水资源学教程——05第五章水资源的基本理论
水资源学教学大纲
《水资源学》教学大纲“水文学与水资源”水资源规划方向专业必修课第一章水资源学概述第一节水资源学的涵义第二节水资源学的形成和发展第三节水资源学的研究对象第四节水资源学的性质和特点第五节水资源学的体系结构和研究方法第六节水资源学的科学基础第七节水资源学与相关学科的关系一、水资源学和水文学的关系二、水资源和水利的关系第二章水资源的全球和区域分布第一节世界的水资源一、地球水圈及全球储量二、全球水文循环和水量平衡三、水储量、水文循环和水资源量第二节世界各大洲水资源第三节世界各国水资源第四节中国的水资源一、中国的自然条件特点与水资源二、中国的河流、湖泊和冰川三、河川径流量四、地下水量五、水资源总量六、河川径流水质七、水能资源八、内河水运资源九、中国水资源的特点和问题第三章水资源、人类活动与环境的相互作用第一节水资源、生态环境系统和社会经济系统第二节人类活动对水资源的影响一、农业活动的影响二、工业化和城市化的影响三、人口增长的影响四、水利工程及湖泊围垦的影响第三节气候变化对水资源的影响一、气候的自然波动二、全球变化的影响三、气候变化对水资源的影响第四节水资源开发利用与社会经济发展第五节水资源开发利用与生态环境演变第四章水资源价值第一节水资源价值及其内涵一、水资源价值论（一）劳动价值论（二）边际效用价值论（三）存在价值或非使用价值（四）其他理论二、水资源价值的内涵（一）稀缺性（二）资源产权（三）劳动价值第二节水资源核算一、国内外水资源核算研究概论二、中国水资源核算系统（一）地表水资源实物帐户（二）地表水资源水质帐户三、地表水资源核算的基本原则一、水价的制定（一）水价的几个基本概念（二）水价实施种类和水费征收（三）水价制定原则1．公平性和平等性原则2．水资源高效配置原则3．成本回收原则4．可持续发展原则（四）水价制定方法1．边际成本定价2．计划定价3．成本核算二、可持续发展的水价制定方法——边际机会成本定价及全成本定价（一）边际机会成本定价（二）全成本定价三、影响水价的因素四、水资源成本和水资源费第五章水资源评价第一节水资源评价的发展及意义第二节水资源基础评价一、各类资料的收集及初步整理二、各类水文循环要素的分析计算及图表化三、水资源量的计算四、水资源自然特点分析第三节水资源利用评价一、水资源各种功能的调查分析二、水资源开发程度调查分析三、可利用水量分析和工程可供水量四、水的供需分析第四节水环境评价一、水质评价二、水在环境中的作用三、水环境评价标准四、水环境评价方法第五节解决水资源供需关系的科学途径第六章水资源规划第一节水资源规划的任务及其技术进展一、水资源规划的任务二、20世纪水资源规划技术的发展第二节水资源规划的科学基础和基本理论一、水资源规划的科学基础（一）水文学基础（二）经济学基础（三）工程学基础（四）环境学基础（五）运筹学基础二、水资源规划的基本理论（一）宏观经济水资源系统（二）水资源规划中的基本关系1．扩大再生产机制、积累与消费关系2．调入调出关系3．投入产出的约束关系4．水污染与治理的关系5．农业生产结构的合理调整6．绿洲生态维护（三）区域水资源承载能力（四）与国土规划的关系（五）与红河流域规划的关系（六）与其他专业规划的关系1．与防洪规划的关系2．与治涝规划的关系3．与灌溉规划的关系4．与城乡生活及工业供水规划的关系5．与水力发电规划的关系6．与航运规划的关系7．与水土保持规划的关系8．与水质保护规划的关系（七）与可持续发展原则的关系（八）与全球变化影响的关系第三节水资源规划的指导思想及原则一、指导思想二、规划应遵循的基本原则（一）社会经济发展与生态环境保护兼顾的原则（二）以水资源合理配置为中心原则（三）按社会主义市场经济规模办事的原则（四）节流与开源并举的原则（五）实事求是量力而行的原则（六）指导思想全面转变的原则第四节水资源规划目标及方法要点一、水资源规划目标二、规划方法要点（一）以发展进程中的水资源演变为出发点（二）以流域为对象的整体研究（三）以水循环为基础的现状整体评价（四）以水资源合理配置为中心的总体规划模型体系（五）水资源合理配置的多层次多目标群决策方法（六）市场条件下的水资源供需分析模式（七）反映需求管理政策选择的需要预测方法（八）基于环境和生态需水的水资源可利用量确定（九）长系列调节确定工程可供水量（十）基于边际成本替代的工程可供水量分析（十一）数学模型与水资源规划管理信息系统（十二）数字化流域建设（十三）数据协调方式三、规划分区与规划水平年（二）规划水平年四、基本资料统计口径五、国民经济用水六、水资源及有关因素变化分析（一）水资源数量与质量变化（二）土地利用格局变化（三）地表植被变化（四）水资源开发利用对补给入渗特性改变的影响（五）流域四水转化关系变化（六）气候变化影响（七）未来水资源数量、质量变化趋势（八）未来四水转化关系变化趋势七、未来四水转化关系变化趋势（一）水利工程系统（二）供水能力（三）工程系统效率（四）现状年供水分析（五）现状年用水分析（六）现代年耗水分析（七）迄今供用水变化分析（八）现状水平年供需分析1．江河湖泊水质评价2．水生态环境评价第五节水的供需预测综合分析一、用水定额调查核定与节水潜力分析（一）建立用水定额（二）改善用水管理二、需水预测（一）社会经济发展预测（二）需水预测原则与方法1．生活需水预测2．工业需水预测3．农业灌溉需水预测4．林、牧、渔业需水量预测5．河北道内用水预测6．环境用水和生态用水预测7．其他预测三、供水预测（一）供水工程的安排（二）地表供水量的调节计算（三）地下水可供水量计算（四）其他水源可供水量和总可供水水量（五）进一步挖掘供水工程的潜力四、水资源供需综合分析与对策（一）综合分析（二）对策与措施第六节规划方案的制定一、水资源规划方案设置的总体思路二、各方案的投资估算及安排三、规划成果要求（一）总要求（二）几个关系第七章水资源问题的决策第一节水资源决策问题的特点一、基于宏观经济的水资源问题决策二、区域水资源决策中的多目标问题三、水资源问题决策中的不确定性与风险四、水资源规划决策机构中的利益冲突第二节水资源规划决策问题的描述一、水资源决策的基础与主要内容二、水资源决策问题的基本描述（一）宏观经济分区（二）水资源利用分区（三）水资源规划决策机构问题的结构（四）经济结构（五）人口结构（六）水资源工程（七）决策变量三、水资源问题的主要决策模型（一）宏观经济模型（二）水资源系统模拟模型（三）多目标决策分析模型（四）主要模型间的关系第三节决策支持系统一、面向问题的设计原则二、定性与定量相结合的交互工作方式三、决策问题的层次性描述四、优化技术与模拟技术相结合五、多目标群决策的决策模式六、基于宏观经济的水工程评价七、决策支持系统的总体构成第四节水资源问题决策的决策方法一、IHGMOA的总体途径二、IHGMOA的交互式收敛结构三、单目标分析四、将多目标问题转化为单目标问题求解五、将多决策者问题归结为单决策者问题六、将多层次决策归结为单层次决策问题第五节本章小结第八章水环境保护第一节水资源开发与水环境保护一、水资源开发利用对水环境的影响（一）水体的污染（二）水文特征的改变（三）海水和地下咸水入侵（四）地面沉降的影响（五）水土流失的影响二、水环境保护涵义（一）生态学涵义（二）环境学涵义（三）经济学涵义（四）卫生学涵义三、水体污染特点、来源与危害（一）水体污染特点1．河流污染特点2．湖泊污染特点3．水库污染特点4．地下水污染特点（二）水体主要污染物来源（三）水体污染的主要危害第二节中国水体水质概况及评价一、河流水质评价二、湖泊、水库水质评价三、地下水质评价四、工业废水排放估计（一）工业废水排放量（二）工业废水中化学耗氧量（COD）排放量五、城镇生活排水估算（一）城镇生活污水量（二）生活污水COD排放估算六、流域排污量估算七、农村生活排水和面源污染估算（一）农村生活污水（二）面源污染第三节水环境保护措施一、水质监测与评价标准（一）水质监测（二）水质评价（三）水质标准1．水环境质量标准2．水污染物控制排放标准二、水质模型三、水环境容量四、水环境保护规划（一）水环境保护规划的目的、要求和原则（二）规划分类（三）规划过程与步骤1．规划目标2．建立模型3．模拟和优化4．评价与决策五、水资源工程的环境影响评价（一）环境影响评价的目的和要求（二）建设项目的工程分析1．工程分析的原则2．工程分析的对象3．工程分析重点4．建设项目实施过程的阶段划分与工程分析5．工程分析的方法（三）环境现状调查1．调查的一般原则2．调查的方法3．环境现状调查的内容（四）环境影响预测1．预测的原则2．预测的方法3．预测的内容（五）环境影响评价第九章水资源管理第一节水资源管理的内涵第二节水资源管理体制第三节水资源的权属管理第四节水资源使用权分配及用水管理第五节需水管理第六节水质管理第七节水资源法规第十章水资源学展望第一节20世纪水资源研究的主要进展一、各国的主要进展二、我国的主要进展第二节水资源研究的热点学术问题一、与水有关的生态环境问题二、面向可持续发展的水资源合理配置问题三、水资源承载能力问题四、水资源可持续利用评价指标体系五、超长期水资源供需态势研究六、水管理问题七、水行业战略规划问题第三节21世纪全球水资源问题国际协作重点一、气候变化对水资源的影响二、环境变化对水文和水资源的影响三、水的互动作用。
水资源学概论
（一）、自然界的水文循环
地球上的水是不会静止的,它是不断在运动变化和相互交换 的。在太阳热力和重力的作用下，地壳浅表面的水不断循环， 海洋和陆地表面的水蒸发成为水汽进入大气圈；水汽随气流 漂移，在适宜的条件下，重新凝结成液态或固态降落 ( 即雨、 雪等不同形式的降水)；降落在陆地的水分,一部分汇集于江 河湖泊形成地表水；另一部分渗入土壤岩石中,成为地下水。 地表水有的重新蒸发成为水汽,返回大气圈；有的渗入地下成 为地下水；其余部分则流入海洋，地下水有的通过地面蒸发 直接返回大气圈，有的被植物吸收，通过植物叶面蒸腾而返 回大气圈，其余部分则形成地下径流。地下径流或直接流入 海洋，或在径流过程中泄露地表转化为地表水，然后再返回 海洋。自然界中水的这种运动称为水循环。
水分下渗和径流。
（一）、自然界的水文循环
4. 水文循环的分类 1）水文大循环：水在大气圈、水圈、岩石圈之
间的循环过程。 2) 水文小循环：陆地或者是海洋本身的水单独
进行循环的过程。
水文小循环和大循环
❖ 小循环——是指由海洋表面 蒸发的水汽 , 又以降水形式落 入海洋 ； 或者由大陆表面 ( 包括陆地水体表面、土面及 植物叶面等 ) 蒸发的水气 , 仍 以降水形式落回陆地表面。 这种发生在局部范围内的水 循环过程称为小循环
水资源基础知识
水资源基础知识水，是生命之源，对于地球上的生物来说至关重要。
无论是人类的日常生活、工农业生产，还是整个生态系统的平衡与稳定，都离不开水资源。
那究竟什么是水资源呢？让我们一起来了解一下水资源的基础知识。
首先，我们要明白水资源的定义。
水资源是指可以被人类利用的、具有一定数量和质量保证，并在一定技术经济条件下能够被使用的淡水。
这里的淡水包括河流、湖泊、地下水等。
需要注意的是，海水虽然量极大，但由于其含盐量过高，目前的技术条件下进行大规模淡化成本较高，还不能被广泛地直接利用。
地球上的水资源总量看起来似乎很丰富，但实际上，能被人类直接利用的淡水资源却非常有限。
据统计，地球上的水总体积约为 1386 亿立方千米，其中淡水仅占 253%，而在这少量的淡水中，又有大部分是以冰川、永久积雪和深层地下水的形式存在，难以被人类直接利用。
真正能被人类利用的淡水资源，如河流水、淡水湖泊水和浅层地下水，所占比例极小，仅约 03%。
水资源的分布在全球范围内是极不均衡的。
一些地区，如热带雨林地区，降水丰富，水资源相对充足；而在一些干旱和半干旱地区，如沙漠地带，水资源则极度匮乏。
在我国，水资源的分布也存在着明显的地域差异。
南方地区降水充沛，河网密集，水资源较为丰富；而北方地区尤其是西北地区，气候干旱，水资源相对短缺。
这种不均衡的分布给水资源的合理利用和调配带来了巨大的挑战。
水资源的形成主要依赖于自然界的水循环。
水循环包括蒸发、降水、地表径流、地下径流等过程。
太阳辐射使得水分从海洋、陆地和植物表面蒸发，形成水汽进入大气。
当大气中的水汽达到一定饱和度时，就会形成降水。
降水一部分直接回到海洋，一部分形成地表径流，汇入江河湖泊，最终流入海洋；还有一部分渗入地下，形成地下水。
通过这样的循环过程，水资源得以不断更新和补充。
然而，随着人类社会的发展和人口的增长，对水资源的需求不断增加，同时也带来了一系列的水资源问题。
水资源短缺就是其中一个突出的问题。
第五章 设计年径流量的计算(水文与水资源学实验指导)
5.2.2有短期实测资料时正常年径流量的计算
甲、乙两站各年实测年平均流量如表(单位：m3／s)
5-1
5.2.2有短期实测资料时正常年径流量的计算
解：首先用两站同期实测资料(1956—1959 年、1964—1966年)点绘相关图.
可见，两站相关点据密集，可通过相关点群中心 定一条单一曲线，乙站缺测资料年份即可用此相 关线插补和外延，最后可得20年资料。计算20年 的算术平均值即为乙站正常年径流量；成果见表
第一节 概述
河川径流在时间上的变化过程有一个以年为周期 循环的特性。这样，我们就可以用年为单位分析 每年的径流总量以及径流的年际与年内分配情况， 掌握它们的变化规律，用于预估未来各种情况下 的变化情势。 在水文计算中，因计算的需要，通常不是按日历 年度划分年度，而是按照水文现象的循环周期划 分水文年或水利年。
第二节 正常年径流量的计算
根据观测资料的长短或有无，正常年径流 量的推算方法有三种：有长期实测资料， 有短期实测资料和无实测资料。
5.2.1有长期实测资料时正常年径流量的计算
有长期实测资料的含意是：实测系列足够长，具 有一定的代表性，由它计算的多年平均值基本上 趋于稳定。由于各个流域的特性不同，其平均值 趋于稳定所需的时间也是不会相同。对于那些年 径流的变差系数Cv变化较大的河流，所需观测系 列要长一些，反之则短些。
第一节 正常年径流量的计算
显然，正常年径流量是反映河流在天然情况下所 蕴藏的水资源，是河川径流的重要特征值。在气 候及下垫面条件基本稳定的情况下，可以根据过 去长期的实测年径流量，计算多年平均年径流量 来代替正常年径流量。
但是正常年径流量的稳定性不能理解为不变性， 因为流域内没有固定不变的因素。气候、下垫面 条件、地质年代的变化相对缓慢，可以不用考虑， 但是大规模的人类活动，特别是对下垫面条件的 改变将使正常年径流量发生显著变化。
《水资源学教程》思考题
《水资源学教程》思考题《水资源学教程》思考题使用教材：《水资源学教程》（普通高等教育“十一五”国家级规划教材），左其亭、窦明、马军霞合编，中国水利水电出版社，2008年2月出版第一章水资源学概论根据水资源的特点，分析保护水资源的重要意义。
在介绍水资源特点时，既说水资源是可再生的，又说水资源是有限的，二者是否矛盾？你是如何理解的？讨论水资源学的概念与学科体系。
分析水资源学与水文学之间的关系。
第二章水资源概况从中国水资源时间和空间分布不均匀性，分析由于自然原因给人们用水带来的困难，并论证采取跨流域（或区域）调水、兴建水库的必要性。
人类主要面临哪些水问题？你是如何看待这些问题的？第三章水资源形成及转化关系叙述水循环的机理与特点。
从水循环过程来分析水资源特点。
以一个你比较熟悉的地区为例，分析社会水循环与自然水循环的关系。
简述人类活动、气候变化对水资源的影响，以及为了避免这些影响应采取的措施。
第四章水资源利用分析各用水部门间可能出现的矛盾，论述我们应该如何协调或解决这些矛盾？分析生态用水的重要性，论述如何保证生态用水？从我国水资源开发利用现状来分析，该如何做好水资源工作？第五章水资源学的基本理论以某一区域或流域为例，搜索相关资料，建立该区域或流域的水量平衡方程。
简述一个闭合流域的水资源转化模型。
污染物在水体中的物理化学过程有哪些？试简要说明。
选择一个小河流，搜索相关资料，计算该河流的水环境容量。
简要介绍水资源价值的内涵。
水资源价值流是由什么来决定的？结合某地区实际情况，展开讨论。
简述水资源优化配置概念、模型及应用。
综述基于“社会净福利函数”和基于“发展综合指标测度”的可持续发展量化方法。
阐述水资源可持续利用优化模型建立方法和应用。
第六章水资源评价简述水资源评价的内容。
在区域径流系列计算时，讨论不同河川径流方法的应用范围。
某河道监测断面的监测结果如下：DO浓度为8.5mg/L；CODMn 浓度为6.38mg/L；氨氮浓度为1.13mg/L；镉浓度为0.005mg/L；氟化物浓度为 1.0mg/L；石油类浓度为0.02mg/L；总磷浓度为0.25mg/L。
水资源学习课件PPT
二、了解水资源
我们应该怎样做呢？
三、珍爱水资源
时 空 不均
修建水库
跨流域调水
阅读图3.16“南水北调工程线路示意” 思考以下问题
①、南水北调工程有几条路线？ ②、哪条线距离最近，解决的是什么 地方的缺水问题？ ③、中线方案起点的水库是哪一座？ ④、沿京杭大运河的是哪条线？
三、珍爱水资源
蓝藻爆发污染太湖水源，无锡自来水无法饮用，市 民纷纷抢购纯净水。
C．修建水库
D．跨流域调水
评价园地
5．下列行为我们倡导的是（ D ）。 A． 大量使用农药化肥 B． 向河道中排放大量工业污水 C．生活中大量使用洗涤剂 D．一水多用，推广节水器具
条蜿蜒的河流，象征滴水汇成江河。
节水标志
请每一位公民记住这个标志，像对待掌上
明珠一样珍惜每一滴水。
梳理归纳
概念
时间不均：
修水库
夏秋多，冬春少
水 分布
资
源
空间不均：
跨流域调水
南丰北缺
利用
家庭用水调查
1、刷牙或淋浴中抹香皂时，有没有关 上水龙头？ 2、淘米、洗菜的水，有没有用在别的 地方（浇花、冲厕所等）？ 3、有没有使用节水龙头或节水器具？ 4、水龙头有没有漏水？
三、珍爱水资源
触目惊心的水污染
三、珍爱水资源
什么原因造成水资源的污染呢？
全国生产、生活废水约有 一半未经处理排入河湖，导致 全国大部分地区的水环境恶化， 使本来就短缺的水资源变得更 加紧张。
三、珍爱水资源
从某种意义上说： 节水比调水更重要。
三、珍爱水资源
爱护生命之源，我们能为保护水资源做哪些努力？
100mm 我国降水量夏秋多，冬春少。 小结：我国水资源分布特点：时空不均。
水资源概论.ppt
(3)以水资源总量折合径流深 用以衡量生态系统的自然状况， 径流深>150mm，基本上可以保证适当人类活动， 维持原有生态系统不蜕化，即可维持较好的生态 环境状况。
恢复周 水资源量 期 (1012m) 2500 年 1400 年 7.52 1年 16.5 9700 年 2.48 10000 年 0.03 17 年 5.35 5年 2.3 16 天 48.4 几小时 8天 288.56
地球上水的组成
96.咸水 陆地淡水
世界淡水的组成
中国水资源开发程度：5189/28124＝18.3％
世界七个水资源总量丰富国家比较
人均径流量（立方米 /人）
巴 西 俄罗斯 加拿大 美 国 印度尼西亚 中 国
径流总量（亿立方米）
印 度
世 界
468700
120000 90000 60000 30000 0
0
20000
40000
60000
50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 巴西 印尼 美国 世界 日本 印度 中国
世界水资源状况评价主要指标
(1) 用水紧张指标(Water Stress Index)
人均水量（m3/a） >3000 2000～3000 1000～2000（1700） 500～1000 ≤500 余缺程度 丰水 轻度缺水 中度缺水 重度缺水 极度缺水 主要问题 没有缺水问题 局部或暂时性用水问题 周期性用水紧张 持续性缺水 引发严重问题
表 1-1 地球上水的储存形式及水量 地球上水的储存形式及储量
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
类型
海洋 地下水 其中：淡水 土壤水 冰川与雪山 永冻土底冰 湖泊 其中：淡水 沼泽 河流 生物水 大气水 总储量 其中：淡水
水资源学概论
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
1.1水资源的概念及特点
1.1.1 水资源的概念
水资源的含义比较丰富，对水资源概念的界定也是多种 多样。一般来说，水资源分为：广义水资源和狭义水资 源。
广义的水资源是指地球上水的总体，包括大气中的降水、 河湖中的地表水、浅层和深层的地下水、冰川、海水等。
1.2.2 水资源学的研究内容
水资源的基本认识
认识基础
水资源学的基本理论
理论支撑
水资源学工作的主要内容
应用及实践
1.2.3 水资源学的发展过程
萌芽阶段
形成阶段
兴起阶段
1.2.4 水资源学的研究进展
1）认识进展
取之不尽 用之不竭
与经济社会发展、生态系统保护 相协调，走可持续发展道路
2）实验进展 实验条件的改善和观测技术的发展，对水资源形成、转化
作物生长 有效蒸发
无效蒸发
作物生长 有效蒸发
无效蒸发
河川径流 （狭义水 资源）
无效 蒸发
总水资源 （广义水 资源）
有效 蒸发
当地 消耗
1.1.3 水资源的特点
➢ 流动性 ➢ 可再生性 ➢ 多用途性 ➢ 公共性 ➢ 利与害的两重性 ➢ 有限性
1.2 水资源学的形成与发展
1.2.1 水资源学的概念
水资源学（water resources science）是在认识水资源 特性、研究和解决日益突出的水资源问题的基础上，逐步 形成的一门研究水资源形成、转化、运动规律及水资源合 理开发利用基础理论并指导水资源业务（如水资源开发、 利用、保护、规划、管理）的知识体系。
水资源评价
水资源保护
水权与水价水市场
水资源规划
水资源学笔记
水资源学笔记一、水资源学概述1. 水资源的定义：水资源是指在一定区域内，可供人类直接利用的淡水，包括地表水和地下水。
2. 水资源的属性：有限性、不可替代性、分布不均性、循环再生性。
3. 水资源学的研究内容：研究水资源的形成、分布、开发利用、保护和管理，以及水与环境之间的相互关系。
二、水资源形成与分布1. 水资源的来源：地球上的水资源主要来自于地球表面的水循环，包括降水、蒸发、径流等过程。
2. 水资源的分布：地球上的水资源分布极不均匀，主要受到气候、地形、地貌等因素的影响。
3. 水资源的储量：全球水资源约为1386万亿立方米，但可用于人类利用的淡水资源仅占其中的2.5%。
三、水资源的开发利用1. 水资源开发利用的方式：农业灌溉、工业用水、生活用水、水力发电等。
2. 水资源开发利用的限制因素：水资源量、水质、地形地貌、气候等。
3. 水资源开发利用的可持续性：在水资源开发利用过程中，应遵循可持续发展的原则，合理利用和保护水资源，保障人类社会的可持续发展。
四、水资源保护与管理1. 水资源保护的重要性：水资源是人类生存和发展的重要基础，保护水资源就是保护人类的未来。
2. 水资源保护的措施：加强水质监测、防治水污染、推广节水技术等。
3. 水资源管理的目标：实现水资源的可持续利用，保障经济社会的可持续发展。
4. 水资源管理的手段：法律法规、行政手段、经济手段等。
五、水与环境的关系1. 水与环境的关系：水是环境的重要组成部分，对环境的形成和演变起着重要作用。
同时，环境质量也会影响水资源的形成和分布。
2. 水环境问题：水污染、水资源短缺、水灾害等。
水资源学
什么是水资源？水资源有什么特点？时程变化的必然性和偶然性水资源的基本规律是指水资源（包括大气水、地表水和地下水）在某一时段内的状况，它的形成都具有其客观原因，都是一定条件下的必然现象。
常把这些变化中能够作出解释或预测的部分称之为必然性。
例如，河流每年的洪水期和枯水期，年际间的丰水年和枯水年；地下水位的变化也具有类似的现象。
由于这种必然性在时间上具有年的、月的甚至日的变化，故又称之为周期性，而将那些还不能作出解释或难以预测的部分，称之为水资源的偶然性的反映。
水资源的循环性、有限性及分布的不均一性水资源与其他固体资源的本质区别在于其具有流动性，它是在水循环中形成的一种动态资源，具有循环性。
可实际上全球淡水资源的蓄存量是十分有限的。
从水量动态平衡的观点来看，某一期间的水量消耗量接近于该期间的水量补给量，否则将会破坏水平衡，造成一系列不良的环境问题。
可见，水循环过程是无限的，水资源的蓄存量是有限的。
水资源在自然界中具有一定的时间和空间分布。
总的说来，东南多，西北少；沿海多，内陆少；山区多，平原少。
在同一地区中，不同时间分布差异性很大，一般夏多冬少。
利用的多样性水资源是被人类在生产和生活活动中广泛利用的资源，不仅广泛应用于农业、工业和生活，还用于发电、水运、水产、旅游和环境改造等。
重要性水是自然资源的重要组成部分，是所有生物的结构组成和生命活动的主要物质基础。
从全球范围讲，水是连接所有生态系统的纽带，自然生态系统既能控制水的流动又能不断促使水的净化和循环。
因此水在自然环境中，对于生物和人类的生存来说具有决定性的意义。
什么是水量平衡、蒸发、蒸腾和径流？蒸发：物质从液态转化为气态的相变过程。
蒸腾：植物体内水分通过表面以气态向外界大气输送的过程。
径流：在水文循环过程中，沿流域的不同路径向河流、湖泊、沼泽和海洋汇集的水流。
阐述土壤水与重力水资源的区别和联系土壤水资源是位于包气带上部土壤层中具有利用价值的结合水和毛细水。
水资源学教程 05第五章水资源的基本理论
2）吸附与解析作用
吸附与解吸过程是一种复杂的物理化学过程。可根据弗 劳德利希（Freundlich）吸附等温式的形式可近似推导泥 沙对水中污染物的吸附速率方程：
dS b C k1 k 2 b S dt W
式中：S为泥沙吸附浓度，mg/g；ζ为无量纲化的S值；C 为水体污染物浓度；W为水体的含沙量，g/L；b为与活化能 有关的指数；k1，k2分别为吸附速率系数和解吸速率系数， d-1。
（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：
P q入 R E q出 W
式中：P、R、E分别为计算时段内流域降水量、径流量和 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；ΔW为流域地面 及地下蓄水量的变化量。
P E R U g W
在多年平均情况下，△W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 Rs和地下径流量Rg组成， 总蒸发量E由地表蒸发量Es（包括土壤蒸发、植物蒸腾在内） 和潜水蒸发量Eg组成，因此上式可写成：
P Es Eg Rs Rg U g
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：
E陆 P 陆 R
式中：E陆为大陆多年平均蒸发量；P陆 为大陆多年平均降水 量；R 为大陆多年平均径流量。 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： E洋 E陆 P洋 P 陆
或
EP
式中： E 为全球多年平均蒸发量； P 为全球多年平均降 水量。
（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：
I P Rr Rg q入
水力学教程 第5章
第五章孔口、管嘴出流和有压管流从本章开始，将在前面各章的理论基础上，具体研究各类典型流动。
孔口、管嘴出流和有压管流就是水力学基本理论的应用。
容器壁上开孔，水经孔口流出的水力现象称为孔口出流(Orifice Flow)；在孔口上连接长为3～4倍孔径的短管，水经过短管并在出口断面满管流出的水力现象称为管嘴出流(Spout Flow)；水沿管道满管流动的水力现象称为有压管流(Flow in Pressure Conduits)。
给排水工程中各类取水、泄水闸孔，以及某些量测流量设备均属孔口；水流经过路基下的有压涵管、水坝中泄水管等水力现象与管嘴出流类似，此外，还有消防水枪和水力机械化施工用水枪都是管嘴的应用；有压管道则是一切生产、生活输水系统的重要组成部分。
孔口、管嘴出流和有压管流的水力计算，是连续性方程、能量方程以及流动阻力和水头损失规律的具体应用。
§5-1 液体经薄壁孔口的恒定出流在容器壁上开一孔口，若孔壁的厚度对水流现象没有影响，孔壁与水流仅在一条周线上接触，这种孔口称为薄壁孔口，如图5-1-1所示。
图5-1-1一般说，孔口上下缘在水面下深度不同，经过孔口上部和下部的出流情况也不相同。
但是，当孔口直径d(或开度e)与孔口形心以上的水头高H相比较很小时，就认为孔口断面上各点水头相等，而忽略其差异。
因此，根据d/H的比值大小将孔口分为大孔口与小孔口两类：若d ≤H /10，这种孔口称为小孔口，可认为孔口断面上各点的水头都相等。
若d ≥H /10，称为大孔口。
当孔口出流时，水箱中水量如能得到源源不断的补充，从而使孔口的水头H 不变，这种情况称为恒定出流。
本节将着重讨论薄壁小孔口恒定出流。
1．小孔口的自由出流从孔口流出的水流进入大气，称自由出流(Free Efflux)，如图5-1-1所示，箱中水流的流线从各个方向趋近孔口，由于水流运动的惯性，流线不能成折角地改变方向，只能光滑、连续地弯曲，因此在孔口断面上各流线并不平行，使水流在出孔后继续收缩，直至距孔口约为d /2处收缩完毕，形成断面最小的收缩断面，流线在此趋于平行，然后扩散，如图5-1-1所示的c -c 断面称为孔口出流的收缩断面。
水文与水资源的基本理论
水文与水资源的基本理论水是人类生活和经济发展中不可或缺的重要资源。
水文学作为研究水的循环和分布规律的学科，与水资源的管理和利用密切相关。
本文将介绍水文与水资源的基本理论，包括水的循环过程、水资源的分类与评估、水文模型以及水资源的可持续管理等内容。
一、水的循环过程水的循环是自然界中水资源利用和分布的重要基础。
它包括蒸发、降水、地表径流、地下水以及水库蓄水等过程。
首先是蒸发，水在受热的条件下从水体中转化为水蒸气，然后通过大气层的运动将水蒸气输送到不同地区，并在一定高度形成云层。
云层中的水蒸气凝结成水滴后形成降水，包括雨水、雪水等形式。
一部分降水落入地表，形成地表径流，向河流、湖泊等水体集聚。
另一部分降水渗入地下形成地下水，并在地下水系统中储存和流动。
此外，水库的建设可以通过蓄水、供水和发电等方式有效利用水资源。
二、水资源的分类与评估水资源可以根据来源、用途和可再生程度等因素进行分类。
根据来源可以分为表水资源和地下水资源；根据用途可以分为生活用水、工业用水和农业用水等；根据可再生程度可以分为可再生水资源和非可再生水资源。
评估水资源的方法有很多，常用的指标有水资源总量、人均水资源等，还可以通过水质、水位等指标进行评估。
评估水资源能够为水资源管理提供科学依据，合理规划和利用水资源。
三、水文模型水文模型是研究水文过程的重要工具，主要用于模拟和预测水文过程。
水文模型可以分为概念性模型和物理性模型，概念性模型根据流域的特征和水文循环过程建立理论模型，物理性模型则基于物理方程和观测数据进行模拟。
水文模型的建立可以帮助我们更好地理解和预测水的变化规律，为水资源的合理开发提供技术支持。
四、水资源的可持续管理水资源的可持续管理是保护水资源并合理利用的重要原则。
在水资源管理中，需要综合考虑生态环境、社会经济和可持续发展等因素。
采取科学有效的水资源管理措施，包括建设水利工程、推广水资源节约技术、加强水资源保护等。
此外，制定水资源管理政策和法规也对于保障水资源的可持续利用至关重要。
《水资源》 讲义
《水资源》讲义一、水资源的重要性水，是生命之源。
对于地球上的所有生物来说，水资源都是至关重要的。
人体大约 60%－70%是水分，没有水，我们的身体机能将无法正常运转。
植物需要水进行光合作用和养分运输，没有充足的水分，农作物将无法生长，导致粮食短缺。
动物也依赖水来维持生命活动。
在工业生产中，水同样不可或缺。
许多制造过程需要大量的水，例如发电、钢铁制造、化工生产等。
水还在运输、清洁和冷却等方面发挥着关键作用。
从生态系统的角度来看，水是维持生态平衡和生物多样性的基础。
河流、湖泊、海洋等水域为各种生物提供了栖息地，水的流动和循环也影响着气候和环境。
总之，水资源对于人类的生存、经济的发展和生态的平衡都具有不可替代的重要性。
二、水资源的分布地球上的水资源分布并不均匀。
大部分的水存在于海洋中，约占地球总水量的 97%，但海水是咸水，不能直接被人类利用。
淡水仅占地球总水量的 3%左右，而且其中还有很大一部分是以冰川、冰盖和深层地下水的形式存在，难以获取和利用。
在陆地上，水资源的分布也存在很大差异。
一些地区降水丰富，水资源充足，而在另一些地区，特别是干旱和半干旱地区，水资源极度匮乏。
例如，热带雨林地区通常拥有丰富的水资源，而沙漠地区则常年缺水。
这种不均匀的分布导致了水资源在全球范围内的分配不均，也引发了一系列的问题，如水资源的争夺和地区之间的发展不平衡。
三、水资源的利用农业是水资源的主要消耗领域之一。
灌溉是农业生产中用水最多的环节。
传统的灌溉方式往往效率低下，造成了大量的水资源浪费。
为了提高农业用水效率，人们发展了滴灌、喷灌等节水灌溉技术。
工业用水也占有相当大的比例。
工厂在生产过程中需要用水进行冷却、清洗、制造等。
通过改进生产工艺和采用水循环利用系统，可以减少工业用水的消耗。
居民生活用水虽然在总量上相对较少，但随着人口的增长和生活水平的提高，用水量也在逐渐增加。
在日常生活中，我们可以通过养成良好的用水习惯来节约用水，比如及时关闭水龙头、使用节水器具等。
第五章 水资源的基本理论
2
3
补充概念
• 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
4
鄱阳湖流域与江西省
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
o 全球
E洋 E陆 P洋 P 陆
EP
9
5.1 水量平衡原理
5.1.1水量平衡方程式 • 区域水量平衡方程
qu q出） （P Rs Rg q入） （E Rs Rg W
q入:由区域外调入的水量。 Qu: 区域总耗水量，主要指工 业、生活耗水量； q出:本区域的调出水量。
o 从物品满足人的欲望能力或人对物品效用的主 观评价角度来解释价值及其形成过程的经济理 论。所谓的效用是指物品满足人的需求的能力。 o 效用价值论认为，人们获得效用不一定非要通 过生产来实现，效用不但可以通过大自然的赐 予获得，而且人们的主观感受也是效用的一个 来源。只要人们的某种欲望或需求得到了满足， 人们就获得了某种效用。
污染物特性、时空分布 水体的水功能区目标和要求
水 环 境 容 量
稀释容量 迁移容量 净化容量
31
5.3水资源价值理论
5.3.1水资源价值的理论基础
传统观点
• 取之不尽， 用之不竭 • 水资源本身 没有价值
现代观点
• 无节制的水 资源开发造 成严重环境 问题 • 水资源本身 的价值
32
5.3水资源价值理论
P
R’地表
E ∆W
R地下
R’地下
R地表
10
区域水量平衡方程
水资源学
1.水资源：是指人类长期生存、生活、和在生产活动中所需要的各种水，既包括数量和质量的含义，也包括其实用价值和经济价值的含义。
2.水资源：指与生态系统保护和人类生存与发展密切相关的，可以利用的，而又逐年能够得到恢复和更新的淡水，其补给来源为大气降水。
3.水文循环：指地球上各种形态的水，在太阳辐射地心引力作用下，通过蒸发水汽输送，凝结降水，下渗以及径流等环节，不断地发生固态转换和周而复始运动的形成。
4.水资源利用：指通过水资源开发为给类用户提供符合质量要求的地下水和地表水源以及各个用户提供用水过程。
5.水权：是以水资源作为载体的各种权利的总称，它反映了由于水资源的存在和对6.水资源的使用而形成的人们之间权利和责任的关系。
7.水权制度：是界定、划分、配置、实施、保护、管理和监督水权，确认和处理各个水权主体责、权、利关系的规划。
是从法制、体制等方面对水权进行规范和保障的系列制度的总称。
8.水市场：又称水权交易市场是为了实现水权平等交易并利用价格机制来实现水权流转的交易方式。
9.成本水价：是制定其他价格的基础和依据。
10.理论价格，又叫理想价格或合理价格：在环境条件下，理论价格可能不是马上可以实施的，但它可能为调整不合理的价格指明方向。
在理论价格的基础上，参照供求状况和国家政策制定实际价格。
11.生产水价：应等于产品的社会成本加按社会平均资金盈利率计算的盈利额。
12.目标水价，也叫决策水价：它以理论价格为基础，考虑其他经济、政治等因素而测定的价格。
13.影子水价：指的是在一定的区域内和一定的供水水平下，由于多年平均有效供水增加（或减少）一个单位而造成的区域国民收入相应增加（或减少）量。
14.均衡水价：是指在市场经济条件下，水资源供需达到动态均衡状态下的水市场供水价格。
15.水资源评价：是保证水资源的可持续开发和管理的前提，是进行与水有关活动的基础。
16.水资源规划：是对流域或区域内水资源的而开发、利用、治理、配置、节约和保护等方面在更高层次上的定量分析和综合集成。
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《水资源学教程》
（1）上游山丘区
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，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：
P E R U g W
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；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；△W为计算时段内蓄水变化量，包括地表水和地下 水的蓄水变化量。
；
为区R域 多R年r 平R均g 蒸E发量； 为区域多的区qu域多年平均耗水量； 为区域多年平均调
出水q量出 。
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5.1.2 水资源转化模型
根据图3-2，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“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。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。 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。
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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：
P R q入 E R qu q出
式中： 为P 区域多年平均降水量； 为R流入区域内的多年平均
径流量， R； R为r 流 出Rg区R域的多年平均径流量，
Wg Pg Eg Rg U g
由此可见，山丘区水量平衡方程为：
P Es Rs Pg
《水资源学教程》
根据区域水资源的概念，山丘区的多年平均水资源总量为：
或
W P Es Rs Pg
当山丘区地下水W埋深 R较大E（g 大U于g 4m）时， 可以忽略；在
一定的水文地质条件下（如地下含水层被隔水Eg层阻隔），
E洋 E陆 P洋 P陆 或
E P
式中： 为E 全球多年平均蒸发量； 为P全球多年平均降水量。
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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：
P q入 R E q出 W
式中：P、R、E分别为计算时段内流域降水量、径流量和 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；ΔW为流域地面 及地下蓄水量的变化量。
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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：
I P Rr Rg q入
式中：I为计算时段内的区域总输入水量；P为计算时段内 的区域降水量；Rr为计算时段内流入区域内的地表径流量； 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。
《水资源学教程》
在多年平均情况下，△W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Rs和地下径流量Rg组成，总 蒸发量E由地表蒸发量Es（包括土壤蒸发、植物蒸腾在内） 和潜水蒸发量Eg组成，因此上式可写成：
P Es Eg Rs Rg Ug
《水资源学教程》
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。 泄考量虑应多相年等平，均这情部况分下水，量则就地是下地水下的水降资水源入量渗补；W给而g量地下P水和g 的排 排泄量有河川基流（地下径流） 、R潜g 水蒸发 、E地g下潜 流 。故U地g 下水资源量 可用下W式g 表示：
《水资源学教程》
输出的总水量为：
O E Rr Rg qu q出
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；Rr′为计算时段内流出区域的地表径流量； 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、生活耗水量； q出为计算时段内由本区域的调出水量。
《水资源学教程》
第五章 水资源的基本理论
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、水资源价值 理论、水资源优化配置理论、水资源可持续 利用理论等内容。
《水资源学教程》
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（water balance），是指任意选择的流域（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。 水量平衡的基本方程为：
也能忽略，在此条件下，上式就可简化为：
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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入与q出均为0，则一般常用的流域水量平衡 方程为：
P R E W
就长期来说，ΔW多年平均为0，则多年平均情况下的流域 水量平衡方程为：
P RE
上式表明，对于闭合流域，多年平均降水量 等P 于多年平均 径流量 与多R年平均蒸发量 之和。E
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为计算 时段内某计算单元的总输出水量；W1、W2为计算时段始、 末某计算单元的蓄水量；ΔW为时段内蓄水量的变化量，ΔW ＞0表示该计算单元蓄水量增加，ΔW＜0则表示蓄水量减少。
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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： P洋 R E洋 W洋 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洋为某一 年海洋蓄水量的变化量。 对于多年平均情况，ΔW洋接近于0，故方程可简化为：
E洋 P洋 R 式中： E为洋海洋上多年平均蒸发量； 为P洋海洋上多年平均降 水量； 为大R陆多年平均径流量。
《水资源学教程》
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：
E陆 P陆 R
式中： E为陆大陆多年平均蒸发量； 为P大陆 陆多年平均降水量；
为大R陆多年平均径流量。
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：