水循环的原理

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水循环的原理范文第1篇

关键词：循环水泵；超功率；详细分析；处理方案；叶轮切割；再鉴定

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0161-02

前期某电站早在建设阶段部分设备曾出现过一些技术问题，最终均得到顺利解决。笔者近期负责了循环水泵的采购与参与了部分合同执行工作，为此对前期项目曾出现的部分技术问题进行了整理与归纳，以期对后续项目有所借鉴与参考。

电站循环水泵（以下简称“循泵”）功能为向凝汽器提供冷却水，某电站（以下简称“P项目”）每台机组配置两台循环水泵，供应商为国外厂家（以下简称A），泵型为混流式、混凝土蜗壳循环水泵，齿轮箱与电机分包商也均为国外厂家。

在安装工作及静态试验完成，确认具备启动条件后，便对该电站第一台机组2号循泵（002PO）进行了首次性能试验，数据显示，在设计入口压力下，循泵流量与电机功率均比系统要求的设计值高。随后对该机组1号循泵（001PO）也进行了首次启动，得到了相同的结果。

该电站建设承包方邀请循泵供货A厂家现场服务工程师到现场，亲自启动了001PO性能试验，并更加精确地测量了相应试验数据，确认此问题真实存在，各方随即展开了原因分析及落实最终的处理方案。

1 合同中规定的性能参数

原约定的参数见表1。

2 现场测试结果

在首次启动发现循环水泵存在超功率问题后，为了得到更准确的试验数据，随后又分别于6月19日、6月23日两次启动了001PO，持续时间分别为5 h与3 h。

在此过程中收集了系统、设备的各项参数，现场泵性能试验特性曲线如图1所示。

从上述图表中的数据可看出，电机的输入功率为6 950 kW，比电机的额定功率6 500 kW超出7%，比电机的最大消耗功率6 233 kW超过约11.5%，电机稳定电流在710 A左右，比额定电流633 A超出了约12%，流量36.7 m3/s比设计的额定流量32.165 m3/s超出约14%，从上述结果可知，该泵的Q-H性能曲线较大程度上偏离了合同要求的性能曲线，对此展开如下原因分析。

3 原因分析

在确认循环水泵超功率的问题后，根据工作经验及认真分析，锁定导致该问题的原因有系统阻力偏低、泵实际转速偏高与泵几何尺寸偏大三个，具体描述如下。

3.1 系统阻力偏低

泵工作点为系统阻力曲线与泵性能曲线（流量-扬程）的交点，经过仔细核查，发现循环水泵系统的实际阻力远远低于设计阻力，在性能曲线不变的情况下，交点沿着性能曲线向右下方移动，致使泵的扬程降低、流量增大。

3.2 泵实际转速偏高

经调查发现，泵的设计转速为160 rpm，但电机和齿轮箱的设计输入却为161 rpm，由于实际制造过程中存在一定允许的偏差，在现场测得的循泵实际转速为161.8 rpm，与设计转速存在约1.13%的偏差。根据比例定律公式：

Q2/Q1=n2/n1

H2/H1=（n2/n1）2

P2/P1=（n2/n1）3

致使流量、扬程、轴功率都增加，但据计算仅转速增加不会导致功率的大幅上涨。

3.3 泵叶轮的几何尺寸偏大

除本文讨论的P项目外，厂家A在本次供货前也曾为其他电站项目（以下简称Q项目）提供过循环水泵，二者使用了相同的水力模型。

鉴于Q项目循泵运行良好，A厂家在Q项目原型泵基础上，考虑一定线性比例因子后设计了P项目循泵，据A厂家反馈该比例因子为1.236；当发现P项目循环水泵的超功率问题后，A厂家经过重新核算，得出上述线性比例因子应为1.212（误差值为2.4%）。

根据相似定律，流量与线性比例因子的立方成正比，扬程与线性比例因子的平方成正比，而功率与该因子的五次方成正比，目前该比例因子的误差值为2.4%，则该误差将导致循泵流量、扬程与功率的显著增大。

4 解决方案分析

针对前述三种原因，制定如下四种解决方案。

4.1 切割叶轮，减小叶轮直径

循泵为混流泵，满足切削定律，相应公式如下：

对循环水泵叶轮进行切割，根据上述公式可知，叶轮直径减小，其它几何尺寸不变（忽略出口处叶片宽度的微小变化），可减小泵的流量，降低电机功率，但会使泵的扬程降低。

为达到合同规定的技术性能要求，厂家A计算原循泵叶轮半径需车削掉51.5 mm，车削后水泵性能曲线将向下平移，可基本与合同要求的特性曲线重合，相关比较见表2。

另外，由于循环水流量增加，根据汽轮机组输出功率和循环水流量的关系曲线，输出功率可提高近0.08%（约800 kW），但实际能否增加机组的输出功率以及增加多少还与凝汽器是否能达到该流量下对应的真空值有关。

综上，该方法可以达到降低循泵流量与电机功率的目标；但所需工作量较大、实施难度也较大，预计4台循环水泵全部车削叶轮，以及拆卸、安装与调试共需5个月以上，无法满足工程进度。

4.2 更换齿轮箱

不对电机进行更换，仅更换齿轮箱，在电机转速不变的情况下改变齿轮箱太阳轮和行星轮的转速比，以降低水泵转速。

根据比例定律公式，转速下降，流量、扬程和功率均可得到降低：

为达到合同规定的技术性能要求，厂家A计算转速需由原来的161.8 rpm降低至155.3 rpm，齿轮箱变比将由原来的1：4.6降低为1：4.8，转速降低后水泵性能曲线将向下平移，可基本与合同要求的特性曲线重合。

综上，该方法可以达到降低循泵流量与电机功率的目标，且较叶轮车削，工期短、工作量小；但由于需重新设计、制造齿轮箱，成本较高，且齿轮箱的制造工期较长（约1 a）。

4.3 增加循环水泵系统阻力

由于循环水泵系统的实际阻力远远低于设计阻力，则可修改循泵蜗壳和涵道结构，或在凝汽器出水侧管路中增加节流孔板，增大系统阻力，从而改变循泵工作点，达到提高扬程与减少流量的目的，但功率会稍有增加。在现有循泵严重超功率的情况下，该种方法不可取。

4.4 更换大功率的电机

现有循泵严重超功率，可考虑更换更大功率电机，但该种方案所需工期较长（2 a），不满足工程进度；而且更换的电机功率将达到8 000 kW，成本较高，经济型较差。

5 最终采取的处理方案

根据前述几种方案的对比分析，在综合考虑各种因素后，各方最终决定采用第一种解决方案，且根据计算切削后的性能参数：

Q=126 000 m3/h，H=15 m，P=5 800 kW

可以满足循环水系统稳定运行工况要求，同时，为保证叶轮切割质量，电站总承包方要求切削后的叶轮要单独进行动平衡试验。

5.1 叶轮切削后以及性能试验结果

确定方案后，在各方的通力合作下，4台循泵均进行了切削（叶轮直径从2 879 mm减少到2 776 mm），在动平衡试验合格后，运至现场进行了回装，并对1、2号循泵进行了再鉴定性能试验，试验结果基本与预期相同，见表3。

5.2 结论及安全性评价

综上，叶轮切削后，循泵流量、扬程和功率均得到了明显下降，基本满足了系统运行要求，虽然轴功率上涨较多，且电机输入功率（6 550 kW）稍微超过了电机额定功率（6 500 kW），但据测试绕组温升很低，电机厂家通过分析计算，认为即使在特殊工况下电机输入功率短时达到6 700 kW，也不会对电机寿命造成影响。

此外，循环水泵由LGD/LGE中压盘供电，不影响LHA/LHB应急母线的负载，因此不影响应急柴油机的带载能力，因此供电系统也是安全的。最终，电站营运者经过试验、计算与分析，也认可了循泵叶轮切削方案，认为最终试验结果可以保证循泵的长期安全稳定运行。

至此，循环水泵超功率问题得到满意的处理，同时也为后续其它项目提供了宝贵的经验。

水循环的原理范文第2篇

[关键词] 循环经济 水能资源开发 生态环境

我国水能资源丰富。随着水能资源开发力度日益加大，在传统开发模式下带来了一系列经济发展与生态环境相冲突的问题，严重阻碍了水能资源有效开发和经济可持续发展。因此，在大力开发水能资源时，必须克服传统开发模式下面临的问题。本文以循环经济理念为指导，为有效开发我国丰富的水能资源提供思路。

一、循环经济与水能资源开发

1.能源的循环经济，亟待水能资源的开发

经济快速发展必须有强有力的能源支撑。传统能源开发采取的是“能源资源――能源产品――能源废弃物”单向流动的线形经济发展模式，依赖的是储藏地下及数量有限的不可再生能源，通过增加能源消耗谋求经济发展的线形经济，因此，必须转变传统的能源经济发展模式，将循环经济纳入到能源开发中。而水能资源的开发，可以节约煤炭等有污染不可再生资源，有利于资源的优化配置，符合能源的循环经济要求。

2.水能资源的开发，亟待循环经济模式

水能资源的开发将给开发地周围带来一系列的问题，这主要是因为在单向流动的线形经济发展模式下，忽视了水能资源开发对生态环境和经济发展等造成的影响，因此应积极倡导与环境和谐发展的循环经济发展模式，在开发过程中充分考虑对周围生态环境和经济发展的影响，同时在库区经济发展中充分吸收循环经济理念，把各项经济活动组织成“资源――产品――再生资源”的反馈式流程，使所有物质和能源在这个经济循环中得到合理和持久的利用，以把库区经济活动对生态环境和经济可持续发展的影响降低到尽可能小的程度，在积极发展水电能源的同时，促进经济的可持续发展。

二、循环经济理论在水能资源开发中的应用

循环经济理论在水能资源中的运用具体体现在以下方面。

1.建立绿色消费和绿色生产政策体系，鼓励水能资源的开发

人类的经济发展模式经历了从“高消耗、高污染、高消费”到“低消耗、低污染、适度消费”的可持续发展模式。循环经济是目前最能代表可持续发展的战略模式，而倡导绿色消费和绿色生产是构建循环经济的最重要环节。在水能资源开发中要大力宣传绿色消费和绿色生产；制定统一的绿色消费和绿色生产政策，引导消费者消费绿色产品和生产者生产绿色产品，从而促进产品结构优化；将“优先发展水电”政策落实到实处，转变能源的生产方式，使能源开发遵循循环经济的发展模式。

2.建立绿色经济核算体系，加强水能资源开发的科学决策

绿色经济核算体系是可持续发展战略中的重要组成部分，包括绿色会计制度和绿色国民经济核算体系。在水能资源开发中对环境资源和自然资源的消耗非常大，而在现行的会计核算制度和国民经济核算体系中，消耗的环境资源和自然资源成本并没有得到相应完整的体现。因此，应该改革企业和政府现行会计核算制度和国民经济核算体系，通过建立完整的环境资源和自然资源价格体系，将水能资源开发过程中使用的环境资源和自然资源的真实成本纳入到会计核算和国民经济核算体系中，从而建立一套绿色经济核算制度，使水能资源开发更能体现出其真实成本和真实效益，从而有利于水能资源开发项目的科学决策。

3.建立与生态环境友好的开发体系，促进水能资源的有效开发

建立生态环境友好的水能资源开发体系，就是要从规划、勘测、设计、施工、运行管理各个环节，优先考虑生态环境问题，促进水能资源开发利用与生态环境保护协调发展，实现能源的循环经济。

(1)健全水能资源开发项目的环境影响评价制度。水能资源开发项目对当地的生态环境的影响大而且持久。因此，对水能资源开发项目首先必须健全环境影响评价制度，严肃环保法律法规，严格环境准入；其次应加强对水能资源开发项目实施后可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，编制环境影响报告书，从源头预防水能资源开发可能对环境造成的生态问题，从而实现水能资源的可持续发展。

(2)量化水能资源开发对生态环境的影响。在对水能资源开发项目进行环境影响评价时，大多是从宏观定性方面进行研究，在微观定量方面的研究相对比较少，将项目对环境的影响进行定量研究并纳入到经济评价的更少。这样不仅忽视了项目对周围环境产生的影响，而且间接地扩大了项目的效益。因此，应量化水能资源开发对生态环境的影响，在进行可行性研究时应充分考虑项目开发对周围环境的影响，因地制宜、选择对生态环境友好的项目。

(3)优化水能资源开发项目的设计方案。据统计在设计阶段运用价值工程可降低成本25%～40%，因此在对水能资源开发项目尤其是大型项目进行设计时，应该运用价值工程原理进行方案的决策，在保证项目价值不变或提高的情况下，充分考虑项目对周围生态环境的影响，在多个备选方案中尽可能选择对周围动植物友好的设计方案，从设计角度将项目对周围生态环境的影响降低到最小。

(4)采取积极的移民安置政策。大型水能资源开发项目将带来大量的移民及安置问题，妥善解决好这一问题对水能资源的顺利开发具有积极的作用。对于移民及安置问题，除了采取传统的政府安置政策、库区后期扶持政策等之外，还可以研究采取“投资型”政策，让移民参与水能资源开发投资，使他们能长期分享水能资源开发的效益，并促使移民和开发商形成利益共同体，将有利于水能资源项目的顺利开发。

4.加强水能资源开发项目的运行管理

水能资源开发项目的运行期比较长，一般是几十年甚至上百年，因此，运行管理就显得十分重要。

(1)加强大坝安全管理。以当前的技术水平，新建大坝的设计、技术、建造等问题不是十分突出，但是历史上原有大坝的安全问题以及大坝的管理问题则不容忽视，应尽快从技术、经济、安全、环境和社会等方面进行综合研究和权衡，对病险水库大坝进行综合管理，采取适当措施对病险水库大坝加以解决。另外，大坝的军事安全问题也不容忽视。现今全球恐怖活动频繁，国内也存在恐怖力量，比如种族冲突、历史遗留的移民问题等都有可能激化成社会矛盾，对大坝的安全构成潜在的威胁。

(2)加强电站的运行管理。首先，要根据项目用电、用水和生态环境等方面的要求，协调项目各功能之间的关系，研究制定电站优化运行方案，确保水电站和大坝的安全运行；同时要尽可能减轻水电站运行对水库水生环境的影响，确保下游必要的生态流量和鱼类等的基本生存要求，满足下游航运的基本要求等。其次，要协调项目的效益和运行安全之间的关系，在注重经济效益的同时更多的关注运行安全问题，重视对项目的技改更新，防止运行管理中的安全隐患。第三，要建立确实可行的安全管理制度。第四，加强水电站防洪管理，包括加强水电站防洪预案的编制，健全水电站安全度汛监管机制等。

5.加强水电站退役问题的研究

当前对水能资源开发项目的前期可行性研究论证时，并没有太多的从技术和经济角度考虑大坝退役的问题。从项目全寿命周期的角度考虑，水电站退役是水能资源开发项目周期中必不可少的环节。因此，应该加强对水电站退役问题的研究。

(1)加强延长水电站使用寿命的技术经济分析。在进行水能资源开发的可行性研究论证时，应该事先从技术上和经济上考虑延长水电站使用寿命的可能性和可行性，提出项目后期的发展方向。而在项目运行过程中要加强对水能资源开发项目的后评价研究工作，及时发现项目存在的问题，为后期运行管理和大坝退役提供指导。在项目计算期结束时，应该加强延长水电站使用寿命的技术分析和经济分析，如果使用新的投资来延长使用寿命在技术上不可行或者在经济上不可行，则需要考虑水电站退役问题。

(2)加强水电站退役后的技术经济评价。根据水电站拆除程度不同，水电站退役分为部分退役和完全退役两种。对于完全退役，除了要考虑大坝和辅助设施全部拆除的费用之外，更重要的是考虑大坝拆除后淤沙及水的下泄给下游带来的影响，同时还要考虑大坝拆除后对库区生态环境带来的影响。对于部分退役，则需要考虑大坝的安全问题和维护保养成本等。对究竟采取哪种方式退役，需要进行详细的可行性研究论证，目的是使水电站的退役不仅技术上可行、经济上可行，而且水电站的退役对项目周围生态环境带来的影响最小。

三、结论

通过以上措施，以循环经济理论指导我国水能资源的开发，有效消解由于水能资源开发带来的经济发展与生态环境之间的矛盾，促进水能资源开发的循环经济和经济的可持续发展。

参考文献

[1]吴季松:新循环经济学.清华大学出版社，2005

[2](美)P・麦卡利著周红云等译:大坝经济学．中国农业出版社，2001

水循环的原理范文第3篇

一、运用生动直观图像，激发地理学习兴趣

“兴趣是最好的老师”，非智力性因素在教学中越来越受到重视，因为有了兴趣，学习才有动力，学习的积极性和主动性才能大大提高，有利于提高课堂教学效益。地理图像具有形象、直观的特性，在课堂教学中如果能很好地将图、声、像有效结合，则有利于激发学生学习兴趣。

例如，“地球的宇宙环境”课标目标是“了解地球所处的宇宙环境及其对地球的影响，形成科学的宇宙观”。导入新课时，可利用多媒体平台播放“嫦娥二号”探月卫星发射的模拟演示动画，然后点评“嫦娥二号”卫星发射升空是我国探索月球和外层空间的主要方式，以扩展和深化对地球与宇宙的认识。从课堂反馈信息看，当前时事热点用多媒体图像展示，不但能激发学生探究地球宇宙环境的兴趣，而且有利于提高学生的思维和想象能力。

又如，“大气对地面的保温作用”可以采用边讲边板书简图，即“太阳辐射地面辐射大气辐射大气逆辐射保温作用。”通过简图，学生对太阳光热如何保温的演化过程一目了然，记忆犹新。实践发现简图、板图能吸引学生注意力，不断激发地理学习兴趣，学习的激情将会持久。有趣才能乐学，乐学才会高效。

生动形象的图像，可丰富地理知识，使枯燥的教材活龙活现，对呈现的地理事物和现象加深印象，形成地理学习兴趣，学生思维会更加活跃，有利于地理双基的理解和掌握。

二、运用灵活多变图像，突破教学重难疑点

地理教材的许多地理概念、原理与规律等知识，往往是教学中的重点和难点，在教学过程中发现，大部分学生难以理解和掌握。如何化难为易、突破重难点？可借助图像教学以达到化繁为简、化难为易之功效。

例如，课程标准“分析地球运动的地理意义”，从过程与方法“通过分析地球不同纬度地带正午太阳高度变化和昼夜长短变化，进一步提高学生地球空间思维和想象能力。”“正午太阳高度变化和昼夜长短变化”是教学的重难点，同时又是高考常考的知识点。在讲授昼夜长短变化教学时可这样进行：①要求学生与教师一起先画出春、秋分日的光照图，且在赤道、回归线、极圈上用红笔标出昼弧，用蓝笔标出夜弧，明确春、秋分日全球昼夜平分。②画出夏至日的光照图，按照上述要求进行并总结规律（夏至日北半球昼最长夜最短，纬度越高昼越长，北极圈及其以北出现极昼现象，南半球相反）。③学生完成冬至日的光照图，并总结冬至日昼夜长短的变化（冬至日北半球昼最短夜最长，纬度越高夜越长，北极圈及其以北出现极夜现象，南半球相反）。④学生归纳从春分日到秋分日和秋分日到春分日昼夜长短的时间变化规律。⑤教师总结昼夜长短变化规律（昼夜长短的纬度变化规律：太阳直射的半球昼长夜短，且纬度越高昼越长，在纬度高于一定纬度90°-太阳直射点的纬度）的地区出现极昼现象；没有太阳直射的半球则正好相反。昼夜长短的季节变化规律：太阳直射点北移，北半球昼变长、夜变短，北极圈内出现极夜现象的地区就会减少（12月22日～3月21日）或出现极昼现象的地区就会增多（3月21日～6月22日）；太阳直射点南移，北半球昼夜长短变化就相反。春、秋分日全球昼夜平分。赤道上终年昼夜平分。⑥例举2011年高考广东文综卷第40题材料，要求学生完成第一小题“2011年6月8日，三个国家的首都，白昼最长的是 ”。从课堂反馈的信息看，有98%的学生能够理解昼夜长短变化规律，并能运用太阳直射点的移动判断昼夜长短。

又如，“地表水平运动物体的偏向”是高中地理教学的重难点，同时也是高考的热点。课标对偏转产生的原因没有要求，湘教版教材根据课标及学生实际，只讲现象，不讲原因。为了对这一现象更直观地理解和认识，可在黑板上画出南北半球和赤道上水平运动物体的偏转状况，结合学校附近武江河两岸的冲刷与淤积情况进行说明。这样可以直观形象地说明地转偏向力的影响，加深地球自转对地理环境作用的理解。

运用图像教学，能够把抽象的地理概念、原理和规律知识变得形象具体，有利于学生理解和掌握教学重难点知识，提高课堂教学的实效性。

三、运用类型多样图像，提升地理综合能力

高中地理（湘教版）必修教材中大约有333幅图表，包括地图、示意图、坐标图、柱状图、饼状图、等值线图、景观图、关联图、表格等，是教学中不可缺少的信息载体，在地理教学中具有决定性作用。高中地理课程标准“知识与技能”目标的第四条为“掌握阅读、分析、运用地理图表和地理数据的技能”，这些技能的掌握不仅利于学生地理学习，而且对其生活及终身发展都极有裨益，可见，图像在新课程中有着非常重要的地位。

例如，课标中提出“运用示意图，说出水循环的过程和主要环节，说明水循环的地理意义。”水循环这部分内容比较抽象，在处理“水循环的过程和主要环节”教学中，师生一起绘制水循环的过程示意图，讨论水循环的环节；学生合作探讨水循环的发生范围分哪几类？分别说明其主要环节。而在“水循环的地理意义”教学中，结合湘教版第59页示意图、第60页阅读“黄河输沙造陆——水循环改变地形”和教材第二、三、四段文字材料，分组讨论水循环的意义，学生自己归纳并由小组推荐代表发言，教师总结，最后练习巩固。图1为南极大陆和周边海区水循环示意图，读图完成问题。

（1）代表水循环蒸发环节的是：

A.①⑤ B.③④ C.②④ D.③⑤

（2）水循环⑥环节对地理环境的主要影响是：

A.降温减湿 B.形成“U”型谷地

水循环的原理范文第4篇

(1)水循环的概念:自然界的水，在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈中通过蒸发、输送、降水、径流等各个环节连续运动的过程，叫水循环。

(2)按水循环发生的空间领域可以分为海陆间循环、内陆循环和海上内循环三大类。

1)海陆间循环:是指海洋水与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。海陆间循环是最重要的水循环类型，它使陆地水得到补充，使水资源得以再生。

2)内陆循环:陆地与陆地水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。

3)海上内循环:海洋与海洋水之间通过一系列过程所进行的相互转移运动。

(3)水循环的意义。

1)将水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈层联系起来，并在它们之间进行能量交换;

2)水在运动中夹带溶解物质和泥沙而使物质迁移;

3)使大气降水、地表水、地下水、土壤水之间相互转化，使水资源形成不断更新的统一系统。

2.水平衡原理。

某个地区在某一段时期内，水量收入和支出的差额，等于该地区的储水变化量。各区域的水平衡方程式:外流区域:P0 =E0 +R0 内流区域:P0 =E0 海洋:P0 =E0 -R0 全球:P0 =E0 (用P0 代表多年平均降水量、E0 代表蒸发量，R0 代表径流量)

3.海洋水。

(1)海水的盐度。

1)海水的盐度。1千克海水中所含溶解的盐类物质的总量叫海水的盐度。

2)海洋表层盐度分布的规律。从南北半球的副热带海区分别向两侧的高纬度和低纬度递减。世界大洋的平均盐度约为35‰;世界上盐度的海区在红海，盐度超过40‰，世界上盐度最低的海区在波罗的海，盐度不超过10‰。3)影响海洋表层盐度分布的因素。①气候。南北回归线附近降水少，蒸发量大于降水量，海洋表层盐度;赤道附近降水丰沛，降水量大于蒸发量，盐度稍低。②洋流。暖流的海水盐度较高，寒流的海水盐度较低;在同纬度地带，暖流经过的海区，盐度偏高，寒流经过的海区，盐度偏低。

(2)海水的温度。影响海水温度的因素和变化规律:

1)太阳辐射的影响，同一海区的水温随季节变化而变化;不同的海区水温随纬度的高低而有所不同。

2)受洋流的影响，暖流流经的海区较同纬度的海区水温偏高;寒流流经的海区较同纬度的海区水温偏低。

3)受深度的影响，同一海区水温因深度的改变而变化。一般1 000米以上变化幅度较大，1 000米以下水温变化很小。

(3)洋流。

水循环的原理范文第5篇

关键词 分布式水文模型；水土保持；水文水资源效应

中图分类号：S157 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0046-01

1 分布式水文模型的研究

由于水体存在流动性、空间变异性的特点，现阶段水文模型有两种，分别是集总式水文模型、分布式水文模型，这两种水文模型最大的不同是其水体的水利学特征分布是否均匀，根据水利学分布特征的不同，两种水文模型在概念上有着很大的差别。分布式水文模型是通过水流的偏微分物理方程来展示水体在流域时间、流域空间上的变化规律，考虑到周边环境、初始条件等数据，采用一种离散化的计算方式，对其进行分析求解。影响水循环的因素有很多，模型参数主要依靠其水体移动介质的物理特性来测量、推算，分布式水文模型可广泛应用于对流域下垫面的研究。1969年首次由国外学者研究出分布式水文模型，随着时代和科技的发展，分布式水文模型也越来越受到人们的关注，通过与计算机技术、地理信息系统技术、遥感技术等相关技术的运用，提出了分布式水文模型更多的功能与效用。

2 WEP-L模型基本原理及水资源评价口径

2.1 WEP-L模型基本原理

WEP-L模型是一种具有物理机制的分布式水文模型，通过参考WEP-L模型就能了解到自然界中水循环的各个要素模拟情况，WEP-L模型的模拟对象包括天然与人工这两种，其中天然的对象是坡面-河道的主循环过程，人工的对象则是供-用-耗-排的侧支循环过程，这两种模拟对象的耦合关系需要水量平衡、各项循环要素间的水力联系得以实现。WEP-L模型可由平面、垂直这两种结构形成，其平面结构由坡面汇流计算出各项高带高程、坡度、Manning糙率系数等，通过一维运动坡法计算流体的坡面径流，从其流域最上游开始计算，直到追算至最下游，凡是河道内存在下游条件汇流就可使用一维运动坡法。WEP-L模型垂直结构是按照从上到下的方式，其研究对象包括融雪与冰川层、植被与建筑物截留层、土壤表层、过渡带层以及深、浅层地下水层等，由于不均匀的土地利用，通过使用马赛克法计算出每种土地类型平均面积值的地表面水热通量，可反映出表层土壤含水率、土壤蒸发以及草、作物、树木根系吸水等情况，为对生态需水中土壤水作用的研究打下了基础。土壤、水面、植被蒸腾等各项蒸发量在水循环系统各要素模拟中，可参考土壤-植被-大气通量交换方法进行计算，根据地表径流的产流模式可分为超渗、蓄满，其计算方式也要有所区别，例如超渗可采用Green-Ampt模型，蓄满可采用Richards方程计算。山坡斜面土壤层计算方法可采用壤中流法来计算， 浅层地下水运动主要的计算方法是二维数值法计算，浅层地下水运动与非饱和土壤水、河水呈动态藕合关系，融化积雪的算法主要依靠温度指数法，为进一步计算出蒸腾蒸发量，可通过WEP-L模型模拟地表面-大气间能量循环过程，就能得出具体、精确的蒸腾蒸发量。

2.2 水资源评价口径

水资源有三种评价准则，基于水资源准则的有效性、可控性、可再生性又可分为三种评价口径，分别代表了狭义、广义水资源量、国民经济可利用量。本文从狭义、广义水资源口径对水土保持水文水资源效应做出评价。不重复的有效蒸散发量加上狭义水资源总量就可以得出广义水资源总量，狭义水资源其中包括地表水资源量、不重复的地下水资源量，符合现阶段水资源概念。

3 分布式水文模型应用实例研究

3.1 研究实例概况

本文以黄河重点水土流失治理区为例，主要对基于分布式水文模型的水土保持水文水资源效应进行研究，本次研究区位于黄河中游的河龙区间，其中含有三个水资源三级区，分别为河龙区间左岸、吴堡以上右岸、吴堡以下右岸。河龙区黄河干流全长约为725千米，面积约达11万平方千米，两岸有众多细小分支流汇人，黄土极厚，地形龟裂，集中降雨强度大，植被稀疏，严重的水土流失地带，生态环境极其脆弱，其也是黄河一带重要的产沙区。

3.2 分析方法

通过WEP-L模型模拟河龙区四十五年的水循环过程，并将其下垫面条件与无水土保持措施条件的水循环模拟过程进行对比，可直接反映出水土保持水文水资源效应。具体分析方法如下，首先制定出划分子流域与基本计算单元，将河龙区分为多个流域、高带等，每个高带则看作是一个计算单元。为保证WEP-L模型计算的精确性、有效性，可通过饱和导水系数、Manning糙率、地下水含水层的传导系数与给水度等进行校正。两种对比的模拟过程在保证各项参数相等时，Manning糙率会随着土地利用率而发生变化。

3.3 结果与探讨

在河龙区采用有效的水土保持措施，可使植被条件、土壤条件、局部地形与地貌等条件发生改变，这些变化反映出水循环的垂向过程、水平过程、流域水循环各项要素过程，其过程的变化就出现了各种不同的水资源量评价口径，随之形成多种水资源量评价口径。有效的水土保持措施使河龙区增多了局部蒸发量、减少了无效蒸发量、广义水资源量明显上升。河龙区采用水土保持措施，有效增加了水资源效应与土地利用率，对保护生态环境起到了积极作用。

4 结束语

综上所述，水土保持水文水资源效应就是水土保持对水体、流域、水沙等变化产生作用的结果。传统研究水土保持水文水资源效应的方法有水文法、水保法，但这两种方法都无法反映出广义水资源效应，分布式水文模型则可为研究水土保持水文水资源效应提供有力的依据。现阶段还没有找出分布式水文模型计算减沙效应的方法，但值得一提的是，分布式水文模型会是今后水土保持水文水资源效应研究中的重要工具。

参考文献

[1]史晓亮.基于SWAT模型的滦河流域分布式水文模拟与干旱评价方法研究[D].中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所），2013.

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[3]董雯.人类活动和气候变化对水文水资源的影响研究[D].新疆大学，2010.