水文水资源基础下.pptx

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1、1主要内容：1.水资源基本概念2.水资源评价3.开发利用评价4.需水、供水与供需平衡5.节约用水6.水资源规划7.水文预报8.防洪第1页/共159页2开发利用评价开发利用评价节水规划节水规划保护与防治保护与防治合理配置合理配置工程布局与实施方案工程布局与实施方案需水预测需水预测水资源查评价水资源查评价供水潜力供水潜力水水资资源源综综合合规规划划信信息息系系统统建建设设水水资资源源综综合合规规划划专专题题研研究究保障措施保障措施实施效果评价实施效果评价非工程措施实施方案非工程措施实施方案水资源综合规划水资源综合规划第2页/共159页3主要内容：1.水资源基本概念2.水资源评价3.开发利用评价4.

2、需水、供水与供需平衡5.节约用水6.水资源规划7.水文预报8.防洪第3页/共159页4一、水资源基本概念水资源的定义水资源的分类水资源的特点第4页/共159页5水资源的定义：1988年联合国教科文组织(UNESCO)和世界气象组织(WMO)定义：作为资源的水应当是作为资源的水应当是可供利用或可能被利用可供利用或可能被利用，具有，具有足够数量和可用质量足够数量和可用质量，并，并且可适合对某地为满足水资源需求而能长期供应的水源。且可适合对某地为满足水资源需求而能长期供应的水源。第5页/共159页6水资源的概念大不列颠百科全书的定义：全部自然界任何形态的水，包括气态水、液态水和固态水的全部量中国水利

3、百科全书（1991年版）：地球上所有气态、液态或固态的天然水。人类可利用的水资源主要指某一地区逐年可以恢复和更新的淡水资源。地球上的水资源可分为两类，一类是永久储量，更新周期长，更新及缓慢，如深层地下水；另一类是年内可恢复的储量，它积极参与全球水循环，逐年得到更新，在较长的时间内保持动态平衡，即通常所说的可利用水资源量第6页/共159页7水资源的定义：狭义水资源：人类在一定的经济技术条件下能够直接利用的淡水。人类在一定的经济技术条件下能够直接利用的淡水。广义水资源：在一定的经济技术条件下能够直接或间接适用的各种水和水中物质，在社会在一定的经济技术条件下能够直接或间接适用的各种水和水中物质，在社

4、会生活和生产中具有适用价值和经济价值的水都可成为水资源。生活和生产中具有适用价值和经济价值的水都可成为水资源。第7页/共159页8水资源的分类：按存在形式分为地表水和地下水：地表水地表水：河流、湖泊、沼泽、冰川等水体的总称。：河流、湖泊、沼泽、冰川等水体的总称。降水、径流、蒸发是决定区域水资源状况的三要素。降水、径流、蒸发是决定区域水资源状况的三要素。我国降水时空分布：我国降水时空分布：东多西少、南多北少、夏秋多春冬少东多西少、南多北少、夏秋多春冬少径流的时空分布：季节性强；东南向西北递减径流的时空分布：季节性强；东南向西北递减蒸发的时空分布：东南向西北递减；与降水类似蒸发的时空分布：东南向西

5、北递减；与降水类似第8页/共159页9水资源的分类：按存在形式分地表水和地下水：地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水称之为地下水。地下水：埋藏在地表以下空隙（孔隙、裂隙、溶隙）中的水称之为地下水。地下水的分类：上层滞水（土壤水）地下水的分类：上层滞水（土壤水）潜水潜水 承压水承压水第9页/共159页10水资源的特点：资源的循环性：水文循环，动态资源水文循环，动态资源储量的有限性：全球淡水资源仅占全球总水量的全球淡水资源仅占全球总水量的2.52.5，真正能被利用的占，真正能被利用的占0.80.8时空分布的不均匀性：开发利用的多样性：生产、生活、生态生产、生活、生态利、害双重性：洪

6、水、旱灾、污染洪水、旱灾、污染第10页/共159页11水资源总量及特点全球“水资源”总量 总量：138.6 亿亿m3淡水：3.5亿亿m3，占全球2.53%可更新的淡水：46.8 万亿m3/年，占淡水0.1337%“水资源”特点咸多淡少;静多动少;时空不均。第11页/共159页12水资源特点第12页/共159页13一个国家或地区的人均水资源有的很多，有的很少（m 3/人，1986年人口计）13 多的多的 少的少的国家或地区国家或地区 人均水资源人均水资源国家或地区国家或地区 人均水资源人均水资源法属圭亚那法属圭亚那 142.8万万 突尼斯突尼斯 356冰冰 岛岛 69.3万万 巴勒斯坦与以色列巴

7、勒斯坦与以色列 476加加 蓬蓬 13.9万万 印印 度度 2305加拿大加拿大 8.85万万 中国中国 2529美美 国国 1.23万万 全世界全世界 9520第13页/共159页14主要内容：1.水资源基本概念2.水资源评价3.开发利用评价4.需水、供水与供需平衡5.节约用水6.水资源规划7.水文预报8.防洪第14页/共159页15二、水资源评价水量评价：地表水资源量地表水资源量地下水资源量地下水资源量水质评价：水资源评价资料的要求：“三性”：可靠性、一致性、代表性 第15页/共159页1616什么是水资源评价什么是水资源评价水资源评价的概念：联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织

8、（WMO）推荐：水资源评价是指对水的来源、数量范围及其可依赖程度、水的质量等方面的确定，它不限于对已列入水文整编目录中的可供水资源量，还根据对社会经济和环境的考虑对水的各方面进行评价。第16页/共159页17统计分析的几个概念均值：均方差：相对于分布中心的离散程度。离差系数：均方差与均值之比值，不同随机变量之间各自离散程度的比较。偏态系数：反映分布对重心（期望值）是否对称。经验频率：第17页/共159页182.1 地表水资源量：地表水资源的收支项：降水、蒸发、径流降水、蒸发、径流地表水资源的分类地表水资源的分类:河流：最主要部分，通常可代表地表水资源量河流：最主要部分，通常可代表地表水资源量湖

9、泊湖泊冰川冰川第18页/共159页1919地表水资源量水文站（实测）水文站（天然）还原修正多年径流深等值线图出入境水量主要控制站月年径流量代表站天然径流月分配计算分区天然年径流流域三级区地级行政区参数特征值第19页/共159页20地表水资源量的评价：单站径流资料统计分析主要河流年径流量计算分区地表水资源量计算地表水资源时空分布特性分析地表水资源可利用量估计人类活动对河流径流的影响分析第20页/共159页21河流径流计算方法：成因分析法：通过对观测资料或试验资料分析，建立某一水文特征值与其影成因分析法：通过对观测资料或试验资料分析，建立某一水文特征值与其影响因素之间的函数关系，从而预测未来的水文

10、情势。响因素之间的函数关系，从而预测未来的水文情势。地理综合法：利用已有固定观测站点的长期观测资料确定河流水文特征值在地理综合法：利用已有固定观测站点的长期观测资料确定河流水文特征值在区域内的时空分布规律，预估无资料流域未来水文情势的方法。区域内的时空分布规律，预估无资料流域未来水文情势的方法。第21页/共159页22河流径流计算方法：数理统计法：根据水文现象的随机性特征，运用概率论和数理统计的方法，数理统计法：根据水文现象的随机性特征，运用概率论和数理统计的方法，分析河流水文特征值系列的统计规律，并进行概率预估，从而得出水资源开分析河流水文特征值系列的统计规律，并进行概率预估，从而得出水资源

11、开发利用工程所需的设计水文特征值。发利用工程所需的设计水文特征值。数学模型法：概念型模型和机理性模型数学模型法：概念型模型和机理性模型 第22页/共159页23年径流量分析：年径流量：一个年度内通过河流某断面的水量，称为该断面以上流域的年径一个年度内通过河流某断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量，单位是流量，单位是m3。年径流深：年径流量折算成水深，年径流量折算成水深，mm多年平均年径流量：利用数理统计方法求出实测各年径流量的均值，即为多：利用数理统计方法求出实测各年径流量的均值，即为多年平均年径流量。年平均年径流量。第23页/共159页24年径流量分析：年径流量的时空变异：年径流量的时空

12、变异：区域性变化：五带（见后页表）区域性变化：五带（见后页表）年内变化：降水为主的，降雨为主兼有积雪融水的，融雪为主兼有降雨的年内变化：降水为主的，降雨为主兼有积雪融水的，融雪为主兼有降雨的影响年径流量的因素：影响年径流量的因素：气候：降雨、降雪、蒸发等气候：降雨、降雪、蒸发等下垫面条件：地形、植被、土壤和地质、湖泊和沼泽、流域大小、水利工下垫面条件：地形、植被、土壤和地质、湖泊和沼泽、流域大小、水利工程等程等第24页/共159页25名称年径流深mm对应的降雨带丰水带 800十分湿润带多水带200800湿润带过渡带50200半湿润带少水带1050半干旱带干涸带3-6升，价格高出两三百元，200

13、5年1月1日，国家标化委员会将6升水便器配套系统列为国家强制性标准，从法律上使节水洁具在市场上占据不可取代的地位，而传统的耗水型卫生洁具将退出市场。第114页/共159页115115COMPOSTCOMPOSTCOMPOSTLahar AreaESTEROS&CREEKSStationFactoryPedicabboatPASIG RiverProductOrganicFertilizerSuburbCapital RegionRecycling SystemFarmlandkitchentoiletBIOTOILETChemicalfertilizer第115页/共159页116生态厕所第1

14、16页/共159页117雨水利用第117页/共159页118雨水利用第118页/共159页119北京市水价类别自来水价格污水处理费价格综合价格居民2.800.903.70行政事业3.901.505.40工商业4.101.505.60宾馆、饭店餐饮业4.601.506.10洗浴业60.001.5061.50洗车业40.001.5041.50纯净水40.001.5041.50农业赔水0.6000.60中水1.0001.00第119页/共159页120主要内容：1.水资源基本概念2.水资源评价3.开发利用评价4.需水、供水与供需平衡5.节约用水6.水资源规划7.水文预报8.防洪第120页/共159页

15、121七、水文预报流域产汇流水文预报第121页/共159页1227.1 流域产汇流流域产汇流产流方式：超蓄产流（蓄满产流）：超蓄产流（蓄满产流）：只有在包气带达到田间持水量后才产生径流的产流方式。是湿润地区的主要产流方式。只有在包气带达到田间持水量后才产生径流的产流方式。是湿润地区的主要产流方式。超渗产流：超渗产流：由于降雨强度超过地面下渗容量而产生径流的产流方式。是干旱地区的主要产流方式。由于降雨强度超过地面下渗容量而产生径流的产流方式。是干旱地区的主要产流方式。第122页/共159页123产流特点：产流特点：超蓄产流特点：包气带土壤含水量达到田间持水量（蓄水容量）后才产生径流；包气带土壤含

16、水量达到田间持水量（蓄水容量）后才产生径流；径流量径流量R R中包括地面径流和地下径流，合称为总径流量，即中包括地面径流和地下径流，合称为总径流量，即 R R=RsRs+RgRg。第123页/共159页124产流特点：产流特点：超渗产流特点：包气带土壤含水量总是达不到田间持水量（蓄水容量），但也可以产生径流包气带土壤含水量总是达不到田间持水量（蓄水容量），但也可以产生径流R R，起因于降雨强度，起因于降雨强度i i 入入渗能力渗能力f fp p ；径流量径流量R R中仅是地面径流，而不产生地下径流，即中仅是地面径流，而不产生地下径流，即 R=RsR=Rs。第124页/共159页125流域蓄水容

17、量(面积分配)曲线：0 1C CWmm蓄水容量蓄水容量 f 蓄水容量蓄水容量 的流域累计面积；的流域累计面积；F 全流域面积全流域面积最大的蓄最大的蓄水容量水容量第125页/共159页1267.2 水文预报水文预报含义：根据水文要素或其影响因素的过去或现时状根据水文要素或其影响因素的过去或现时状态，对其未来状态作出回答。态，对其未来状态作出回答。分类：按预见期分类：按预见期分类：短期水文预报：预见期小于或等于流域汇流时间短期水文预报：预见期小于或等于流域汇流时间中长期水文预报：预见期大于流域汇流时间中长期水文预报：预见期大于流域汇流时间第126页/共159页127按预报目的分类：洪水预报：为防

18、汛抗旱而进行的预报为防汛抗旱而进行的预报枯水预报：为农业灌溉、水力发电和水环境保护而进行的预报。为农业灌溉、水力发电和水环境保护而进行的预报。墒情预报：为农业抗旱服务为农业抗旱服务冰情预报：为防治和抗御冰凌洪水服务为防治和抗御冰凌洪水服务水质预报：为防治水源污染、改善水环境服务为防治水源污染、改善水环境服务水库水文预报：为确保大坝安全和水库的兴利、防洪的合理调度或优化调度为确保大坝安全和水库的兴利、防洪的合理调度或优化调度服务服务施工洪水预报：为水利工程安全施工服务为水利工程安全施工服务第127页/共159页128短期洪水预报：河段洪水预报：根据河段上断面已出现的洪水过程，推算其下断面将要出现

19、的洪水过程方法：相应水位(流量)法；合成流量法；流量演算法流域降雨径流预报：根据流域上一场降雨过程推算出流域出口断面未来出现的洪水过程。第128页/共159页129上上游游站站洪洪峰峰水水位位(m)下游站洪峰水位下游站洪峰水位(m)传播时间传播时间(hr)相应水位法：利用上下游洪峰水位及相应的转播时间的相关图进行预报：21.4m 07/16/7:008hr18.4m 07/16/15:00第129页/共159页130Q33Q1Q212QQQ1+Q2+Q3下游断面洪峰流量上游三站合成洪峰流量Q1、Q2、Q3：均为上游各站的实测流量；Q：下游站预报的流量；合成流量法：合成流量法：合成流量法：合成流

20、量法：有支流汇入的河道有支流汇入的河道第130页/共159页131联解得：流量演算法：马斯京根法式中，式中，C0，C1，C2分别为分别为K,x,t 的函数，它们的的函数，它们的数学表达式分别为：数学表达式分别为：第131页/共159页132x：流量比重因子;K:槽蓄系数第132页/共159页133枯水预报：枯水期河中的流量主要由汛末滞留在流域中的蓄水量的消退形成。主要方法：退水曲线法：根据前一时刻的退水流量来预报后一时刻的退水流量。根据前一时刻的退水流量来预报后一时刻的退水流量。前后期径流相关法：根据流域前期径流量来预报未来的后期径流量。根据流域前期径流量来预报未来的后期径流量。第133页/共

21、159页134主要内容：1.水资源基本概念2.水资源评价3.开发利用评价4.需水、供水与供需平衡5.节约用水6.水资源规划7.水文预报8.防洪第134页/共159页135八、防洪洪水三要素防洪标准设计洪水洪水控制与管理洪水调度及水库调洪计算防洪预案第135页/共159页136洪水三要素：洪峰：洪峰：洪峰流量，一次洪水过程中的最洪峰流量，一次洪水过程中的最大流量，大流量，m3/s洪量：洪量：一次洪水的总径流量，一次洪水的总径流量，m3洪水过程线：洪水过程线：一次洪水的流量与时间的一次洪水的流量与时间的关系曲线关系曲线第136页/共159页137Q(m3/s)Bt1t2TDCtAEQ mW洪水过程

22、示意图 Qm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水过程中的最大流量；W：一次洪水的总径流量(m3)，即ABCDE所所包围的面积；A：洪水起涨点；B：洪峰点；C：退水结束点；t1：涨水历时；t2：退水历时；T：洪水总历时 (T=t1+t2)第137页/共159页138洪水的危害性：是我国主要的自然灾害之一，约有是我国主要的自然灾害之一，约有2/32/3的国土面积受到洪水灾害的威胁的国土面积受到洪水灾害的威胁;威胁生命安全威胁生命安全造成财产损失造成财产损失影响社会稳定影响社会稳定第138页/共159页139防洪标准：GB50201-94水利水电枢纽工程的等别和级别工工程程等等别别水库水库防洪防洪治涝治

23、涝灌溉灌溉供水供水水电站水电站工程规模工程规模总库容总库容（108m3）城镇及城镇及工矿企工矿企业的重业的重要性要性保护农保护农田田(万亩万亩)治涝面治涝面积积(万亩万亩)灌溉面灌溉面积积(万亩万亩)城镇及城镇及工矿企工矿企业的重业的重要性要性装机容装机容量量（104KW）大大(1)型型10特别特别重要重要500200150特别特别重要重要120大大(2)型型101.0重要重要5001002006015050重要重要12030中中 型型1.00.10中等中等100306015505中等中等305小小(1)型型0.100.01一般一般30515350.5一般一般51小小(2)型型0.010.00

24、1 530.5 1001005050202010第143页/共159页144城市的等级和防洪标准等级等级重要性重要性非农业人口非农业人口（万人）（万人）防洪标准防洪标准重现期（年）重现期（年）特别重要的城市特别重要的城市150200重要的城市重要的城市15050200100中等城市中等城市502010050一般城市一般城市15030010050150503001005030502010030302020302010乡村防护区的等级和防洪标准第144页/共159页145设计洪水：定义：用以设计水利工程所依据的各种标准的洪水称为设计洪水。内容：设计洪峰流量设计洪量设计洪水过程第145页/共159页

25、146设计洪水的方法：由流量资料推求设计洪水：由流量资料推求设计洪水：有实测洪水的地区有实测洪水的地区由暴雨资料推求设计洪水：由暴雨资料推求设计洪水：有实测暴雨的地区有实测暴雨的地区由水文气象资料推求设计洪水：由水文气象资料推求设计洪水：有水文气象观测资料的地区有水文气象观测资料的地区利用暴雨等值线图和一些简化公式估算设计洪水利用暴雨等值线图和一些简化公式估算设计洪水：缺乏资料地区，小流域：缺乏资料地区，小流域第146页/共159页147由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水作洪峰流量Q Qm m及设计洪量W Wt t的频率计算，分别求得设计频率为P P的相应洪峰流量Q Qm m和设计洪

26、量W Wt t选择流域中代表大洪水的实测洪水过程为典型，以W Wtptp及Q Qmpmp为控制放大典型洪水过程典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法第147页/共159页148由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水设计暴雨的计算设计洪水的计算：设计净雨推求设计洪水（单位线法）典型洪水过程发大的方法：同倍比放大法，分时段同频率放大法第148页/共159页149由气象资料推求设计洪水由气象资料推求设计洪水可能最大暴雨推求可能最大洪水可能最大暴雨PMPPMP与气象资料有关产汇流计算小流域设计洪水小流域设计洪水缺乏资料地区，重点是设计洪峰流量的推求第149页/共159页150洪

27、水控制与管理措施工程措施：堤防工程堤防工程水库调蓄水库调蓄水土保持水土保持分洪、滞洪与蓄洪垦殖分洪、滞洪与蓄洪垦殖河道整治河道整治第150页/共159页151洪水控制与管理措施非工程措施：洪水情报、预报和警报洪水情报、预报和警报洪水风险分析洪水风险分析防洪法规防洪法规洪水保险洪水保险防洪调度防洪调度第151页/共159页152洪水调度及水库调洪计算洪水调度：依据水库的水位、入库流量、洪水调度：依据水库的水位、入库流量、特定时段的降雨量等条件，确定水库的特定时段的降雨量等条件，确定水库的泄水方式和泄流量。泄水方式和泄流量。目的：减小洪灾、发挥效益目的：减小洪灾、发挥效益第152页/共159页15

28、3洪水调度及水库调洪计算规则：规则：汛期洪水到来之前，水库坝前水位不超过防洪限制水位汛期洪水到来之前，水库坝前水位不超过防洪限制水位调洪过程中来水不超过防洪标准时，控制泄流量加上区间合成流量不超调洪过程中来水不超过防洪标准时，控制泄流量加上区间合成流量不超过下游河道的安全泄流量，坝前水位不超过防洪高水位过下游河道的安全泄流量，坝前水位不超过防洪高水位来水超过防洪标准时，加大泄流量，确保大坝安全来水超过防洪标准时，加大泄流量，确保大坝安全洪峰过后尽快将库水位降至防洪限制水位洪峰过后尽快将库水位降至防洪限制水位第153页/共159页154水库调洪 由于水库有调节库容，当洪水通过水库时，调节库容可将

29、部分洪水拦蓄和由于水库有调节库容，当洪水通过水库时，调节库容可将部分洪水拦蓄和滞留在水库中，从而改变洪水过程线的形状，削减天然河道的洪峰流量，滞留在水库中，从而改变洪水过程线的形状，削减天然河道的洪峰流量，以达到河道防洪和保证建筑物安全的目的，这就是水库的调洪作用。以达到河道防洪和保证建筑物安全的目的，这就是水库的调洪作用。第154页/共159页155水库调洪的基本原理：基本原理：其中，其中，Q1，Q2计算时段初、末的入库流量计算时段初、末的入库流量 q1,q2计算时段初、末的下泄流量计算时段初、末的下泄流量 V1，V2计算时段初、末水库的蓄存水量计算时段初、末水库的蓄存水量 Q，q分别为计算

30、时段中的平均入库、下泄流量分别为计算时段中的平均入库、下泄流量已知入库洪水过程线时，已知入库洪水过程线时，Q1，Q2，Q已知，已知，V1，q1为初为初始条件，则可以由上面两个方程推求始条件，则可以由上面两个方程推求V2，q2。第155页/共159页156水库调洪计算方法：（1）列表试算法（常用方法）列表试算法（常用方法）（1）半图解法）半图解法（2）简化三角形法）简化三角形法（3）无闸门控制时水库调洪计算）无闸门控制时水库调洪计算（4）有闸门控制时水库调洪计算）有闸门控制时水库调洪计算（5）坝顶高程的确定）坝顶高程的确定第156页/共159页157 防洪预案的编制原则：原则：贯彻行政首长负责制；以防为主，防抢结贯彻行政首长负责制；以防为主，防抢结合；全面部署，保证重点；统一指挥，统合；全面部署，保证重点；统一指挥，统一调度；服从大局，团结抗洪；工程措施一调度；服从大局，团结抗洪；工程措施和非工程措施相结合；尽可能调动全社会和非工程措施相结合；尽可能调动全社会积极因素因素。积极因素因素。第157页/共159页158防洪预案的编制主要内容：1.确定重点防护对象2.防御设防标准以内洪水方案3.防御超标准洪水方案4.防御山地灾害方案5.防御台风暴潮灾害方案6.防御冰凌洪水方案7.防御突发性洪水方案第158页/共159页159感谢您的观看！第159页/共159页