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[關鍵詞] 水資源 循環經濟 再利用 意義

1 前言

水是重要的自然資源，是人類賴以生存和社會發展的必要資源。隨著社會經濟的發展，“水危機”日益顯現，人們對于水資源的開發利用研究也經歷了由低級向高級發展的過程。起初人們對水資源的研究僅僅局限于對水資源的開發利用，研究水資源的時空分布規律和運動規律，即著重于水資源自然屬性的研究。隨著社會的發展，特別是現代科技革命，使人們對水資源的研究產生了一個質的飛躍，逐步從水資源自然屬性的研究過渡到水資源社會經濟屬性的研究，從社會經濟系統的角度廣泛開展水資源合理開發利用研究，這些研究領域包括水資源與經濟發展關系的研究、水環境安全的研究、水權水價的研究、水資源管理體制的研究等。

2 水循環經濟的概念與特征

2.1 水循環經濟的概念

水循環經濟首先是一種先進的水資源經濟發展模式，它是建立在社會水循環系統分析的基礎上，遵循循環經濟的思想，按照水資源節約、水環境友好的原則，使人們在生產和生活過程中，在水資源開發利用的各個環節，始終貫穿“減量化、再利用、再循環”的原則，重視采用新技術、新材料、新工藝，并以完善的制度建設、管理體制、運行機制和法律體系為保障，提高水的利用效益和效率，最大限度地減輕和降低污染，從而實現社會發展的最終可持續性。

2.2 水循環經濟的特征

根據水循環經濟的定義，通過傳統水資源利用模式和水循環經濟模式的對比分析可以得出，水循環經濟作為一種先進的經濟發展模式具有如下特征：

2.2.1發展目標上追求效率、效益和可持續的統一性

水循環經濟模式在發展目標上追求水資源利用的效率、效益和可持續性三者的統一，要求水資源利用模式必須按這三大目標進行重新構建。

（1）效率特征要求水資源利用注重節水，在不降低人民生活質量和經濟社會發展能力的前提下，采取綜合措施減少用水過程中的損失、消耗和污染，高效利用水資源。

（2）效益特征表現在中觀上水資源配置的高效益，要構建節水型經濟系統和節水型社會系統。

（3）可持續性是指水資源利用充分考慮了對生態環境的保護，不以犧牲生態環境為代價，這是水循環經濟模式追求的最高目標。

2.2.2管理環節上追求供水、用水和排水等環節的健康循環

發展水循環經濟的最終目的是為人類提供健康的水資源生存環境，水循環經濟要求水資源利用的各個環節和途徑都應追求健康循環，且貫穿于整個水的社會循環過程中。水循環經濟需要貫徹以下三個基本原則：

輸入端的減量化原則（Reduce）。要求在供水環節，減少進入生產和消費流程的水資源量，即用較少的水資源投入滿足既定的生產或消費需求，在經濟活動的源頭就做到節約水資源和減少污染。

過程控制的再利用原則（Reuse）。為了提高水資源的利用效率，要求從上一工序或過程排出的水資源能夠直接為下一工序或過程所用，水資源在生產過程中盡量多次重復利用。

輸出端的再循環原則（Recycle）。要求生產和消費過程中的污水重新變成可以利用的資源而不是無用的廢水。

2.2.3利用手段上追求科學技術、經濟與行政手段的一體化

先進的科學技術是循環經濟的核心競爭力，如果沒有先進技術的輸入，水循環經濟所追求的經濟和環境多目標將難以從根本上實現。

有效的經濟政策是水循環經濟發展的重要推動力和必要保障。水循環經濟發展模式要求應充分發揮市場機制對水資源配置的基礎作用，充分利用價格、稅收和財政等各種經濟手段，實現符合水循環經濟發展要求的3R原則。

法律和法規作為一種強制手段可以有效地推動水循環經濟的發展，也是所有發達國家普遍采用的重要手段，是水循環經濟發展模式在管理手段上的重要特點。

3 水資源再利用模式

水資源再利用模式的選擇體現在水循環體系的各個環節之中，包括供水、生產和生活用水、污水資源化、雨水利用等。其目的很清楚，一是節水，減少對自然水資源的索取；二是減少排放，減少對自然水生態的擾動。水資源再利用模式在人類實踐中早有應用，如節水器具，節水的綠色建筑，還有各種中水的回用等。總體來看，對這些模式的研究和分析還不夠深入，沒有更好地提煉總結，尤其是從經濟學角度的分析還有待加強。

3.1節約用水模式。長期以來我國農業采用大漫灌的灌溉方式，用水量大，利用率低，浪費嚴重。可見，我國農業節水潛力相當可觀，應大力研究和分析農業節水模式，通過節水灌溉和節水農業相結合的辦法實現農業節水。要加強對工業行業節水的經濟學研究，通過產業布局的調整和產業結構的調整，達到水資源節約利用和水環境污染控制的目的。在城鎮，要加強水的循環利用研究，控城鎮生活的用水浪費，減少城市給水管網和用水器具漏水損失，充分發揮節水的潛力。要研究和分析各種節水模式的成本和效益，通過成本和效益的比較，選擇最優的節約用水模式。

3.2清潔生產模式。近年來，世界上大力推廣清潔生產，廣泛采用循環利用經過處理的工業廢水。由于采取這一措施，20年來，日本和德國的工業用水的數量沒有增加。美國鋼鐵業在每噸鋼需要的280 t水中，只有14 t是注入的新水，其余用的都是循環水。至2000年，我國工業廢水的重復利用率已經達到70%以上，但與世界先進水平的90%～95%相比，還有不少的差距。根據我國目前的工業用水效率預計，2020年我國工業的年用水量將由現在的1100億m3增加到2000億m3，增加用水量約1倍。這就要求我們必須重視工業用水過程的研究，多角度地選擇清潔生產模式，改進工藝和流程，進一步提高多次重復循環用水，提高用水的效率。

3.3污水資源化模式。工業廢水資源化的觀念是對傳統工業廢水末端治理的革命，是工業廢水治理的努力方向；城市生活污水的處理可以考慮變集中處理為分散處理，分散處理的主要場所是居民住宅的屋頂。通過在城市建立中水系統，將生活、生產污水處理之后再次使用，從而節約大量的日常用水。經處理過的回用中水，主要可用于沖廁、體育場館、高爾夫球場、澆灌花草樹木、清潔道路、清洗車輛或基建施工、設備冷卻、工業用水及其他可接受其水質標準的用水。我國90%以上的城市水域遭到污染，城市污水（包括生活污水和工業廢水）以每年6.5%的速度增加，預計到2020年城市污水產生量將達到600億t以上。因此，污水資源化應是我國21世紀城市水循環經濟的著眼點，需要大力研究污水處理技術水平和污水資源化應用的方向。

3.4雨水資源化模式。由于自然和歷史的原因，在我國北方地區，尤其是西北黃土高原的部分地區極度缺水。按可利用水資源統計，當地人均可利用水資源占用量只有110 m3，是全國人均可利用水資源占有量（720m3）的15.3%，是世界人均可利用水資源占有量（2970m3）的3.7%。目前在我國的西部地區有近1000萬人的飲用水極度困難。數百年來，西部地區居民積累了豐富的雨水匯集和利用的經驗，使他們得以在這里生存。面對發展的需要，這種傳統的集水方式受到了資金短缺的制約。為此，今后需要大力開展對西北地區雨水利用方式、雨水利用投融資方式等方面的研究。

3.5海水淡化模式。我國擁有1萬8000多公里的海岸線和300多萬平方公里的海洋管轄區，海水利用和淡化是解決淡水緊缺問題的有效途徑。據測算，中國城市的用水中約80%是工業用水，工業用水中約80%是工業冷卻用水。如果能夠用海水替代現有工業冷卻用淡水總用量的30%，就可以使沿海城市節約近20%的淡水資源，同時減少冷卻水對環境的污染。我國的海水淡化起步于20世紀60年代，目前在技術上還不夠成熟。今后，需要加強對海水淡化技術、海水對工業設備的腐蝕、海水淡化成本與效益、海水淡化產業化等方面的研究，使海水淡化利用成為我國解決缺水問題的重要選擇之一。

4 水資源再利用技術的創新

“節流”與“開源”是解決水資源短缺的兩個主要途徑，在水資源供應不斷減少的今天，其核心在于水的循環利用，即通過污水資源化、雨水資源化、節約用水等措施，增加水資源的間接供應，盡量減少水的使用量，這樣不僅可以減少無效需求，減輕供水壓力，還可以相應減少污水排放和污水處理的負擔，減少對環境的污染。為此，循環用水可以說是實現水資源可持續利用的重要戰略措施。循環用水需要采取工程、技術、經濟和管理等各項綜合措施，特別需要不斷更新的污水處理技術、節水技術與設備的支持。

技術創新是為了實現一定的系統目標，考慮系統內外客觀因素的制約，對各種可能得到的技術手段進行分析比較，不斷研究和尋找新的最佳方案。對水循環經濟的技術創新研究，主要是從事技術科學的學者，要將水循環經濟的理念與思路引入水的供應、輸送、使用、排放、處理和回用等過程中，通過對循環過程中水資源消耗、水循環利用、污水處理、水污染排放的分析，提出減量化、再使用、再循環的工程流程或技術建議。

例如，在社會經濟系統中，各用水部門與行業都存在節水技術與相關設備；在污水處理廠，要實現污水的資源化利用，必須不斷更新處理設施和技術，以提高污水的處理水平；同樣，要實現污水的循環利用，需要對飲用水、循環水的管道系統進行技術改造。從經濟學的角度看，還需要考慮不同技術項目的成本與效益，如引入新的生產流程與工藝所需要的投入及預期產出。從企業和區域社會經濟發展來看，還要對比分析采取水循環技術的長期成本和短期成本，從而確定水循環技術的可行性。這些工作，需要根據各地的水資源條件、經濟社會發展狀況、科學技術水平等因素，對各類循環水的技術和設備進行系統的分類，并提出相關的技術識別評價指標，為水循環經濟的發展提供理論指導。

5 水循環經濟管理體制及經濟機制

長期以來，我國實行水資源分部門管理的體制，水量與水質、地表水與地下水等分割管理，水資源的分割管理導致部門職能交叉、政出多門、推萎扯皮、管理效率低下等諸多弊端。隨著社會經濟近年來的快速發展，不少地區的水短缺和水污染等水問題日顯嚴重，傳統的水資源分割管理模式越來越成為制約水資源可持續利用的障礙。加強水循環經濟管理體制和經濟機制問題的研究是實踐水循環經濟工作的突破口，更是實現社會經濟可持續發展目標的迫切要求。水循環經濟管理體制和經濟機制的研究包括循環水權制度的研究、循環水權交易市場的研究、循環水價的研究、水循環經濟政府財政和稅收的研究、有關循環水的法律法規的建立和完善研究等。

6 結論

我國是一個水資源嚴重缺乏的國家，迫切需要在包括工業、農業等在內的各個領域引入水與資源可持續利用的概念與技術。通過水循環與資源的回收，不僅可以節約水和資源，減少對環境的依賴，還可以最大限度地減少廢水排放，保護環境。因此，建立水循環經濟與水資源再利用體系研究是非常有意義的。

參考文獻：

[1] 王曉昌,張荔,袁寵林,等.水資源利用與保護[M].北京:高等教育出版社,2008.

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[關鍵詞] 生活污水,火電廠,循環冷卻水,水處理,優化

中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：

0 引言

城市中水是指生活污水、工業廢水經過收集、處理后達到一定水質標準， 在一定范圍內可以重復利用的非飲用水， 其水質介于污水與自來水之間。我國回用于工業循環冷卻水的中水分為兩種，一種是企業自身排放的污水經過深度處理后回用于循環冷卻水系統。 另一種是城鎮污水廠二級生物處理排放水再經過深度處理回用至企業循環冷卻水系統，這種集中式處理避免了企業二次投資。

我國工業水的重復利用率與發達國家相比存在較大的差距.美國的水循環利用率已經超過85%,而我國目前的工業水循環利用率約為50%左右.為節省水資源和減少對環境的污染排放，用處理后的生活污水作為火電廠的循環冷卻水,解決應用過程中出現的技術問題,具有實際工程意義和推廣價值.

現以某某煤電公司的自備熱電廠為例，某某煤電公司污水處理廠每天處理的生活污水排放量達6 000m3以上,如果處理后的中水能滿足電廠循環冷卻水水質的要求,其數量完全能夠滿足該電廠循環冷卻水的需求量.基于對環境保護的考慮,并經過投資方案的經濟性分析比較,決定將進行處理后的中水作為該電廠的循環冷卻水的工業試驗,并對實際運行工況進行跟蹤研究,不斷完善中水作為電廠循環冷卻水的工藝,使處理后的中水能滿足電廠循環冷卻水的要求,使該電廠成為一座實現環境保護和資源綜合利用的燃煤電廠。

1深度處理的意義

.城市污水有機物、微生物、化學藥劑多，城市污水廠二級生化出水需要經過深度處理才能達到循環冷卻水補充水標準（見表 1)

表 1 再生水用作冷卻水的水質標準

由表 1 可知， 深度處理主要目標是進一步去除 NH3-N、P、有機物 、懸浮物及殺滅病菌和病毒等， 對于銅質換熱器關鍵是降低 NH3-N 污染因子，銨鹽會引起銅質冷氣管的嚴重腐蝕。

2、 深度處理工藝

對比城鎮污水處理廠出水排放標準及工業循環冷卻水補水水質指標， 污水處理廠出水不能滿足火電廠循環冷卻水系統補水水質要求， 需要進一步深度處理。 目前中水深度處理工藝如石灰混凝澄清過濾法、 超濾反滲透法、MBR 法等存在受原水水質影響、投資規模大、運行不穩定等問題，如應用廣泛的石灰混凝澄清過濾法存在出水氨氮超標腐蝕銅質管材等問題。 某某煤電有限公司城市中水綜合利用工程采用曝氣生物流化池（ABFT）+機械澄清池工藝，投入運行以來，出水水質穩定，具有耐沖擊負荷能力強，運行費用低等優點。

2.1 ABFT 工藝原理

在 ABFT 反應器中投加占曝氣池有效容積的10 ％~25 ％的高效微生物載體， 特效微生物大量附著并固定于其上，ABFT 反應器實際上是綜合傳統活性污泥法與生物膜法優點的雙生物反應器。 各級 ABFT 反應器中，通過培養不同特效優勢菌種，提高目標污染物的降解效果；載體所生長的生物量最高達可達 10～18 g/L，成活后的微生物與載體的結合是采用鍵價結合的固定化技術， 故結合力牢固，不易脫落，不易流失，高負載的生物量保證了 ABFT 反應器去除污染物的高效和穩定性； 運行過程中每個載體內部都存在著良好的好氧、缺氧、厭氧環境，使其內部形成無數個微型的硝化—反硝化反應器， 故而造成在同一個反應器中同時發生厭氧氨氧化、硝化和反硝化聯合作用，有力地保證了氨氮、有機物等的高效去除。

2.2 工藝特點

（1）占地面積小 、基建投資省 、能耗低 、易維護、運行成本低。（2）調節 、控制 、運行操作方便 ，人員配置較少，減少噸水人工成本。（3）對低營養、低負荷水質污染因子有進一步的降解效果。（4）處理出水質量好，運行安全可靠，可達到循環冷卻水水質標準或生活雜用水水質標準。（5）污泥產量較少，對環境不會帶來二次污染。（6）抗沖擊能力強，受氣候、水量和水質變化影響小，并可間歇運行。（7） 系統銜接性能好， 可充分利用原有構筑物，減少投資成本。

2.3 工程應用

某某煤電有限公司城市中水綜合利用工程對某某污水處理廠一級 B 排放水進行深度處理補充循環冷卻水系統，采用 ABFT+機械攪拌澄清池工藝， 運行出水主要指標優于循環冷卻水回用標準。工程規模：一期 30 000 m3/d。項目建設地點： 提升泵房位于某某污水處理廠排放口附近， 深度處理工程在某某煤電有限公司廠區內。性質：新建出水用途：全部回用于循環冷卻水系統。運行情況： 項目于2011年 8 月投產以來，運行穩定、水質完全達標，具體見表 2。

存在的問題

循環水系統的腐蝕。中水回用于火電廠循環水最大的問題就是對循環水系統腐蝕，其原因有兩方面：一是中水中氨氮含量較大，冷卻水的pH下降，部分金屬(碳鋼、銅、鋁)遭受腐蝕；二是中水中含有大量的細菌，細菌的新陳代謝過程中分泌粘液，原來懸浮于水中的固體粒子和無機沉淀物粘合起來，附著于傳熱面形成粘泥，污泥下因水流不暢、離子濃度較高，很容易就產生腐蝕。同時，硫酸鹽還原菌或硫細菌等可產生硫化氫或硫酸，從而腐蝕金屬。故再生水回用時應該全面考慮對系統內所用材質的影響。

污泥附著量的問題。循環水的溫度適合于微生物的生長，中水中有機物(COD指標)含量較大，同時含有豐富的碳源、氮源、磷源，再加上冷卻塔的強烈的曝氣作用，氧氣充足，在適宜的生存條件下，細菌繁殖迅速，加上二級處理水中含有大量的泥沙、腐殖質、纖維等懸浮物以及較多的細菌、藻類等微生物，污泥附著問題就越嚴重，污泥附著不僅影響換熱而且會產生腐蝕問題。同時溶解的有機物可消耗氯劑等氧化性殺菌劑，降低殺菌效果。

其他。水深度處理成本較高，對部分火電廠來說，費用高影響經濟效益，這電阻礙了中水回用的大力推廣。

解決措施

使用耐蝕材質。中水中各種離子的濃度較大，回用會引起循環水系統金屬或建筑構筑物的腐蝕問題，除了在水質調整和控制方面可采取適當防止腐蝕措施外，還可在設計、建設階段就選用耐腐蝕的金屬及混凝土材質，為中水回用或提高循環水濃縮倍率提供可能。同時應該在傳統工藝的基礎上發展新的循環水處理技術，如金屬表面膜緩蝕阻垢技術、高效殺菌滅藻技術、智能在線監控技術等，

加強循環水水質監督。采用城市中水作為循環補充水，由于二級出水中有機物、SS、C1-、SiO42-等無機鹽離子的濃度較高，特別是較高濃度的氨氮通過硝化作用產生的酸，降低了循環水的pH，引起金屬的腐蝕。因此必須密切監視并嚴格控制回用水中的有機物濃度和無機鹽離子的濃度，尤其應重點監測循環水的pH和堿度。

使用合適的殺菌滅藻劑。中水中細菌數目龐大，種類繁多，且中水中的溶解有機物和氨氮會消耗氧化性殺菌劑，因此實際運行中應該嚴格監測和控制微生物的含量，正確控制殺菌劑的種類、劑量和投加頻率，優化殺菌操作。

(4)另外，污水處理本身的生產運行環節和管理配套措施也對中水能否成為電廠穩定可靠的水源起到很大的制約作用，所以必須對供水的各個環節進行詳細的分析，然后采取相應的措施，才能保證水源的安全可靠。另外，因中水深度處理成本較高，阻礙中水的回用，建議相關部門對中水回用采取相應的政策性支持，鼓勵使用中水，減少新鮮水的使用。

結束語

城市中水回用、實現污水資源化是緩解水資源短缺、減輕水體污染的有效途徑，而火電廠循環冷卻系統采用城市中水、 實現中水大規模回用具有偉大而現實的意義。中水回用于火電廠循環冷卻水系統，不僅節省了新鮮水資源用量，而且減輕了污水直接排放對自然水體的污染，具有良好的社會、環境和經濟效益。隨著國家節能減排、發展循環經濟、走可持續發展道路政策不斷深入，中水處理技術的日趨成熟， 城市中水回用將成為電廠循環冷卻水系統的應用趨勢。

參考文獻

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關鍵詞：電爐連鑄；循環冷卻水；工藝

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.020

在煉鋼的過程中，對于水資源的利用及其處理成為一大難題。鋼鐵企業在生產過程中的用水量是非常巨大的，但是我們需要了解的是工業用水和生活用水是有區別的，生活用水是需要層層審查的，特別是關乎人們身體健康的質量標準，而工業用水的審核標準與生活用水的檢測標準相比就比較弱一些。在煉鋼過程中常常會涉及到循環冷卻水的處理問題，在技術越來越發展的今天，傳統的冷卻方法出現了一定的弊端，運用新興的工藝技術對其處理是非常必要的。它與我國工業的進一步發展緊密相關，特別是鋼鐵企業，需要在循環冷卻水處理的問題上進行技術性的革新，引進一些比較先進的處理設備。本文結合個人多年實踐工作經驗，就此問題展開了分析并給出了具體的解決方案。

1 閉路軟水循環系統

在軟水循環系統中，溫度差對于最后的處理結果是會有影響的，同時這里涉及到一個溫度差的程度問題，溫度差如果縮小到一定范圍是沒有影響的，當溫度差超過這個范圍，就會產生不利的影響，在高溫差的情況下會發生高負荷熱的現象，極易發生腐蝕，腐蝕現象對金屬表面的損害是非常嚴重的，金屬在直接接觸水和空氣的情況下會發生氧化反應，這種情況一旦發生，只能采取除銹的措施，然而除銹的過程也是對金屬表層一個損耗的過程，長此以往，對于金屬來說是一種極大的損害。在這種情況下，對于設備來說也會產生一定程度的威脅，此外，還會影響到工作的正常進行，生產安全的性能會減弱。因此軟水的認真選擇是非常必要的，一級軟水雖然不能完全避免上述情況，但是可以在一定程度上有效地減小上述情況發生的幾率。在此就要用到閉路循環的裝置，其安全性能大大加強。

2 大電流、變壓器開路軟水循環冷卻系統

大電流、變壓器開路軟水循環冷卻系統是其中的一個重要組成部分，這種系統的利用率是相當高的，它可以冷卻的對象有多種，EAF爐是其中一種常用的對象，除此之外，還有LF爐變壓器以及液壓站等等。這里所涉及到的變壓器是一種功率較高的變壓器，大功率的設備往往會帶來一些安全隱患，因此在使用過程中保障其安全性能是異常重要的，無壓回水的形式是比較實用的，提升泵增壓以后，冷卻水會在一種高效率的情況下進行運行，此外，為進一步保障其安全性能，這里還設置了一種叫做事故供水的管路。設備在長時間的運行之下可能發生結垢的現象，需要注意的是在此使用的還是一級軟水。

3 豎爐開路低硬度水循環冷卻系統

這里所說的這種系統是需要處于一種特殊的環境之中的，要求溫度的限制比較高，需要將其置放于一種溫度比較高的情況下，只有這樣才可能保障冷卻的效果，認真的效果與直接的工程效益從表面上看沒有直接的關系，但是卻間接的影響著設備以及生產的安全性能等等，系統的優勢所在是由于其設備的較完善而決定的，在供回水系方面，它不是單一的構成，還是存在兩個此類系統，這種系統對于安全是非常有保障的。在補充水分方面，往往采用軟水，但這也不是絕對的，其中也會用到少量的工業用水，軟水的造價成本比較高，隨著對工程質量影響不大的情況下，可以選擇工業新水，也可以是硬水，在軟水和硬水的交互使用下，不僅有利于減少成本的開支，對于工程效率的提高也有很大的作用，這一系統有它獨特的特點和用途，對其進行養護和維修是非常必要的。

4 開路工業凈水循環冷卻系統

開路工業凈水循環冷卻系統雖然不是一個核心系統，但是缺少了這個系統，整個設備將會缺乏必要的組成部分，開路工業凈水循環冷卻系統可以說是一個輔的設備。在回水具備的條件下，在降溫的時候是采用直接上塔的方式，這種方式簡單操作，而且有效性極高，最后有必要進行過濾，過濾這一步驟一定是不可缺少的，它可以讓水質更上一個臺階。在加壓供水的時候，這個系統采用的是一組泵，與前者系統有很大的差別。總的來說，系統的運行還是比較正常的，對于市場的生產提供了大大的便利之處。在補充水方面，進行高速的過濾是需要與設備相成正比的，好的設備在顧慮的效果上一定是非常好的。這樣做的好處一方面可以提高水的利用率，節約用水，因為工業用水耗資是十分巨大的，因此這樣做也是非常有必要的，

5 連鑄二次噴淋開路濁水循環冷卻系統

噴淋方式是這種系統獨有的一種方式，可以在水至冷卻的時候有很大的作用。眾所周知，回水中含有很大的雜質，這些雜質有的是顆粒狀的，有的是液體狀的，在分類上具有心理化的特征，我們常見的雜質有鐵皮和油類等，回水中有這些雜質，對于水質的影響是有消極作用的，污染也比較嚴重。因此對回水的處理是非常有必要的，在沉淀過程中，一次沉淀往往是不夠的，里面的雜質還有存在很多，因此必須進行二次沉淀，才能在一定程度上減少回水中的污染物，特別是顆粒狀的污染物，接著進行后續的操作，特e是過濾處理回水，保證回水質量的提高。

6 小結

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關鍵詞：機力通風冷卻塔；循環冷卻水系統；冷卻塔選型

中圖分類號：TK224

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374（2012）18

我國南方地區燃煤電廠原有機組大部分采用直流冷卻方式。隨著經濟的高速發展，水資源日益緊張及環保要求，新建燃煤電廠均要求采用帶冷卻構筑物的循環供水系統。一方面，循環水系統的選擇及方式即汽輪機“冷端優化”，直接影響到凝汽器的真空，最終會影響到汽輪機的電功率和電廠的煤耗。另一方面，由于環保水務等方面因素的制約，在循環供水系統的設計上必須要達到國家和當地政府的設計規范。

1　中電荔新項目概述

廣州中電荔新電力實業有限公司實為廣州新塘漂染工業環境保護綜合治理項目熱電站的二期工程，在建機組為2×330MW熱電機組，前期已建有2×100MW熱電機組（旺隆電廠），對新塘環保工業園內的企業進行集中供熱，工業園內12×104t/d凈水供水站和10×104t/d污水處理廠也已建成投產。一期2×100MW機組循環水系統采用直流冷卻方式，在純凝汽工況下最大溫排水量為21222m3/h，排入東江北干流，生活污水和一般工業廢水分別經相應處理后排入工業園污水處理廠。本期工程供水水源分別為東江、工業園凈水廠和城市自來水。本期2×330MW機組在純凝額定工況下，循環冷卻水熱季需水量為43211m3/h，冷季需水量為33595m3/h；在抽汽額定工況下，循環冷卻水熱季需水量為32624m3/h，冷季需水量為25451m3/h，冷卻水以東江為

水源。

2　初步設計選型結果

旺隆熱電工程和本工程原規劃設計總容量為2×100MW+2×210MW，循環水系統按直流供水設計，并取得了取水許可證。在本工程可行性研究階段，設計容量由2×210MW更改為2×330MW級，循環水取水量較原取水量增大28821.4m3/h，無法通過水力主管部門的審批。根據業主《關于中電荔新循環水相關事宜的傳真》，本工程在初步設計階段1號機組按直流供水系統，2號機組按帶自然通風冷卻塔的循環供水系統設計。工業水系統采用直流供水系統，工業水回收水作為2號機組循環水系統的補

給水。

直流供水系統的流程如下：取水口旋轉濾網間循環水進水自流溝泵房進水間循環水泵房 循環水泵循環水壓力進水管凝汽器及輔機冷卻器循環水壓力排水管排水溝虹吸井循環水排水自流溝排水口東江。

循環供水系統的流程如下：循環水泵房循環水泵循環水壓力進水管凝汽器及輔機冷卻器 循環水壓力回水管自然通風冷卻塔循環水回水溝循環水泵房進水前池循環水泵房。

3　冷卻塔的選型

冷卻塔選型比較的目的是為了是循環水系統的設備包括循環水泵、冷卻塔的投資及機組發電量、水泵耗電量等運行費用總體最低。

3.1　冷卻塔選型方案的選擇

方案一：采用帶機械通風冷卻塔的循環供水

系統。

方案二：采用帶自然通風冷卻塔的循環供水

系統。

3.2　冷卻塔的一般技術指標

3.3　冷卻塔的經濟比較

3.5　結論

通過以上比較，方案一總投資及占地面積均比方案二小，且年總費用比方案二少646.31萬元；根據部分工程實際情況，機械通風冷卻塔和自然通風冷卻塔出水溫度的差值隨著建電廠地區濕球溫度的升高而加大, 隨著濕球溫度的降低而減小，即在高溫高濕地區，機力塔的優越性愈是明顯。以上計算是按純凝工況考慮，當電廠供熱時，采用方案一可根據抽汽量的變化調節機力通風冷卻塔風機開啟的臺數，假設機組常年供熱時按50%抽氣量，方案一冷卻塔電機的年運行費用還可節約電費281.23萬元，年費用與方案

二相比，節省更多，故采用方案一。

4　選定投建循環水系統方案

由于中電荔新項目1號機組按原本300MW機組溫排水量向珠江水委審批通過，后機組選定為330MW容量，多余10%溫排水量必須經過冷卻后方能排入珠江。根據設計院、專家及業主三方多次討論選定下列方案：

1號機組采用單元制直流供水系統。其水源為東江北干流，東江和增江保證率為97%，最小流量分別為128m3/s、8.3m3/s。通過循環水泵抽升送至凝汽器，出水排至虹吸井，其中4316m3/h由降溫水泵送至1座單塔處理水量為6000m3/h冷卻塔降溫后排放，其余溫排水由循環水排水溝排至東江干流。

2號機組采用帶機力通風冷卻塔的循環供水系統。循環水經循環水泵抽升后用循環水管輸送至凝汽器，溫度升高后的水通過循環排水管輸送至冷卻塔進行冷卻，溫度降低后的循環水經循環水回水溝至循環水泵房進水間，如此反復循環。在循環過程中由于蒸發、風吹及排污而損失的水量通過本期工程工業水回水及補給水來補充。補給水水源為工業園凈水站來水。循環供水系統擬采用7座單塔處理水量為6000m3/h的機械通風冷卻塔。

每臺機組各配3臺循環水泵，熱季采用1機3泵，冷季采用2機3泵的運行方式。1號機組配置1根循環水管，1條循環水排水溝、2座虹吸井及1座出力為6000m3/h的機械通風冷卻塔；2號機組配置1根循環水管，1條循環水回水管，1條循環水回水溝及7臺出力為6000m3/h的機械通風冷卻塔。兩臺機組共8座冷卻塔，分2排背靠背布置，每排4座，均采用單面進風方式。

5　結語

中電荔新公司所采用的循環冷卻水系統，是為了適應低碳節能的環境發展需要而采取的特殊循環供水方式，它綜合了直流供水及循環供水系統的優點，滿足環評報告與其審批文件中的溫排水量需要，為類似電廠的循環供水系統選型提供了思路。

機力通風冷卻塔具有占地少、布置靈活、投資省、工期短、可根據不同季節和不同工況的循環水量調機運行臺數、啟停靈活、對地基承載力要求較低等特點，對于本工程場地條件限制和供熱機組運行方式多樣的特點，機力通風冷卻塔具有一定的技術優勢。

參考文獻

篇5

關鍵詞：天津濱海地區；淺層地下水抽灌；地層豎向位移

中圖分類號：TD325.2 文獻標識碼：A

1 引言

當前，社會經濟發展迅猛，能源需求日益緊張，為了緩減發展帶來的能源緊張局面，對淺層地下水儲能方式的利用日漸盛行。但由于地下水的抽取可能引起地下水位下降，造成地面沉降等地質環境的變化。因此采用了抽灌結合的方式進行，以求在最大程度上減緩地面沉降帶來的負面影響。對于淺層地下水的抽灌循環利用及其帶來的地面沉降問題許多學者了也都進行了這一方面的研究。

吳建中等人[1]通過開展試驗研究，改進了地下水人工回灌工藝流程，通過同步地面形變監測分析了淺層地下水人工回灌對控制地面沉降的作用效果，評價了淺層地下水人工回灌技術在防治工程型地面沉降中推廣應用的可行性及適用性。王翠玲[2]等人從粘土層壓縮變形的微觀效應角度，揭示了回灌對沉降控制的機理，介紹了控沉中人工回灌方式，并對地下水回灌過程中存在的一些問題進行了論述，提出了相應的地面沉降控制措施，為實踐提供有益的指導。張云[3]等人在抽灌水條件下根據上海砂土層的水位、變形觀測資料，研究了上海含水砂層變形特征及其與地下水位變化的關系。根據實測的土層變形和水位數據，得到砂土層的變形參數，為地面沉降的計算提供依據。楊天亮[4]等人通過淺層地下水壓力回灌對比試驗研究，證實采用變壓力、變流量地下水人工回灌可有效實現地下水位和地面沉降的雙重控制，效果顯著。

通過以上分析可知，抽灌循環利用地下水的方式已日漸普遍。天津濱海地區淺層地下水以往很少開采利用，幾乎處于封閉狀態，滿足儲能利用的基本條件，存在利用的潛在價值。本次研究以試驗為基礎，采取了抽灌結合的方式進行，利用特殊工藝將利用完畢的地下水全部循環灌入地下， 填補由于采取地下水而形成的降水漏斗，增加由于抽水減小的孔隙壓力，研究了在此基礎上的地層變形特征。

2 研究區域簡介

2.1 研究區水文地質條件

研究區域位于天津濱海新區，區內分布的淺層地下水主要為第四系全新統及上更新統，該含水系統受多次海侵及后期改造形成，為孔隙型潛水。試點位于濱海新區于家堡金融區內，地質特征如圖1。

2.2 研究區試驗條件

試驗研究區建設一間地下水循環利用室，可將淺層地下水抽取進行儲能利用；建有水井3口，運行模式為一抽兩灌，其平面示意圖如圖2；建有地層分層沉降標6組，埋設深度分別為3.7m、9.0m、14.5m、18.0m、24.0m、27.0m。可分別監測井深范圍內不同地層豎向變形，詳情如圖1、圖2。

3 研究方法

本次淺層地下水抽灌綜合利用根據場區水文地質條件，結合區域地質特征，分別進行了水井建設及地面沉降監測系統的建設。研究方法如下：淺層地下水在綜合利用過程中，利用其中一口井進行較深地下水抽取->將抽取的地下水進行冷熱能綜合利用->利用完畢后的地下水進行淺層排放回灌。整個循環過程中，進行地面豎向位移的監測，研究抽灌結合情況下地面豎向位移的變化特征。

根據表1，可知本次淺層地下水利用過程中發生沉降的地層主要有⑥1粉質粘土，⑥2淤泥質粘土，⑨2、⑩粉細砂。其中⑨2、⑩粉砂、細砂為咸水主要含水層，監測數據顯示其豎向變形最大。⑥2淤泥質粘土層為軟土層，監測數據顯示豎向變形小于含水層。⑥1粉質粘土為表層天然沉積土層，排水后有一定程度的壓縮。其余各土層監測顯示豎向位移均較小，對地面沉降影響甚微。

另外，從圖3中可以看出，隨著地下水的回灌，各地層單次固結變形曲線出現波動，說明地下水的回灌在一定程度上能使地層恢復變厚，減緩由抽水帶來的地面沉降。

4.3 地層豎向位移原因

本次淺層地下水利用過程中，涉及到的地層豎向變形有沉降及回彈兩種情況。地層的沉降表現為地層壓縮變薄，地層的回彈表現為地層的膨脹變厚。

地層的壓縮變薄主要為淺層地下水利用所導致。根據有效應力原理，土的總應力（σ）等于由水承擔的孔隙水應力（u）與土骨架承擔的有效應力（σ’）之和，抽水使土體的孔隙水壓力降低，上覆土層的總應力不變，因而有效應力增加，使土體顆粒重新排列，固結壓密，進而表現為宏觀上的地層壓縮變薄。該有效應力原理可以很好的解釋含水層粉細砂（⑨2、⑩）的沉降變形；地層壓縮變薄的另一個方面就是欠固結軟土的固結，欠固結軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性大、強度低的特點，由于土的自重應力下尚未達到完全固結，在正常情況下也發生一定的壓縮變形，加之排水的措施，軟土的固結變形程度將更大。地層的膨脹變厚可解釋為地下水抽取過程中，含水層首先排水，固結壓縮，在應力向上傳導過程中，由于含水層壓縮變薄，對上層土約束減弱而導致上層土體回彈。

5 結語

淺層地下水利用過程中，產生了35.86mm的累積沉降，主要沉降層位為粉細砂含水層、欠固結軟土、上部未很好固結的天然沉積土層，部分層位略有回彈。

地層的壓縮變薄主要為淺層地下水利用所導致，有效應力原理可以很好的解釋含水層粉細砂（⑨2、⑩）的沉降變形；地層壓縮變薄的另一個方面就是欠固結軟土的固結；地層的膨脹變厚可解釋為地下水抽取過程中，含水層首先排水，固結壓縮，在應力向上傳導過程中，由于含水層壓縮變薄，對上層土約束減弱而導致上層土體回彈。

監測資料顯示，隨著地下水的回灌，各地層單次固結變形曲線出現波動，說明地下水的回灌在一定程度上能使地層恢復變厚，減緩由抽水帶來的地面沉降。

參考文獻：

[1]吳建中，王寒梅，楊天亮，淺層地下水人工回灌應用于上海市工程性地面沉降防治的試驗研究[J].現代地質，2009，23（6）：27～28.

[2]王翠玲，王 飛.地下水人工回灌對地面沉降控制的探討[J].山西建筑，2007（33）：135～141.

篇6

一、“地球所處的宇宙環境、地球是太陽系中一顆既普通又特殊的行星”

課標要求：1．運用資料說明地球是太陽系中一顆既普通又特殊的行星。

2．　描述地球所處的宇宙環境。

主要考點：地球在太陽系的位置、地球的普通性與特殊性。

命題例析：這一考點的命題，主要考查地球在太陽系中所處的位置、地球上為什么適宜于生命生存和繁衍。

【例1】地球是人類的家園，是太陽系中一顆普通而又特殊的行星。回答1～3題

1．　地球的普通性主要表現在

A．　從運動特征看，地球與水星、金星、火星很相似，自轉周期較短

B．　從結構特征看，地球屬類地行星，體積質量適中，比巨行星小，比遠日行星大

C．　從運動特征看，地球與其他七大行星十分相似

D．　從結構特征看，日地距離適中，公轉周期適中

2．　地球是太陽系中一顆既普通又特殊的行星，其特殊性主要表現在

A．　適合生物生存和繁衍

B．　繞日公轉與自轉的方向都是自西向東

C．　表面存在大氣層

D．　位置適中，體積和質量適中

3．　想了解M星球上是否有生物存在，你認為必須了解下列信息中的哪些信息？

①M星球上是否有火山活動　②M星球上是否有水　③M星球上是否有適合生物呼吸的大氣　④M星球上的溫度是否適宜　⑤M星球是否圍繞太陽公轉

A．②③④　B．①②③④⑤ C．①②③ D．②③④⑤

解析：地球的普通性在于其所處的位置和特征與其他行星相似，特殊性在于其有高級智慧生命存在。地球上存在生命的條件可以分為內部條件和外部條件，內部條件主要包括適宜的溫度、厚厚的大氣、充足的水源等，外部條件主要包括穩定的太陽輻射和安全的運行軌道等。

答案：1．C　2．A　3．A

二、“地球的圈層結構及各圈層的主要特點”

課標要求：說出地球的圈層結構，概括各圈層的主要特點。

考點一　地球內部圈層的結構及特征。

命題例析：這一考點的命題，以基礎為主，考查地球內部圈層構造，突出生產、生活特別是利用地震波的原理探索地球內部物質分異、勘探石油等。

【例2】地震會給人類帶來巨大災害，但人類也可以利用地震技術探索地球內部物質分異、勘探石油。讀圖1，回答下列問題。

（1）根據地震波的傳播狀況可以劃分地球內部圈層構造。在地球內部圈層構造示意圖中的方框內，填寫地球內部各圈層和分界面的名稱。

（2）最近，我國在渤海發現儲量逾10億噸的大油田。該油田儲量的探明是采用三維地震勘探技術的結果。地震波分為縱波與橫波，根據地震波傳播原理，在通過含油層時，傳播速度發生明顯變化的主要是＿＿＿＿＿＿＿＿＿波。

解析：　第（1）題，地球內部圈層和分界面名稱屬基礎知識，此題較為簡單。第（2）題，地震波分為縱波和橫波，縱波能穿過固、液、氣各態物質，而橫波只能穿過固態物質。

答案：（1）（見圖2） （2） 橫

考點二　地球外部圈層的結構及特征

命題例析：這一考點的命題，突出地理的綜合性，考查大氣圈、水圈、生物圈等圈層之間相互聯系、相互制約以及與人類生存和發展的關系。

【例3】讀秀麗的黃果樹景觀圖，回答1～3題。

1．　圖示景觀體現出的地球圈層的個數是

A．　2個 B．　3個 C．　4個 D　．5個

2．　在景觀圖中，代表自然地理系統中最活躍的圈層的要素是

A．　瀑布 B．　巖石 C．　樹木花草 D．　大氣

3．　該景觀的形成過程，充分說明了

A．　圖中各圈層都是連續而不規則的，且都相互聯系

B．　圖中的各圈層之間存在著物質遷移和能量轉化

C．　圖中的各圈層是獨立發展變化的

D．　圖中各圈層的內部物質運動的能量都來自太陽輻射能

解析：景觀圖中涉及的圈層有水圈、生物圈、巖石圈、大氣圈；生物圈是最活躍的圈層；該瀑布的形成說明地球的圈層之間是相互聯系，相互影響的，它們之間不斷進行著物質遷移與能量的轉化。其所需能量主要來自三個方面：地球內能、重力能、太陽輻射能。

答案：1．　C 2．　C　3．　B

三、“水循環的過程和主要環節、水循環的意義。”

課標要求：1．運用示意圖，說出水循環的過程和主要環節。

2．　說明水循環的地理意義

考點 水循環的過程和主要環節、水循環的地理意義

命題例析：這一考點的命題，主要考查水循環對氣候、環境、人類生產生活的影響。

【例4】圖4為“水循環示意圖”。讀圖回答下列問題。

（1）圖中丁－甲－丙－丁過程屬于 循環。水循環的主要地理意義是 。

（2）水循環對乙圖所示地區直接提供的資源主要有 和 資源。丙圖中三角洲形成的主要外力作用是 。

（3）目前，人類直接利用的淡水資源主要來源于水循環的（填字母） 環節。人類可以通過 、 措施來改善水資源的時空分布，以更好地滿足人們對水資源的需求。

（4）在全環水循環中，陸地水主要通過 、 方式進入到大氣層中。

解析：水循環是指自然界的水在地球表層通過蒸發、水汽輸送、降水、下滲、地表徑流和地下徑流等環節連續運動的過程。水循環包括：海上內循環、陸上內循環和海陸間循環。水循環的意義：促進地球上各種水體的更新，維持了全球水的動態平衡；對全球的熱量傳輸起著重要的調節作用；由于在水循環的過程中，不斷進行勢能和動能的轉換，由此產生了流水侵蝕、沉積等作用，塑造了地表的形態；人類可以通過修建水庫、跨流域調水等措施來改善水資源的時空分布，以更好地滿足人們對水資源的需求。

答案：（1）海陸間 維護全球水量平衡、使陸地淡水資源不斷更新，促使地球各圈層及陸地海洋之間物質和能量的遷移。

（2）水 水能 流水沉積作用

（3）c 修建水庫 跨流域調水（4）蒸發、植物蒸騰作用

篇7

播放視頻《地球上的水》

師：剛才這段視頻為同學們提供了很多水的信息，水是生命之源，從本節課開始，我們就來認識一下地球上的水。

【新知學習】

第一節：自然界的水循環（板書）

【課標要求】

1.運用示意圖，說出水循環的過程和主要環節

2.說明水循環的地理意義

師：下面，我們就帶著這樣一個目的，進入今天的學習。

設問：同學們都聽過“井水不犯河水”這句話，對這句話，你們怎么看？覺得它有道理嗎？

生：思考，回答。

過渡：自然界中，水的類型很多，其中就包括剛才提到的井水（地下水）和河水，那這些不同水體之間有沒有聯系呢？如果有，它們又是怎樣聯系的呢？

一、相互聯系的水體（板書）

用一瓶農夫山泉礦泉水為例，提問并配合板圖：

1.這瓶水在進入瓶子之前，是來自哪里？（千島湖）

2.千島湖水又是哪里來的呢？（降水、地下水、積雪融水等）

3.降水又是哪里來的呢？（大氣水）

4.千島湖的水最后又到哪里去了呢？（主要流到海洋）

5.老師現在將這瓶水喝掉，它又變成什么水了？（生物水）

師：地理上，通常將某種水的來源稱為它的補給，從圖中可以看出，各種水體之間是有補給關系的，例如，千島湖水可以補給錢塘江。所以，井水是可以犯河水的。

提問：剛才講的這些水體，如果按照空間位置的不同，將其分為三類，應該怎么分？

生：（思考回答）

師總結：海洋水、陸地水、大氣水。

過渡：為幫助同學們理解這三類水體的補給關系，下面我們來做一個實驗：

模擬水循環：

1.在一個平底大燒杯中加少量的水，蓋滿底部即可，把一個裝有沙子的小燒杯放入水中。

2.用一塊透明玻璃蓋住大燒杯，并將大燒杯放在支架上準備加熱。

3.點燃酒精燈，給大燒杯加熱，觀察燒杯內和玻璃片上的變化。

師：如果大、小燒杯分別表示海洋和陸地，請同學思考，如何用箭頭來表示自然界中海洋水、陸地水、大氣水的相互補給？

學生思考并請一名學生上黑板畫圖，其他同學補充。

師：（板圖）

■

師：從圖中我們可以看出，水在海洋、陸地、大氣之間是可以循環往復運動的，我們將之稱為水循環。

二、水循環的過程和環節（板書）

1.定義（板書）

師：板書補充水循環過程中的主要環節。

提問：所謂循環，就是有去有回，請同學們觀察圖中哪些過程可以構成一個循環？

學生思考回答：

教師總結并板書：

2.分類海陸間循環陸地內循環海上內循環

提問：1.淮河水參與哪種循環？

2.塔里木河水參與哪種循環？

3.海上暴風雨屬于哪種循環？

過渡：剛才這個圖是一個簡化了的水循環示意圖，下面我們來看一個完整的水循環過程演示。

師：動畫演示水循環并提問。

1.海陸間循環有地球哪些外部圈層參與？（大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈）

2.陸地內循環有地球哪些外部圈層參與？（大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈）

3.海上內循環有地球哪些外部圈層參與？（大氣圈、水圈、生物圈）

過渡：正是由于水循環能聯系地球外部的四大圈層，所以水循環產生后，會對自然環境乃至人類活動產生深刻影響。

三、水循環的地理意義（板書）

師：蒸發從能量的角度看，是一個吸熱的過程，通過水汽輸送以后，到其他的地區產生降水，這又是一個放熱的過程。通過全球的大氣環流，水循環會將熱量從一地帶到另一地。

1.調節全球的熱量平衡（板書）

師：演示黃河流域黃土高原和黃河三角洲圖片，說明水循環的影響。

2.促進物質遷移，塑造地表（板書）

師：淮南工農業發展需要不斷從淮河取水，淮河的水會用完嗎？為什么？

3.促進水體更新（板書）

師：正如古希臘哲學家赫拉克利特說：“人不能兩次踏進同一條河流”。

拓展延伸：

設問：水循環有著自身的規律，但是人類為了自身的發展，也在不斷影響著水循環，你們覺得人類最可能影響水循環的哪些環節？（地表徑流、蒸騰、下滲、降水）

師：人類對水循環的影響如果是合理的，那會造福人類。

案例展示：都江堰水利工程對成都平原的影響（配圖片）

師：如果人類對水循環的影響不合理，也會危害人類。

案例展示：2011年鄱陽湖的干涸（配圖片）

學生分組討論：

1.鄱陽湖干涸與哪些自然因素有關？

2.鄱陽湖干涸與哪些人為因素有關？

3.人類可采取哪些措施避免這種情況發生呢？

過渡：水循環的異常已經影響到每個人的生活，包括生活在城市中的我們。

案例：南京、北京的內澇（配圖片）

分析說明：南京、北京的內澇，除了降水異常外，人類對地表植被的破壞，導致下滲減少也是一個重要的原因。

師：淮南作為一座資源型城市，政府提出要把淮南建設成山水園林城市，所以我們感受到了我們家鄉淮南的山更綠了，水更清了，我們的校園也因為花草樹木變得更漂亮了。

教師總結：看來，要實現人與自然的和諧相處，人類一定要遵守自然本身的規律，否則就會危害人類自身的安全。

篇8

關鍵詞：流域 水循環 水文 分布式 模型 WEP

一、分布式流域水循環模擬的意義與作用

地球環境變化和人類活動的影響改變了水的自然循環規律， 加劇了我國水資源的供需矛盾，許多地區出現了水環境與水生態惡化的嚴重局勢。地表水、地下水及人工側支循環水等各類水資源轉化頻繁，狹義的水資源概念與傳統的水資源評價方法已顯不適。

20世紀80年代中期以來，隨著計算機技術、地理信息系統和遙感技術的發展，從水循環過程的物理機制入手并考慮水文變量的空間變異性問題，即分布式流域水文（水循環）模型或稱“白箱”模型的研究在國內外受到廣泛重視，涌現出許多分布式或半分布式模型，如SHE模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等（參見文獻1）。另外，全球大循環（GCM）研究對陸地地表過程模擬提出了越來越高的要求，土壤-植物-大氣連續體（SPAC）研究受到重視，出現了各類SVATS（土壤-植物-大氣通量交換方案）模型，從另一方面加強了水循環的研究。本文使用“流域水循環模擬”而不是“流域水文模擬”，意在強調需要將流域水循環系統的所有要素過程聯系起來研究而不僅僅是產匯流模擬。

分布式流域水循環模擬能夠回答水在時空間上如何移動和轉化、什么樣的工程與管理措施才能減少無效耗水以及人與生態如何分水等問題，而且其模型參數具有物理意義、可根據測量和下墊面條件進行推算。因此，基于物理機制的分布式流域水循環模型的研究與開發具有重要意義，在以下幾個方面具有不可替代的作用：（1）預測未來環境變化下的流域水資源演變趨勢，（2）分析人類活動的影響與各類對策的效果，（3）借助各類遙測技術在缺乏地面觀測資料流域進行水文分析與預測，（4）為流域水資源評價與配置、洪水預報調度、水環境評價、水土流失監督治理及水生態環境分析等各專業應用提供強力支持。

二、WEP模型的開發與驗證

本文作者從1995年起從事分布式流域水循環模擬研究，開發了網格分布式流域水循環模型WEP (Water and Energy transfer Process) 模型（參見文獻2至4）。該模型以長方形或正方形網格為計算單元，便于使用GIS和衛星遙感數據，并具有物理概念強、計算精度高和速度快等特點，已在日本谷田川等多個流域得到驗證，正在日本戰略性創造研究推進事業項目(CREST)“都市生態圈、大氣圈和水圈中的水量能量交換”課題中使用，并正在我國的幾個流域進行驗證中。WEP模型2002年10月獲日本國著作權登錄，并可從互聯網上下載，詳見pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html。雖然WEP模型還包括水質模擬模塊，受篇幅所限，這里僅就WEP模型的水循環模擬部分的開發與驗證情況做簡要介紹。

1．1 WEP模型的開發 為提高計算效率，WEP模型對非飽和土壤水運動的模擬采取了比SHE模型簡化的算法，但強化了對植物生態耗水與熱輸送過程的模擬，對水熱輸送各過程的描述大都是基于物理概念。

（1）模型結構。各網格單元的鉛直方向結構如圖-1（a）所示。從上到下包括植被或建筑物截留層、地表洼地儲留層、土壤表層、過渡帶層、淺層地下水層和深層地下水層等。狀態變量包括植被截留量、洼地儲留量、土壤含水率、地表溫度、過渡帶層儲水量、地下水位及河道水位等。主要參數包括植被最大截留深、土壤滲透系數、土壤水分吸力特征曲線參數、地下水透水系數和產水系數、河床的透水系數及坡面和河道的糙率等。為考慮網格內土地利用的不均勻性，采用了“馬賽克”法即把網格內的土地歸成數類，分別計算各類土地類型的地表面水熱通量，取其面積平均值為網格單元的地表面水熱通量。土地利用首先分為水域、裸地－植被域、不透水域三大類。裸地－植被域又分為裸地、草地與耕地、樹木3類、不透水域分為都市地表面與都市建筑物。另外，為反映表層土壤的含水率隨深度的變化和便于描述土壤蒸發、草或作物根系吸水和樹木根系吸水，將裸地－植被域的表層土壤分割成3層。

（a）

（b）

圖-1　WEP模型的結構：（a）網格單元內的鉛直方向結構，（b）平面結構

WEP模型的平面結構如圖-1(b)所示。首先，為追跡計算坡面徑流，根據流域數字高程（DEM）及數字化實際河道等，設定網格單元的匯流方向（落水線）。然后，將坡面徑流沿著落水線用1維運動波法由流域的最上游端追跡計算至最下游端。關于各支流及干流的河道匯流計算，視有無下游邊界條件采用1維運動波法或動力波法由上游端至下游端追跡計算。地下水流動采用多層模型進行數值解析，并考慮其與地表水、土壤水及河道水的水量交換。

(2) 水循環過程的模擬。蒸發蒸騰包括植被截留蒸發、土壤蒸發、水面蒸發和植被蒸騰等。WEP模型按照土壤-植被-大氣通量交換方法(SVATS)、采用Penman-Monteith公式詳細計算了蒸發蒸騰。由于蒸發蒸騰過程和能量交換過程客觀上融為一體，地表附近的輻射、潛熱、顯熱、熱傳導及地表溫度的計算不可缺少。為減輕計算負擔，熱傳導及地表溫度的計算采用了強制復原法(FRM)。GREEN-AMPT入滲模型物理概念明確，所用參數可由土壤物理特性推出，并已得到大量應用驗證，因此，WEP模型采用GREEN-AMPT鉛直一維入滲模型模擬降雨入滲及超滲坡面徑流。GREEN-AMPT模型僅適用于降雨入滲過程。而非降雨期的表層土壤(通常是非飽和狀態)水分量的再分配將影響到降雨入滲時的初期水分量、土壤和植被的蒸發蒸騰和對淺層地下水的補給等，為減輕計算負擔，WEP模型將表層土壤分成數層，按照非飽和狀態的達西定律和連續方程進行計算。 在山地丘陵等地形起伏地區，同時考慮坡向壤中徑流及土壤滲透系數的各向變異性。地下水流動采用多層模型進行數值解析。淺層地下水運動按照BOUSINESSQ方程進行二維數值計算，源項包括表層土壤的降雨補給、地下水取水、深層滲漏及地下水溢出(或來自河流的補給)等。在河流下部及周圍，河流水和地下水的相互補給量根據其水位差與河床材料的特性等按達西定律計算。為考慮包氣帶層過厚可能造成的地下水補給滯后問題，在表層土壤與淺層地下水之間設一過渡層，用儲流函數法處理。另外，WEP還考慮了雨水人工儲留滲透設施的模擬、防災調節池的計算及水田的模型化等。

2．2 WEP模型的驗證

WEP模型先后在日本東京的多摩川中部流域（578 km2）、千葉縣海老川流域（27 km2）及茨城縣谷田川流域（166 km2）得到驗證和應用。其中，海老川流域是高度都市化的流域，谷田川流域是農地與人工林地為主的自然流域，多摩川中部流域是半都市化半自然的流域。WEP模型的模擬結果示例見圖－2至4。可以看出，WEP模型不僅對流量，而且對地下水位及土壤水分等均有良好的模擬結果。驗證后的WEP模型曾用來分析都市化對東京都水熱收支及水熱通量的空間分布的影響，評價雨水人工儲留滲透設施和防災調節池對流域水循環的改善作用，研究水田的維持河川枯水流量及滯洪效果等（參見文獻2至4）。

WEP模型具有較高的計算效率。以谷田川流域的計算為例，共有16661個計算網格單元，計算時段步長采用1小時，在CPU為1.4GHZ的微機上，一年的計算時間約為3小時。

圖－2 WEP模型的流量模擬結果示例（谷田川流域）

圖－3 WEP模型的地下水位模擬結果示例（海老川流域）

圖－4 WEP模型的土壤水分模擬結果示例（海老川流域）

轉貼于 三、分布式流域水循環模擬面臨的難題與對策 分布式流域水循環模擬在我國推廣應用所面臨的主要難題有：（1）水文變量及參數的空間變異性與尺度問題。我國流域尺度大、人類活動影響深。可根據流域不同地區的地形地貌特點，分區選取不同的計算網格步長，然后根據網格內土壤等參數的概率分布規律考慮其空間變異性對產匯流的影響。（2）水循環的動力學機制的描述和計算量大之間的矛盾。水循環的許多過程如降雨時的入滲和地表徑流過程變化快，描述這些過程常需要日以下的時間步長。如果所有過程所有時期均采用很短的時間步長，計算量將很大。因此，采用變時間步長，即針對不同過程及同一過程的不同時期采用不同的時間步長，將是緩解矛盾的對策之一。（3）下包氣帶過厚滯后了降雨對淺層地下水的補給問題。我國許多地區特別是干旱半干旱地區的淺層地下水位往往很深，和地表之間存在很厚的包氣帶，滯后了降雨對淺層地下水的補給。可通過典型調查和觀測，采取滯后曲線法、儲留函數法等方法來解決。（4）資料收集難與數據不足問題。分布式水循環模擬需要大量的基礎數據。雖然我國的水文氣象觀測、地質調查與資料整編等基礎工作開展較早、質量較高，但目前仍存在資料收集難與數據不足問題。

四、結束語 分布式流域水循環模擬和GIS、DEM和各類遙測技術相結合，解決水資源評價、洪水預報調度、水土流失、水污染以及水生態等各種生產實際問題，近年來已成為跨學科的國際研究前沿。國際水文學會（IAHS）2002年將“觀測資料缺乏流域的預測（PUBs）”提議為下一個國際水文十年研究計劃。歐美國家已開發出分布式流域水循環模擬與流域水資源管理、污染物運移或土壤侵蝕流失計算等耦合的應用系統，如美國USGS 的MMS 系統、歐洲的SHETRAN模型等。因此，加快開發適應我國自然地理特征與氣候特點的各類基于GIS的耦合式應用系統顯得十分重要。此外，考慮到我國流域尺度大、人類活動影響深、環境復雜多變的實際情況，雖然傳統的以率定參數為本的集總式水文模型無法客觀地描述產匯流機制和預測人類活動帶來的影響，但完全按數學物理方程模擬又受計算量的限制和尺度問題的困擾，因此基于物理概念和變時空步長的分布式流域水循環模型將是未來的發展方向。

參考文獻 [1] Singh V.P. and D.A Woolhiser， Mathematical modeling of watershed hydrology，Journal of Hydrologic Engineering， ASCE， Aug.，2002，Vol.7， No.4， 270-292

[2] Jia Yangwen， Guangheng Ni， Yoshihisa Kawahara and Tadashi Suetsugi， Development of WEP Model and Its Application to an Urban Watershed， Hydrological Processes， May， 2001， Vol.15， 2175-2194

篇9

首先，針對性地設置水文站點，跟蹤監測重要用水戶的取水、排水。降水、蒸發、徑流是自然水循環的三大要素，為了滿足防汛抗旱和流域水資源規劃、開發、利用、保護和管理的實際需要，水文部門通過設置雨量站、蒸發站、水文（水位）站對其進行日常監測，同時通過水質監測站網對自然水體進行監測以掌握其水質變化。隨著水資源管理的不斷深入，有必要對社會水循環中的取水、排水設置專用的水文監測站點，以加強取水和入河湖排污口的監測和管理。

通過對取水大戶、主要灌區取水、退水的監測，水文部門可以分析計算社會水循環中取水、排水量的大小和水質情況，分析用水的合理性，為水行政主管部門落實“三條紅線”制度和實現區域與流域控制指標提供基礎性資料。水利部要求建立入河湖排污量統計和通報制度，加強入河湖排污口排污量監測設施建設，提高入河湖排污口監測覆蓋率。在省、市、縣行政交界處設置水文監測斷面，對入境、過境水量水質進行監測，為水量分配和年度考核提供基礎資料。

其次，加強建設項目水資源論證和水平衡測試工作，提供必要的水文服務。水文部門從事建設項目水資源論證有其技術、人才和資料優勢，應充分發揮其長期從事區域或流域水量、水質監測的經驗，加強對建設項目和重要規劃的水資源論證以及企業水平衡測試工作。

目前，從事水平衡測試的單位主要是水文部門，《水文、水資源調查評價資質證書》的業務范圍中包括了水平衡測試，有些省明確了由水文部門來承擔水平衡測試工作。通過水平衡測試能夠全面了解用水單位管網狀況，各部位（單元）用水現狀，并畫出水平衡圖，依據測定的水量數據，找出水量平衡關系和合理用水程度，采取相應的措施，挖掘用水潛力，達到加強用水管理，提高合理用水水平的目的。水平衡測試是對用水單位進行科學管理行之有效的方法，也是進一步做好企業節約用水工作的基礎。

第三，加強水文研究，探索社會水循環與自然水循環的相互作用和關系。以不同形態存在于自然界的水，受太陽輻射和地心引力兩種作用而不停地運動，構成降水、蒸發、滲流和徑流等水文現象，這屬于自然水循環概念。隨著人類社會對水的需求日益擴大，促使人類大規模地蓄水、引水，極大地改變了水的自然運動狀況，這種水在人類社會經濟系統中的運動過程即為社會水循環。自然水循環與社會水循環的相互作用和關系的研究，是水文面臨的一個新課題。從河流湖泊某水功能區取的水，用于生產、生活后，又將其排回到河流湖泊中，成為下一個水功能區的取水，周而復始。取水對河湖徑流的影響不可忽視，當取水量大到一定程度時勢必影響到河湖的徑流量，甚至造成河湖干枯，破壞水生態環境；用水效率低的項目，不僅造成水資源的浪費，不利于節水型社會的建設，還會影響取、排水；排水在一定程度上可以補充河湖徑流量，但排水水質達不到要求甚至嚴重超標時，不僅對河湖的生態環境造成較大影響，而且會造成水質型缺水。

最后，加強資料匯總，為水資源公報編制提供基礎數據。水資源公報是對社會水循環取水、用水、排水三個基本環節的年度總結，從中可以全面了解各地的水資源開發利用、保護與管理情況。《水資源公報編制規程》已上升為國家標準，公報按年度全面調查統計水資源的數量、質量、開發、利用、管理和保護等有關資料，并與前一年及多年平均情況進行比較分析，不僅反映水資源演變情勢及開發利用現狀，而且可以結合社會經濟指標統計分析用水指標，評價水功能區水質達標狀況，揭示水資源與經濟社會、生態環境之間的關系。公報具有權威性，已成為政府及有關部門規劃使用的依據。

篇10

關鍵詞:水安全 和諧社會 探討

水,生命之所系,它是地球萬物的生命之源,是人類賴以生存和發展的基本條件,是自然環境和社會環境中極為重要而活躍的因素。是維系地球生態系統功能和支撐社會經濟系統發展不可替代的基礎性的自然資源和戰略資源。水使人類生生不息,水促進了社會文明的誕生與發展,水使世界充滿生機和活力,沒有水,就沒有世界;沒有水,就沒有社會;沒有水,也就沒有人類。水安全問題事關重大,不僅是資源環境安全問題,而且是關系到國家經濟、社會可持續發展和長治久安的重大戰略問題。但現今全球人類缺乏安全的足夠的水資源以滿足基本生活需要。水資源以及提供和支持水資源的相關的生態系統面臨著來自污染、非可持續性使用、土地使用變換、氣候變化及其他諸多方面的威脅。中國更是如此,隨著社會經濟的迅速發展、城鎮化進程的加快和人類活動的影響,使水資源短缺與用水需求不斷增長的矛盾日益突出,水資源形勢堪憂,我們面臨著水多、水少、水臟、水渾等水問題,嚴重影響我國社會經濟的可持續發展和構建和諧社會。因此,我們應正視現實,直面水危機,從全局的、戰略的、政治的高度,審視對待水安全問題,堅持科學的發展觀,尊重自然、經濟和社會規律,正確處理人與人、人與社會、人與自然的各種關系,加強資源節約型和環境友好型社會建設,大力發展循環經濟,以供定需,以水定發展,節約保護、科學利用水資源、統籌人與自然和諧發展,保障飲水安全、健康安全、糧食安全、生態環境安全、經濟安全、國家安全。以水資源的可持續利用保障社會、經濟、生態的可持續發展,促進和諧社會建設。

1、水

1.1水資源的特性

水資源是一種特性明顯的資源。水是生命之源,目前已成為可持續發展的重要制約因素,只有科學地、系統地、全面地了解水資源特性,才可能制定正確的水資源政策,確定合理的水價。

1.1.1水資源是母體資源

水資源是支撐可持續發展的土地、水、森林、草原、礦產、能源、海洋、氣候、物種和旅游等十大資源中的母體資源(其中礦產與能源有較大的交叉,但遵從國際慣例分列;旅游資源中分自然景觀和人文景觀,大部分人文景觀不屬于自然資源。) 水資源是十大資源中較少見的有固液氣三相的資源。其中氣相,即在大氣中的水蒸氣,人類目前還無法自由利用,即俗稱“靠天吃飯”。水資源中有69.5% (該比例不包括目前難以統計的大氣水) 以冰川和永久性積雪存在,其中絕大部分還難以利用。

1.1.3水是部分不可再生的資源

水資源總量有30.1%以上是地下水,其中大部分是淺層地下水,可以和地表水互相轉換,但超采也會產生不同程度的地面沉降等生態蛻變,而且有的需較長的時間才能補給。深層地下水則是“子孫水”,與人類的經濟活動周期相比較是不能補給的。與其它資源相比,地下水的權屬界定和管理十分困難。

1.1.4水是一種流動性的資源

僅占淡水總量不到0.4%的江河湖庫水資源又具有流動性,給按地域的權屬界定和管理帶來了很大的困難。

1.1.5隨時間變化明顯

由于水資源的再生主要依靠降雨,因此水資源在人類經濟活動的短周期內不是恒定的資源,依不同地區在年內和年際有不同程度的變化,有時甚至十分劇烈。

1.1. 6水資源狀態脆弱且難以恢復

水生態十分容易受到取水過度、超量污染等人類活動的破壞,而且自恢復能力很弱。

1.1.7水資源是難以跨區域和國際交換的資源

由于對水資源使用量大,并以液相使用,再加上使用的經常性,使之難以跨區域交換和國際交換。

1.1. 8水資源是稀缺資源 中國水資源總量為2.8萬億m3。其中地表水2.7萬億m3,地下水0.83萬億m3,由于地表水與地下水相互轉換、互為補給,扣除兩者重復計算量0.73萬億m3,與河川徑流不重復的地下水資源量約為0.1萬億m3。按照國際公認的標準,人均水資源低于3000 m3為輕度缺水;人均水資源低于2000 m3為中度缺水;人均水資源低于1000 m3為重度缺水;人均水資源低于500 m3為極度缺水。中國目前有16個省(區、市)人均水資源量(不包括過境水)低于嚴重缺水線,有6個省、區(寧夏、河北、山東、河南、山西、江蘇)人均水資源量低于500m3。

中國水資源主要特點是:一是水資源短缺,人均占有量更低。中國水資源總量居世界第六位,人均占有量為2240 m3,約為世界人均的1/4,在世界銀行連續統計的153個國家中居第88位。二是地區分布不均,水土資源不相匹配。北方水少(占全國16.7%)耕地多(占全國60.5%),南方水多(占84%)耕地少(占39.5%),特別是華北平原和遼河流域,人均水資源才300立方米。長江流域及其以南地區國土面積只占全國的36.5%,其水資源量占全國的81%;淮河流域及其以北地區的國土面積占全國的63.5%,其水資源量僅占全國水資源總量的19%。三是年內年際分配不勻,旱澇災害頻繁。大部分地區年內連續四個月降水量占全年的70%以上,連續豐水或連續枯水年較為常見。 水是一切生命機體的組成物質,也是生命代謝活動所必需的物質,又是人類進行生產活動的重要資源。在太陽能和地球表面熱能的作用下,地球上的水不斷被蒸發成為水蒸氣,進入大氣。水蒸氣遇冷又凝聚成水,在重力的作用下,以降水的形式落到地面,這個周而復始的過程,稱為水循環。

水循環一般包括降水、徑流、蒸發三個階段。降水包括雨、雪、霧、雹等形式;徑流是指沿地面和地下動著的水流,包括地表徑流和地下徑流;蒸發包括水面蒸發、植物蒸騰、土壤蒸發等。

水的循環按其循環過程的不同,可分為大循環和小循環兩種。從海洋蒸發出來的水蒸氣,被氣流帶到陸地上空,凝結為雨、雪、雹等落到地面,一部分被蒸發返回大氣,其余部分成為地面徑流或地下徑流等,匯入江河,流歸海洋,這種海洋和陸地之間水遷移與交換的往復運動過程,稱為水的大循環。而從海洋表面蒸發變成的水汽,上升到空中,遇冷凝聚后又降落到海洋上,或者從陸地上蒸發變成的水汽,上升到空中,遇冷凝聚后又降落到陸地上,這種海洋內部或陸地內部的水的遷移與交換現象稱為小循環。水的大循環與小循環實際上是不能截然分開的,是互相聯系的,小循環往往包含在大循環內部。水的循環的總的趨勢是海洋向陸地輸送水汽,而陸地又將一部分徑流流回至大海。在水的循環過程中,地球上的大氣圈、水圈和巖石圈之間,通過蒸發、降水、下滲也進行著水的交換。