水资源学教程教学课件左其亭05第五章水资源的基本理论.ppt

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1、第五章水资源的基本理论结合水资源学的主要内容，本章介绍了水量平衡原理、水环境容量理论、水资源价值理论、水资源优化配置理论、水资源可持续利用理论等内容。5.1水量平衡原理5.1.1水量平衡原理（1）基本方程水量平衡（waterbalance），是指任意选择的流域（或区域），在任意的时段内，其收入的水量与支出的水量之差等于其蓄水量的变化量。即在水循环过程中，从总体上来说水量收支平衡。水量平衡的基本方程为：式中：I为计算时段内某计算单元的总输入水量；O为计算时段内某计算单元的总输出水量；W1、W2为计算时段始、末某计算单元的蓄水量；ΔW为时段内蓄水量的变化量，ΔW＞0表示

2、该计算单元蓄水量增加，ΔW＜0则表示蓄水量减少。（2）全球水量平衡方程对于海洋系统来说，其水量平衡方程式可写成：式中：P洋为某一年海洋上的降水量；R为某一年大陆流入海洋的径流量；E洋为某一年海洋上的蒸发量；ΔW洋为某一年海洋蓄水量的变化量。对于多年平均情况，ΔW洋接近于0，故方程可简化为：式中：为海洋上多年平均蒸发量；为海洋上多年平均降水量；为大陆多年平均径流量。根据以上原理，可得到陆地多年平均情况下的水量平衡方程式：式中：为大陆多年平均蒸发量；为大陆多年平均降水量；为大陆多年平均径流量。由海洋和陆地系统的水量平衡方程，可得出全球水量平衡方程为：或式中：为全球多年平

3、均蒸发量；为全球多年平均降水量。（3）流域水量平衡方程对于一个天然流域，计算时段内的水量平衡方程式为：式中：P、R、E分别为计算时段内流域降水量、径流量和蒸发量；q入为计算时段内从外流域流入本流域的水量；q出为计算时段内本流域流到外流域的水量；ΔW为流域地面及地下蓄水量的变化量。对于无跨流域调水的闭合流域（地面分水线与地下分水线一致的流域），q入与q出均为0，则一般常用的流域水量平衡方程为：就长期来说，ΔW多年平均为0，则多年平均情况下的流域水量平衡方程为：上式表明，对于闭合流域，多年平均降水量等于多年平均径流量与多年平均蒸发量之和。（4）区域水量平衡方程对于某一区

4、域，在计算时段内其输入的总水量为：式中：I为计算时段内的区域总输入水量；P为计算时段内的区域降水量；Rr为计算时段内流入区域内的地表径流量；Rg为计算时段内流入区域内的地下径流量；q入为计算时段内由区域外调入的水量。输出的总水量为：式中：O为计算时段内的区域总输出水量；E为计算时段内的区域蒸发量；Rr′为计算时段内流出区域的地表径流量；Rg′为计算时段内流出区域的地下径流量；qu为计算时段内扣除蒸发量后的区域总耗水量，主要指工业、生活耗水量；q出为计算时段内由本区域的调出水量。区域水量平衡方程式为：就长期来说，其多年平均情况下的区域水量平衡方程为：式中：为区域多年平

5、均降水量；为流入区域内的多年平均径流量，；为流出区域的多年平均径流量，；为区域多年平均蒸发量；为区域多年平均调入水量；为扣除蒸发量后的区域多年平均耗水量；为区域多年平均调出水量。5.1.2水资源转化模型根据图3-2，可将水资源转化关系表达成一个由降水、蒸发、径流形成以及大气水—地表水—土壤水—地下水“四水”转化的全过程，水资源转化模型则是用来描述各水资源要素之间相互转化关系的数学工具。它清楚地表明了坡面、包气带和地下水的补排关系，以及水资源的由来和组成，并根据各要素间的水量平衡关系，对水资源进行定量分析。通常，天然流域是由上游山丘区和下游平原区组成，因此也将水资源转

6、化模型分为两部分来介绍。土壤水调蓄地下水调蓄地表水调蓄大气降水地面蒸发蒸发植物截留灌溉水回归植物蒸腾植物吸收蒸发潜水蒸发下渗下渗水面蒸发地表径流壤中流地下径流河川水库调蓄地表水引水或调水工农业生活用水外来水损耗土地利用覆被变化河川径流地下潜流地下水处理系统渗漏渗漏污废水自然水循环社会水循环（1）上游山丘区山丘区为径流形成区，一般情况下人类的取用水活动较少，且基本以水资源的天然转化为主，因此根据水量平衡原理，在计算时段内流域上游山丘区的水量平衡方程式为：式中：P为计算时段内的降水量；E为计算时段内的总蒸发量；R为计算时段内的河川径流量；Ug为计算时段内的地下潜流量；△

7、W为计算时段内蓄水变化量，包括地表水和地下水的蓄水变化量。在多年平均情况下，△W项可忽略不计，上式简化为：由于河川径流量R由地表径流量Rs和地下径流量Rg组成，总蒸发量E由地表蒸发量Es（包括土壤蒸发、植物蒸腾在内）和潜水蒸发量Eg组成，因此上式可写成：在山丘区，受地形坡度的影响，地下水的补给形式主要以降水入渗补给为主，地表水入渗补给相对较少。考虑多年平均情况下，则地下水的降水入渗补给量和排泄量应相等，这部分水量就是地下水资源量；而地下水的排泄量有河川基流（地下径流）、潜水蒸发、地下潜流。故地下水资源量可用下式表示：由此可见，山丘区水量平衡方程为：根据区域水资源