城市水资源的开发利用与保护(2011)

水文循环的主要成因
存在液态、气态、固态三种形式，相互之间可转化是水循环的条件；
太阳辐射与地心引力，是循环形成的动力。
水循环的作用意义
水资源成为能得到不断补充的可再生资源 实现地球水圈中各水体的水分交换 水体自净能力的主要影响因素 影响地球物质能量分布

– 太阳能转化为水的位能 – 河川冲刷堆积形成平原，营养物质输送入海洋
人均用水量(m3) >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
解决我国水资源问题的近期对策




中国水资源总量是2.8万亿m3，可用水资源不到10000亿m3 ， 仅约8000多亿m3 ，目前每年使用量是6000亿m3 ，增长潜力已 经十分有限。 水资源的开源成本很高，更需提倡节流。目前工业和农业都在 提倡节水，节水潜力很大。特别是农业。 目前农业的灌溉用水浪费严重，农业用水占年水资源使用量的 70%。农业节省的水资源可以用来发展工业和城市用水以及改 善生态环境。 2010年水利投资2000亿元，2011 年中央 1 号文件表示，要在 十二五和十三五期间大力发展水利事业，未来10年水利部门投 资需达到4万亿元，每年复合增长率13%。 投资重点领域包括防洪薄弱环节建设、农村饮水安全、农田水 利与抗旱、水源工程建设、水土保持与河湖生态修复。
人均用水量
单位：m3
2500 2000 1500 1000 500 0
北京 天津 河北 山西 辽宁 上海 江苏 浙江 福建 江西 山东 湖南 广东 四川 云南 陕西 内蒙古 黑龙江 甘肃
数据来源：2004年中国统计年鉴
水资源量评估的参考标准
联合国有关组织对世 界水资源紧缺状况进行 评价时，采用用水紧张 指数(Water Stress Index) 描述资源余缺程度：
人均水资源量(m3) 单位耕地水资源量（m3/hm2)
统计的153个国家中，加拿大列第8，中国第121位（2200m3/人· 年）
Et：
> 150~200
中国的水文气候分区概况
结合用水量与污水排放状况的水资源概况
考虑径流年内分布状况的水资源分布评价
300 250
降雨量（mm)
200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 月份 8 9 10 11 12
1.2 目标任务(Purpose and intention)

了解水资源的特征与相关基本概念
初步认识城市水资源开发利用的工程手段 了解城市水资源规划管理的方法、水资源保护
的概念

树立符合可持续发展思想的水资源利用观念
使得毕业学生经过一段时间的工作实践，能很快建立起有关 水资源开发、利用和保护的完整概念，适应工作的要求。
水资源利用与管理. 左其亭等编，黄河水利 出版社，2009.5 水文学（第三版），马学尼等编，中国建 筑工业出版社，1998.5 给水工程（第四版）. 严煦世等编，建筑工 业出版社，1999.12

二. 水资源与水循环
Water resource and hydrologic cycle
2.1 水资源及其特性
世界水资源的概况—按降水量与蒸发量评价
由于受地理位置和地形地貌的影响，全球各地水资 源在空间上都存在分布不均匀的状况。
部分国家的水资源统计结果
160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0
沙特阿拉伯 加拿大 俄罗斯 澳大利亚 美国 蒙古 日本 中国 印度 德国 韩国 英国 以色列 新加坡
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 month 8 9 10 11 12
precipitation
150 100 50 0
上海市的年降雨量分布 6、7、8三个月的降雨量占年降雨量 （1150mm）的49%
北京市的年降雨量分布 6、7、8三个月的降雨量占年降雨量 （574mm）的74％

我国水资源的总量大，
年径流总量
我年 国径 同流 世总 界量 部的 分比 国较 家
（亿米³）
居世界第六位。
40000 31220
51912
27115 28113
29702
（1996）中国 印度尼西亚 美国
加拿大 俄罗斯
巴西
人均径流量 （m³/人.年）
105117
我 国 同 世 界 部 分 国 家

2.1 水资源及其特性
水资源的特性：

Hydrological recycle
循环（可再生）性(recyclable) 资源量的稀缺性(scarce) 分布不均匀性 (unevenly distributed) Flooding damage and pollution 利害两重性 Multiple functions of the utilization 利用的多样性
1.1 课程的主要内容
3）水资源的开发利用（development and utilization）
地表水资源及其开发利用（surface 地下水资源及其开发利用(ground
非传统水资源利用(unconventional
节水理论与途径
water resource)
water resource)
水土流失严重，水质污染严重。

水少，水多，水脏——官方对我国水资源 状况的简单归纳。
中国的水资源的总体状况




黄河在过去的10多年年年断流，其中1997年断流 226天，海河、辽河严重缺水。 华北大量超采地下水，河北累计超采地下水600 亿m3，形成全球面积最大的地下水复合漏斗区， 河塘干涸、树木枯死。 水利设施落后，洪涝灾害对国民经济发展和社会 安定构成潜在威胁，2010年前9个月，我国发生 内涝的城市就有237个。 以三河（淮河、辽河、海河），三湖（太湖、巢 湖、滇池）为代表的地表水体水质污染严重。 西北地区生态状况恶化，植被退化。

学时数少，课堂讲授与自学相结合
没有很适合的教材，以参考教材为主适当补充 期末考察，以课堂讲授的内容为主
因讲授重点与教材内容有差异，范围超过参考 教材，计划开卷考试。 ppt文档可以拷贝，上课不用抄。
联系地址 tianli@tongji.edu.cn
1.5 主要参考文献（references)

中国能源需求飙升，但其国内资源不足


粮食仍是中国的紧迫问题，美国是主要供应来源
人口老龄化和劳动人口减少将导致中国经济减速
老大哥式经济会遭遇更多的难题
我国水资源的特点

人均水量低(约2100m3/人a），仅有世界平均值的 四分之一；
空间分布不均匀，北方、西北干旱严重；


时间分布不均匀，降水量过分集中于雨季，使得利 用率降低；

水资源的含义、特性与紧缺状况（definition, characteristic, and stress） 水文循环与水的社会循环 (hydrological & social recycle)

2）水资源评价与承载力分析(assessment and bearing
capacity)



水资源的数量计算 (volume quantification) 水资源的质量标准 (quality standard) 水量预测与承载能力 (demand forecast and bearing capacity)
城市水资源规划与管理
Urban Water Resources Planning, Utilization and Management
一. 绪论 (Introduction)
1. 1课程主要内容 (Contents)
1）水资源及其特性 (water resource and the characteristic)

建立有关城市水资源、水管理的基本概念， 为后续“涉水”课程学习建立基础的通识课 程； 适合环境工程专业的需求
– 相对给水排水专业的课程，偏重宏观概念，对具 体工程问题的要求较低； – 与水文水资源专业教学要求相比，对理论深度要 求低，注重实用。

1.4 范围与要求（scope and demand)
水资源量的描述单位与计算方法
国家/地区的水资源总量（亿m3/a）：综合国力的 重要组成部分 人均资源量（m3/p· a)，单位耕地水资源量 (m3/hm2)：丰沛或紧缺的相对程度； 年平均径流深度（mm）、降雨量/蒸发量，自然生 态状况的表述，中国年平均径流深度284mm，但 是分布不均（世界平均314mm） 计算方法：通常是按当地的降雨量与径流深度折算， 客水的资源量通常不算。
我国近十年的水利投资情况
2.2 水文循环(hydrological cycle)
水汽输送 云 云
蒸发 植物蒸腾 降水 小循环 湖
降水(Precipitation)
蒸发(Evaporation)
降水
蒸发
径流(Runoff) 渗流(Seepage flow)
小循环
海洋
运动的主要过程：降水、渗流、径流、蒸发、输送
上海多年平均降雨量1150mm
上海市域范围内本地径流量24亿m3/a，长江过境水资源量9335亿m3/a
降水时间分布的不均匀性
时间分布不均降低了雨水的存储利用效率，增加了洪涝危害的风险。
250 200
200
annual precipitation(mm)
1 2 3 4 5 6 7 month 8 9 10 11 12
10000 8000 6000 4000 2000 0
松花江 辽河 海河 黄河 淮河 长江 东南诸河 珠江 西南诸河 西北诸河
3
图4 全国各流域多年平均水资源量(亿m )
地下水资源量 地表水资源量 水资源总量
各省区人均水资源量统计
客水资源没有计入，上海、江苏其实不缺水
4000 3500 3000 人均水资源量

水资源定义（definition)：
– 可以利用或者有可能被利用的水源，具有足够 的数量和可用的质量，并能在某处为满足某种 用途而可被利用。（广义，UNESCO） – 人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的 淡水。（狭义，工程上一般采用狭义定义）
水资源定义的含义
主要指淡水资源，只占地 球上总水量的3.5％ 可利用和可能被利用的： 淡水资源中极地冰盖占据 了约70％，难以被利用。 难开采的深层地下水不算 水资源主要指河川径流与 浅层地下水——0.025％。 脏了没有使用价值的水， 不是水资源：劣于地表水V 类标准的，就不算资源。
water resource)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（water conservation)
4）水资源管理与保护 ( management and protection)

水域功能划分 (function area plot out) 水环境质量标准 (water environmental quality standard) 水资源保护的体系与措施 (protection system & measures)
中水回用 In-situ WW Treatment
课程主要内容的关系
第一章 绪论
第二章 水循环与水资源概况
水 资 源 基 本 情 况
第三章 水资源评价
水 资 源 开 发 利 用
第五章 地表水开发利用工程
第六章 地下水开发利用工程
第七章 水资源的主要用途
水资源承载能力 水资源保护 水资源管理 水资源保障
1.3 课程的特点(Character of the course)
人 均 径 流 量 的 比 较
我国人均水资源量少，被列为 全球13个缺水国家之一
32343 26990 11294 14509 加拿大
2167 （1996） 中国 美国 印度尼西亚 俄罗斯 巴西
水资源与综合国力的关系
“美国不会被中国超越五大理由 ”—某美国专家的看 法 中国人均淡水储量只有美国的1/5左右，而且许多 水源都污染严重，甚至达到了危险程度；而美国 大部分水源已变得更加干净。
水的社会循环（城市部分）
工业用户 Industrial
二次处理 Secondtreatment
家庭用户 Domestic Commercial & Institutional
商业, 公共用户
独立水源 Water Resources
雨水利用 In-situ Rain Utilization
绿地, 道路等 公益用户 Green area & Streets, etc.