现代水文学8第八章水资源可再生性理论与评价
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现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题一、本文概述随着全球气候变化的加剧和人类社会对水资源需求的日益增长,现代水文水资源学科面临着前所未有的挑战与机遇。
本文旨在全面梳理现代水文水资源学科的体系框架,深入剖析其研究前沿和热点问题,以期为相关领域的研究者和实践者提供有价值的参考。
本文将首先回顾水文水资源学科的发展历程,阐述其基本概念和研究范畴,明确学科的定位与使命。
在此基础上,将重点分析现代水文水资源学科的研究前沿,包括气候变化对水文循环的影响、水资源评价与管理、水生态系统保护与恢复、水文极端事件与灾害风险评估等方面。
本文还将探讨当前水文水资源领域面临的热点问题,如水资源短缺与危机、水权与水市场、水资源利用效率与可持续性等。
通过对现代水文水资源学科体系及研究前沿和热点问题的系统梳理和深入剖析,本文旨在促进相关领域的学术交流与合作,推动水文水资源学科的创新与发展,为全球水资源的可持续利用和管理提供科学支撑。
二、现代水文水资源学科体系随着科学技术的快速发展和全球水资源问题的日益凸显,现代水文水资源学科体系已逐渐形成为一个综合性的、多学科的交叉领域。
它不仅涵盖了传统的水文学和水资源学内容,还融入了环境科学、生态学、地理学、气象学、社会学、经济学等多个学科的知识和方法。
现代水文水资源学科体系的核心在于对水循环过程的深入理解和模拟,包括降水、蒸发、入渗、径流等各个环节。
在此基础上,学科体系进一步扩展至水资源的评价、规划、管理、保护等方面,形成了水资源工程学、水资源管理学、水资源经济学、水资源生态学等分支学科。
同时,现代水文水资源学科体系还注重与其他相关学科的交叉融合。
例如,通过与环境科学的结合,研究水资源的污染与治理;通过与生态学的结合,探讨水资源开发与生态保护的平衡;通过与气象学的结合,分析气候变化对水资源的影响;通过与社会学和经济学的结合,评估水资源的社会经济价值及其合理配置。
在研究方法上,现代水文水资源学科体系强调定量分析与定性分析相结合,注重数据的采集与处理、模型的构建与验证,以及预测与决策支持系统的开发与应用。
水资源评价方法与应用技术水资源评价是指对特定区域、时间段内的水资源进行量化和综合分析的过程,旨在评估水资源的供需状况、优化水资源配置、制定合理的水资源管理措施,以实现可持续发展。
水资源评价方法应综合考虑自然和人文因素,以准确反映水资源状况。
在实际评价中,常用的方法包括水平衡方法、指标法、模型方法等。
水平衡方法是通过建立水量平衡方程,计算水资源量和水资源利用量之间的差额,进而评价水资源的供需关系。
该方法适用于简单的评价和预测,但对于复杂的水资源系统,存在一定的局限性。
指标法是根据反映水资源状况的指标来进行评价,常用的指标有水资源利用率、可持续水资源利用指数、地下水位变化率等。
该方法主要通过对指标的计算和比较,评估水资源的利用效益和可持续性。
虽然指标法计算简单,但不同指标的权重及具体计算方法存在一定争议,需结合实际情况进行合理选择。
模型方法是通过建立模型,模拟水资源系统的动态变化和影响因素之间的关系,从而评估水资源的量、质和利用潜力。
模型方法包括统计模型、物理模型、数学模型等,可以提供更为准确和全面的评价结果。
然而,模型方法对数据的要求较高,建立和运行模型也需要一定的技术和时间成本。
在应用水资源评价方法时,应注意以下几点。
首先,合理选择评价方法,根据评价目的和数据条件综合考虑。
其次,加强数据采集和处理,确保数据的准确性和可靠性。
第三,评价结果要与实际情况相结合,考虑社会经济发展、气候变化等因素的影响。
最后,评价应具有可操作性,提出具体的管理建议和技术措施。
水资源评价方法的应用技术也在不断发展。
随着遥感和地理信息系统等技术的发展,水资源评价中的空间分析和遥感监测得到了广泛应用。
通过遥感影像的获取和解译,可以获取水体覆盖面积、水体质量、水土流失等关键信息,为水资源评价提供了更为准确和全面的数据支持。
此外,人工智能、大数据等新兴技术在水资源评价中的应用也日益引起关注。
通过大数据分析,可以挖掘出水资源利用规律和趋势,优化水资源配置和管理。
水资源的经济价值评估及可持续利用研究近年来,随着全球气候变化的不断加剧,水资源越来越成为人们关注的焦点。
水是人类生存和发展的基础,而它的有效利用、保护和管理不仅关系到人类的生存和发展,更是经济发展的基石。
因此,本文将围绕水资源的经济价值评估及可持续利用展开探讨。
一、水资源的经济价值水资源的经济价值是指在满足人类生产和生活需要的基础上,水资源在经济活动中所产生的直接和间接价值。
直接价值包括水资源的商品价值和非商品化的生态价值;间接价值则包括水资源对其他自然资源和人类经济活动的支持作用,如农业、工业和能源等。
因此,水资源的经济价值是复合的、综合的一个概念。
1.1 水资源的商品价值水资源的商品价值主要指水的使用、加工、运输和排放等方面所体现的价值。
在农业方面,水的灌溉作用可以提高农业生产的效益;在工业方面,水是必不可少的原材料之一;在运输方面,水可以作为深水航道进行运输;在排放方面,水的质量需要得到环保部门的监管和治理。
这些方面的使用和运用可以带来一定的经济价值。
1.2 水资源的生态价值水资源的生态价值是指水对生态系统的支持作用所带来的纯生态价值。
水资源的生态价值主要表现在水生态系统的各种功能与生态效益方面。
例如,水可以维持湿地生态系统的稳定,促进各种生物种群的进步发展;水可以减轻城市热岛效应,改善环境质量等。
1.3 水资源的间接价值水资源的间接价值是指水对其他资源的支撑作用所带来的价值,是较为综合的一个概念。
水对农业、渔业、工业、能源生产等方面的支撑作用可以为其他产业的发展提供有力的支持,推动地区经济的发展和增长。
二、水资源的可持续利用水是资源的稀缺之一。
人类需要利用水资源,但又要保证水资源的可持续性,这正是现代经济所需要解决的问题。
2.1 节约用水节约用水是指在使用水资源的时候,要尽量减少浪费,提高水资源的利用率。
目前,在我国,节约用水已经成为全社会的共识。
在水门户类公司、企业和个人等各个层面上,都有相应的水资源节约措施。
水文学中的水资源评估水文学是研究水资源的分布、变化和利用的科学,其中水资源评估是水文学的重要组成部分。
水资源评估是指对某一水资源区域,通过对该地区水量、水质、水环境、水生态等方面进行全面评估,判断是否适用于用水需求,以及评估用水的可行性和可持续性。
本文将探讨水文学中水资源评估的相关内容。
一、水文学中的水资源评估原理水文学中水资源评估的原理是建立水资源评估指标体系,综合分析该地区的水资源状况,通过分析历史资料、实地调查、模拟预测等方法,以达到对该地区水资源的量化评估。
在综合考虑该地区水资源分布、水动态、水环境、水质、水资源利用等多方面因素,并结合用水需求和可持续性发展的原则,进行水资源评估,以获得对该地区水资源供需状况的科学认识和判断。
二、水资源评估指标体系水资源评估指标体系是衡量水资源的主要依据。
针对不同的水资源区域,水资源评估指标体系可以有所不同。
一般来说,水资源评估指标体系应包含以下几个方面:1.水资源规模:这个指标用于描述水资源的总体规模,例如总蓄水量等。
2.水资源分布:这个指标用于描述该地区水资源的分布特点,例如区域水资源的集中性和分散性等。
3.水资源动态:这个指标用于描述该地区水资源的动态变化,例如雨水、地下水、地表水等水资源随时间变化的情况。
4.水环境:这个指标用于描述该地区水环境状况,例如水体透明度、水温、水质等。
5.水资源利用:这个指标用于描述该地区水资源利用情况,例如用于灌溉、生产、城市供水等情况。
三、水资源评估方法1.历史资料分析:这种方法主要是分析历史资料来推测水资源的供需情况,例如利用历史降雨量、蒸发量、径流量等数据来推测未来水资源的变化。
2.实地调查:通过实地调查来了解该地区的水环境、水质、水动态等情况,加以评估。
3.模拟预测:通过数学模型、计算机模拟等方法,来预测未来水资源变化和水环境变化,以及评估不同管理和利用策略。
四、水资源评估的应用水资源评估是保障水资源的可持续利用和发展的基础。
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。
水资源可持续利用策略规划中评估方法总结水资源可持续利用是确保人类社会发展和生态环境保护的重要任务。
在制定水资源可持续利用策略和规划时,评估方法的选择和应用至关重要。
本文将总结水资源可持续利用策略规划中常用的评估方法,包括水资源量评估、水质评估和水资源利用效率评估。
首先,水资源量评估是制定水资源可持续利用策略的基础。
在评估水资源量时,可以采用多种方法,如统计法、模型法和遥感技术。
统计法是最常用的方法之一,通过对历史水文数据的分析和计算,得出水资源的可利用量和可供量。
模型法则是利用数学模型和计算机模拟技术,根据水文地质条件和水资源开发利用情况,预测未来水资源的供需状况。
遥感技术则是利用卫星遥感数据和图像处理技术,对水体面积、水位和蒸发量进行监测和估计。
其次,水质评估是保障水资源可持续利用的重要环节。
水质评估旨在监测和评估水体中各种污染物的浓度和影响程度,以确定水资源的可用性和安全性。
常用的水质评估方法包括采样分析法、生物监测法和水质指数法。
采样分析法是通过采集水样进行实验室分析,确定水体中各种污染物的浓度。
生物监测法则是利用特定的指示生物物种对水环境中的污染物进行监测和评估。
水质指数法综合考虑多个水质参数,用一个综合指数来评估水体的质量。
最后,水资源利用效率评估是衡量水资源可持续利用程度的重要指标。
水资源利用效率评估方法可以分为定量评估和定性评估两种。
定量评估方法通过统计和分析水资源开发利用的数据,计算出各项水资源利用指标,如水利用系数、水资源回用率等。
而定性评估方法则主要依靠专家判断和经验,综合考虑水资源利用的经济、社会和环境效益,给出一个综合评价指标。
除了以上三个主要的评估方法,还有一些其他方法也常常用于水资源可持续利用策略规划中,如社会经济评估方法、生态环境评估方法等。
社会经济评估方法可以评估水资源开发利用对经济社会发展的影响,例如通过成本效益分析评估水资源的经济价值和投资回报率。
生态环境评估方法则可以评估水资源开发利用对生态环境的影响,例如通过生态水量评估,评估水资源的生态需求和保护措施的有效性。
左其亭,王中根著,现代水文学
.100 .第八章水资源可再生性理论与评价
近年来,日益严重的水资源问题对人类生存、经济发展和世界和平构成了极大的危害。
据世界银行最新报告,全球近40%的人口得不到足够的洁净用水,约1/3人口生活在中度和严重缺水地区。
联合国早在1997年《世界水资源综合评估报告》中就指出:“缺水问题将严重地制约21世纪经济和社会发展,并可能导致国家间的冲突。
”
水资源危机的出现迫使人们积极探讨水资源可持续利用的具体方法与途径,开发利用水资源也进入了“资源水利”的新时代(汪恕诚,1999)。
实现水资源可持续利用,一是加强管理,改变观念,面向生态,面向可持续发展;二是加强水资源水文学基础研究,探讨水资源可持续利用的物理机制。
其中,水资源可再生性及其维持机理的研究是一个十分关键的问题,也是现代水文学和水资源学研究的前沿问题。
本章仅对水资源可再生性的基本理论与评价作简要的介绍与探讨。
§8.1 水资源可再生性概念
人们早已知道水是可以重复利用的可再生性资源。
水的可再生性直接来源于地球上不同尺度的水文循环过程。
如何认识水的可再生性?如何从水文循环基础出发,探讨水资源的生成与演化规律以及可再生性维持机理?是摆在现代水文学和水资源学面前的一大难题。
也是现实生活中解决诸如“黄河断流”等重大水资源问题所必须解决的理论基础问题。
目前,关于水资源可再生性的理论体系尚在形成之中。
许多基本概念还需要进一步的讨论和完善。
作者曾参加过刘昌明院士主持下的国家“973”重点项目(G1999043605)“黄河流域水资源演化规律与可再生性维持机理”,对水资源可再生性的概念、描述方法和评价理论进行了全面的研究。
本节首先基于水资源的概念,探讨了水资源可再生性的内涵与实质。
8.1.1 水资源的概念
水资源的含义十分丰富,具有广义和狭义之分。
广义的水资源,是指地球上水的总体。
如,在《英国大百科全书》中,水资源被定义为“全部自然界任何形态的水,包括气态水、液态水和固态水”。
在《中国大百科全书》(水利卷)中也有类似的提法,定义水资源为“自然界各种形态(气态、液态和固态)的天然水”。
狭义的水资源,是指与生态环境保护和人类生存与发展密切相关的、可以利用的、而又逐年能够得到恢复和更新的淡水,其补给来源为大气降水。
该定义反映了水资源具有下列性质:(1)水资源是生态环境基本要素,是人类生存与发展不可替代的自然资源;
(2)水资源是在现有技术经济条件下通过工程措施可以利用的水,且水质应符合人类利用
第八章水资源可再生性理论与评价
的要求;
(3)水资源是大气降水补给的地表、地下产水量。
(4)水资源是可以通过水文循环得到恢复和更新的资源。
8.1.2 水资源可再生性的内涵
水资源是一种逐年能够得到恢复和更新的可再生资源。
水资源的可再生性是指流域(或单元水体)水资源在水量上损失后(如蒸发、流失、取用等)和(或)水体被污染后,通过大气降水和水体自净(或其它途径)可以得到恢复(即更新)的一种综合能力。
水资源的可再生性与水量、水质有直接联系。
如果细分水资源可再生性,主要表现在两个方面:①水资源量可再生性;②水资源质可再生性。
8.1.2.1 水资源量可再生性
水资源量可再生性是指流域(或单元水体)水资源在水量上被损失后(如蒸发、流失或取用等),通过大气降水和其它途径可以得到恢复(即更新)的一种能力。
它与流域蓄水特性、水循环过程的周期性、水体的补给以及更新速率有联系。
维持水资源量可再生性是有条件的。
由于一定时段内(如年)流域降水量和蓄水容量是有限的,水资源的更新能力也是有限的。
当水资源被超量开采(例如动用了地下水的静态储量),会影响流域水资源的恢复能力;当超量状态持续下去,水循环的补给与输出平衡关系遭到破坏,超过了水资源可更新的最低限度,将导致水资源的不可更新。
为了维持流域水量的可再生性,一般要求流域(或区域)水资源的平均时段(如年)耗用量不超过流域(或区域)的多年平均水资源量,那么被耗用的水资源量可以通过大气降水得到恢复和补充。
因此,流域水资源量可再生性与时段内(如年)流域的耗水量和流域内产水量有着密切的联系。
而影响流域产水与耗水的因素(如地形、地貌、土壤、植被、气候、降水、以及人类活动的用水和排污等等),是影响水资源量可再生性的主要因素。
以上的分析同样适用于单元水体水资源量可再生性。
8.1.2.2 水资源质可再生性
就水资源可再生性问题而言,只谈水资源的量是不完整的。
因为即使有一定量但是受到严重污染的水体,也不能称为“水资源”。
因此,研究水资源可再生性必须考虑水资源量和质这两个方面。
水资源质可再生性是指水资源所赋存的水体在水文循环过程中,遭受自然或人为污染后,通过水体的自净功能使水质得以恢复的一种能力。
水资源质的可再生性与水体的纳污和自净有着密切的联系。
当污染物进入水体的强度低于水体的自净能力时,或者污水排放量处于水体环境容量以内时,水质将可以恢复,此时水质具有可再生性。
反之,水质将恶化,水质可再生性遭到破坏。
水资源量的可再生性与水资源质的可再生性有着天然紧密的联系,水资源量可再生性直接与水文循环特性有关,它是水资源质可再生性的基础,水资源质可再生性与人类活动排污直接联系。
例如,河流在枯水期水体更新慢,水资源量可再生性小。
在同等排污情况下,枯水期水
.101 .
左其亭,王中根著, 现代水文学
.102 . 质比丰水期的差,水资源质可再生性也就小。
水资源量可再生性和水资源质可再生性综合决定了水资源整体的可再生性。
只有当水资源量和质的可再生能力都大时,水资源的可再生性才高。
这是因为水资源内涵包含水量和水质两方面含义,水量的亏损和水质的污染都是对水资源的一种损耗。
从以上的分析中可以看出,水资源可再生性离不开水文循环过程。
§8.2 水资源可再生性描述方法
水资源可再生性包括水量可再生性和水质可再生性两个方面,其中水资源量可再生性是水质可再生性的基础。
由于研究的阶段性,本文仅探讨水资源量可再生性的问题,重点研究水资源量可再生性的定量描述、评价指标和评价方法等几个关键性问题。
图8.2.1是水资源量可再生性理论研究框架。
图8.2.1 水资源量可再生性理论研究框图
从图8.2.1可知,目前水资源可再生性的研究对象总要定位于水文循环陆面过程中的流域系统。
研究思路是:首先,基于DEM 将流域分成若干个相互联系的水文响应单元。
其次,通过流域分布式水文模型的模拟计算,得到每个单元用于度量和评价水资源量可再生性的基础数据。
最后,再综合计算和评价流域水资源量的可再生性。
其中单元水体水文循环特征的描述和水资源量可再生性的度量是研究的核心与基础。
8.2.1 单元水体水资源量可再生性的度量。