水资源学教程 (5)

E洋 = P洋 + R
P洋 E洋 式中： 为海洋上多年平均蒸发量； 式中： 为海洋上多年平均蒸发量； 为海洋上多年 平均降水量； 为大陆多年平均径流量。 平均降水量R 为大陆多年平均径流量。 ；
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根据以上原理， 根据以上原理，可得到陆地多年平均情况下的水量平 衡方程式： 衡方程式：
I = P + Rr + R g + q 入
式中：I为计算时段内的区域总输入水量； P为计算时 为计算时段内的区域总输入水量； 为计算时 式中 ： 为计算时段内的区域总输入水量 段内的区域降水量； 段内的区域降水量 ； Rr 为计算时段内流入区域内的地表径 流量； 为计算时段内流入区域内的地下径流量； 流量 ； Rg为计算时段内流入区域内的地下径流量 ； q 入为计 算时段内由区域外调入的水量。 算时段内由区域外调入的水量。
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对于无跨流域调水的闭合流域（ 对于无跨流域调水的闭合流域（地面分水线与地下分 水线一致的流域）， ），q 均为0， 水线一致的流域）， 入与q出均为 ，则一般常用的流域水量 平衡方程为： 平衡方程为：
P = R + E + W
就长期来说， 多年平均为0， 就长期来说，W多年平均为 ，则多年平均情况下的 多年平均为 流域水量平衡方程为： 流域水量平衡方程为：
Wg = Pg = E g + R g + U g
由此可见，山丘区水量平衡方程为： 由此可见，山丘区水量平衡方程为：
P = E s + Rs + Pg
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根据区域水资源的概念， 根据区域水资源的概念，山丘区的多年平均水资源总 量为： 量为：
W = P E s = Rs + Pg
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5.1.2 水资源转化模型
根据图3 根据图3-2，可将水资源转化关系表达成一个由降水、 可将水资源转化关系表达成一个由降水、 蒸发 、 径流形成以及大气水—地表水 土壤水—地下水 径流形成以及大气水 地表水—土壤水 地下水 地表水 土壤水 四水” 转化的全过程， “ 四水 ” 转化的全过程 ， 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系的数学工具。 水资源要素之间相互转化关系的数学工具 。 它清楚地表明 了坡面、 包气带和地下水的补排关系， 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， 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。 定量分析。 通常，天然流域是由上游山丘区和下游平原区组成， 通常， 天然流域是由上游山丘区和下游平原区组成， 因 此也将水资源转化模型分为两部分来介绍。 此也将水资源转化模型分为两部分来介绍。
E陆 = P陆 R
E ： 为大陆多年平均蒸发量； P陆 式中： 为大陆多年平均蒸发量； 为大陆多年平均 式中陆 降水量； 为大陆多年平均径流量。 降水量； 为大陆多年平均径流量。 R 由海洋和陆地系统的水量平衡方程， 由海洋和陆地系统的水量平衡方程，可得出全球水量平 衡方程为： 衡方程为： E洋 + E陆 = P洋 + P陆
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在多年平均情况下， 项可忽略不计， 在多年平均情况下，△W项可忽略不计，上式简化为： 项可忽略不计 上式简化为：
P = E + R +Ug
由于河川径流量R由地表径流量 和地下径流量R 组成， 由于河川径流量 由地表径流量Rs和地下径流量 g组成， 由地表径流量 总蒸发量E由地表蒸发量 由地表蒸发量E 包括土壤蒸发、植物蒸腾在内） 总蒸发量 由地表蒸发量 s（包括土壤蒸发、植物蒸腾在内） 和潜水蒸发量E 组成，因此上式可写成： 和潜水蒸发量Eg组成，因此上式可写成：
W ≈R
上式表示在一定的条件下， 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； 近似认为是总水资源量 ； 地下径流量就能代表地下水资源 量。
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（2）下游平原区
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：
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（2）全球水量平衡方程 对于海洋系统来说，其水量平衡方程式可写成： 对于海洋系统来说，其水量平衡方程式可写成： P洋 + R E 洋 = W洋 式中： 为某一年海洋上的降水量； 为某一年大陆 式中：P洋为某一年海洋上的降水量；R为某一年大陆 流入海洋的径流量；E洋为某一年海洋上的蒸发量；ΔW洋为 流入海洋的径流量； 为某一年海洋上的蒸发量； 某一年海洋蓄水量的变化量。 某一年海洋蓄水量的变化量。 对于多年平均情况， 洋接近于0，故方程可简化为： 对于多年平均情况，ΔW洋接近于 ，故方程可简化为： 洋接近于
P = E + R + U g + W
式中： 为计算时段内的降水量 为计算时段内的降水量； 为计算时段内的总 式中：P为计算时段内的降水量；E为计算时段内的总 蒸发量； 为计算时段内的河川径流量 为计算时段内的河川径流量； 蒸发量；R为计算时段内的河川径流量；Ug为计算时段内的 地下潜流量； 为计算时段内蓄水变化量， 地下潜流量；△W为计算时段内蓄水变化量，包括地表水和 为计算时段内蓄水变化量 地下水的蓄水变化量。 地下水的蓄水变化量。
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区域水量平衡方程式为： 区域水量平衡方程式为：
′ ′ P + Rr + Rg + q入 = E + Rr + Rg + qu + q出 + W
就长期来说，其多年平均情况下的区域水量平衡方程为： 就长期来说，其多年平均情况下的区域水量平衡方程为：
P + R + q 入 = E + R ′ + q u + q出
I O = W2 W1 = W
式中：I为计算时段内某计算单元的总输入水量；O为 式中： 为计算时段内某计算单元的总输入水量； 为 为计算时段内某计算单元的总输入水量 计算时段内某计算单元的总输出水量； 计算时段内某计算单元的总输出水量；W1、W2为计算时段 末某计算单元的蓄水量； 为时段内蓄水量的变化量， 始、末某计算单元的蓄水量；W为时段内蓄水量的变化量， 为时段内蓄水量的变化量 W＞0表示该计算单元蓄水量增加，W＜0则表示蓄水量 表示该计算单元蓄水量增加， 表示该计算单元蓄水量增加 则表示蓄水量 减少。 减少。
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输出的总水量为： 输出的总水量为：
′ O = E + Rr′ + R g + qu + q出
式中： 为计算时段内的区域总输出水量 为计算时段内的区域总输出水量； 为计算 式中 ： O为计算时段内的区域总输出水量 ； E为计算 时段内的区域蒸发量； 时段内的区域蒸发量 ； Rr′ 为计算时段内流出区域的地表 径流量； 为计算时段内流出区域的地下径流量； 径流量 ； Rg′ 为计算时段内流出区域的地下径流量 ； qu 为 计算时段内扣除蒸发量后的区域总耗水量，主要指工业、 计算时段内扣除蒸发量后的区域总耗水量， 主要指工业、 生活耗水量； 为计算时段内由本区域的调出水量。 生活耗水量；q出为计算时段内由本区域的调出水量。
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自然水循环
社会水循环
地面蒸发
大气降水
灌溉水回归
蒸发
植物截留 水面蒸发
土地利用 覆被变化
外来水
损耗
地表水调蓄
植物蒸腾 植物吸收
地表径流
下渗
渗漏 壤中流
蒸发
土壤水调蓄河 川 水 库 调Fra bibliotek蓄地表水
引水或 调水 处理 系统
工农业 生活用水
地下水
污废水
潜水蒸发
下渗
渗漏
地下径流
河川径流
地下水调蓄
P = E s + E g + Rs + R g + U g
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在山丘区，受地形坡度的影响， 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，地表水入渗补给相对较少。 要以降水入渗补给为主，地表水入渗补给相对较少。 考虑多年平均情况下， 考虑多年平均情况下，则地下水的降水入渗补给量 Pg 和 排泄量应相等， 排泄量应相等，这部分水量就是地下水资源量W g ；而地下 水的排泄量有河川基流（地下径流） 水的排泄量有河川基流 （ 地下径流 ） g 、 潜水蒸发 E g 、 地 R 可用下式表示： 下潜流 U g 。故地下水资源量 W g 可用下式表示：
或 式中： ： 式中E 降水量。 降水量。
E=P
P 为全球多年平均蒸发量； 为全球多年平均蒸发量； 为全球多年平均
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（3）流域水量平衡方程
对于一个天然流域，计算时段内的水量平衡方程式为： 对于一个天然流域，计算时段内的水量平衡方程式为：
P + q入 = R + E + q出 + W
W = R + Eg + U g
或
当山丘区地下水埋深较大（大于 ） E g 可以忽略； 当山丘区地下水埋深较大（大于4m）时， 可以忽略； Ug 在一定的水文地质条件下（如地下含水层被隔水层阻隔）， 在一定的水文地质条件下（如地下含水层被隔水层阻隔）， 也能忽略，在此条件下，上式就可简化为： 也能忽略，在此条件下，上式就可简化为：
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5.1水量平衡原理
5.1.1水量平衡原理
（1）基本方程 水量平衡（ ），是指任意选择的流域 水量平衡（water balance），是指任意选择的流域（或 ），是指任意选择的流域（ 区域），在任意的时段内， ），在任意的时段内 区域），在任意的时段内，其收入的水量与支出的水量之差 等于其蓄水量的变化量。即在水循环过程中， 等于其蓄水量的变化量。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。 水量平衡的基本方程为： 水量平衡的基本方程为：
地下潜流
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（1）上游山丘区
山丘区为径流形成区， 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， 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游山丘区的水量平衡方程式 衡原理 ， 为：
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第五章 水资源的基本理论
结合水资源学的主要内容， 结合水资源学的主要内容，本章介绍了水 量平衡原理、水环境容量理论、 量平衡原理、水环境容量理论、水资源价值 理论、水资源优化配置理论、 理论 、水资源优化配置理论、水资源可持续 利用理论等内容。 利用理论等内容。
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式中： 为区域多年平均降水量； 式中： 为区域多年平均降水量 ； 为流入区域内的多 P R 年平均径流量， 年平均径流量 ， Rr + R g ；′ 为流出区域的多年平均径流 R= R 量 ， ′ = Rr′ + Rg ； 为区域多年平均蒸发量 ； 入 为区域多年 ′ E 为区域多年平均蒸发量； q R 平均调入水量； 为扣除蒸发量后的区域多年平均耗水量； 平均调入水量 ； qu 为扣除蒸发量后的区域多年平均耗水量 ； q出 为区域多年平均调出水量。 为区域多年平均调出水量。
P =R+E
上式表明，对于闭合流域， 上式表明，对于闭合流域，多年平均降水量 等于多 P R E 之和。 年平均径流量 与多年平均蒸发量 之和。
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（4）区域水量平衡方程
对于某一区域，在计算时段内其输入的总水量为： 对于某一区域，在计算时段内其输入的总水量为：
式中：P、R、E分别为计算时段内流域降水量、径流 分别为计算时段内流域降水量、 式中： 、 、 分别为计算时段内流域降水量 量和蒸发量； 为计算时段内从外流域流入本流域的水量； 量和蒸发量；q入为计算时段内从外流域流入本流域的水量； q出为计算时段内本流域流到外流域的水量；W为流域地 为计算时段内本流域流到外流域的水量； 为流域地 面及地下蓄水量的变化量。 面及地下蓄水量的变化量。