一部分被植物截留并蒸发。
落到地面的雨水,一部分渗入地下,另一部分形成地面径流沿江河回归大海。
渗入地下的水,有的被土壤或植物根系吸收,然后通过蒸发或散发返回大气；有的渗透到较深的土层形成地下水,并以泉水或地下水流的形式渗入河流回归大海。
水圈中的各种水体通过这种不断蒸发、水汽输送、凝结、降落、下渗、地面和地下径流的往复循环过程,称为水文循环,也称为水循环。
水文循环的范围贯穿整个水圈,向上延伸到1o km左右,下至地表以下平均1km深处。
水文循环分类:按水文循环的规模与过程,可分为大循环和小循环。
大循环或外循环：从海洋蒸发的水汽,被气流输送到大陆形成降水,其中一部分以地面和地下径流的形式从河流汇归海洋;另一部分重新蒸发返回大气。
这种海陆间的水分交换过程,称为大循环或外循环。
小循环或内循环：在大循环运动中,水一方面在地面和上空通过降水和蒸发进行纵向交换,另一方面通过河流在海洋和陆地之间进行横向交换。
海洋从空中向大陆输送大量水汽,陆地则通过河流把水输送到海洋里。
陆地也向海洋输送水汽,但与海洋向陆地输送的水汽相比,其量很少,约占海洋蒸发量的8%,所以,海洋是陆地降水的主要水汽来源。
海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后,以降水的形式落到海洋里,或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上,这种局部的水文循环称为小循环或内循环。
前者称为海洋小循环,后者称为内陆小循环。
内陆地区主要的水汽来源：内陆小循环对内陆地区降水有着重要作用。
因为内陆地区距离海洋很远,从海洋直接输送到内陆的水汽不多,通过内陆局部地区的水文循环,使水汽逐步向内陆输送,这是内陆地区主要的水汽来源。
四川大学本科大学本科方案设计书计算书
本科毕业设计计算书题目玉溪河百丈水库病险整治设计及右坝肩绕渗问题学院水利水电学院专业水利水电工程学生姓名尹刚学号 0943062172 年级09级指导教师张茹二Ο一三年六月三日目录1洪水复核计算及分析11.1概述11.2基本资料的收集整理与复核11.2.1水库流域基本情况11.2.2水位—库容曲线11.2.3溢洪道有关参数21.2.4水库流域气象资料21.3百丈水库洪水复合21.3.1红光水库洪水复核21.4百丈水库洪水复核31.4.1洪水计算31.4.2调洪演算51.4.3大坝安全超高复核61.5计算成果合理性分析81.5.1红光水库设计暴雨计算81.5.2百丈水库设计暴雨计算81.6结论82原坝坡的渗流稳定计算及分析92.1原坝坡渗流计算及分析92.1.2计算工况92.1.3渗透系数92.1.4采用水力学法进行渗流计算92.1.5计算成果及分析92.2原坝坡稳定计算及分析102.2.1坝坡稳定计算102.2.3结论与建议143大坝整治设计的方案比选153.1两方案重要经济技术比选153.2方案一的工程量及费用计算表153.3方案二的工程量及费用计算表164大坝整治设计推荐方案的渗流稳定计算及分析174.1大坝整治设计推荐方案的渗流计算及分析174.1.1目的174.1.2计算工况174.1.3渗透系数174.1.4采用水力学法进行渗流计算174.1.5计算成果及分析174.2大坝整治设计推荐方案的稳定计算及分析184.2.1计算分析资料184.2.2安全系数184.2.3土体、砌石的物理力学指标184.2.4计算工况204.2.5坝体各部位容重地采用214.2.6计算方法214.2.7坝坡稳定分析计算结果214.2.8结论215.右坝肩绕渗相关计算225.1渗透比降225.1.1渗透坡降计算235.1.2渗流量及渗流水深计算235.1.3计算成果分析235.2绕渗灌浆的工程量及经费计算245.2.1右岸绕坝渗流245.2.3对右岸绕坝渗流的处理245.2.4右坝肩绕渗的工程量及经费计算256溢洪道交通桥256.1左岸溢洪道交通桥工程量及经费预算256.1.1溢洪道交通桥设计的必要性256.1.2交通桥设计的具体说明256.1.3溢洪道交通桥整治设计的工程量及经费预算26 6.2交通桥配筋计算266.2.1面板配筋266.2.2桥墩配筋287白蚁整治工程量及经费317.1白蚁整治317.1.1白蚁危害的情况介绍及以前的处理方式317.1.2白蚁整治的具体措施327.1.3白蚁整治坝坡断面327.1.4白蚁整治的工程量347.1.5白蚁整治的经费预算348坝顶公路工程量及经费34参考文献351洪水复核计算及分析1.1概述百丈水库位于名山县百丈镇上游1.7公里的临溪河上，其地理位置：东经103º14´，北纬30º11.5´。
水文水利计算课程设计
水文水利计算课程设计报告书院系：四川水利职业技术学院专业：水文自动化测报技术班级：水文1431姓名：陈波学号：1423116125指导老师：龙贻东设计时间：2015年12月25日某水库设计任务书一、基本情况某河是渭河南岸较大的一级支流，发源于秦岭北麓太白山区，流域面积778.7km2，干流全长51.5km，河道比降1/60～1/70。
流域内林木茂盛，植被良好，水流清澈，水质优良。
该河干流上有一水文站，控制流域面积686 km2。
拟在该河干流上修建一水库，其坝址位于水文站上游1.5公里处，控制流域面积673km2。
该水库将承担着下游和渭河的防洪任务，下游的防洪标准为20年一遇洪水，水库设计标准为100年一遇洪水，校核标准为1000年一遇洪水。
该水库建成后将承担本地区37万亩的农业用水任务和临近城市的供水任务，农业用水的保证率为75%，城市供水的保证率为95%。
二、基本资料1.径流水文站有实测的1951～2000年逐月径流资料，见表1。
2.农业用水根据该灌区的作物组成和灌溉制度，分析计算的灌区不同频率灌溉需水量见表2。
3.城市用水城市供水每年按1.5亿m3计，年内采用均匀供水。
4.水库特性水库库容曲线见图1。
水库死水位已确定为728.0m，泄洪设施为开敞式无闸溢洪道，堰型为曲线型实用堰，断面为矩形，宽度为30米，。
根据本地区气象资料和地质资料，水库月蒸发量和渗漏量分别按当月水库蓄水量的2%和 3.5%计。
5.设计洪水分析资料某水文站历年洪峰流量见表3，典型洪水过程见表4，设计频率洪峰洪量计算成果见表5。
6.水库兴利调节计算分析资料水库的来水资料见表6.三、设计任务1.入库径流特征分析：计算水库年径流频率曲线、确定年径流统计参数及典型年径流的年内分配过程。
（按面积比推算工程地址的径流量）（1）推算时间采用水文年解：将某水文站逐月平均流量表转化为水文年的历年逐月平均流量表（即为将每年的4-12月份与下一年的1-3月份构成一个水文年）见下表转化成水文年后的历年逐月平均流量表（2）确定年径流统计参数、适线分析并求出自己相应学号频率的设计年径流量。
四川大学工程水文学2008年考题
2008年《工程水文学》课程试卷及部分参考答案一、名词解释（每个2分，共12分）非闭合流域饱和产流:包气带全部变成临时饱和水带后，后续的降雨将以地面径流的形式出现，称为饱和产流基线:陆地和海洋的划分界线被称为基线（Baseline）。
权函数:在求某量的权倒数时所列出的该量与平差未知数间的函数关系式。
辗转相关:参证变量模比系数二、填空题（每空1分，共20分）1．为方便水文分析计算而划分的年度称为______；为方便兴利调节计算而划分的年度称为______。
答：水文年度、水利年度2．描述河川径流变化特性时可用_____变化和______变化来描述。
答：径流年际、径流年内3．流域的大小对年径流的影响主要通过流域的_______而影响年径流的变化。
答：调蓄作用4．下垫面对年径流的影响，一方面______，另一方面______。
答：表现在流域蓄水能力上、通过对气候条件的改变间接影响年径流量5．在干旱半干旱地区，年雨量与年径流量之间的关系不密切，若引入______为参数，可望改善年雨量与年径流量的关系。
答：年蒸发量6、如果平原地区的雨量站稀疏且分布不均匀，采用______计算面平均雨量比较合适。
答：加权平均法7．对年径流系列一致性审查是建立在气候条件和下垫面条件稳定性上的，一般认为______是相对稳定的，主要由于_______受到明显的改变使资料一致性受到破坏。
答：气候条件、下垫面条件8．当年径流系列一致性遭到破坏时，必须对受到人类活动影响时期的水文资料进行______计算，使之______状态。
答：还原计算、还原到天然条件9．当缺乏实测径流资料时，可以基于参证流域用______法来推求设计流域的年、月径流系列。
答：水文比拟法10．年径流设计成果合理性分析，主要是对______进行合理性分析。
答：配线所得的均值、离差系数、偏态系数11．水文资料的三性审查是指对资料的______、______和______进行审查。
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式中，W为水体的储量，Q为流量。
表1-1 地 球 水 储 量
水体 种类 海洋水
水 103km3 1338000
量 % 96.5
咸 103km3 1338000
水 % 99.04
淡 103km3 0
水 % 0
地表水
冰川/永久雪
24254.1
24064.1 176.4 11.47 2.12 23700 16.5
一级区
二 级 区 8 6 4 8 5 12
三 级 区 18 12 15 29 15 45
松花江 辽河 海河 黄河 淮河 长江 东南诸河 珠江
7
10
11
22
西南诸河
西北诸河
6
14 80
14
33 214
合计
水资源空间严重不均衡。跨流域调水（南水北调工程）。
b. 时间分布不均匀 年内分配不均匀
降水量所 占百分比
2004年全国水资源总量为2.413 104亿m3，比常年值减 少12.9% ，人均水资源量1856m3。 2006年四川水资源总量为1865.84m3，人均水资源量 2139m3。 在人口、耕地、工农业相对发达的四川盆地腹部近10 万平方公里的地区，人均水资源仅925m3，远远低于国际公 认的人均1750m3的缺水下限。 全国660个城市中，有近400个城市缺水，全国城市年缺 水量为60亿m3左右。 农业缺水300多亿m3。 全国有山西、重庆、天津、陕西、河南、贵州、四川、 北京、山东等9个省（直辖市）人均用水量小于300m3。
课 程 主 要 内 容
10 水库防洪计算
第一章 绪
1.1 水、水资源及水利工程
论
1.2 工程水文及水利计算的主要内容及任务 1.3 水文学的研究方法 1.4 水文学的发展
1.1 水、水资源及水利工程
一 水 • • 水：存在于“水圈”的水，包括海洋水、江河水、湖泊水、 沼泽水、冰川水、地下水、土壤水、大气水、生物水。 水体：以一定形态存在于自然界中的水的总体。如海洋水 体、江河水体、湖泊水体、沼泽水体、冰川水体、地下水 体、土壤水体、大气水体、生物水体等。 水储量：指某一瞬间存在于地球上不同空间位置中的水体 存水量。如表1-1 。 更替周期：水体通过水循环得到更新，其更新时间称为更 替周期。计算式为： t r = W/ Q (1-1)
Z校
坝顶高程 V调洪 V防洪
Z设
Z正
Z限
V兴 Z死 V死 解决水利工程的规划、设 计、施工和运行管理中的 有关水文水利计算问题。
《工程水文及水利计算》
1 绪论 2 水循环及径流形成 3 水文测验及水文资料收集 4 水文统计的基本方法 5 设计年径流分析计算 6 由流量资料推求设计洪水 7 水文预报 8 水库兴利调节计算 9 水电站的水能计算
与工农业生产布局极不 协调
人均(m3) 川西北 盆周 盆地 腹部 68186 4993 925 350-890 耕地亩平 42529 4937 1184 450-1300
年间（年际）分配不均匀
800 700 600 500 400 300 200 x /亿m3 径流量 5年滑动平均
t /年份 1950 1960 1970 1980 1990 2000
如果不采取 有力措施，我 国有可能在未来出 现严重的水危机。
全国实际可利用的水资 源量约为： 8000～9000亿m³
缺水类型
资源型：水资源量不足 水质型：水资源质量达不到要求 工程型：开发利用工程不足 管理型：管理措施和手段落后 混合型缺水：以上两中以上类型情况
2) 时空分布不均匀
a. 空间分布不均匀：南多北少。长江流域及其以南地区径 流量占全国水量的82%，耕地面积仅占全国36.5%；黄河、淮 河、海河三大流域径流占全国6.6%，耕地面积却占全国40%。 水资源具体分布见下表。
1.75
1.736 0.013 0.0008 0.0002 1.708 0.001
85.4
0 85.4 0 0 12870 0
0.006
0 0.0006 0 0 0.953 0
24168.7
24064.1 91.0 11.47 2.12 10830 16.5
69.0
68.7 0.20 0.033 0.006 30.92 0.05
湖泊水 沼泽水 河流水 地下水 土壤水
大气水
生物水 全球总量
12.9
1.12 1385984.6
0.0009
0.0001 100
0
0 1350955.4
0
0 100
12.9
1.12 35029.2
0.04
0.003 100
注：1km3=10亿m3
二 水资源
1 水资源的涵义
广义：地球上的一切形态的水，包括如海洋、江河、 湖泊、冰川、地下水以及大气中的水分等，直接或间 接地被人利用。 狭义：在一定时段内可以恢复和更新的可供人类开发 利用的水体。强调水资源的再生性和可利用性。 水资源有水量和水质两方面的要求。
4 水资源评价
目的：合理利用和管理水资源，为国民经济建设的合理布 局提供科学依据。
(1) 水资源数量评价 W=R+Q-D (1-2) 式中 W——水资源总量；R——地表水资源量；Q——地下水 资源量；D——地表水和地下水的重复量。 我国水资源总量W=28124亿m3，其中R=27115亿m3 ，Q= 8288亿m3，D =7279亿m3。四川省的地表水资源总量为2547.5 亿m3，人均3048m3。 (2) 水资源质量评价 对水的污染程度，污染物种类、数量、性质及其时空分布 进行评价。可分为供水水质评价、水环境质量评价和专门性水 质评价。
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2004年（全国） 据1300条河流3200多个监测断面的水质资料，对13万公里 河流水质进行了评价，全年期水质总体状况是：Ⅰ类水河长占 6.3%，Ⅱ类水河长占27.2%，Ⅲ类水河长占25.9%，Ⅳ类水河 长占12.8%，Ⅴ类水河长占6.0%，劣Ⅴ类水河长占21.8%。全 年符合和优于Ⅲ类水的河长占总评价河长的59.4%，比2003年 减少了3个百分点。西南诸河、西北诸河、长江、珠江和东南 诸河5个区水质较好，符合和优于Ⅲ类水的河长占97%~63%； 黄河、海河、松花江、辽河和淮河5个区水质较差，符合和优 于Ⅲ类水的河长占46%~31%。与2003年相比，黄河区、辽河 区、西南诸河区、淮河区和海河区水质有所改善，西北诸河区、 松花江区、珠江区、东南诸河区和长江区水质略有下降。 四川省（2006年） 2782km河流水质：I类河长315km，II类河长1443km， III类河长546km，IV河长93km，V类河长335km，劣V类河 长50km。
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1900 1910 1920 1930 1940
图 黄河三门峡年径流趋势变化曲线
3)水资源污染严重 人类社会的发展一方面对水 资源的需求日益增长，从而导致 水资源供需矛盾加剧；另一方面， 人口增长和工农业发展又带来了 水污染和对生态环境的不利影响。