《水資源計算與管理》 教學材料
第一章緒論
一、水的重要性——水是生命的創造者；水是氣候環境的調節器；水是地球表面的「雕塑家」；水是農業的命脈；水是工業血液；水是能源與交通的重要載體；
概括：水是人類生存的基礎，環境的核心，可持續發展的中心，水直接關係到國家的穩定。
二、水文學的主要研究物件——自然界中的水總是以一定的水體形態存在的，如江河、湖泊、海洋、地下水、冰川、土壤水等水體，這些水體則是水文學的研究物件。
三、水文現象的主要特點——（1）迴圈性——水不斷通過蒸發、水汽輸送、降水和徑流等環節進行周而復始迴圈；（2）週期性——分別以多年、年、月、日等為單位的週期；（3）隨機性——指水文現象在時間上和空間上都有隨機性；（4）相似性——地理及氣候條件相似的河流其水文現象具有一定的相似性；（5）特殊性——不同的下墊面條件產生不同的水文變化特點。
迴圈性是基礎，週期性和隨機性是時程變化特徵，相似性和特殊性是地區變化特徵。
四、水文學研究方法——成因分析法（從物理成因出發，研究水文現象的形成過程並建立水文特徵值和有關因素間的數學物理模型，作為水文計算的依據並用於未來的水文情勢預報。特點：對資料的依賴性很強）；數理統計法（以概率論為基礎，根據實測資料，運用數理統計原理，求得水文現象特徵值的統計規律，建立水文現象與其影響因素間的經驗關係。
特點：簡單易行，但精度不高。在目前的研究中佔主導地位）；地理綜合法（根據水文現象的地區特性，利用大量的實測資料，找出其地區特性與分布規律，以經驗公式、水文引數或水文特徵特徵值的等值線圖形式表示。
特點：可為資料短缺地區提供相關水文資訊，但精度不高）
五、水資源的分類
按形成條件——地表水資源和地下水資源
按用水部門的用水情況——消耗性水資源和非消耗性水資源
按工程措施——天然水資源和調節水資源
六、水資源的特性
迴圈性——水迴圈，水體的相互轉化性；儲量的有限性——生態保護；用途的廣泛性——工業、農業、生活等；不可替代性——生命之源；利害兩重性——澇旱；時空分布的不均勻性——南北、冬夏、年份差異；可再生性——通過迴圈再生；公共性——大家的。
第二章水迴圈及徑流的形成
第一節地球上的水體
一、水在地理環境中的地位和作用
1、水是地球上分布最廣的物質——以氣態瀰漫於空間，以液態和固態遍布於地表、埋藏於地下。
2、水是地理環境中最重要的組成部分——水是溶劑，能參與生物的新陳代謝，是生命體的主要成分。
3、水文現象的變化能促使物質和能量的轉移和迴圈——水在相變過程中促使物質和能量的轉化和迴圈，把地球上的各要素緊密連成乙個整體。
4、水對地表形態起重要的塑造作用——由於水的外力作用，造就了豐富多彩的地貌形態。
5、水是巨大的廉價的能源，可供發電；同時也是豐富的資源——我國工業和人口的分布大多是依水分布的。
二、地球上的水資源
1、水資源的概念
1）廣義水資源——指水圈裡所有的水體。
廣義的水圈：地球上所有的水體。
狹義的水圈：海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川和地下水六大水體。
2）狹義水資源——可被人類直接利用的淡水資源，即河流、淡水湖泊和淺層地下水。
2、我國水資源特點
（1）水資源時空分布不均——南多北少，東多西少，夏季多冬季少。
季節變化（時間分布）
河川徑流的季節變化取決於河流的補給情況：
a 秦嶺以南雨水補給區，取決於降水季節分布。
b 東北地區、華北部分地區、黃河上游和西北部分地區，為雨水和冰雪融水補給區，有春、夏兩次汛期。
c 西北內陸地區祁連山、天山、阿爾泰山、崑崙山及青藏高原部分河流，以冰雪融化補給為主，徑流變化與氣溫密切相關。
（2）水量的年內、年際變化大，水旱災害頻繁發生。
（3）總量多人均少。
（4）水資源浪費嚴重——自然原因（時空分布不均）和人為原因（工農業生產和生活用水浪費嚴重）。
（5）汙染日益嚴重——工業、交通、生活用水導致汙染。
（6）地下水相對豐富，但要合理開發，貫徹持續利用的思想，防止過度開採。
（7）水土流失和泥沙淤積嚴重
第二節水迴圈與水平衡
1、水迴圈的概念
1）定義——水迴圈是指地球上各種形態的水體，在太陽輻射、地心引力等作用下，通過蒸發、水汽輸送、凝結降水、入滲及徑流等環節，不斷地發生相態轉變、能量交換的周而復始的運動過程。
2）環節——蒸發、輸送、降水、徑流等四個環節
3）型別——大迴圈、小迴圈和人為水迴圈
2、水分迴圈的原因
1）內因——水的「相態」變化，水汽是唯一在常溫常壓下能夠發生相變的氣體。
2）外因——太陽輻射（蒸發），大氣環流（水汽輸送），地球引力（降水）和地表性質（徑流）。即
◇水具有相變特性，氣相和液相水均有流動性。 ——水迴圈的基礎
◇ 地球引力的重力作用，太陽輻射的熱力效應。 ——水迴圈的源動力
◇ 水汽流動具有方向性，上公升、飄移、降水、下滲、徑流。 ——往復迴圈成為可能
3、水迴圈機理
(1) 水迴圈服從質量守衡定律。整個迴圈過程保持著連續性,既沒有開始,也沒有結尾.從實質上講,水迴圈是物質與能量的傳輸、儲存和轉化過程，而且存在於每乙個環節。
(2) 太陽輻射和重力作用，是水迴圈的基本動力。水的三態轉化為水迴圈提供了前提條件；環境因素在一定程度上影響著水迴圈的路途、規模和強度。
（3）水迴圈涉及到整個水圈，並深入大氣圈、岩石圈和生物圈。
（4）全球水迴圈是閉合系統，但區域性水迴圈是開放系統。
（5）地球上的水在交替迴圈過程中，總是溶解並攜帶某些物質一起運動。
4、水分迴圈在地理環境中的作用
1）促使地球上各水體相互聯絡，使水成為統一的整體——水圈。
2）使各圈層中的水體得到不斷更新，使水成為可再生資源——人類可獲得永不枯竭的水源和能源，汙染的水可以得到更新淨化。
3）促使其他物質的運動，改變自然地理環境面貌，形成各種各樣的地表景觀。
4）水分迴圈本身不僅是巨大的物質流，而且也是巨大的能量流，對全球能量的傳遞、輸送起重要作用。
5）水迴圈影響全球氣候——水迴圈通過對地表太陽輻射能的重新再分配，使不同緯度熱量的收支不平衡矛盾得到緩解；水迴圈的強弱及其途徑直接影響到各地的天氣現象，甚至決定地區氣候的基本特徵。
5、水體更替週期
（1） 概念——是指水體在參與水迴圈過程中全部水量被交替更新一次所需的時間。
（2）計算公式
t = w/ w
式中：t為更替週期（年、月、日），w為水體總量（m3）; w為水體年平均參與水迴圈的活動量（m3）。
（3）水體更替週期特點
a 全球不同水體的更替週期都不相同。
b 水體更替週期是反映水迴圈強弱的重要指標，也是反映水體水資源可利用的基本引數。
c 更替周期長，反映水體參與自然迴圈比較冷淡；更替周期短，反映水體參與自然迴圈比較活躍。
二、水量平衡
水量平衡概念——是指任意選定的區域（或水體），在任意時間段內，其收入的水量與支出水量之差等於該時間段內區域（或水體）內蓄水量的變化量，即水在迴圈過程中，從總體上來說收支是平衡的。
第三節降水
1 概念
降水是液態或固態的水汽凝結物，從雲中下降至地面的現象。雨、雪、霰、雹等都是降水現象。
2、降水成因和分類
降水的必要條件：大氣中含有足夠的水分和凝結核
充分條件：水蒸氣遇到冷空氣(氣溫降低)
分類——根據氣流上公升冷卻的原因不同分：氣旋雨（鋒面雨）；對流雨；地形雨；臺風雨。
3 、降水要素
降水量: 一定時段內降落在某一面積上的總水量。
降水歷時：一場降水自始至終所經歷的時間。
降水面積：降水所籠罩的面積。
降水強度：單位時間內的降水量。
4、點降水特性分析
（1） 降水量過程線 ：一段時間內（日、月、年）的降水量隨時間的變化過程。一般以直方圖表示。它是分析流域產匯流的基本資料。
（2）降水量累積曲線：以時間為橫座標，以自降水開始到各時刻降水量的累計值為縱座標繪製的曲線，自記雨量計中的曲線即為降水累計曲線。
（3）強度－歷時曲線：根據一場降水資料，統計其不同時段內最大平均雨強，然後以雨強為縱座標，時間為橫座標繪製而成。同一場降雨中雨強與歷時成反比。
（4）等雨量線：地區內降水量相等各點的連線。綜合反映了一定時段內降水量在空間上的分布變化規律。
5、面降水的計算
（1）算術平均法——以研究區域內各雨量站同時期的降水量相加除以站數。
式中：x——計算區域平均降水量（mm）;
xi——第i個取樣點的雨量值（mm）;
n——取樣點的個數.
優缺點：方法簡單但地形起伏不能太大，並且雨量筒分布要比較均勻,且密度較大。
（2）泰森多邊形法（垂直平分法）
條件：1）當流域內的雨量和雨量站分布不太均勻時；
2）假定流域各點的降水量可由與其距離最近的雨量站的雨量代表。
原理：在圖上將相鄰雨量站用直線連線而成若干個三角形，然後對各連線作垂直平分線，連線這些垂線的交點，得若干個多邊形，每個多邊形內有乙個雨量站，以該多邊形面積作為該雨量站所控制的面積。
優缺點：該方法可適用於雨量筒分布不均勻的地方，但各雨量筒控制的面積始終不變，在不同降雨過程中都視為定值因而會導致一定的誤差。
式中：x——區域平均降水量（mm）
x1，x2，…xn——各取樣點降水量（mm）
f——流域面積（km2）
f1，f2，…fn——各取樣點相應劃分面積（km2）
（3）等雨量線法：
條件——流域或區域面積較大，地形起伏，對降水量影響顯著，且有足夠的雨量站;
方法——先需繪製等雨量線，然後用求積儀或其他方法推求各雨量線的面積，乘以兩等雨量線間的平均雨量，最後累加。
優缺點：充分考慮了降雨的空間分布，計算精度較高，但對雨量筒的數量及代表性有較高要求。適用於面積較大、地形變化顯著但雨量站足夠的地區。
6、面降水特性分析（降水特性綜合曲線）
（1） 平均雨深－面積曲線
反映同一場降雨過程中，雨深與面積間對應關係的曲線，面積越大，平均雨深越小。曲線繪製方法是：從暴雨中心開始，分別量取不同等雨量線所包圍的面積及此面積內的平均雨深，點繪而成。
（2） 面平均雨深－面積－歷時曲線
反映同一場降雨過程中，不同降雨歷時，其面平均雨深隨面積的變化規律。曲線繪製方法是：分別選取不同時段（12、24、72小時）的等雨量線圖，求出各時段平均雨深～面積曲線，繪於同一張圖上，即可得到。
7、降雨的觀測
降雨的觀測有雨量筒、自記雨量計和數字型datalogger三類。但在國內目前多採用雨量筒和自記雨量計，數字型datalogger僅用於某些專門的研究工作，尚未得到普遍推廣應用。自記雨量計有虹吸和斜斗式2類，但不能用來測雪。
測雪用稱重式自記雨量計。
5章水資源計算與管理材料
第四章水文測驗與水文調查 第一節測站布設 一 水文測站的任務及分類 水文資料是各種水文分析的基礎，主要 於水文測站對各項水文要素的長期觀測。水文測站的基本任務是按照統一標準對指定地點 斷面 的水文要素做系統觀測與資料整理。河流水文測站負責對河流指定地點的 水位 流量 泥沙 蒸發 水溫 冰凌 水化學 ...
水資源規劃與管理
第一章緒論 1 水資源的概念 廣義水資源和狹義水資源 2 水資源的自然屬性和社會屬性 3 我國採取哪些措施解決水資源在時空分布及水資源不足的問題？4 水資源開發利用面臨的主要問題 5 水資源利用的型別 第二章水資源評價 1 水資源評價的物件 原則及內容 2 地表水資源量一般用什麼來表示？河川徑流的表...
水資源評價與管理 1
8 水迴圈的作用及意義 形成可再生的水資源 影響全球的氣候變化 形成豐富多樣的地形地貌 為生態系統提供生命支撐 形成一切水文現象 水迴圈是海陸間聯絡的紐帶。9 我國水資源開發利用所面臨的問題 總量多，人均少 地區分布不均 水土分布不均 水土配置很不平衡 年內年際變化大 水汙染問題嚴重 河流含沙量大 ...