现代水文学与水资源学课后思考题

第第页现代水文学与水资源学课后思考题PPT：第1章绪论08月30日2、如何看待我国治水文明与现代水科学之间的联系？答：我国古代社会以农业为经济基础，农业发展、商业与水运的繁杂都离不开水。中华民族的发展史同时也是一部治水史。中国古代水问题主要是洪水与干旱，古代治水围绕兴利和除害展开，经历了一个由“避”到“治”、由“堵”到“疏”、由“疏”到“导”的过程，同时也是一个由防水害到即防水害又兴水利、由被动治水到主动治水、由单一治水到全面治水的过程。中国古代在长期的治水活动中形成了许多颇具特色的治水理念与朴素的辩证思想，包括古老的“天地人”三才系统观念、顺其自然理念和阴阳五行学说等，对现代水科学的发展奠定了基础，值得今人学习和思考。现代水科学的发展离不开对古人治水理念和思想精髓的学习，以及与西方现代文明的有机结合。现代水科学应该是顺其自然、因势利导的，同时又要辩证施治、进退有度，全面系统、长治久安，安全生态、完美结合，留有余地、适可而止。在现代治水过程以及水科学的发展过程中，我们既要引进西方的先进技术与理念，更要传承古人“顺之水性”、“无为而治”等优秀的治水理念，要“迈步从头越”，学习古人治水的思想精髓。3、如何理解现代水文学与水资源学区别与联系？答：水文学主要是研究地球上水的起源、存在、分布、循环运动规建，水资源学主要研究水资源的形成、演化、运动规建及水资源的合理开发利用的基础理论。水文学与水资源受既有区别又有密切的联系。水文学是水资源学的重要科学基础，水资源学是水文学服务于人类社会的重要应用。水文学是水资源学的基础。从水文学和水资源学的发展过程看：水文学具有悠久的发展历史，而水资源学是在水文学的基础上，为了研究和解决日益突出的水资源问题而逐步形成的一个知识体系。因此，可近似的认为，水资源学是在水文学的基础上衍生出来的。从研究内容上看：水文学是一门研究地球上各种水体的形成、运动规律以及相关问题的学科体系；水资源学主要研究水资源评价、配置、综合开发、利用、保护以及对水资源的规划与管理，按照水资源的定义，水资源是指可被人类利用的淡水资源，世界上大量的水中只有一小部分可以划归为水资源的范畴，水资源学对水资源的研究是建立在水文学对地球上各种水体的研究的基础之上的。水资源学是水文学服务于人类社会的重要应用。人们研究水文现象的一个重要目的就是为了更好的利用水资源，来实现水资源的可持续利用。水资源的开发利用规划与管理等工作是水文学服务于人类社会的重要应用内容。水文学中的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。在对水资源进行量化进程中，根据水文规律和水文学基本理论，利用数学工具建立模拟模型,是水资源承载能力量化研究、优化配置量化研究的基础。由于人类对水资源的开发利用，使水循环过程成为自然循环与社会循环的集合，在水资源配置、水资源管理、水资源承载能力计算等模型中，要充分体现这种集合，需要把水文模拟模型作为基础模型嵌入到水资源模型中。4、请评述中国水资源格局变化。答：我国水资源总量为2.8万亿立方米。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿立方米，与河川径流不重复的地下水资源量约为0.1万亿立方米。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为重度缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。史国且前有l6个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线；有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏）人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。我国水资源分布的主要特点是:（1）总量并不丰富，人均占有量更低。中国水资源总量居世界第六位，人均占有量为2240立方米，约为世界人均的1/4，在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。（2）地区分布不均，水土资源不相匹配。长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.5%，其水资源量占全国的81%；淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，其水资源量仅占全国水资源总量的19%。（3）年内年际分配不匀，旱涝灾害频繁。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上，连续丰水或连续枯水较为常见。5、如何科学评估重大水利工程的作用？答：要采取一分为二的观点，即任何水利工程的修建既有利也有弊；其次要运用综合的观点，即必须全方位、多角度地认识水利工程所产生的影响。评价水利工程的利多从以下几个方面进行：发电、航运、供水、灌溉、养殖﹑旅游、防洪等方面。评价水利工程的弊多从工程本身、对上下游的影响方面进行。如下图：6、基于水资源的新定义，如何评价中国水资源？答：根据世界气象组织（WMO）和联合国教科文组织（UNESCO）的《INTERNATIONALGLOSSARYOFHYDROLOGY》（国际水文学名词术语，第三版，2012年）中有关水资源的定义，水资源是指可资利用或有可能被利用的水源，这个水源应具有足够的数量和合适的质量，并满足某一地方在一段时间内具体利用的需求。根据全国科学技术名词审定委员会公布的水利科技名词（科学出版社，1997）中有关水资源的定义，水资源是指地球上具有一定数量和可用质量能从自然界获得补充并可资利用的水。我国2019年全国水资源总量29041.0亿m3，比多年平均值偏多4.8%。其中，地表水资源量27993.3亿m3，地下水资源量8191.5亿m3，地下水与地表水资源不重复量为1047.7亿m3。另外，中国属于季风气候，水资源时空分布不均匀，南北自然环境差异大，其中北方9省区，人均水资源不到500立方米，实属水少地区；特别是城市人口剧增，生态环境恶化，工农业用水技术落后，浪费严重，水源污染，更使原本贫乏的水“雪上加霜”，而成为国家经济建设发展的瓶颈。全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。[2]据监测，当前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。水利部预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米。在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7000亿至8000亿立方米，要求供水能力比当前增长1300亿至2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。中国水资源总量少于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚。若按人均水资源占有量这一指标来衡量，则仅占世界平均水平的1/4，排名在第一百一十名之后。缺水状况在中国普遍存在，而且有不断加剧的趋势。全国约有670个城市中，一半以上存在着不同程度的缺水现象。其中严重缺水的有一百一十多个。中国水资源总量虽然较多，但人均量并不丰富。水资源的特点是地区分布不均，水土资源组合不平衡；年内分配集中，年际变化大；连丰连枯年份比较突出；河流的泥沙淤积严重。这些特点造成了中国容易发生水旱灾害，水的供需产生矛盾，这也决定了中国对水资源的开发利用、江河整治的任务十分艰巨。2021年，中国全年水资源总量29520亿立方米。PPT：2022国科大秋季于-1（9月1日）第二章水循环基础理论——水循环及其成因1、水量平衡分析有啥用？答：水量平衡研究是水文、水资源学科的重大基础研究课题，同时又是研究和解决一系列实际问题的手段和方法。因而具有十分重要的理论意义和实际应用价值。①通过水量平衡的研究，可以定量地揭示水循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间的相互联系、相互制约的关系；揭示水循环过程对人类社会的深刻影响，以及人类活动对水循环过程的消极影响和积极控制的效果。②水量平衡又是研究水循环系统内在结构和运行机制，分析系统内蒸发，降水及径流等各个环节相互之间的内在联系，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法；是人们认识和掌握河流、湖泊、海洋、地下水等各种水体的基本特征、空间分布、时间变化，以及今后发展趋势的重要手段。通过水量平衡分析，还能对水文测验站网的布局，观测资料的代表性、精度及其系统误差等作出判断，并加以改进。③水量平衡分析又是水资源现状评价与供需预测研究工作的核心。从降水、蒸发、径流等基本资料的代表性分析开始，到进行径流还原计算，到研究大气降水、地表水、土壤水、地下水等四水转换的关系，以及区域水资源总量评价，基本上都是根据水量平衡原理进行的。水资源开发利用现状以及未来供需平衡计算，更是围绕着用水，需水与供水之间能否平衡的研究展开的，所以水量平衡分析是水资源研究的基础。④在流域规划，水资源工程系统规划与设计工作中，同样离不开水量平衡工作，它不仅为工程规划提供基本设计参数，而且可以用来评价工程建成以后可能产生的实际效益。此外，在水资源工程正式投入运行后，水量平衡方法又往往是合理处理各部门不同用水需要，进行合理调度，科学管理，充分发挥工程效益的重要手段。2、能量平衡（热量平衡）分析有啥用？答：热量平衡是一个物体或系统的热量收支相等时的状况。对地球表面、大气和地－气系统的热量收支关系的研究是物理气候学的重要课题之一。辐射差额及其转变的其他热量消耗或热量补偿对地球表面、大气和地-气系统的热量状况有巨大的影响。地表热量平衡是气候形成的能量因子。分析、研究地表热平衡状况，可为研究气候形成、气候模拟以及大气环流演变提供重要依据。地表面的热量和水分状况直接影响着人类和动、植物的生存，也是农业生产的重要气候资源。各种人工改良气候的措施，主要是通过改变地表热平衡状况实现的。3、径流形成过程中受到哪些因素影响？这些因素会对径流数量和质量产生怎样的影响？这些影响的表征？答：影响径流形成和变化的因素主要有：气候因素、流域下垫面因素和人类活动因素。①气候因素：它是影响河川径流最基本和最重要的因素。气候要素中的降水和蒸发直接影响河川径流的形成和变化。降水方面，降水形式、总量、强度、过程以及在空间上的分布，都会影响河川径流的变化。例如，降水量越大，河川径流就越大;降水强度越大，短时间内形成洪水的可能性就越大。蒸发方面，主要受制于空气饱和差和风速。饱和差越大，风速越大，则蒸发越强烈。气候的其他要素如温度、风、湿度等往往也通过降水和蒸发影响河川径流。②流域的下垫面因素：下垫面因素主要包括地形、地貌、地质、土壤、植被、湖泊、沼泽和流域形态等。地貌中山地高程和坡向影响降水的多少，如迎风坡多雨，背风坡少雨。坡地影响流域内汇流和下渗，如山溪的水就容易陡涨陡落。流域内地质和土壤条件往往决定流域的下渗、蒸发和地下最大蓄水量，例如在断层、节理和裂缝发育的地区，地下水丰富，河川径流受地下水的影响较大。植被，特别是森林植被，可以起到蓄水、保水、保土作用，削减洪峰流量，增加枯水流量，使河川径流的年内分配趋于均匀。③人类活动：例如，通过人工降雨、人工融化冰雪、跨流域调水增加河川径流量;通过植树造林、修筑梯田、筑沟开渠调节径流变化；通过修筑水库和蓄洪、分洪、泄洪等工程改变径流的时间和空间分布。PPT：2022国科大秋季于-1（9月6日）第二章水循环基础理论——水循环遵循的原理1、决定河流水情主控因素是什么？答：河流可分为外流河和内流河，河流水情影响因素有气候因素、地形因素、土壤植被因素和人类活动因素。外流河水情主要受大气降水的影响，北方河流春汛还受气温影响。内流河主要受气温影响，也受上游山地大气降水影响。①气候因素。我国东部季风区的河流，补给水源是以雨水为主。降水量由东南向西北递减，我国的河网密度也具有由东南向西北减少的规律。降水季节分配不均衡、年际变化大，从而影响河流年内及年际的径流量变化大。我国的很多大河都是东西流向，但锋面雨带的推移同时也具有纬向方向延伸的特点，使河流较易形成全流域并同时进入汛期。在西部较为干旱的地区，内流河的最重要补给水源是靠永久冰雪融水，气温高低直接影响到径流量的大小。北方河流的补给水源中有季节性冰雪融水，河流通常有春汛。河流冰封期的长短也是由气温决定，在那些由低纬向高纬流向的河段，会因为气温的变化，甚至于出现出现凌讯。②地形因素。作为我国地势最高的地区，青藏高原由西向东、南、北方向降低。所以，这里的河流分属于太平洋、印度洋及北冰洋三大水系，这当中又以太平洋水系的面积为最大。根据我国地势西高东低的特点，可以分为三个阶梯，在阶梯上和分界线处成为河流发源地带。如发源于青藏高原的有长江、黄河、澜沧江、怒江等；发源于第二阶梯东缘的有黑龙江、辽河、海河、滦河、西江等；发源于第三阶梯的长白山地、山东丘陵、闽浙丘陵等地的有鸭绿江、图们江、钱塘江、闽江等。于是，当上述这些河流流经阶梯分界线的时候，就会形成一定程度的落差，所以，水力资源也很丰富。③土质、植被因素影响河流的含沙量。例如黄土土质相对疏松，颗粒较细，耐冲性能差，再加上黄土高原上的植被覆盖太少，所以凡是发源或流经黄土高原的河流，含沙量都高。但是在南方和东北地区的河流，因为植被覆盖率高，所以河流含沙量很低。④人类活动对河流的影响。人工开挖河道，裁弯取直以改变原有河道，修建跨流域的调水工程来变更径流的分布，修筑堤坝等都会影响河流水情。PPT：2022国科大秋季于-1（9月8日）第二章水循环基础理论——径流形成过程与产流机制1、一个流域内沼泽湿地的面积大小或空间分布发生变化会有怎样的水文响应？答：分析沼泽湿地水文响应的变化，应从沼泽湿地水文特征入手。沼泽湿地的水文特征有：①沼泽水的运动速度相对较小，多为层流运动，方向不明显。沼泽水多为孔隙介质中侧向渗透的沼泽表层流，存在于潜水位变动带内，呈层流状态，可用达西定律描述，即速度与水力坡度和渗透系数成正比。流量的大小取决于潜水位的高低、各层渗透系数和泥炭层或草根层的厚度②沼泽水蒸发大、径流小，垂向水分循环为主。多年变化中，蒸发变化小，径流变化大。③沼泽水水质特征:富含有机物和悬浮物，生化作用强烈。水体浑浊，呈黄褐色。矿化度低，呈酸性和中性，弱酸性多，腐殖质含量不一。④沼泽的温度、冻结与解冻:与自然水体有区别。3、如何利用沼泽湿地的水文调节功能，用于城市规划或城市防洪？答：湿地的功能是多方面的，它可作为直接利用的水源或补充地下水，又能有效控制洪水和防止土壤沙化，还能滞留沉积物、有毒物、营养物质，从而改善环境污染；它能以有机质的形式储存碳元素，减少温室效应，保护海岸不受风浪侵蚀，提供清洁方便的运输方式……它因有如此众金而有益的功能而被人们称为“地球之肾”。湿地还是众多植物、动物特别是水禽生长的乐园，同时又向人类提供食物(水产品、禽畜产品、谷物)、能源(水能、泥炭、薪柴)、原材料(芦苇、木材、药用植物)和旅游场所，是人类赖以生存和持续发展的重要基础。4、冰川萎缩会对径流量产生怎样的长远影响？答：冰川对河流径流有“削峰填谷”的作用，可以使河水流量的变化趋于平缓，并且在干旱年份不会断流，冰川也因而被誉为“固体水库”。冰川面积减少，短期来看，会增加河流的流量，然而如果冰川不断退缩，直至消失，河水的流量最终也会减少，只能依靠大气降水来维持。那时，现存的很多河流将变成雨季有水，旱季断流的季节性河流。冰川的退缩对生态环境也有很大影响。一些山区冰川的消失，会导致当地河流干涸，原本富饶的绿洲也会变得干旱。冰川融水有时还会形成冰川湖，这种类似于堰塞湖的水域如果溃决，会导致下游突发洪水。冰川对气候变化的反应很敏感，冰川的变化又会引发一系列的生态、环境问题。保护地球气候系统，就是保护冰川，也是在保护下游的生态环境。PPT：202202-309月13日第二章水循环基础理论——地下水的结构与运动1、《水文地质学》与《地下水科学与工程》？答：水文地质学（hydrogeology）是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律，以及合理利用地下水或防治其危害的学科。它研究在与岩石圈、水圈、大气圈、生物圈以及人类活动相互作用下地下水水量和水质的时空变化规律以及如何运用这些规律兴利除害。主要研究地下水的分布、运动和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源评价、开发及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。地下水科学与工程主要研究地下水资源和地下水工程等方面的基本知识和技能，包含地下水资源的勘查、评价、开发、管理，地下水环境和地质环境的监测、评价和治理等。例如：地下水的储备与管理，水资源污染的防治，地下水资源的可持续利用，地下水资源的保护等。2、地下水位与地下水头的区别？答：地下水位（undergroundwaterlevel）是指地下水面相对于基准面的高程。通常以绝对标高计算。潜水面的高程称“潜水位”；承压水面的高程称“承压水位”。压力水头：表示测压管液面到某点的高度，称为压力水头。地下水头：地下水面到某点的高度，称为地下水头。3、浅层地下水与深层地下水，潜水与承压水？答：浅层地下水，亦称浅层水。①狭义上，指埋藏于地表以下第一个稳定隔水层之上具有自由水面的重力水，即潜水。②广义上，指地表以下可以直接接受大气降水和地表水补给的潜水或潜水-微承压水。浅层地下水由大气降水、地表径流透水形成，水质与水量均受降水和径流影响，埋藏一般为几米至十几米之间，常处于流动状态，更新较快，其水质则主要受土壤环境和土壤卫生状况的影响。浅层地下水广泛分布于中国山丘区和平原区。深层地下水是在隔水层以下的地下水，一般指指深度在地表之下1公里左右的蓄水层。浅层地下水一般指潜水，指地表以下，第一个稳定隔水层以上具有自由水面的地下水。承压水：充满两个隔水层之间的含水层中的地下水，它有两种不同的埋藏类型，即埋藏在第一个稳定隔水层之上的潜水和埋藏在上下两个稳定隔水层之间的承压水。典型的承压含水层可分为补给区、承压区及排泄区三部分。4、承压水补给来源变化？天然与人工开采条件区别？答：潜水的补给主要是当地的大气降水和部分河湖水。承压水则是依靠大气降水与河湖水通过潜水补给的。潜水受重力影响，具有一个自由水面（即随潜水量的多少上下浮动），一般由高处向低处渗流。承压水受隔水顶板的限制，承受静水压力，有一个受隔水层顶板限制的承压水面和一个高于隔水层顶板的承压水位（即补给区和排泄区水位的连线）。承压水是由静水压力大的地方流向静水压力小的地方。潜水埋藏较浅，受气候特别是降水的影响较大，流量不稳定，容易受污染，水质较差；承压水埋藏较深，直接受气候的影响较小，流量稳定，不易受污染，水质比较好。潜水以地面蒸发或出露为地表水和泉水的方式排泄；承压水则转化为潜水，主要以泉水的形式排泄。钻到潜水中的井是潜水井。潜水井的水位一般应该是和当地的潜水位一致的，如过量抽取，潜水井的水位就会逐渐低于当地的潜水位，形成地下水漏斗区。打穿隔水层顶板，钻到承压水中的井叫承压井，承压井中的水因受到静水压力的影响，可以沿钻孔上涌至相当于当地承压水位的高度。在有利的地形条件下，即地面低于承压水位时，承压水会涌出地表，形成自流井。虽有上涌，但不能喷出地面者叫半自流井。5、地下水模型、水文模型和大气模型？答：地下水模型：根据实际地下水系统的特征制成的能再现或复制实际地下水流系统或过程状态的实物或结构。是具有地下水系统特征的替代物。地下水系统经过抽象,根据它和模型之间数学形式上的相似,用一组数学关系式来刻画实际地下水系统内发生的物理过程的数量关系和空间形式,称为“地下水数学模型”。根据地下水和其他物理现象之间的相似性,把地下水问题化为类似的物理问题而制作的模型称为“地下水物理模型”。按模型所表示的地下水流问题的性质,又可分为水量模型和水质模型等。利用地下水模型可以求解许多水文地质问题,如地下水资源评价、地下水中污染物质的运移等。水文模型：指用模拟方法将复杂的水文现象和过程经概化所给出的近似的科学模型。按模拟方式分为水文物理模型(实体模型、比尺模型)和水文数学模型两种基本类型。水文物理模型是具有原型(即研究对象)主要物理性质的模型，如在实验室中将一个流域按相似原理缩小，或将原土样搬到实验室所做的实验等;水文数学模型则是遵循数学表达式相似的原理来描述水文现象物理过程的模型，却不考虑原型的物理本质，如汇流，既不把河段搬到实验室，也不仿造一个人工河段进行实验，而是用一个物理本质与其不同却具有相同数学表达式的方程式表示汇流，从而描述出实际汇流的物理过程。这两种模型之间存在着密切的联系，因为物理模型的研究是数学模型的基础，而数学模型则是物理模型的有力表达方式。水文模型在水文理论研究和实践中具有重要意义。大气模型：大气模型是描述大气的各物理量，如温度、压力、密度等，随大气深度的分布规律的理论模型。PPT：20220309月15日，09月20日第三章地球化学方法在水文中的应用地球化学方法、环境同位素原理及应用1、《同位素水文学》与《同位素水文地质学》的区别？答：同位素水文学（isotopehydrology）是利用稳定性同位素或放射性同位素研究水文学中若干基本问题的学科。依据的是基于同位素的示踪作用。同位素水文学主要涉及：①地下水的寻找。常用3H作为示踪同位素，探寻地下水的源头、迁移流向和储量。②水利设施的安全性检测。用同位素示踪方法易于探明大中型水库的基岩是否有隙漏现象，从而确保病险水库的安全性。③港湾泥沙淤积规律的研究。④监测水体污染规律。同位素方法易于追踪水体污染的来源以及污染物的迁移流动情况。根据同位素标记特性，分为环境同位素和人工同位素两类。同位素水文地质学：应用同位素方法分析水文地质问题的学科。用于分析水文地质问题的同位素主要是水的两个主要组分氢和氧的同位素,其他如碳、氮、硫、氯等同位素的应用也逐步展开。应用同位素方法解决的主要水文地质问题有：①探索和判定地下水的起源和成因；②判断地下水的现代补给来源；③确定地下水年龄(在含水层中平均贮留时间)；④判定地下水与地表水流及水体问的联系；⑤确定含水层补给区的海拔高度；⑥确定不同含水层间的水力联系；⑦确定各种来源水的混合比例；⑧通过同位素端元模型确定污染物来源等。6、环境同位素与人工同位素的区别？答：环境同位素是存在于自然环境中的同位素。主要是天然形成的,但也有一部分来源于核试验产生的人工放射性同位素(如氚)。它不包括作为示踪剂的人工投放的放射性同位素。其分布广泛，主要应用于在水文、地质、生物系统。质量相对较轻，如H、C、N、O、S等。在自然界中天然存在的同位素称为天然同位素，人工合成的同位素称为人造同位素。如果该同位素是有放射性的话，会被称为放射性同位素。每一种元素都有放射性同位素。有些放射性同位素是自然界中存在的，有些则是用核粒子，如质子、阿尔法粒子或中子轰击稳定的核而人为产生的。PPT：20220409月22日第四章地球物理与“3S”方法在水文中的应用1、遥感水文模型分类？答：①物理模型、数学模型；②集中式与（半或准）分布式水文模型；③其他分类：6、评述GIS水文应用现状。答：7、GPS如何研究水问题？答：①水位数据采集和实时传输。在水文水资源监测中，GPS技术可以收集水位数据信息，然后通过通信系统将其发送到监控中心。水位数据收集后，GPS技术可以实现数据的实时传输，数据内容、频率、模式和采集间隔等要素都可以通过软件编程来实现，最终使得GPS技术适用于野外测量。②水质监测。利用GPS技术，在监测船上确定好采集点，然后通过定位确定精确的位置信息，利用高科技设备采集水样，获得水质监测数据信息，再将其直接绘制成等值线图，从而得到直观、精确、客观的水质信息，为科学治理水环境提供依据。③流速监测。GPS技术不受障碍物多和视距长短的影响，可以直接精准测定河流断面流速，搜集水文资料，从而快速、高效、精准地解决水文巡測中断面监测定位难的问题。④洪水调度。GPS技术可以实现对区域内水资源的合理监测和调度，以便发出洪水预警，采取防洪减灾措施，为灾民转移路线设计和救灾物资投放提供决策依据。目前，人们以GPS技术为基础，设计出防洪智能应急预警系统、防汛信息查询系统、防汛指挥系统、防洪规划信息管理系统和洪水风险评估系统等预防性系统。GPS技术可以实时监测区域内水资源水位，将实时水位数据传输给数据管理中心，数据管理中心根据所获得的数据信息，通过计算机技术测算，绘制水位曲线图，在计算机页面上进行动态监测显示。例如，GPS技术可以全面监测洪水推进情况、蓄洪区水位情况和人员转移情况等，并将所得信息传输给相关部门，使其获得最新洪水灾害实时变化情况，为进一步做好洪水灾害防治计划、传达防洪指令提供决策依据。⑤未来应用。前，将GPS技术直接应用到水文水资源监测中，可以很好地解决水文水资源监测难题，实现对水文、土壤、地形地貌、地下水等基本情况的监测。未来，应该继续完善水资源流域监测系统，减少监测数据误差，提高监测数据的精确性。另外，GPS技术要与遥感（RS）、地理信息系统（GIS）等先进技术结合，提高技术扩展性，实现信息资源共享，提高自身在水文水资源监测中的应用水平。9、展望无人机研究水问题前景。答一：无人机具有成本低、损耗小、可重复使用、危险性低等优点。可有效解决河流、湖泊、水库的水环境监测问题。无人机在水环境监测中的应用可以为环境监测提供有力的帮助，有效提高环境监测的质量，从而使环境监测更有价值和意义。在水环境监测中采用先进、科学、有效的监测技术是非常重要的。无人机技术的引入有利于提高水环境监测的效率和质量，提供完整准确的监测数据，从而提高环境监测的质量，为及时、科学、合理地制定环境保护规划提供有利的数据支持，从而更有效地保护我国的水资源。因此，无人机在水环境监测中的应用必将带来巨大而积极的变化，具有广阔的应用前景。答二：无人机系统利用了航空技术、网络信息技术、通信技术和3S(遥感、地理信息、全球定位系统)技术，在水旱灾害预防、污染监测和应急响应方面具有广阔的应用前景。无人机作为空间数据采集的重要手段，具有实时图像传输、高风险区域检测、低成本、高分辨率、灵活性等特点。它是传统卫星遥感的有力补充，也是地面常规水利信息监测和突发灾害应急处理的重要补充手段。无人机已应用于水利监测，主要包括水利工程监测、洪涝灾害监测、干旱缺水监测、水污染监测、河床监测、内陆湖泊水库监测等。①水取样/水质分析：无人机智能取水系统可以轻松突破河流和地形的限制，实现远距离定点、定深取水。整个取水过程高度自动化，降低了取水成本和潜在风险，大大提高了取水作业的效率。无人机安装的水质多参数检测器是一种环境监测产品，设计用于快速水质检测。通过配置多种智能水质传感器，可以应对河流、湖泊、海洋、地下水等各种水环境监测需求。②无人机巡逻：配备摄像头的无人机可以对沿河建筑物和堤防进行检查，有效发现排污口、非法吸沙船、非法捕鱼船等非法船只。高清摄像头：无人机首先从调查区域航测获取高分辨率正射影像，然后对影像进行解译，以区分疑似排污口，为后期人工调查提供偏差和坐标。热成像相机：对于化工区，采用无人机搭载的红外热感设备检测水面下是否有污水排放。③地物人工智能识别。PPT：20220710月11日宋献方第七章人类活动对水循环的影响3、如何科学认识农业节水对水循环的影响？前三问_答：根据题目自行总结。4、城市化如何影响人与水的关系？答：城市化造成的城市水文影响具体表现在3个方面，即城市水资源污染问题、城市雨洪灾问题、城市地下水资源问题。首先，随着人口的增加，城市化过程中生活生产用水越来越多，生活生产所产生的废水也越来越多，有些废水没有经过任何处理，便被直接排放到河流中，其污染物的排放不仅数量超过自然水体自身具有的自净容量，而且，大多垃圾属于难降解和同化的物质。使水资源受到污染。更为重要的是，一些有毒物质或者工业物质排放到河流中，导致水中的生物受到伤害，这对于水资源的影响也是巨大的，生活污水里大量的有机物、氮、磷等营养物，造成水域的富营养化;加上工业废水和医院废水的排放，里面含有各种化学物质，对水的污染也尤为明显。其次，城市雨洪灾问题。由于城市化造成河流不渗水面积的大幅度的增加，从而导致地下水回归量和地上水滞流量减少，地上河流洪峰流量增大。加上植被破坏，水土流失，导致河水的流动区域减少，加之对于原有的汇水河道整治，城市中生活废水和工业废水的排放，城市建设中对河流的破坏以及对河流径流量的削弱，让原本正常的河道变形，水流加剧，改变了河道的径流状态，从而更加的容易导致洪水汇流速度加快，洪灾易发生。再者就是城市化进程后，由于污染加大，对局部气候的影响，导致城市局部地区出现热岛效应、阻碍效应、凝结核效应等齐聚，从而导致降水偏高，这对于本来就由于受到破坏而排洪不利的河道来说，形式变得更加不容乐观。因此，城市化过程中，使地面径流量加大、水流速度加快、洪峰流量增加、洪水滞时和历时缩短等现象，都是城市化对水文影响的重要表现。例如:由于城市建设中排水不利，致使受到暴雨天气的袭击，很多街道因水蔓延导致被水淹没。第三，城市地下水资源问题。近年来，城市化过程中城市地下水位下降明显，地下水位的下降，对于城市化的建设有着十分不利的影响，加上城市建设对于不渗水区的面积的不断扩大，从而导致降水补给到地下水的比例大幅度地降低。6、植树造林对水循环有何影响？答：植树造林后，植被的蒸腾作用会将大量的水分以水蒸气的形式送入大气，然后以降水的形式落到地面。此外，植被枝叶和凋落物会截留部分降水，降低流速，减缓汇水过程，增加水分下渗的时间，使地表径流总量减少，加大地表水的下渗，增加地下径流。7、你认为海绵城市建设中存在哪些问题？答：8、如何科学认识地下水动态变化？答：地下水动态是指在自然和人为因素影响下，地下水水位、水量、水质、水温等随时间的变化。研究得比较多的是潜水水位变化，它实际上反映了潜水含水层水量收入（补给）与支出（排泄）之间的关系。地下水动态是指在有关因素影响下，地下水的水位、水量、水化学成分、水温等随时间的变化状况。地下水动态提供含水层或含水系统的系列信息。在验证所作出的水文地质结论或所采取的水文地质措施是否正确时，地下水动态是十分重要的。地下水动态受气候、水文、地质和人类活动等因素的影响，受气候、水文、地质等因素影响的，称“天然因素影响的地下水动态”，受人类活动影响的称“人类活动影响下的地下水动态”。影响因素：气候因素、水体因素、人为因素。①气候是影响潜水动态最活跃的因素。雨季，降水入渗补给使潜水位上升，潜水矿化度降低；雨季过后，蒸发和径流排泄使潜水位逐渐下降，在翌年雨季前出现谷值，潜水矿化度升高。这种一年中周而复始的变化，称为季节变化。气候的多年变化，则使潜水位发生相应的多年周期性起伏。②水体因素：地表水体附近，地下水动态受地表水的明显影响。河水位上升时，近岸处的潜水位上升最快，上升幅度最大；远离河岸，潜水位变化幅度变小，反应时间滞后。气候水文因素决定了地下水动态的基本模式，而地质因素则影响其变化幅度与变化速度。例如，承压含水层受到上覆隔水层的限制，补给区动态变化强烈而迅速，远离补给区则变得微弱而滞后。对于潜水，包气带厚度越大，滞留于包气带中的水便越多，潜水位的变化越滞后于降水。③人为因素：影响地下水的天然动态。例如，打井取水后，天然排泄量的一部或全部转由采水井排出，如采水量超过补给量，地下水位则逐年下降。再如，利用地表水大水漫灌而不加强排水，潜水位将因灌水入渗补给而逐年上升，引起土壤次生沼泽化或盐渍化。9、地下水开采的正负效应是什么？答：从地下水开采的正效应来看，开采地下水在很大程度上满足了工农业生产与人们生活的需要，促进了国民经济的发展，改善了人民的生活水平。合理的地下水开采方式还可以使水质水量保持稳定，有利于城市生态系统的健康发展。地下水开采的负效应主要是过量开采地下水所带来的对城市或环境造成的不利影响，主要表现为水资源枯竭、地面沉降、海水入侵、岩溶塌陷、生态环境恶化等，由于供求矛盾的日益尖锐，还往往形成恶性循环，构成地质灾害，对城市环境和人民生命财产造成巨大损失或严重威胁。10、如何理解大气模型、水文模型和地下水模型之间的联系？答：见PPT：202202-309月13日宋献方第二章水循环基础理论—地下水的结构与运动题5PPT：2022国科大秋季于-5上传版10月13日第八章良性水循环与生态环境保护1、课堂讨论：水循环速率对涉水生态与环境保护有啥作用？答：水循环的作用：水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为1.4×109km³，其中96.5%在海洋中，约覆盖地球总面积的70%。陆地上、大气和生物体中的水只占很少的一部分。水循环的主要作用表现在三个方面：①水是所有营养物质的介质，营养物质的循环和水循环不可分割地联系在一起；②水对物质是很好的溶剂，在生态系统中起着能量传递和利用的作用；③水是地质变化的动因之一，一个地方矿质元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往往要通过水循环来完成。地球上的水圈是一个永不停息的动态系统。在太阳辐射和地球引力的推动下，水在水圈内各组成部分之间不停的运动着，构成全球范围的海陆间循环（大循环），并把各种水体连接起来，使得各种水体能够长期存在。海洋和陆地之间的水交换是这个循环的主线，意义最重大。在太阳能的作用下，海洋表面的水蒸发到大气中形成水汽，水汽随大气环流运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下形成雨雪等降水；大气降水到达地面后转化为地下水、土壤水和地表径流，地下径流和地表径流最终又回到海洋，由此形成淡水的动态循环。这部分水容易被人类社会所利用，具有经济价值，正是我们所说的水资源。水循环是联系地球各圈和各种水体的“纽带”，是“调节器”，它调节了地球各圈层之间的能量，对冷暖气候变化起到了重要的因素。水循环是“雕塑家”，它通过侵蚀，搬运和堆积，塑造了丰富多彩的地表形象。水循环是“传输带”，它是地表物质迁移的强大动力，和主要载体。更重要的是，通过水循环，海洋不断向陆地输送淡水，补充和更新新陆地上的淡水资源，从而使水成为可再生的资源。2、如何理解良性水循环或者健康水循环？答：良性水循环指能保持水资源品质与数量的可再生性，能维持特定支撑系统的功能及可恢复性，有利于减轻系统风险，有利于系统可持续发展的水循环状态或模式。此概念多用在生态系统水循环处于非良性的状态而需要向良性改进的场合下，良性与否极具目标针对性,即面向特定的生态系统。多指有人类参与的情形。3、为什么海绵城市建设了，城市依然年年看海？甚至更大的洪水出现？如何利用良性水循环来进行城市景观设计等实践？答：见PPT：20220710月11日宋献方第七章人类活动对水循环的影响题7两张图。PPT：2022国科大秋季于-610月18日第九章水资源评价、规划与管理1、我国水资源基本特征?如何结合水资源特点进行配置