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第一章绪论
本章内容包括学习水资源的基本含义与特征,水资源研究的现状与发展趋势,当前水资源研究的热点学术问题以及水资源利用与管理的理论与方法进展。
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●1.1水资源基本含义
《水资源利用与保护》课程的学习内容,本门课程的研究对象,水资源的认识过程及其基本含义。
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●1.2水资源特性
水资源的特性以及不同特性与水资源利用与保护的关系。
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第二章水循环与水资源开发利用状况
地球水量存储与分类、水循环成因、类型与作用,水量平衡概念,通用水量平衡方程、全球水量平衡和流域水量平衡方程;水资源的利用状况与趋势;世界水资源概况;中国水资源概况、特征与利用状况。
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●2.1地球上水资源总量
地球上水资源的总量与分类,区域水资源量的确定。
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●2.2地球水循环
水循环类型、水循环成因、水循环作用、水循环与水资源的关系,水体更替周期,研究水体更替周期的意义。
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●2.3水量平衡
水量平衡概念,水量平衡与水循环的关系,与水资源量的关系,通用水量平衡方程、全球水量平衡和流域水量平衡方程,研究水量平衡的重要性。
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●2.4全球水资源
全球工业、农业及生活用水状况、全球水资源开发利用面临的问题及开发利用趋势。
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●2.5中国水资源
中国水资源量的概况、中国水资源时空分布特征及其与水资源开发利用的关系、中国水资源开发利用状况, 中国水资源面临主要问题。
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第三章水资源量评价
地表水资源的形成、降水、径流、蒸发,评价指标与评价方法;地下水资源形成、分类、评价内容与原则;地下水资源补给量和储存量的计算,允许开采量的评价。
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●3.1地表水资源的形成与类型
降水、径流。主要学习表征降水与径流时空变化特征的参数,研究河流补给的类型及意义,蒸发的类型及干旱指数。
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●3.2河流经流计算
河流水文现象的基本特征及计算方法,河流水文计算的概率和数理统计方法。
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●3.3分区地表水资源量的评价
水资源分区原则与方法, 分区地表水资源量的评价。
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●3.4地下水资源的形成
水资源评价主要包括地表水资源评价和地下水资源评价,学习地下水资源评价之前要首先了解地下水资源的形成,包括岩石的空隙性、岩石中水的存在形式,含水层与隔水层。
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●3.5地下水资源的运动规律
地下水的分类方法,地下水循环,地下水的运动特点及运动规律。
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●3.6地下水资源评价
在掌握地下水的特点和地下水资源的分类基础上,学习地下水资源的评价内容,原则与一般程序,地下水资源补给量和储存量计算。
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●3.7地下水资源允许开采量计算
地下水资源评价的重要内容就是地下水资源允许开采量的计算,包括允许开采量方法选择与计算程序,允许开采量的组成,允许开采量的7种计算方法的适用条件、基本原理及应用步骤等。
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第四章供水资源水质评价
水质的含义,水质的表达方式,水质指标与水质分类、评价标准体系、评价方法;生活用水、工业用水、农田灌溉用水水质评价体系。
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●4.1水质指标体系与天然水化学
水质的含义、水质的表达方式,水质指标体系,天然水化学。
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●4.2生活饮用水与饮用水源水质量标准与评价
中、美及WHO饮用水水质标准及其对比,饮用水水质评价,饮用水源水质量标准与饮用水水质标准的区别及其与评价。
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●4.3锅炉用水水质评价
主要学习锅炉用水水质评价,掌握:成垢作用、起泡作用、腐蚀作用。
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第五章水资源供需平衡分析
水资源供需平衡分析的目的,水资源供需平衡的分析原则和方法,水资源平衡分析的典型年法,计算分区和计算时段、典型年和水平年的确定,可供水量和需水量的计算;水资源系统的动态模拟分析。
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●5.1水资源供需平衡分析的典型年法
典型年法的含义、优缺点,计算分区的划分,计算时段的确定,典型年和水平年的确定和理解。
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●5.2可供水量分析
可供水量的概念,可供水量的影响因素,供水保证率的确定。
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●5.3供需平衡分析和成果综合
计算单元的供需分析,包括现状供需分析和不同阶段的供需分析。 整个区域的水资源供需分析,主要介绍典型年法和同频率法。
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第六章地表水取水工程
地表水体可分为江河、湖泊、水库和海洋。河流径流作为地表水资源的重要组成部分,在水资源利用中占据重要地位,其取水工程建设也受到广泛关注。本章将重点阐述河流的取水工程,对水源特征、影响取水的因素及取水位置的选择、取水构筑物的类型、结构及设计和计算原则等方面给予详细讲述。
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●6.1地表水水源供水特征
地表水水量丰沛,是我国城乡供水工程中水源的重要来源。本专题将对地表水水源的五个供水特征进行详细分析。
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●6.2河段演变规律
冲积平原河流的河床演变,由于河道内水流、沙流和地质组成因素的组合极其复杂,因此在不同河流或同一河流的不同河段上各具不同的特征。按照河流在平面上的河床形态和演变特征,可将河段分为四种类型。
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●6.3不同类型河段取水位置的选择
取水河段的形态特征和岸形条件是选择取水口位置的重要因素。取水口位置应选在河床比较稳定、含沙量不太高的河段,并能适应河床演变。不同类型河段适宜的取水位置将在本专题中举例阐述。
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●6.4岸边式取水构筑物
取水设施和泵房都建在岸边,直接从岸边取水的固定式取水构筑物,称为岸边式取水构筑物。岸边式取水构筑物由集水井和泵房两部分组成,根据构筑物结构特点分为分建式和合建式两类,这两种形式的结构特点将在本专题进行具体介绍。
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●6.5河床式取水构筑物进水管形式
在河心设置进水孔,从河心取水的构筑物,称为河床式取水构筑物。其主要设施包括取水头部、进水管、集水井和泵站。其中,进水管连接取水头部和集水井并承担输运源水的作用,是河床式取水构筑物的重要组成部分。常见的进水管有自流管式、虹吸管式、水泵直接吸水式和桥墩式四种类型。
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●6.6河床式取水构筑物取水头部
取水头部是河床式取水构筑物的组成部分之一,具有多种形式。取水头部的形状对取水水质及河道水流有较大影响,因此应选择合理的外形和较小的体积,以避免对周围水流产生大的扰动,同时防止取水头部受冲刷,甚至被冲走。
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●6.7斗槽式取水构筑物
在河水含沙量大、冬季冰情严重的河流上取水时,为克服泥砂和潜冰对取水的威胁,可采用斗槽式取水构筑物。按照河流对斗槽的补给方向,可分为顺流式、逆流式、侧坝进水逆流式和双向式。
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●6.8缆车式取水构筑物
缆车式取水构筑物是建造于岸坡上截取河流表层水的取水构筑物,有缆车、缆车轨道、输水斜管和牵引设备等组成。其特点是缆车随着江河水位的涨落,通过牵引设备沿岸坡轨道上下移动,受风浪影响较小。
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●6.9浮船式取水构筑物连接方式
浮船总出水管与岸坡固定输水斜管之间的连接管段称为联络管,管的两端可采用胶管接头、球形接头、套筒接头等连接,以适应浮船随河流水位涨落及风浪作用产生的水平移位、竖向移位、水平摆动及颠簸等情况,常用的连接方式有阶梯式和摇臂式。
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●6.10低坝式取水构筑物
当山区河流枯水期水量较小,或取水深度不足时,在不通航、不放筏、推移质不多的情况下,可修筑低坝以抬高水位、拦截足够水量。低坝式取水构筑物有固定式和活动式两种形式。
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●6.11取水头部进水孔计算例题
河床式取水构筑物的进水头部应设有进水孔,进水孔上需设置格栅。进水孔的面积及高宽比,宜尽量符合标准设计的格栅和闸门尺寸。本专题将对具体例题的设计计算进行详细讲解。
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●6.12底栏栅取水构筑物计算例题
底栏栅的进水量按引水廊道呈无压状态考虑,可用孔口自由出流公式计算。本专题将对集取河流部分水量的底栏栅的尺寸计算过程进行分步讲解。
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第七章地下水取水工程
基于地下水所具有的独特的埋藏条件,水源地位置及取水构筑物构型的选择将直接影响地下水取水工程的正常运行。布设的不合理可能造成供水保证率低、利用效率减小,诱发地质灾害和环境问题。本章将在论述地下水选择的基础上,系统介绍地下水取水构筑物类型、适用条件、结构与技术参数、出水量计算方法,工程施工与使用等内容。
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●7.1地下水水源地选择
地下水水源地的选择,对于大中型集中供水,关键是确定取水地段的位置与范围;对于小型分散供水,则是确定水井的井位。它关系到建设投资,也关系到是否能保证水源地长期的经济和安全运转,以及避免产生各种不良的环境地质问题。
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●7.2管井构造
管井是地下水取水构筑物中应用最广泛的一种,适用于任何岩性与地层结构。其构造通常由井室、井壁管、过滤器和沉砂管四部分组成。
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●7.3管井施工
管井施工建造一般包括凿井、井管安装、填砾、管外封闭、洗井等过程,最后进行抽水试验。
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●7.4管井的井群系统及布局
在规模较大的地下水取水工程中,均采用井群系统,按取水方法和集水方式分为自流井井群、虹吸式井群、卧式泵取水井群、深井泵取水井群。一般井群宜按直线排列,也可按网格形式布置。
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●7.5井群出水量计算例题
井群出水量的经验公式计算方法,是指通过现场抽水试验取得相邻水井的水位影响值(消减值),求得井的出水量减少系数,以概括井群互阻影响中的各种复杂因素,实现井群互阻计算,称水位消减法。本专题将运用水位消减法进行井群出水量的计算。
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●7.6大口井的构造
大口井因其井径大而得名,是开采浅层地下水的取水构筑物,具有构造简单、取材容易、使用年限长及容积大兼起调蓄水量作用的优点。其构造主要由井室、井筒及进水部分组成。
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●7.7辐射井
辐射井是一种适应性较强的取水构筑物。一般不能用大口井开采的、厚度较薄的含水层,以及不能用渗渠开采的厚度薄、埋深度大的含水层,均可用辐射井开采。辐射井由大口径的集水井与若干沿井壁向外呈辐射状铺设的辐射管组成,具有管理集中、占地省、便于卫生防护等优点。
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●7.8渗渠的构造
渗渠是水平铺设在含水层中的水平式取水构筑物。受施工限制,其埋深很少超过10m。其结构通常由水平集水管、集水井、检查井和泵站组成。
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●7.9渗渠设计要点
渗渠出水正常与否和使用年限长短,主要与位置选择、埋设深度、人工滤层颗粒级配及施工及施工质量有关。因此,本专题将对渗渠的位置选择、布置方式、解决出水量衰减问题等内容进行详细介绍。
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第八章节水理论与技术
节约用水涵义、法规与管理;工业、城镇生活节水指标体系与措施;污(废)水性质、分类、排放与利用现状,预测与利用规则、污水资源化技术与经济分析。
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●8.1节约用水的现状、含义与法律法规
节约用水的认识过程,节约用水的内涵,节约用水的现状,节约用水的法律法规。
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●8.2城市节水
城市用水量组成、用水量定额的分类、特点、制定与修订 ,城市节水指标与计算,城市节水措施。
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●8.3污水再生利用
国内外污水再生利用概况,污水再生利用类型及再生水水质标准,污水量计算和预测,污水再生处理技术,污水回用的经济分析,污水再生利用对策。
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第九章水资源保护
水资源保护的概念;水资源的主要问题;水体污染的涵义、污染的特征、污染源、污染物及污染途径;污染物在水环境中迁移化的基本理论;水环境质量监测与评价;了解污染水源控制与修复的理论与技术;水源污染防护代理论与技术;水质保护与管理的法律法规体系、流域水资源统一管理体系。
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●9.1水资源保护的目标和政策
水资源保护的概念、水资源保护的目的、任务、内容 ,水资源保护的政策 。
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●9.2水体污染
水体污染的的认识过程、概念和特征,水体污染物的构成。
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●9.3污染水体的物化和生化作用
污染水体朝水质恶变发展的作用。水体环境条件的变化(酸碱、氧化还原条件)和有机负荷的改变等,导致水体水质恶变。 污染水体的自净作用。由于污染物进入水环境之后,会受到水体的稀释,迁移和同化作用,对水体具有净化效果。
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●9.4水资源保护与管理的措施
加强水资源保护立法,实现水资源的统一管理;水资源优化配置;节约用水,提高水的重复利用率;综合开发地下水和地表水资源;强化地下水资源的人工补给;建立有效的水资源防护带;强化水体污染的控制与治理;实施流域水资源的统一管理。