水资源利用与保护第1~3章课件

第1章绪论第1章绪论§1.1水资源的基本含义水资源（WATERRESOURCES）具有自然属性。由来：USGS→大不列颠百科全书→英国水资源法→水资源评价活动——国家评价手册→中华人民共和国水法···定义：人类长期生存、生活和生产活动中所需要的各种水，既包括数量和质量的含义，又包括其使用价值和经济价值。具有广义和狭义之分。狭义：人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水。广义：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中物质（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）。

§1.1水资源的基本含义水资源（WATERRESOU§1.2水资源的特性资源的循环性储量的有限性时空分布不均匀性利用的多样性利、害的两重性地表水与地下水的相互转化性§1.2水资源的特性资源的循环性§1.3水资源研究现状与发展趋势研究内容：水资源的合理开发利用、管理与保护发展趋势：水资源的模拟与模型化、水资源系统分析的多目标化、水资源信息管理系统化、水环境理论与技术的先进性§1.3水资源研究现状与发展趋势研究内容：水资源的合理开发第2章水循环与水资源

开发利用状况第2章水循环与水资源

§2.1地球水量储存与循环一、地球水储量与分布全球水储量：海洋96.35%（13.38×108km3）陆地3.5%（0.48×108km3）陆地淡水：占陆地水量73%（0.35×108km3）可利用淡水：占淡水总量的30.4%(0.1×108km3），占全球水总储量不到1%，分布在600m深度以内的含水层、湖泊、河流、土壤中。水资源最丰富地带：南美洲，尤其是赤道地区。水资源缺乏地带：中亚南部、阿富汗、阿拉伯和撒哈拉。§2.1地球水量储存与循环一、地球水储量与分布二、水循环

水文循环：大循环、小循环。更替周期人为循环：改变径流量和径流水质。

二、水循环地球上水循环示意图

地球上水循环示意图水资源利用与保护第1~3章课件三、水量平衡地球上任一区域在一定时间内进入的水量与输出水量之差等于该区域内的蓄水变化量，这一关系称为水量平衡。（质量守恒定律）1.全球水量平衡对陆地：

（1）对于海洋：（2）（1）+（2）可得：

（3）也即

（4）三、水量平衡2.流域水量平衡非闭合流域：

（5）闭合流域：，再令，则

（6）当时，

（7）考虑人为水循环影响，（8）2.流域水量平衡地面分水线和地下分水线示意图

当地形向两侧倾斜，使雨水分别汇入两条不同的河流中去，这一地形上的脊线起着分水的作用，称为分水线或分水岭。地面分水线和地下分水线示意图当地形向两侧倾§2.2全球水资源全球水资源开发利用状况发达地区：人均用水量为发展中地区的3-8倍工业54%发展中地区：农业>80%农业用水：占全部用水量的2/3以上，水资源利用率提高。工业用水：占全部用水量的1/4左右，回收利用率提高。生活用水：占全部用水量的8%左右，对用水总量零增长趋势影响不大。§2.2全球水资源全球水资源开发利用状况面临的问题水量短缺严重，供需矛盾尖锐。水资源污染严重，“水质型”缺水突出。开发利用趋势农业用水量及农业用水量中不可复原的水量提高。工业用水技术提高。注重经济、环境、生态的协调发展。面临的问题§2.3中国水资源概况全国水资源总量为2788km3，居世界第6位。人均占有量2300m3，占世界人均占有量1/4，美国的1/6，排121位。我国已处于严重缺水的边缘。§2.3中国水资源概况§2.3中国水资源时空分布特征空间分布降水、河流的分布不均匀性：东南部丰水，西北部属少水、缺水带。地下水分布不均匀：南方高于北方，地下水丰富程度东南向西北递减。地形：西高东低、多山分布，东西向的昆仑山—秦岭山脉成为南北方的分水线。降水：东南西北递减。时间分布受季风影响，降水年内分配不均，年际变化大，枯水年，丰水年连续发生。§2.3中国水资源时空分布特征我国不同地区水资源总量、地下水天然资源量和地下水开采资源量对比

我国不同地区水资源总量、地下水天然资源量和地下水开采资源量对北方和南方水资源总量、地下水天然资源量和地下水开采资源量对比

北方和南方水资源总量、地下水天然资源量和地下水开采资源量对比开发利用用水总量居世界第2位，人均用水量不足世界人均量的1/3，工业用水所占比例相对较低，农业用水占比例过大。农业用水灌溉、水产养殖、农村工商业和人畜生活用水。（>90%）地下水的开发利用十分重要。农业用水占总用水量的比重趋势在不断下降。工业和生活用水工业和生活用水量占总用水量的比例在近二十年来不断升高。地下水用量占城镇生活总用水量的59%。开发利用面临的主要问题水资源开发过度，生态破坏严重。城市供水集中，供需矛盾尖锐。工业和人口集中，供水地点范围有限，而保证率不高。短缺的原因：分布不均、需求量大、污染水体多、利用不合理。地下水过量开采，环境地质问题突出。区域地下水位持续下降，降落漏斗面积不断扩大。原水流量衰减或断流。地面沉降，造成雨后地面积水，建筑物破坏。地面失衡，塌陷。海水入侵。面临的主要问题水污染日益严重，环境恶化。85%的水未经处理：农业污染（乡镇企业、化肥量增加）乡生活污水和工业废水大量排放。水资源开发利用利用缺乏统筹规划和管理。水污染日益严重，环境恶化。思考题一水资源的概念。水资源的特性有哪些？全球水量平衡和流域水量平衡中蒸发量、降水量、径流量之间的关系如何？中国水资源面临哪些主要问题？思考题一水资源的概念。第3章水资源量评价

第3章水资源量评价

23§3.1水资源的形成一、地表水资源的形成与类型降水1）年降水量极值比ka

2）年降水量变差系数cv

其中

§3.1水资源的形成一、地表水资源的形成与类型2.径流1）河流径流的补给雨水补给（主要补给源）、地下水补给（占年径流总量的25%～30%）冰川、融雪水补给（比重不大，占年径流量的1.9%）2）径流的时空分布①区域分布：由东南向西北递减。②径量量动态变化：主要取决于年降水量的多年变化。降水量补给的河流cv>冰川、融雪和降水混合补给的河流cv>地下水补给的cv。具有丰枯交替的特点。③年径流量的季节变化取决于河川径流补给来源的性质和变化规律。2.径流3）河流径流量的表示方法①径流地表径流地下径流②特征值：流量Qt：径流总量Wt：

径流深度Rt：

径流模数M：

径流系数α：

3）河流径流量的表示方法3.蒸发水面蒸发：反映当地的大气蒸发能力，与降水量大小关系不大，其影响因素是气温、日照、辐射、风速等。陆面蒸发：某一地区或流域内河流、湖泊、塘坝、沼泽等水体蒸发、土壤蒸发以及植物蒸腾量的总和，即陆地实际蒸发量。受蒸发能力和降水条件两大因素的制约。干旱指数3.蒸发二、地下水资源的形成与运动规律1.地下水的形成1）岩石的空隙性是地下水形成的（基本条件）孔隙、裂隙、溶隙：岩石中的孔隙，必须依一定的方式连接起来构成空隙网络，才能成为地下水有效的储容空间和运移通道。（1）孔隙松散岩石是由大小不等的颗粒组成的。颗粒或颗粒集合体之间的空隙，称为孔隙。岩石中孔隙体积的大小是影响其储容地下水能力大小的重要因素。孔隙度指某一体积岩石（包括孔隙在内）中孔隙体积所占的比例。n=Vn/V×100%二、地下水资源的形成与运动规律（1）孔隙松散岩石是由大小不水资源利用与保护第1~3章课件孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及胶结充填情况也影响孔隙度。孔隙度的大小主要取决于分选程度及颗粒排列情况，另外颗粒形状及自然界中并不存在完全等粒的岩石，分选程度愈差，颗粒大小愈悬殊的松散岩石，孔隙度便愈小。粘土的孔隙度往往可以超过上述理论上最大孔隙度值。这是因为粘土颗粒表面常带有电荷。孔隙大小对地下水运动影响很大。孔隙通道最细小的部分为孔喉，最宽大的部分为孔腹。自然界中并不存在完全等粒的岩石，分选程度愈差，颗粒大小愈悬殊坚硬的岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一部分颗粒之间的孔隙，而主要发育各种应力作用下岩石破裂变形产生的裂隙。裂隙：分为岩裂隙、构造裂隙、风化裂隙裂隙率裂隙率（Kr）是裂隙体积（Vr）与包括裂隙在内的岩石体积（V）的比值。

Kr=Vr/V×100％(2)裂隙坚硬的岩石，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩，一般不存在或只保留一按成因：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水按埋藏条件：面状裂隙水层状裂隙水脉状裂隙水按成因：可溶的沉积岩，如岩盐、石膏等，在地下水溶蚀下产生的空洞称为溶穴或喀斯特。岩溶率溶穴的体积与包括溶穴在内的岩石体积的比值。

Kk=Vk/V×100％岩溶发育极不均匀：大者可宽达数百米、高达数十米乃至上百米、长达数十公里或更多；小的只有几毫米直径。并且，往往在相距极近处岩溶率相差极大。可以从小于1％～几十％之间变化。（3）溶穴可溶的沉积岩，如岩盐、石膏等，在地下水溶蚀下产生的空洞称不同空隙网络的特点松散岩石中的空隙赋予地下水的分布与流动比较均匀；坚硬岩石中的裂隙赋予地下水的分布与流动往往不均匀；可溶岩石中的溶隙赋予地下水的分布与流动极不均匀。不同空隙网络的特点松散岩石中的空隙赋予地下水的分布与流动比较2）岩石中水的存在形式结合水重力水毛细水气态水和固态水

2）岩石中水的存在形式颗粒表面的结合水膜

颗粒表面的结合水膜（1）结合水受固相表面的引力大于水分子自身重力的那部分水称为结合水（2）重力水距离固体表面更远的那部分水分子，重力影响大于固体表面对它的吸引力，因而能在自身重力影响下运动，这部分水就是重力水。（3）毛细水松散岩石中细小的毛细孔道构成毛细管，因此地下水面以上的包气带中广泛存在毛细水。分为支持毛细水、悬挂毛细水、孔角毛细水。（4）气态水、固态水及矿物中的水。（1）结合水

3）含水层与隔水层①含水层和隔水层的划分是相对的。②形成含水层的基本条件为：岩层具有能容纳重力水的空隙地质条件补给来源③含水层类型3）含水层与隔水层含水层(aquifer)：

给出并透过相当水量的岩土层。隔水层(aquiclude)：不透水但可含水的岩土层。滞水层：弱透水的岩土层。（注意发生越流时透水量相当大，这时把它称为隔水层就不合适）含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；有充足的补给来源。含水层(aquifer)：严格的讲自然界并不存在绝对不发生渗透的岩石。只不过某些岩石的渗透性特别的低。从这个角度讲，岩石是否透水还取决于时间尺度。

严格的讲自然界并不存在绝对不发生渗透的岩石。只不过某些岩石的含水层类型表含水层类型表4）地下水分类按空隙性划分：孔隙水、裂隙水、岩溶水按埋藏条件分：上层滞水、潜水、承压水4）地下水分类地表以下一定深度上，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地下水面。地下水面以上称为包气带；地下水面以下称为饱水带。包气带

1）包气带自上而下分为土壤水带、中间带、毛细水带。

2）包气带水来源于大气降水的入渗，地表水的渗漏，由地下水面通过毛细上升输送的水分。以及地下水蒸发形成的气态水。

3）包气带的含水量及其水盐运动受气象因素影响极为显著。

4）包气带是饱水带与大气圈、地表水圈联系必经的通道。包气带和饱水带地表以下一定深度上，岩石中的空隙被重力水所充满，形成地饱水带饱水带岩石孔隙全部为液态水充满。饱水带中的水体是连续分布的，能够传递静水压力，在水头差的作用下，可以发生连续运动。

饱水带地下水埋藏类型地下水埋藏类型水资源利用与保护第1~3章课件上层滞水(perchgroundwater)包气带中聚集在局部隔水层之上的重力水.特征：接近地表，接受大气降水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘排泄。动态变化很不稳定。工程意义：常始料不及涌入基坑。供水意义不大。在寒冷地区易引起道路冻胀和翻浆.上层滞水(perchgroundwater)包气带中聚潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水层3－含水层4－潜水面5－基准面

埋藏在地面以下第一个稳定隔水层之上具自由水面的重力水。特征：与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。潜水(phreaticwater)1－砂层2－隔水层潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给潜水与地表水的关系潜水补给河流河流补给潜水单侧补给充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。A－补给区B－承压区C－排泄区承压水(pressurewater)充满于两个隔水层之间的含水层中承受水压力的重力水。A－补给区承压含水层局部H1－初见水位H2－承压水位H－承压水头h－承压水位埋深

特征：不具自由水面，并承受一定的水头压力。分布区和补给区不一致。动态变化较稳定。不易受地面污染。富水性好的承压水层是理想的供水水源。承压含水层局部H1－初见水位H2－承压水位特征：不具潜水与承压水的相互转化在自然与人为条件下，潜水与承压水经常处于相互转化之中。显然除了构造封闭条件下与外界没有联系的承压含水层外，所有承压水最终都是由潜水转化而来；或由补给区的潜水侧向流入，或通过弱透水层接受潜水的补给。潜水与承压水的相互转化在自然与人为条件下，潜水与承压水经常处水资源利用与保护第1~3章课件地下水的循环地下水的循环是指地下水的补给，径流与排泄过程。地下水以大气降水，地表水，人工补给等各种形式获得补给，在含水层的岩土介质中流过一段路程，然后又以泉、蒸发等形式排出地表，如此周而复始的过程便叫做地下水的循环。地下水的循环地下水的循环是指地下水的补给，径流与排泄过程。地地下水的补给大气降水的补给：地下水的主要补给方式大气圈中的水以大气降水的形式(主要包括雨、雪、露水等)降至地表，一部分变为地表径流，或蒸发后回至大气圈，另一部分别经过包气带向下入渗补给含水层。我国西北干旱地区的山前地带主要靠山区融雪补给地下水。地表水的补给

地表水体指的是河流、湖泊、水库与海洋等，地表水体有可能补给地下水，也可能排泄地下水，这主要取决于地表水的水位与地下水位之间的关系。地下水的补给大气降水的补给：地下水的主要补给方式5）地下水循环补给来源：大气降水、地表水的渗入、水汽凝结、人工补给排泄方式：泉、河流、蒸发、人工排泄地下径流率M：1km2含水层面积上的地下水流量（m3/s·km2）5）地下水循环2.地下水运动的特点及其基本规律1)运动特征流速迟缓、层流和紊流并存、非稳定流、缓变流2)基本规律①线性渗透定律（达西定律）（）

或

②非线性渗透定律（哲才公式）()

或

③混合流（斯姆莱公式）

2.地下水运动的特点及其基本规律地下水的运动

渗透流速V=Q/A实际流速u=Q/A’V<u渗流过水断面A地下水的运动渗透流速V=Q/A渗流水资源利用与保护第1~3章课件§3.2地表水资源量评价一、水资源的分区分区原则①区域地理环境条件的相似性与差异性②流域完整性③行政与经济区划界线④与其它区尽可能协调分区方法①根据气候、地质条件分区②根据天然流域分区③根据行政区划分区二、地表水资源量评论的内容§3.2地表水资源量评价一、水资源的分区三、河流径流计算（略）四、分区地表水资源量评价1）区内河流有水文站控制

2）区内无水文站控制：推算五、地表水资源时空分布特征地区分布特征：河流径流的等值线图径流量的年际变化：cv、极值比、丰枯周期径流的年内分配六、可利用地表水资源量估算利用量：推算：蓄水工程、引水工程、提水工程三、河流径流计算（略）§3.3地下水资源量评价一、地下水资源的分类1.资源与储量资源：来自水文学，强调使用价值，包括质与量两个方面储量：来自矿产地质学2.国内外地下水资源分类我国：

早期：静储量、动储量、调节储量、开采储量

1988：补给量、储存量、允许开采量

1995：能利用资源、尚难利用的资源前苏联：同我国早期美国：安全开采量、持续开采量、最佳开采量§3.3地下水资源量评价一、地下水资源的分类3.地下水资源分类的国家标准（表3—6）补给量：单位时间进入含水层中的水量越流补给储存量：存在于含水层内的重力水体积可利用资源：具有现实意义的地下水资源尚难利用的资源：具有潜在经济意义的地下水资源允许开采量分级：5级A级：扩建勘探B级：探测阶段C级：详查阶段3.地下水资源分类的国家标准（表3—6）越流补给示意图

深部与浅层含水层之间的隔水层中若有透水的“天窗”或由于受断层的影响，使上下含水层之间产生一定的水力联系时，地下水使会由水位高的含水层流向并补给水位低的含水层。有时上下含水层之间的透水层中虽然没有“天窗”等通道，但由于隔水层有弱透水能力，这时若两含水层之间水位相差较大时，也可通过弱透水层进行越流补给。越流补给示意图深部与浅层含水层之间的隔水层中若有透水的“天二、地下水资源评价的内容、原则与一般程序

1.评价内容地下水资源评价地下水水质评价开采技术条件评价开采后果评价

2.评价原则“三水”转化，统一考虑与评价的原则利用储存量以丰补欠的调节平衡原则考虑人类活动，化害为利的原则不同目的和不同水文地质条件区别对待的原