水资源规划及利用课程复习资料Word格式.doc
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(1)治理黄河
黄河可能是世界上问题最多、最复杂的一条河流,问题的关键是泥沙。
目前黄河可以说是集断流、溃堤、淤积、污染诸问题于一身。
近期治理黄河的要求主要有以下几条:
①堤防不决口;
②河道不断流;
③水质量不超标;
④河床不抬高。
治理黄河我们要做的工作有:
①坚持开展中上游水土保持工作,进一步减少入黄泥沙。
②通过全力节水治污和引入外流域调水,千方百计增加黄河水量,并对全流域全部水资源统一管理调度,这样才有可能治理黄河。
③通过工程和管理措施,在中下游形成一条相对稳定的“中水河槽”,使中小洪水不上滩,消灭“二级悬河”,解决不决堤的问题,而且用“人造洪峰”、“调水调沙”,配合清淤放淤,解决黄河泥沙在中下游的冲淤平衡问题。
④在河口适当修建工程,稳定流路,降低高程,引起溯源冲刷,改善下游河道淤高情况。
(2)长江防洪
采取工程措施和非工程措施解决长江洪灾这一心腹大患。
在工程措施方面,要依靠堤防、水库和分洪区三大项;
在非工程措施方面,要实现精确预报、科学调度、全流域统一管理和推行洪灾保险制度等。
以下有几个值得探讨的问题:
①长江流域已建并将建大量水库,但各水库都有其开发目标,不能全为防洪服务。
如何才能在遇到特大洪水统一调度。
②分洪区是长江防汛的主要手段之一,目前分洪区内居住大量群众,是生产基地,分洪一次,风险和损失巨大,实际上很难下决心启用,形同虚设。
③长江干流和支流间的洪水关系(尤其是洞庭四水流域)极为复杂;
要研究在不同洪水下,如何做到江河互补互利,需采取何种措施,获得最大效益,恢复洞庭的青春。
④各种非工程措施的研究和实施。
⑤长江口的整治工程等。
(3)全国水资源合理配置
中国水资源在空间上分布很不均匀,与各地区的经济发展情况更不适应,因此在全面实行节水、挖潜的同时,仍有必要实施跨流域调水。
(4)全方位节水工程实行“节水为先”的基本战略。
(5)治污与生态环境治理工程
(6)水电大开发
(7)建立与完善水资源管理体制形成法规,以法治水
本课程的内容及水利水能规划的主要内容
本课程的内容:
水资源及其综合利用的基本概念,水资源评价,水资源供需平衡分析,水库及兴利调节计算,防洪减灾规划,水能利用及水电站主要参数选择,河流综合规划及水库群水利水能规划,水库调度,水资源管理与保护,水资源系统分析。
水资源规划和设计与施工具有同等重要的地位。
进行规划工作的主要步骤:
1、收集、整理、分析和研究水利勘察和水利调查所获得的资料、数据和图幅等。
2、进行水文分析计算。
3、拟定水资源综合利用开发方式和工程总体布置初步方案,粗略拟定各主要水工建筑物和主要设备的型式和主要尺寸。
4、拟定待建水资源工程主要参数的若干个可能方案,并对其进行水利计算。
5、对上述参数的各方案进行经济计算和评价。
6、对上述参数的各方案进行非货币指标的社会效益、环保、政治、社会等方面的定性评价,选出最佳方案作为选用方案。
7、对选定方案,制定工程综合利用优化调度初步方案和水电站运行的初步计划,供运行管理单位参考。
拟定水资源开发方式与选择主要参数是水利水能规划工作的核心。
各水利部门的主要参数有:
1、水力发电的主要参数:
设计蓄水位、水库死水位和装机容量。
2、灌溉的主要参数:
水库蓄水库容、渠首或抽水站的设计流量、多年平均供水量。
3、城市供水的主要参数:
与灌溉类似。
4、防洪的主要参数:
水库设计蓄洪库容和下泄流量、河道整治后各河段的设计洪水位和设计流量、堤防各段的堤距和堤顶高程等。
5、治涝的主要参数:
排涝站设计流量和围堤顶高程。
第2章水资源评价
1、水资源评价:
对某一地区或流域水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件、开发利用现状和供需发展趋势作出分析估价。
它是合理开发利用和保护管理水资源的基础工作,为水利规划提供依据。
水资源评价的主要任务:
科学分析区域或流域水资源特点,准确把握其数量、质量等方面的特性,展望水资源开发利用前景,合理开发利用和保护水资源,达到以水资源可持续利用支撑社会经济可持续发展的目标。
2、水资源评价的内容
水资源评价是水资源规划的前期工作,在规划中遇到的问题在评价中要仅可能考虑。
水资源评价比水资源规划可行性研究更具普查和宏观意义。
(1)水资源评价的背景与基础
水资源评价的背景与基础:
水资源评价区的自然情况、社会经济现状、水利工程及水资源利用现状以及水资源系统等。
(2)水资源数量评价
也称为基础水资源评价,对评价区内的地表水资源、地下水资源及总水资源进行估算和评价,是水资源评价的基础部分。
(3)水资源质量评价
包括对河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况等的调查和评价。
(4)水资源开发利用及其影响评价
包括:
社会经济及供水基础设施现状调查分析,供用水现状调查分析,现状供用水效率分析,现状供用水存在问题分析,水资源开发利用现状对环境的影响分析。
(5)水资源综合评价
水资源供需发展趋势分析、评价区水资源条件综合分析,分区水资源与社会经济协调程度分析。
3、水资源评价分区
水资源评价分区的原则:
(1)尽量按流域水系划分,保持大江大河干支流的完整性。
(2)同一区内自然地理、水资源特点、水资源开发利用条件和水利建设方向基本相同或相似。
(3)应充分考虑水资源供需特点,将供需矛盾相对突出的地区予以区分。
(4)尽可能保持行政区划完整。
(5)根据工作需要、评价工作量大小、现有资料情况确定分区大小和分区级数。
(6)各种级别的水资源评价分区原则上应一致。
4、水平年、典型年和系列法
水平年:
基准年、近期水平年、中期水平年、远期水平年。
要根据水资源评价的任务和所具备的条件来选择使用水平年,一般应有现状和近期两个水平年。
未来降水有随机特点,目前不能准确预测,而水资源量、供水量和需求量总要根据一定的水情和雨情进行分析,为处理这一问题,常用:
典型年法(代表年):
根据已有资料频率分析结果,确定平水年和枯水年等不同典型年的雨情和水情,在此基础上对各水平年的水资源供需情况进行分析。
典型年选择要合理确定年总水量和年内分配,使其确有平水年、枯水年及特枯水年的代表性。
典型年又可分为日历年、水文年和水利年。
日历年自1月1日至12月31日,水文年从一年汛初至次年汛初,水利年按农作物灌溉期末划分起讫时间(如每年10月1月至次年9月30日)。
典型年的选用——统计:
用日历年,供水:
水文年,农业用水:
水利年。
系列法(水资源供需平衡动态模拟法):
根据所选水文气象系列逐年逐时段对未来的水资源供需情况进行计算分析。
能较好地反映未来水资源量、供水量和需水量的动态变化特点,考虑了水资源多年调节以丰补枯的作用,是比较合理的方法。
系列法有:
1、一次历史系列法
2、历史系列循回组合法
3、随机系列模拟法
典型年法:
计算简单、工作量少,克服无长系列资料的困难;
系列法:
计算工作量大,要用计算机计算。
5、水质评价
水质:
水质泛指水体的物理、化学和生物学的特征和性质,受自然因素和人类活动的双重影响。
水资源评价时,必须开展水资源污染状况的调查与评价,包括污染源调查与评价,地表水资源质量状况评价,地表水污染负荷总量控制分析,地下水资源质量现状评价,水资源质量变化趋势分析及预测,水资源污染危害及经济损失分析,不同质量的可供水量估算及适应性分析。
符合要求的水质和充足的水量是进行水资源开发利用的两个必要前提,缺一不可。
水资源评价工作要做到“水量和水质并重”,水质评价要包括河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况调查评价等内容。
1)河流水质
1、河流泥沙
河流输沙量、含沙量及其时程分配和地区分配。
2、河流水化学特性
天然水化学类型及地区分布,天然水化学成分的年内、年际变化,河流离子径流量(包括出海、出境、入境离子径流量),河流离子径流模数及地区分布。
天然水化学分析参数一般pH值、矿化度、总硬度、钾、钠、钙、镁、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物。
2)水体的污染及其危害
水体的自净能力:
指受污染的水体在一定的条件下具有逐渐恢复其原有水质状态的能力。
合理利用水体的自净能力,减少水污染控制费用,是水资源保护规划中应当考虑的一个重要原则。
一、水体污染物质的主要来源:
可分为:
自然污染和人为污染。
二、水中的主要污染物及其危害:
(1)需氧污染物及其危害
需氧污染物:
碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸和脂类等有机物。
常采用下列指标表示水中需氧有机物的含量:
1)生化需氧量(Bio-chemicalOxygenDemand,简称BOD):
表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量(以mg/L为单位),生化需氧量越高,表示水中需氧的有机污染物越多。
2)化学需氧量(ChemicalOxygenDemand,简称COD):
表示用化学氧化剂氧化水中的有机污染物所消耗的氧量,测定方法有高锰酸钾法和重铬酸钾法。
3)总有机碳(TOC)和总需氧量(TOD):
总有机碳包括水体中所有的有机污染物的含碳量,是评价水体中需氧有机污染物的一个综合指标。
总需氧量:
有机物完全氧化所需要的氧量。
(2)植物营养物及其危害
藻类大量繁殖。
(3)水体重金属污染及其危害
重金属不能被降解,只会分散或富集,对人和生物有毒性。
(4)水体油类物质污染及其危害
破坏生物正常生活环境,造成生物机能障碍。
①油膜阻碍海水蒸发,改变海面反射,减少日光辐射,使海面温度下降,影响水体绿色植物光合作用,同时阻隔大气和水体间气体交换,减少水体氧气来源;
②分散油和乳化油对一切水生生物都是致命的,会破坏海洋浮游植物体内的叶绿素,阻滞细胞分裂而造成大量死亡。
(5)水体热源污染及其危害
导致水环境发生一系列物理、化学及生物学变化。
①溶解氧降低,微生物分解能力增强,生化耗氧量增加,水体缺氧;
②化学反应速度加快,有毒物质毒性加大;
③生物群落和种群变化;
④某些鱼类正常生活受到影响。
(6)水体农药污染及其危害
来自于:
①生产农药工厂直接排放②悬浮于空气中的农药通过降雨③农、林区地表径流和农业排水
水体农药污染造成鱼类、鸟类大量死亡,对人类健康有严重威胁。
6、水质标准
为保证供水质量,有必要根据不同部门对水质的要求制定相应的标准,对水体各种成分尤其是有害成分的含量给出一定的界限,从而可以根据水的物理、化学、生物学特性检测分析结果进行水质的评价。
★我国(GB3838-2002)《地表水环境质量标准》依据地表水环境功能和保护目标,按功能高低将水划分为五类。
Ⅰ类:
主要适用于源头水,国家自然保护区;
Ⅱ类:
主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等;
Ⅲ类:
主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区;
Ⅳ类:
主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区;
Ⅴ类:
主要适用于一般农业用水区及一般要求水域。
2.4.4水质评价方法
水质的评价方法可分为监测指数法和生物评价法两种
一、监测指数法
利用表征水体水质的物理、化学参数的相对污染程度值,通过统计数学处理,得到一个简单的数值,用以表征水体的污染程度。
1、单因子评价指数法:
对各类指标进行分析。
当污染物危害程度随浓度增加而增加时:
当污染物危害程度随浓度增加而减少时:
对于具有最低和最高允许限度的污染物(如pH值):
2、多因子评价指数法:
应用数学模型得出一个概括性的指数以综合表征水体的污染程度。
平均迭加法:
;
加权平均法:
内梅罗指数法:
:
参与评价的最大单因子指数;
参与评价的单因子指数均值。
一般地说:
,环境质量状况优于评价标准;
,环境质量状况处于临界状态。
3、模糊数学评价法:
先对单项参数进行评价,同时考虑各参数在总体中的地位,配以适当权重,然后运用模糊矩阵复合运算法,得出综合评价结果。
二、生物学水质评价方法
由于水环境系统中污染物质之间存在复杂关系,对环境质量的影响程度不一;
水质标准难以统一;
对水体质量的综合评判有一定模糊性;
因此,不同水质评价方法差别较大。
好的评价方法应当具有:
准确性、可比性、实用性。
目前常用:
1、指标生物法:
利用指示生物可以对水污染程度作出综合判断。
生物是反映环境质量优劣的一个综合指标,它与环境构成统一的整体。
每一种生物都要求一定的生活环境,环境一旦发生变化,生物种类、数量、生物群的组合及结构均发生变化。
指标生物:
在一定水质条件下,对水环境质量变化反映敏感的生物。
2、生物指数法:
依据水体污染影响水生生物群落结构的原理,用数学形式表示群落结构变化情况,从而指示水体质量情况。
如贝克生物指数法。
贝克生物指数法:
:
对有机污染缺乏耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数;
对有机污染有中等耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数。
根据的计算值来判断水质污染程度:
水体严重污染;
水体中等污染;
水体轻度污染;
水体清洁。
§
2.5水资源综合评价
2.5.1区域总水资源概念及水资源总量计算
地表调蓄
土壤水调蓄
地下水调蓄
降水P
植物截
流损失
地表水
体蒸发
非饱和
土壤腾发
SE
总腾发量ET
入渗(P-RS)
WRR
坡面流
河川基流WG
地表径流
RS
河川径流
R
地下水其他净排泄WC
潜水蒸发WE
图2-1区域水循环概念模型
总水量平衡方程:
对于非饱和带的土壤水,水量平衡方程:
其中总腾发量:
则有:
,说明入渗的水转化为地下水补给和作物的直接利用。
对于地下水,水量平衡方程:
定义降水扣除作物、土壤及水面直接利用和消耗后的全部水量为总水资源量,则:
将代如上式,
则:
,说明总水资源量为地表径流量与地下水补给量之和。
将代入
,由于
所以有:
因此计算总水资源量有四个公式:
受实际情况和资料限制,目前还没有直接用上述公式计算总水资源量,而是分别对地表水和地下水进行评价。
常用:
其中为地表水和地下水的相互转化量。
不同类型的评价区有不同的计算方法。
2.5.2水资源现状供需平衡及趋势分析
在水资源开发利用现状调查分析的基础上,可选取不同的水平年对水资源供需发展趋势进行分析。
现状供需平衡及趋势分析包括用水增长预测和可能增加的供水能力预估。
用水增长预测常用:
趋势外延法、参照社会经济发展长远目标进行估计法。
在用水增长预测中,人口的增长是一些国家中最主要的因素。
用水预测是基于各行各业的需水预计的要求。
2.5.3水资源评价指标体系
评价指标体系:
水资源评价结果,以一系列定量指标加以表示,称为评价指标体系,由此可对评价区的水资源及水资源供需的特点进行分析、评估和比较。
一、水资源评价成果的主要指标
1、基本社会经济指标:
土地、人口、耕地、灌溉面积、产值、粮食产量等。
2、水资源量评价指标:
地表水资源量、地下水资源量、总水资源量等。
二、现状水资源利用指标
总供水量、总用水量、水资源利用率与人均用水量等。
三、现状、近期、中期、远期水资源供需分析指标——典型年法
对现状、近期、中期、远期各水平年,分别对、及(或)的典型年提出可供水量、需水量、余缺水量、水资源利用率、人均用水量。
四、规划期水资源供需分析指标——系列法
对规划期列出多年平均的可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等;
以年计的需水量保证率。
对各水平年分别列出可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等。
若采用多系列对一水平年可以列出不同频率的上述各指标,以及不同频率的地下水埋深,或相应的数学期望值。
2.5.4水资源供需综合指标及综合评价
一、综合评价指标体系
耕地率,耕地灌溉率,人口密度,工业产值模数,需、供水量模数,人均供水量,水资源利用率,现状缺水率,缺水率远景等10项指标。
二、综合评分
,为权数,为各评价指标。
综合评分后为缺水区;
为基本平衡区;
为平衡区;
为余水区。
三、分类分析
1、根据缺水率及其变化:
缺水率大于10%的地区为缺水区。
2、根据人均供需水量对比:
根据自然、社会经济条件,拟定各地区人均需求量范围。
实际供水量小于人均需水量的下限时,则认为该地区缺水。
3、根据水资源利用率
当水资源利用率超过50%时,用水比较紧张,继续开发利用比较困难的地区,绝大部分应属缺水地区。
开发条件差的地区,水资源利用率超过25%时,就可能出现缺水现象。
第3章水资源开发利用
1、以水资源的可持续利用保障国民经济可持续发展
《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》提出我国21世纪水资源开发总体战略:
1、人与洪水协调共处的防洪减灾战略
2、以建设节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业为目标的农业用水战略
3、节流优先、治污为本、多渠道开源的城市水资源可持续利用战略
4、以源头控制为主的综合防污减灾战略
5、保证生态环境用水的水资源配置战略
6、以需水管理为基础的水资源供需平衡战略
7、解决北方水资源短缺的南水北调战略措施
8、与生态环境建设相协调的西部地区水资源开发利用战略
2、水资源综合规划
3.2.1水资源规划的目标和原则
水资源综合规划的目标是:
为我国水资源可持续利用和管理提供规划基础,在进一步查清水资源及开发利用现状、分析和评价水资源承载能力基础上,根据经济社会可持续发展和生态环境保护对水资源的要求,提出水资源合理开发、优化配置、高效利用、有效保护和综合治理的总体布局及实施方案,促进我国人口、资源、环境和经济的协调发展,以水资源可持续利用支持经济社会可持续发展。
水资源规划的目标:
包括整治和兴利两类。
由于水资源服务功能的多目标性,水资源规划的目标往往也具有多目标性。
协调各目标之间的矛盾,满足不同部门的利益要求,是现代水资源规划的基本内容。
水资源规划应遵循的原则:
(1)全面规划;
(2)协调发展;
(3)可持续利用;
(4)因地制宜;
(5)依法治水;
(6)科学治水;
(7)与其他规划相协调。
水资源规划往往包括综合规划和各项专业规划。
3.2.2水资源规划的步骤
水资源规划既是一个系统分析过程,又是一个宏观决策过程。
水资源规划内容从逻辑上可分为七个阶段:
1、问题剖析阶段
2、规划及管理模型制定阶段
3、方案筛选与优化阶段:
包括确定可能的规划措施、规划措施的分类组合、编制规划方案。
4、影响评价阶段:
包括鉴别影响源、估量影响大小、说明影响范围。
5、规划方案评价阶段:
包括目标满足程度评价、效益指标评价、合理性检验、确定规划方案。
6、工程实施阶段:
根据方案决策及工程优化开发程序,进行工程建设或管理工程实施。
7、运行、反馈与调整阶段
3.2.3水资源规划的内容
1、水资源及其开发利用情况调查评价
2、节约用水和水资源保护
3、需水预测和供水预测
4、水资源配置
控制目标为需求,保护生态环境,增加供给。
5、总体布局与实施方案
3.2.4水资源规划的类型
1、综合规划:
(1)流域规划
(2)区域规划(3)跨流域规划
2、专业规划:
防洪规划,航运规划等。
图3-4需水量计算项目汇总
3.3水资源需求分析
1、生活需水预测:
分城镇居民和农村居民两类,
2、农业需水预测:
包括农田灌溉需水;
林牧渔业需水:
包括林果地灌溉、墓志灌溉、牲畜用水和鱼塘等4类。
3、工业需水预测:
分高用水工业、一般工业和火电工业3类,
4、建筑业和第三产业需水预测
5、生态环境需水:
6、河道内其他需水预测:
河道内的其他需水预测包括:
航运、水力发电、渔业、旅游等,这些需水一般不消耗水,但对水位,流量会有一定要求,因此要做好河道内控制节点的水量水质平衡,并对用水量进行计算。
§
3.4水资源供需平衡分析
一、概述
★水资源供需平衡分析的目的包括:
1、弄清水资源总量的供需情况;
2、了解水资源余缺的时空分布;
3、进行开源节流的总体规划,明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向。
★水资源供需平衡分析的原则:
1、近期和远期相结合
2、流域和区域相结合
3、综合利用和保护相结合
★水资源供需平衡分析的方法:
按分析方法分:
常规方法、系统分析法;
按水情、雨情资料分:
典型年法,系列法;
按水文资料性质分:
确定性资料分析法、随机分析法。
二、水资源供需平衡分析的典型年法
★供水保证率的概念:
是指多年供水过程中,供水得到保证的年数占总年数的百分数。
计算公式为:
P-供水保证率;
m-保证正常供水的年数;
n-供水总年数
供水保证率可有纵向和横向两种概念。
纵向:
今后多年供水过程中有保证年数占总供水年数的百分数,今后多
年是一个计算系列。
横向:
规定某一年份(例如2005年),这一年的来水可以是多样的,把
某系列各年的来水都放到这年(2005年)去进行供需分析,计算
有保证的年数占系列总年数的百分数,即为该年供水遇到所用系
列的来水时,其具有的供水保证率P。
第4章综合利用水库
径流调节:
按人们的需要,通过水库的蓄水、泄水作用,控制径流的重新分配径流。
径流调节是兴水利除水害的方法之一。
洪水调节:
为防洪目的进行的径流调节。
第五章
兴利调节:
为兴利目的进行的径流调节。
第四章
4.1水库特性
1水库的面积特性和容积特性
(1)水库面积特性:
水库水位与水库面积的关系曲线。
(纵坐标为水库水位)
水库面积特性曲线取决于水库河谷平面形状,平原水库面积我曲线比较平缓,表明增加坝高将迅速扩大淹没面积和加大水面蒸发。
所以平原地区一般不宜建高坝。
(2)水库容积特性:
水库水位与水库容积的关系曲线(纵坐标为水
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