《水文学与水资源》PPT课件

水资源的含义十分丰富，具有广义和狭义之分。 广义的水资源，是指地球上水的总体。包括全部自然 界任何形态的水，如气态水、液态水和固态水。 狭义的水资源，是指与生态环境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。
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水资源学是对水资源进行评价、合理配置、综 合开发与合理利用和保护，为社会和经济的可持 续发展提供水的保证，处理好水资源和经济社会 发展及环境、生态系统间关系，以及对水资源实 行科学管理和保护经验的系统总结所形成的知识 体系，是指导水资源业务的理论基础（陈家琦等， 2002）。
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单元水体水箱模型
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对于单元水体，第n时段水量平衡关系式如下：
V n 1V n(InQ n) t （n=1,2,3……）
（13.3.1）
式单平中元均，水出V体流n 第量，。nV时n+1段—t —的——平第单均n位时输时段入段初量。和。末Q n单—元—水第体n时蓄段水单量元。水I n 体—的—
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11.3.3.4 计算结果与分析
可再生性指数 的计n 算，关键涉及到单元水体的 蓄水容量 和维Vm持ax 水循环再生系统所需的最小蓄水 量降水的和确径定流Vmi。n系在列实资例料中，，并参根考据流单域V元m的ax 子地流形域数的据多进年行 确定。 则需要兼Vm顾in 经济、社会和生态环境需水量 进行综合确定。在计算时由于缺少上述资料， 可 按 的1V0min%进行V取max 值。
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11.3.3.2 研究方法
在数字高程模型（DEM）基础上，将马连河流 域分成7个子流域，并提取各子流域的水文特征 值。本例利用SWAT模型方法来建立马连河流域 分布式水文模型。
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基于DEM的马连河流域三维图
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马连河流域SWAT模型结构图
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11.2 水文学与水资源学的联系
11.2.1 水文学是水资源学的基础
从水文学与水资源学的发展历史和研究内容两 个方面来看，水文学是水资源学形成和发展的基 础。
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11.2.2 水资源学是水文学服务于人类社会的 重要应用
我们以水资源学的具体应用来说明这一关系。
（13.3.3）
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（3）关于水资源量可再生性指数的分析
以下在几种特殊情况下讨论和分析指数的合理性及取 值范围。
① 当输入I与输出Q保持动态平衡时，单元水循环系统处于
稳定状态，单元水体的水资源量可再生能力保持不变。
由式（11.3.3）可知，此时 可再生性指数为常量。
，n即1 单元n 水体水资源量
n
V nV mi nIn t与 VmaxVmin之比所得到的
作为单元水体水资源量可再生性指数，
n
VnVminInt Vma xVmin
（n=1,2,3……）
（13.3.2）
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结合式（11.3.1），便可得到单元水体水资源量 可再生性指数的动态变化方程。
n 1 V n 1 V V m m a V iI m x n 1 i n tn In V 1 m Q a V n m x tin
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11.3.1.1 水资源量可再生性
水资源量可再生性是指流域（或单元水体）水资源 在水量上被损失后（如蒸发、流失或取用等），通 过大气降水和其他途径可以得到恢复（即更新）的 一种能力。它与流域蓄水特性、水循环过程的周期 性、水体的补给以及更新速率有关。
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11.3.1.2 水资源质可再生性
水资源质可再生性是指水资源所赋存的水体在水 循环过程中，遭受自然或人为污染后，通过水体的 自净功能使水质得以恢复的一种能力。水资源质的 可再生性与水体的纳污能力和自净能力有着密切的 联系。当污染物进入水体的强度低于水体的自净能 力时，或者污水排放量处于水体环境容量以内时， 水质将可以恢复，此时水质具有可再生性。反之， 水质将恶化，水质可再生性遭到破坏。
11.1.3 水资源学的主要进展与展望
自20世纪中期水资源学形成以来，其主要进展 概括如下：
⑴ 人们对水资源的认识从“取之不尽，用之不竭”的片 面认识，逐步转变为对水资源的科学认识，逐步认识到 “水资源开发利用必须与经济社会发展和生态环境保护 相协调，走可持续发展的道路”。从水资源的形成、演 化和运动规律上系统分析和看待水资源变化规律和出现 的水资源问题，为人们解决日益严重的水资源问题奠定 基础。
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如果把子流域看作单元水体，在自然水循环状态下（即不 考虑人类活动取用水的影响），马连河流域各单元的关系 如下图所示。
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11.3.3.3 计算输入数据
在本例中，计算输入数据主要是降水量、蒸发 量和径流量。其中，降水量、蒸发量为1978年马 连河流域实测数据经过线性空间插值处理后得到 的各子流域月均值；径流量为分布式水文模型模 拟的马连河各子流域月均值。
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11.3.2 水资源量可再生性的量化方法
11.3.2.1 单元水体水资源量可再生性的度量
（1）单元水体水循环过程
本文为了简化分析，将单位时段内所有进入单元水
体中的输入水量用I表示，输出水量用Q表示，单元水体 的蓄水量用V表示。基于单元水体水量平衡关系，采用
水箱模型描述单元水体的水循环动态过程。
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11.3.3 实例分析——以马连河流域为例
11.3.3.1 研究区概况
马连河位于黄河中游干旱半干旱区，流域面积19086 km2，是泾河的最大支流。地势由北向南下降，平均海拔 为1420 m。气候比较干燥，年平均气温为8.5～9.5℃。 流域降水多集中在7、8月，年降水量一般为450～650 mm，上游洪德站只有350～400 mm。据流域出口雨落 坪站多年观测，年径流量为4.9×108m3，折合年径流深为 26 mm。
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11.1.2 水资源学的研究内容
按照水资源学的研究对象（陈家琦等，2002），可 以把水资源学的研究内容划分为以下几个方面：
➢ 地球上水资源本身的特性和规律。
➢ 水资源开发利用与合理配置理论、方法与应用 实践。
➢ 支撑经济社会可持续发展的水资源保障措施与 对策。
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（2）单元水体水资源量可再生性指数
在 V 对m于a 图xV前m面in的述变及化的范单围元内水单体元，水V n 体 在V m 第in n 时In段 可t代能表达了到
的有效蓄水量，即单元水体在第n时段可以恢复或可用于
更新的水量。它代表了第n时段内单元水体水量可纲量
④ 一般情况下，输入I与输出Q具有波动性，即单元水体处
于水量的消长更替之中。由式（11.3.3）可知，此时单元 水体水资源量可再生性指数也呈现波动性。
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单元水体水资源量可再生性指数的取值分析
只有当 Vmin时Vn，单Vma元x 水体的水循环才处于可再 生状态，由式（11.3.2）和式（11.3.3）求得的 才具有 n实际意义，且 取值范 围n 为[0，1]。
➢ 加强水资源系统中的不确定性研究。
➢ 加强现代新技术、新理论（如，遥感信息、地理信息、 经济社会信息和水文信息、决策支持系统等）在水资 源学中的应用研究。
➢ 加强水资源开发利用与社会进步、经济发展、环境保 护相协调的研究。
➢ 加强水文学、生态学以及水资源学的基础科学研究。
➢ 加强与其他学科的交叉研究。
水文学与水资源
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第十一章 水文学与水资源
11.1 11.2 11.3 11.4 11.5
主要内容
水资源学概论 水文学与水资源学的联系 水资源量可再生性量化研究 水资源承载能力量化研究
水资源优化配置研究
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11.1 水资源学概论
11.1.1 水资源与水资源学的概念
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②单元水体的最小蓄水量 V。min 为了维持河流生存（不断流） 以及保证生态用水的最小河川径流量，或者为了维持必要 的土壤含水量（如凋萎含水量），或者为了维持适宜的地 下水位，或者为了维持水循环再生系统的完整性，单元水 体必须要保持一个最小蓄水量。 是V维mi持n 单元水体水资源 量可再生性最直观的阈值判据，其值要通过水文实验或水 文模拟进行确定。
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⑵ 随着实验条件的改善和观测技术的发展，对水资源的 形成、演化和运动的实验手段和观测水平得到极大的提 高，促进了人们对水资源的认识和定量化研究水平的提 高。
⑶ 现代数学理论、系统理论的发展为水资源学提供了量 化研究和解决复杂的水资源系统问题的重要手段。
⑷ 随着现代计算机技术的发展，对复杂的数学模型可以 求得数值解，对复杂的水资源系统可以寻找解决问题的
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11.3.2.2 流域水资源量可再生性指数的计算
如果将流域视为一个单元水体，便可直接利用单元水 体水资源量可再生性指数，计算整个流域水资源量可再 生性指数。如果要深入研究流域水资源量可再生性的空 间分布，可以将流域划分为若干单元。为了便于计算， 最好结合分布式水文模型进行单元划分。首先计算每个 单元水体水资源量可再生性指数，最后再综合得到整个 流域水资源量可再生性指数。当然，对于河流、湖泊、 水库、地下水等水体均可采用类似的方法计算其水资源 量可再生性指数。
② 当输入I持续大于输出Q时，单元水体处于水量恢复阶
段，可用水资源量增加，水资源量可再生能力增大。由
式（11.3.3）可知，此时 n1 ，即n 单元水体水资源量 可再生性指数也逐渐变大。
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③ 当输入I持续小于输出Q时，单元水体处于水量消耗阶段，
其水资源量可再生能力逐步减弱。由式（11.3.3）可知， 此时 ，n即1 单元n 水体水资源量可再生性指数也逐渐变小。
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水资源量可再生性和水资源质可再生性综合 决定了水资源整体的可再生性。只有当水资源量 和质的可再生能力都大时，水资源的可再生性才 高。这是因为水资源内涵包含水量和水质两方面 含义，水量的亏损和水质的污染都是对水资源的 一种损耗。从以上的分析中可以看出，水资源可 再生性研究离不开水循环过程分析。鉴于研究问 题的复杂性，本节重点探讨水资源量可再生性的 量化方法。
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11.3.1.3 水资源量与质可再生性的关系
水资源量可再生性直接与水循环特性有关，它是 水资源质可再生性的基础，水资源质可再生性与人 类活动排污直接相关。例如，河流在枯水期水体更 新慢，水资源量可再生性小。在同等排污情况下， 枯水期水质比丰水期的差，水资源质可再生性也就 小。
途径和对策，可以多方案快速进行对比分析，可以建立
复杂的定量化模型，可以实时进行分析、计算和实施水
资源调度。
⑸ 以可持续发展为理论指导，促进现代水资源规划与管 理的发展。
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随着经济社会发展，科学技术水平提高，水资源学正 面临着一个前所未有的发展时期，这既是机遇又是挑战。 对未来水资源学展望如下：
（1）水循环理论支撑水资源可再生性研究，是水资 源可持续利用的理论依据。
（2）水文模拟模型是水资源承载能力量化研究、水 资源优化配置量化研究的基础模型。
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11.3 水资源量可再生性量化研究
11.3.1 水资源可再生性的内涵
水资源是一种逐年能够得到恢复和更新的可再生 资源。水资源的可再生性是指流域（或单元水体） 水资源在水量上损失后（如蒸发、流失、取用等） 和（或）水体被污染后，通过大气降水和水体自净 （或其他途径）可以得到恢复（即更新）的一种综 合能力。
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在单元水体水循环过程中，影响水资源量可再生 能力的两个特征量需在此说明。
①地单形元、水地体貌的、最土大壤蓄、水植量被、V。m降ax 由水于等受）环，境单因元素水的体影的响蓄（水如 能力是有一定的限制，理论上存在一个最大的水体蓄水 量。该蓄水量决定了单元水体在水循环过程中可交换的 最大量，也是影响水资源量可再生能力的关键因素。对 于子流域而言，即为流域最大蓄水容量。对于单元河段 而言， 可代表Vm满ax 岸时的河槽蓄水量。