《水资源利用与保护》复习资料.docx.pdf

水资源的定义：狭义上的水资源是的指人类在一定经济技术条件下能够直接使用的淡水；广义 上的水资源是指在一定的经济技术条件下能够直接或间接使用的各种水和水屮物质，在社会生 活和生产中具有使用价值和经济价值的水都可称为水资源 水资源的特性：资源的循环性；储量的有限性；时空分布的不均匀性；利用的多样性；利, 害 的两重性；水态之间的相互转化的不可替代性。 水的三要素：蒸发，降水，径流 更替周期是指在补给停止的条件下，各类水从水体中排干所需要的时间 T=Q（t）/q（t） T-水的更替周期q（t）单位时间内水体中参与循环水量Q（t）某一时刻水体中储存 水量 农业用水占全部用水量的2/3以上；工业用水约为全球总取水量的1/4左右；生活用水仅 占 全球总用水量的8%左右 降水，径流和蒸发式决定区域水资源状态的三要素 降水量的年迹变化程度常用年降水量的极值比Ka或降水量的变差系数Cv值来表示 年降水量的极值比Ka： Ka=Xmax/Xmin Xmax . 最大年降水量Xmin - 最小年降水量 Ka值越大，降水量年迹变化越大，Ka值越小，说明降水量年迹变化小，降水量年际Z间均 匀。 变差系数Cv： /Cv = a/x 年降水量变差系数Cv值越大，表示年降水量的年际变化越大，反Z就越小 河流径流的补给： 雨水补给；地下水补给；冰川、融雪水补给河流径流的水情和年内分配主要取决于补给来源， 我国河流的补给可分为雨水补给 （60%80%）,地下水补给（25%?30%）和冰川，融雪水补给（约占全国年径流量的 1.9%）。我 国大部分地区的河流主要靠雨水补给径流的时空分布 1,径流的区域分布 2,径流量的动态变化，年径流量的多年变化一般用年径流量的变差系数Cv值来表示。年径 流量的多年变化主要取决于年降水量的多年变化，还受到径流补给类型及流域内的地貌， 地质和植被等条件的综合影响 3,年径流量的季节变化（关键取决于河川径流补给来源的类型和变化规律） 河流按其空间存在位置，可分为（地表径流）和（地下径流）。地表径流指降水除消耗的水量 沿地表运动额水流 ; 地下径流是指降水后下渗到地表以下的一部分水量在地下运动的水流表示 径流的特征值主要有：流量Qt,径流总量Wt,径流模数M,径流深度Rt,径流系数a 蒸发主要包括 水面蒸发和陆面蒸发 干旱指数表示某一特定地区的湿润和干旱程度（年水面蒸发E。与年降水量P的比值），r 值 大于1.0,表明蒸发量大于降水量，该地区的气候偏于干早，值越大，干旱程度就越严重，反 之，气候就越湿润我国干旱指数最低值小于0.5 储存在地表以下的空隙（孔隙，裂隙，溶隙）中的水称之为地下水，地下水形成的基本条件是 岩石的空隙性，空隙屮水的存在形式，具有储水与给水功能的含水层的存在。 岩石中水的存在形式：岩石空隙屮的水的主要形式为结合水（吸着水，薄膜水），重力水（主 要利用），毛细水，固态水和气态水，岩石空隙中的水构成自然界地下水资源的主体含水层是 指能够透过并给出相当数量水的岩层，隔水层是指不具透水和给水能力的岩层形成含水层的基 本条件为：岩层要具有能容纳重力水的空隙；具有储存和聚集地下水的地质条件；具有 充足的补给來源。综上，只有当岩层具有地下水自由出入的空间，有适当的地质构造和充足的 均方差 : a = （石一 无）2 n-1 补给来源的才能构成含水层 按地下水的埋藏条件把地下水分为三类：上层滞水，潜水，承压水 上层滞水：包气带中局部隔水层之上具有自由水面的重力水 潜水：饱水帯中第一个具有自由表面的含水层中的水 承压水：充满于上下两个稳定隔水层之间的含水层屮的重力水，承压水的主要特点是有稳定的 隔水顶板存在，水体承受静水压力，与有压管道中的水流相似 潜水具有的特征：具有自由表面；由潜水位较高出向潜水位较低处流动；潜水通过包气带与地 表相通；潜水的水位，流量和化学成分都随着地区和时间的不同而变化。 地下水循环：补给，径流，排泄无限往复进行 含水层口外界获得水量的过程称为补给；失去水量的过程称为排泄；地下水在岩石空隙中的流 动过程称为径流 径流模数 :1km 2 含水层而积上的地下水流量，也称地下径流率 河流水文现象的基本特征：1，周期性，一般以年为周期2,确定性和随机性3,区域性 河流水文 计算的方法：成因分析法；地理综合法；数理统计法。 河流水文随机变量的统计参数：1,均值2,变差系数3,偏差系数 频率计算的方法 1，用实测的某河流水文特征值作为随机样本，计算各特征值相对应的频率，并将各组数据点 绘于二维坐标图上，用目估方法通过点群中心绘制一条光滑的曲线，称为经验频率曲线 2,根据概率论的原理，选用某种由一定数学公式表示的频率曲线，称为理论频率曲线，并采 用适线的方法调整参数，寻找出一条与经验频率曲线配合最好的理论频率曲线 3,以该理论频率曲线作为外延的工具，得出不同频率下的该种水文特征值作为设计依据理论 频率曲线：皮尔逊III (P-III)型曲线；对数皮尔逊111 (LP-III)型曲线 水文统计中有多种适线法，常用的为矩法和三点法 频率与重现期的关系：重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，乂称为 多少年一遇 样本资料要求：一致性；代表性；可靠性；独立性。 资料的插补延展 年径流量的基本概念：年径流量：一个年度内通过河流某断面的水量，称为该断面上的流域的 年径流量；多年平均年径流量；正常年径流量；设计年径流量。 利用实测资料计算情况下设计年径流量的步骤 1，分析实测资料有无代表性，对少于20年的短系列必须加以延展( 可采用相关分析法 ) 2,计算经验频率，绘制经验频率曲线 3,计算径流量均值Q ( 平均值 ) 及Cv和Cs 4,用适线法确定理论频率曲线 5,推求不同设计频率的年径流量 径流还原计算：还原计算，就是消除人为影响，将资料系列冋归到“天然状态”的一种方法， 常用的径流还原计算的方法有分项调查法和降水径流模式法 开采量： A级开采量 : 是水源地扩建勘探报告提交的主要允许开采暈，用于水源地合理开采以及改建, 扩 建工程设计 B级开采量 : 是水源地勘探报告提交的主要允许开采量，作为水源地及其具体工程建设设计的 依据 C级开采量：是水源地详查报告或区域水文地质详查报告提交的主要资源量 D级和E级允许开采量：分属普查和区调阶段提交的水资源量，分别用于水源地规划和大区远 景规划，对地下水允许开釆量只要求概算 组成水中物质组分按其存在状态可分为三类：悬浮物质，溶解物质和胶体物质 我国饮用水标准从感官形状和一般化学指标，毒理学指标，细菌学指标和放射性指标等4 大类 35项指标( GB574985)扩展至四大类106项指标( GB57492006) 饮用水水质评价：水的物理形状评价：无味，无色，无臭，不含可见物及清凉可口；水屮普通 盐类评价与水中有毒物质的限定，对细菌学指标的限制 工业用水质量评价：蒸汽锅中的水处在高温高压条件下，成垢作用，起泡作用和腐蚀作用成垢 作用：水煮沸时，水中所含的一些离子，化合物可以相互作用而生成沉淀，依附于锅炉壁上形 成锅垢，这种作用称为成垢作用 气泡作用：指水沸腾时产生大量气泡的作用，如果气泡不能立即破裂，就会在水而以上形成很 厚的极不稳定的泡沫层。 腐蚀作用：水通过化学的，物理化学的或其他作用对材料的侵蚀破坏称为腐蚀作用 可供水量：可供水量是指不同水平年，不同保证率或不同频率条件下通过工程设施对提供的符 合一定标准的水量，包括区域内的地表水，地下水，外流域的调水，污水处理回用和海水利用 可供水量不同于天然水资源量，也不等于利用水资源量，一般情况下，可供水量小于天然水资 源量，也小于可利用水资源量 典型年法屮供水保证率的概念：在供水规划屮，按照供水对象的不同，应规定不同的供水保证 率，供水保证率是指多年供水过程屮，供水得到保证的年数占总年数的百分比。 整个区域的水资源供需分析 1，典型年法：先根据全区域的雨情和水情情况，选定代表年，然后根据该代表年的来水情 况，自上而下，先支流干流逐个计算各个单元的供需情况，最后将各个单元的供需成果进 行汇总，即得整个区域的水资源供需情况 2,同频率法：其 - 般的步骤是，根据实际情况先把整个区域划分为若干个流域，每个流域根 据各自的雨情，水情情况选择各自的代表年，然后采用典型年法相同的方法，逐个进行计 算单元水供需分析并将同一流域的计算单元供需分析成果相加，最后，再把各流域同频率 的计算成果汇总即得到整个区域的水资源供需分析的成果， 不同发展阶段 ( 水平年 ) 的供需分析：对今后不同发展阶段的可供水量进行分析时，要注意研究 区域上游用水的变化，如上游新建水库或河道引水工程，则会减少来水量，必然造成可供水量 的减少 水源地选择原则：水源选择前，必须进行水源的勘察；水源的选用应通过技术经济比较后综合 考虑确定；用地表水作为城市供水水源吋，其设计枯水流量的保证率，应根据城市规模和工业 大用户的重要性选定；地下水与地表水联合使用；确定水源，収水地点和収水量等 泥沙运动：河流泥沙是指在河流屮运动的以及组成河床的泥沙，所有在河流屮运动及静止的粗 细泥沙，大小石砾都称为河流泥沙。 根据泥沙在水中的运动状态， 可将泥沙分为床沙， 推 移质及 悬移质三类。床沙是组成河床表血的静止泥沙。悬移质粒径较小，沉降速度比水流垂向脉动速 度小，在紊流扩散作用下可悬浮在水中，被水流挟带前进， 远离河床， 其运动速度 基本与水流速 度一致，这类泥沙约占总挟沙量的90%?95%。推移质泥沙粒径较大，其沉降速度比水流的垂 向脉动速度大得多， 因此不能悬浮在水中， 只能沿河床滑动， 滚动及跳动前进，其运动范围在创 面附近（2?3）倍粒径的区域，这类泥沙占河流总挟沙量的5%?10%。 对于推移质运动，在一 定的水流作用下，静止的泥沙开始由静止状态转变为运动状态，叫做“启动”这时的水流速度 称为启动速度 当水流速度逐渐减小到泥沙的启动流速时，泥沙才停止运动，河床上运动着泥沙并不静止卞 来，当流速继续减到某个数值时，泥沙才停止运动，这时水流平均流速称为泥沙的止动流速单 位体积河水挟带泥沙的质量称为含沙量，以kg/m3表示 河床演变一般表现为： 纵向变形：在纵的方向上（即在主流运行的方向上）由于输沙不平衡发生冲刷或淤积而引起的 河床沿纵深方向的变化称为纵向变形 横向变形：横向变形是河床在与主流向垂直的方向上的变化，表现为河岸的冲刷或淤积，使河 床平而位置发生摆动。河流横向变化是市横向输沙不平衡引起的，造成横向输沙不平衡的主要 原因的横向环流。 单向变形：单向变形是指在长时间内河床缓慢地朝一个方向冲刷或淤积，不出现冲淤交错往复 变形：往复变形是指河道周期性往复发展的演变现象取水点应设在具有稳定河床，靠近主流和 有足够水深的地段 1,顺直河段：取水点应选在主流靠近岸边，河床稳定，水深较大，流速较快的地段，通常也 就是河流较窄处，在取水口处的水深一般要求不小于2.5?3.0m 2,弯曲河段：弯曲河道的凹岸在横向环流的作用下，岸陡水深，泥沙不易淤积，水质较好， 且主流靠近河岸，因此凹岸是较好的収水地段。但取水点应避开凹岸主流的顶冲点，一 般可设在顶冲点下游15?20m冰水分层的河段。因为凹岸容易受冲刷，所以需要一定的护 岸工程 3,游荡型河段：在游荡性河段设置取水构筑物，特别是固定式取水构筑物比较困难，应结合 河床，地形，地质特点，将取水口布置在主流线密集的河段上，必要时需改变取水构筑物的型 式或进行河道整治以保证取水河段的稳定性 为了取得较好的水质，取水点的选择应注意：生活污水和生产废水的排放常常是河流污染的主 要原因，因此供生活用水的取水构筑物应设在城市和工业企业的上游，距离污水排放口上游 150m以上或下游1000m以上，并应建立卫生防护地带。 地表水取水构筑物分类 : 固定式取水构筑物 ; 活动式取水构筑物；山区浅水河流取水构筑物。固 定式取水构筑物的基本形式：収水设施和泵房都建在岸边，直接从岸边収水的固定式収水构筑 物，称为岸边式取水构筑物。（适用于河岸较陡，主流靠近河岸）在河心设置进水孔，从河心 取水的构筑物，称为河床式取水构筑物 河床式取水构筑物的基本形式 1,自流管式取水构筑物 优点：由于自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作较为可靠 缺点：在水位变幅较大、洪水期历时较长、水中含沙量较高河段取水时，集水井中沉积大量的 泥沙，不易清除，影响取水水质 2,水泵直接吸水式 优点：利用水泵的吸水高度，使泵房的埋深减小，且不设集水井，施工简单，造价低缺点：要 求施工质量高，不允许吸水管漏气，在河流泥沙颗粒粒径较大时，水泵叶轮磨损较快，且由于 没有集水井和格网，漂浮物易堵塞取水头部和水泵 3,湿式竖井泵房 优点：釆用深井泵，泵房面积小，对集水井防渗，抗浮的要求低，可降低基建成本，电动机和 操作室的通风及防潮条件好，运行管理方便 缺点：水泵检修时需要吊装全部泵管，拆卸安装工作量较大 4,淹没式泵房 优点：泵房高度小，土石方量小，构筑物所受浮力小，结构简单，造价较低 缺点：泵房的通风和采光条件差，泵房潮湿，对电机运行不利，噪声大，操作管理及设备检 修，运输不方便，结构防渗要求高，洪水期格栅难以起吊，冲洗 斗槽的形式 1,顺流式斗槽：适用于含沙量较高但冰凌不严重的河流 2,逆流式斗槽：适用于冰凌情况严重，含沙量较少的河流 3,侧坦进水逆流式斗槽：适用于含沙量较高的河流 4,双向式斗槽：适用于冰凌严重且泥沙含量高的河流 过栅流速：如流速过大，易带泥沙，杂草和冰凌，流速过小，会增加造价；过栅流速应根据水 中漂浮物数量，有无冰凌，取水点的水流速度，収水量大小，检查和清理格栅是否方便等因素 确定。 例1,岸边式取水构筑物，有冰絮时为().2?0.6m/s,无冰絮时为0.4?l.Om/s 2,河床式取水构筑物，有冰絮时为0,l0.3m/s,无冰絮时为0.2?0.6m/s 若取水点的水流速度大，漂浮物少，取水规模大，则可采用较大的过栅流速 清除栅前积泥，漂浮物和防止冰絮阻塞的措施 1，降低进水孔流速：减小进水孔的流速，使其在0.05?O.lm/s的范围内，可以减少带入进水 孔的潜冰量，但减小流速势必会加大进水孔的面积 2,加热格栅：利用电，蒸汽或热水加热格栅，以防冰冻。电加热格栅是将格栅的栅条当做电 阻，通电后使栅条发热，蒸汽或热水加热格栅是将蒸汽或热水通入空心栅条中，再从栅条 上小孔喷出，使栅条得到加热。 3,利用废热水：当有洁净的工厂废热水时，可将其引进至水孔前，简易有效 4,其他方法有机械清除，反冲洗，在进水孔上游设挡冰木排 地下水取水构筑物的类型和适用条件：有管井，大口井，辐射井，攵合井和水平渗渠管井用于 开采深层地下水，井深一般在300M以内，最深达1000M以上。大口井用于聚集含水层厚度 200M以内的浅层地下水。辐射井用于汲収含水层厚度较薄的浅层地下水。复合井用于同时集 取上部孔隙潜水和下部厚层基岩高水位的承压水。渗渠用于地下水埋深小于2M的浅层地下 水，或集取季节性河流河床下的地下水，在我国东北，西北地区应用较多井管：钢管一段不受 井深限制，铸铁和钢筋混凝土管的应用深度一般不能大于150200m 井管的直径应按水泵类 型，吸水管外形尺寸等确定，其内径一般应大于水泵下部最大外径100mm 过滤器：过滤器的作用是保持水井取得最大出水量，延长使用年限 增加管井出水量的措施：真空井法：是将管井全部或部分密闭，进行负压状态下的管井抽水， 达到增加出水量的目的；爆破法：适用于基岩井，通常将炸药和雷管封置于专用的爆破器内， 吊入井中预定位置起爆，以增强基岩含水层的透水性；酸处理法：适用于可溶岩地区，以扩大 串通可溶岩的裂隙和溶洞，增加出水量 大口井的构造（重要）：大口井是开采浅层地下水最合适的取水构筑物类型，不仅进水断面 大，并具有构造简单，取材容易，使用年限长及容积大能兼起调蓄水量作用，也受到施工困难 和基建费用高的限制。构造：直径一般为4?8m,井深一般在1 2 m以内，很少超过2 Om,大口 井大多采用整井形式，虽然施工条件困难，但可以从井筒和井底同时进水，以扩大进水而积， 而且当井筒进水孔被堵后，仍可保证一定的进水量 城市工业用水重复利用率，城市供水有效利用率，见P 2 4 4?24 6 工业节水指标体系是由水量指标和用水率度指标组成 灌溉水利用系数 渠系水利用系数是指末级固定渠道输出流量（水量）之和与渠首引入流量（水量）的比值, 也 为各级固定渠道水利用系数的乘积 田间水利用系数是指灌入田间可被作物利用的与末级固定渠道放岀水量的比值 小区中水系统水源 冷却水：主要是空调机房冷却循环系统排放的污水，特点是水文较高，污染较轻沐浴排水：是 淋浴和浴盆排放的污水，水质与沐浴排水相近，但悬浮物浓度较高盥洗排水：是洗脸盆，洗手 盆和盥洗槽排放污水，水质与沐浴排水相近，但悬浮物浓度较高洗衣排水：指洗衣房排水，水 质与盥洗排水相近，但洗涤剂含量较髙 厨房排水：包括厨房食堂餐厅在进行炊事活动中排放污水，有机物浓度，浊度和油脂含量高厕 所排水：大便器和小便器排放的污水，有机物浓度，悬浮物浓度和细菌含量高 中水系统的远水水源有以下三种组合： 1 ,优质杂排水优质杂排水，包括冷却排水，沐浴排水，盥洗排水和洗衣排水，特点是有机物和 悬浮物浓度较高，水质较好，处理费用较优质杂排水髙 2,杂排水：优质咋排水和厨房排水3,生活排水：杂排水和厕所排水 河流采样断面上采样点的位置，应根据河流的宽度和深度而定，一般水血宽5 Om以下，只设 一条中泓垂线，水面宽5 0 1 0 0 m,设左右两条垂线，水面宽在1001 000m 时，应设左，中， 右三条垂线，水面宽大于1 5 0 Om时至少应设5条等距离垂线 水体污染的特征 地面水体污染可视性强，易于发现，其循环周期短，易于净化和水质恢复 地下水污染的特征：隐蔽性；难以逆转性；延缓性。 水体污染三要素：污染源、污染物、污染途径 污染源：人为污染源【点源（生活污水、工业废水、固体废物、矿床开采）面源（地面径流和 农业生产，内源）】天然污染源 节约用水：基于经济、社会、环境与技术发展水平，通过法律法规、管理、技术与教育手段， 以及改善供水系统，减少水需求量，提高用水效率，降低水的损失与浪费，合理增加水可利用 量，实现水资源的有效利用，达到环境、生态、经济效益的一致与可持续发展。