第5章-水资源供需平衡分析概要复习过程.ppt

第,5,章,水资源供需平衡分析,第5章-水资源供需平衡分析概要,二、原则,(1),近期和远期相结合,水资源的供需必须有中长期的规划，要做到未雨绸缪，不能临渴掘井。,供需平衡分析一般分为现状、中期和远期几个阶段，,既把现阶段的供需情况弄清楚，又要充分分析未来的供需变化，把近期和远期结合起来。,(2),流域和区域相结合,在牵涉到上、下游分水和跨地区跨流域调水时，,更要注意大、小区域的结合。,(3),综合利用和保护相结合,水资源是具有多种用途的资源，其开发利用应做到综合考虑，,尽量做到一水多用，妥善处理避免污染。,三、方法,1,、系列法,按雨情、水情的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算；,2,、典型年法,(,或称代表年法,),根据雨情、水情具有代表性的几个不同年份进行分析计算，而不必逐年计算。,3,、动态模拟法：,属系列法的一种。,1.,系列法,选择代表性的系列，进行逐年供需分析。,系列法要求资料多，工作量大，适用于大区域、重要地区的供需平衡分析。,通过对长系列调节计算结果的统计分析，可以得到不同来水频率下的各分区各部门的余缺水量。,2.,典型年法,选择代表性的系列，根据降水频率，选取典型年进行供需分析。,一般地，,平水年,频率,P=50%,，枯水年（,偏旱年,）频率,P=75%,；特枯水年（,干旱年,）频率,P=90%,或,P=95%,。,北方干旱地区，一般要做,平水年（,P=50%,）、,偏旱年,（,P=75%,）二个典型年的供需分析。,南方湿润地区，则做,平水年（,P=50%,）、,偏旱年,（,P=75%,）、,干旱年,（,P=95%,）三个典型年的供需分析。,5-2 水资源供需平衡分析的典型年法,一、典型年法的涵义,典型年,(,又称代表年,),法，是指对某一范围的水资源供需关系，,只进行典型年份平衡分析汁算的方法。,选哪几种代表年，根据水供需的目的来确定。,优点：,可以克服资料不全,(,如系列资料难以取得时,),及计算工作量太大的问题。,二、计算分区和计算时段,（一）,区域划分,(1),尽量按流域、水系划分，对地下水开采区应尽量按同一水文地质单元划分，,这样便于算清水账。,(2),尽量照顾行政区划的完整性。,这样便于资料的收集和统计，,另外，按行政区划更有利于水资源的开发利用和保护的决策和管理。,(3),尽量不打乱供水、用水、排水系统。,（二）计算时段的划分,区域水资源计算时段可分别采用年、季、月、旬和日，选取的时段长度要适宜，划得太大往往会掩盖供需之间的矛盾，,缺水期往往是处在时间很短的几个时段里，,因此只有把计算时段划分得合适，才能把供需矛盾揭露出来。,实际工作中划分计算时段一般以能客观反映计算地区的水资源供需为准则。,计算时段也可采用以年为单位，即使是以旬或月为计算时段的分析，,最后计算成果也应汇总成以年为单位的供需平衡分析。,三、典型年和水平年的确定,（一）不同频率典型年的确定,1,典型年来水量的选择,根据各分区的具体情况来选择控制站，以控制站的实际来水系列进行频率计算，,选择符合某一设计频率的实际典型年份，,然后求出该典型年的来水总量。,可以选择年天然径流系列或年降雨量系列进行频率分析计算。,（,1,）,北方干旱半干旱地区，降雨较少，供水主要靠径流调节，,则常用年经流系列来选择典型年。,（,2,）,南方湿润地区，降雨较多，缺水既与降雨有关，又与用水季节径流调节分配有关，,故可以有多种的系列选择。,（,3,）,在西北内陆地区，农业灌溉取决于径流调节，,故多采用年经流系列来选择代表年。,（,4,）,而在南方地区农作物一年三熟，全年灌溉，降雨量对灌溉用水影响很大，,故常用年降雨量系列来选择典型年。,对于降雨的年内分配，,一般是挑选年降雨量接近典型年的实际资料进行缩放分配。,2,典型年来水量的分布,按实际典型年的来水量进行分配，,但地区内降雨、径流的时空分配受所选择典型年所支配，,具有一定的偶然性，,故为了克服这种偶然性，通常选用频率相近的若干个实际年份进行分析计算，,并从中选出对供需平衡偏于不利的情况进行分配。,（二）水平年确定,一般情况下，需要研究分析四个发展阶段的供需情况，,即所谓的四个水平年的情况。,1,、现状水平年：,又称基准年，系指现状情况以该年为标准。,2,、近期水平年：,基准年以后,5,年或,10,年。,3,、远景水平年：,基准年以后,15,或,20,年。,4,、远景设想水平年：,基准年以后,3050,年。,注：,一个地区的水资源供需平衡分析究竟取几个水平年，,应根据有关规定或当地具体条件以及供需分析的目的而定。,四、可供水量和需水量的分析计算,（一）,可供水量,可供水量是指不同水平年、不同保证率或不同频率条件下通过工程设施可提供的符合一定标准的水量，,包括区域内的地表水、地下水、外流域的调水，污水处理回用和海水利用等。,1,、供水系统分类,（,1,）按工程分类：,包括蓄水工程、引水工程、提水工程和调水工程。,（,2,）按水源分类：,为地表水工程、地下水工程和污水再生回用工程类型。,（,3,）按用户分类：,为城市供水、农村供水和混合供水系统。,2,、可供水量的影响因素,（,1,）来水条件；,（,2,）用水条件；,（,3,）工程条件；,（,4,）水质条件。,注：,可供水量不同于天然水资源量，也不等于可利用水资源量，,一般情况下，可供水量是小于天然水资源量，也小于可利用水资源量。,对于可供水量，要分类、分工程、分区逐项逐时段计算，,最后还要汇总成全区域的总供水量。,（二）,典型年法中供水保证率,1,、供水保证率：,指多年供水过程中，供水得到保证的年数占总年数的百分数，,常用下式计算：,式中：,p,供水保证率；,m,保证正常供水的年数；,n,供水总年数。,2,、确定供水保证率的方法,(1),在今后多年供水过程中有保证年数占总供水年数的百分数。,今后多年是一个计算系列，在这个系列中，不管那一个年份，只要有保证的年数足够，就可以达到所需保证率。,(2),规定某一个年份,(,例如,2000,年这个水平年,),，,这一年的来水可以是各种各样的，现在把某系列各年的来水都放到,2000,这一水平年去进行供需分析，,计算其供水有保证的年数占系列总年数的百分数，即为,2000,年这一水平年的供水遇到所用系列的来水时的供水保证率。,（三）,需水量,1,工业用水,(1),工业用水的计算,式中,:Q,1,总用水量，,m,3,/a,；,Q,c,耗水量，,m,3,a,；,Q,D,排水量，,m,3,a,；,Q,R,重复用水量，,m,3,a,。,(2),工业用水的预测,趋势法：,用历年工业用水量增长率来推算未来工业用水量。,式中：,S,i,某一年所预测的工业需水量，,m,3,；,S,0,起始年的工业用水量，,m,3,；,d,工业用水量年平均增长率，；,n,从起始年份到预测年份所间隔的时间，,a,。,相关法：,工业用水的统计参数,(,如单位产值耗水量、工业用水增长率等,),与工业产值有一定的相关关系，,常用以下两种方法进行预测：,建立工业用水增长率和工业产值增长率的相关关系来推求工业发展用水；,建立工业产值和万元产值用水量的相关关系来推求工业发展用水。,分行业重复利用率提高法：,用万元产值用水量和重复利用率这二个指标来推算工业发展用水。,式中：,q,1,，,q,2,分别为起始年和预测年的万元产值取用水量，,m,3,万元；,1,，,1,节。,分别为起始年和预测年的工业用水重复利用率，。,2,生活用水：,城市生活用水量的预测常用人均生活用水定额法推算。,Q,生活,=365qm/1000,式中,:,Q,生活,生活用水需求量，,m,3,a,；,g,人均生活用水定额，,L,(,人,d),；,m,预测期用水人口数，人。,3,农业用水,:,农村用水包括农、林、牧、副、渔业的用水，农村居民的生活用水、农村工业、企业用水等。,(1),农业灌溉用水量的计算和预测,一种作物一次田间灌水量,(,称净灌溉用水量,)M,净,可用下式求得：,M,净,=m,式中,:m,作物某次灌水的灌水定额，,m,3,亩；,该作物的灌溉面积，亩。,毛灌溉水量,M,毛,灌溉水要经过各级渠道输送到田间，,由于在渠道输水过程中的各种损失,(,渗漏、蒸发等,),，,因此引水量,(,毛灌溉水量,),必然大于田间的净灌溉水量。,式中：,M,净,净灌水量，,m,3,；,水,灌溉水利用系数，一般为,0.45,0.6,。,(2),农业的其他用水,农村居民生活用水,可通过典型调查人均生活用水标准，按下式进行估算：,式中,:W,居,农村居民生活用水量，,m,3,a,；,m,i,人均生活用水标准，,L,(,人,d),；,n,i,农村居民用水人数。,牲畜用水,可通过调查到或实测到的牲畜用水定额，按下式进行估算：,式中：,W,牲,全部的牲畜用水量，,m,3,a,；,n,i,各种牲畜或家禽头数或只数，头；,m,i,各种牲畜或家禽用水定额,(,调查或实测值,),，,L,(,头,d),。,渔业用水,渔业用水指养殖水面蒸发和渗漏所消耗水的补充量，按下式估算：,式中：,养殖水面积，,m,2,或,km,2,；,E,水面蒸发量，可通过实验求得，,mm,；,蒸发器折算系数；,P,年降雨量，,mm,；,S,年渗漏量，,mm,。,村办企业用水,村办企业包括小型工厂、小加工作坊等，,其用水量的估算与工业用水的估算方法相类似，,在调查的基础上，分行业进行估算。,五、供需平衡分析和成果综合,（一）水资源的供需平衡分析的分类,1,从分析的范围考虑，可划分为：,(1),计算单元的供需分析；,(2),整个区域的供需分析；,(3),河流流域的供需分析。,2,从可持续发展观点，可划分为：,(1),现状的供需分析；,(2),不同发展阶段,(,不同水平年,),的供需分析。,3,从供需分析的深度，可划分为：,(1),不同发展阶段,(,不同水平年,),的一次供需分析；,(2),不同发展阶段,(,不同水平年,),的二次供需分析。,(3),不同发展阶段,(,不同水平年,),的三次供需分析,1.,一次供需平衡,水资源一次供需平衡分析就是在流域现状供水能力与外延式增长的用水需求间所进行的供需平衡分析。,水资源一次供供需分析主要目的是：了解和明晰现状供水能力与外延式用水需求条件下的水资源供需缺口。,主要回答三个问题：,确定在无新的供水工程投资条件下，未来不同阶段的供水能力和可供水量。,确定在无直接节水工程投资条件下，未来不同阶段的水资源需求自然增长量。,确定现状开发状态下，未来不同阶段的水资源供需缺口，为确定节水、治污和挖潜等措施提供依据。,2.,二次供需平衡分析,水资源二次供需分析，主要是在一次供需分析的基础上，,在水资源需求方面通过节流等各项措施控制用水需求的增长态势，预测不同水平年需水量；,在水资源供给方面通过当地水资源开源等措施充分挖掘供水潜力，给出不同水平年供水工程的安排；通过调节计算，分析不同水平年的供需态势。,通过供给和需求两方面的调控，基本实现区域水资源的供需平衡，或者使缺口有较大幅度的下降。,3.,三次供需平衡分析,若二次平衡分析后仍有较大的供需缺口，,应进一步调整经济布局和产业结构、加大节水力度，,具备跨流域调水条件的，实施外流域调水、,进一步较少需求和增加供给，进行三次平衡分析。,水资源较丰沛的地区，可只进行二次平衡分析。,通过不同方案的对比和分析，为确定调水工程的规模提供依据。,4,按用水的性质，可划分为：,(1),河道外用水的供需分析；,(2),河道内用水的供需分析。,（二）,计算单元的供需分析,(1),现状供需分析,调查统计现阶段年份计算单元内各水源的实际供水量和各部门的实际用水量。,进行水量平衡校核：,对于某一计算单元、某一水平年、某种保证率的供需平衡计算式为：,式中：,W,供,i,计算单元内的分项供水量，,m,3,/a,；,n,1,计算单元内可供水量的分项数；,W,需,I,计算单元内的分项需水量，,m,3,/a,；,n,2,计算单元内可需水量的分项数；,n,1,余缺水量，,“,+”,为余，,“,-”,为缺，,m,3,/a,。,现状供需状况及分析,对现状年的实际供、用水情况和不同频率来水情况下的供需平衡状况进行列表分析。,（三）,整个区域的水资源供需分析,(1),典型年法：,先根据全区域的雨情和水情情况，选定代表年，,然后根据该代表年的来水情况，自上而下，先支流后干流逐个计算各个单元的供需情况，,最后将各个单元的供需成果进行汇总，即得整个区域的水资源供需情况。,(2),同频率法：,根据实际情况先把整个区域划分为若干个流域，每个流域根据各自的雨情、水情情况选择各自的代表年。,然后采用典型年法相同的方法，逐个进行计算单元水供需分析并将同一流域的计算单元水供需分析成果相加，,最后，再把各流域同频率的计算成果汇总即得到整个区域的水资源供需分析的成果。,（四）不同发展阶段,(,水平年,),的供需分析,对今后不同发展阶段的可供水量进行分析时，要注意研究区域上游用水的变化，,如：上游新建水库或河道引水工程，则会减少来水量，必然造成可供水量的减少。,因此，计算今后的可供水量要和水源工程的长远规划结合起来。,在需水量预测分析中，则要和研究区域的社会经济的可持续发展规划配合，,做出切合实际的需水预测，,既要满足可持续发展对水的长期要求，又要做到水资源不受到破坏。,5-3,水资源系统的动态模拟分析,一、水资源系统供需平衡的动态模拟分析方法,1,、主要内容,(1),基本资料的调查收集和分析：,包括来水系列、区域内的水资源量和质、各部门用水、水资源工程资料、有关基本参数资料以及相关的国民经济指标的资料等。,(2),水资源系统管理调度：,包括水量管理调度,(,如地表水库群的水调度、地表水和地下水的联合调度、水资源的分配等,),、水量水质的控制调度等。,(3),水资源系统的管理规划：,解决水资源供需矛盾的各种工程和非工程措施并进行定量分析；,工程经济、社会和环境效益的分析和评价等。,2,、特点,(1),该方法不是对某一个别的典型年进行分析，而是在较长的时间系列里对一个地区的水资源供需的动态变化进行逐个时段模拟和预测，,因此可以综合考虑水资源系统中各因素随时间变化及随机性而引起的供需的动态变化。,(2),该方法不仅可以对整个区域的水资源进行动态模拟分析，由于采用不同子区和不同水源之间的联合调度，能考虑它们之间的相互联系和转化，,因此该方法除能够反映出时间上的动态变化，也能够反映出地域空间上的水供需的不平衡性。,(3),该方法采用系统分析方法中的模拟方法，仿真性好，能直观形象地模拟复杂的水资源供需关系和管理运行方面的功能，可以按不同调度及优化的方案进行多方案模拟，并可以对不同的方案的供水的社会经济和环境效益进行评价分析，,便于了解不同时间不同地区的供需状况以及采取对策措施所产生的效果，合理地利用水资源。,二、模拟模型的建立、检验和运行,（一）,模型的建立,以水库的调度为例，其有关变量包括水库蓄水量，工业用水量、农业用水量、水库的损失量,(,蒸发量和水库渗漏量,),以及入库水量等，,用水量平衡原理来建立各变量间的数学关系，并按一定的规则来实现水库的水调度运行，,具体的数学方程如下所示：,式中,:W,t,W,t-1,时段末、初的水库蓄水量，,m,3,；,WI,t,WA,t-1,时段内水库供给工业、农业的水量，,m,3,；,WEQ,t,时段内水库的蒸发、渗漏损失，,m,3,；,WQ,t,时段内水库水量，,m,3,。,（二）,模型的调参和检验,按设计方案正式运行模型之前，必须对模型中有关的参数进行确定以及对模型进行检验来,判定该模型的可行性和正确性。,参数必须用有关的历史数据来确定，这就是所谓的调参计算或称为参数估值。,若参数估值一直不理想，则必须考虑对模型进行修改。,检验的一般方法是输入与求参不同的另外一套的历史数据，运行模型并输出结果，看其与系统实际记录是否吻合，,若能吻合或吻合较好，反映检验的结果具有良好的一致性，,说明所建模型具有可行性和正确性，模型的运行结果是可靠的。,若和实际资料吻合不好，则要对模型进行修正。,（三）,模型运行方案的设计,(1),模型中所采用的水文系列，,即可用一次历史系列，也可用历史资料循环系列；,(2),开源工程的不同方案和开发次序。,例如，是扩大地下水源还是地面水源；,是开发本区水资源还是区外水资源；,不同阶段水源工程的规模等，都要根据专题研究报告进行运行方案设计；,(3),不同用水部门的配水或不同的小区的配水方案的选择；,(4),不同节流方案、不同经济发展速度和用水指标的选择。,三、水资源系统的动态模拟分析成果的综合,（一）现状供需分析,（二）不同发展时期的供需分析,(1),若干个阶段,(,水平年,),的可供水量和需水量的平衡情况；,(2),一个系列逐年的水资源供需平衡情况；,(3),开源、节流措施的方案规划和数量分析；,(4),各部门的用水保证率及其他评价指标等。,5-4,水资源动态模拟的实例分析,一、研究区水资源动态模拟方法,（一）研究区水资源,系统,(1),来水系统：,主要指当地降水、由境外进入本区的侧向地下水补给、由外区入境的地表水及废污水等；,(2),储水系统：,研究区内地下水含水层及境内可拦蓄地表径流的河道和地面蓄水工程；,(3),用水系统：,主要包括农业用水、工业用水、生活用水等；,(4),排水系统：,主要指排泄到境外的地下水渗流和地表径流及潜水的蒸发损失。,（二）模块类型,(1),用于存储和传递各种数据和计算成果的工作模块,(,亦称数据文件库,),；,(2),进行水资源系统中供需各方供水量和需水量计算的工作模块；,(3),用于各子区水资源联合调度计算的工作模块；,(4),输出各种计算成果的工作模块。,二、主要工作模块,（一）,确定来水量的子模块,研究区各子区在某个时段内的降雨入渗补给量,I,i,，,按下式进行估算：,式中：,P,某个时段内的降雨量，,mm,；,A,i,第,i,子区的面积，,km,2,；,i,第,i,子区的降雨入渗补给系数，,单位换算系数。,（二）,用水预测计算的子模块,1,、小麦、玉米和水稻作物的灌溉用水,式中：,W,i+1,，,W,i,分别为第,i+1,日末和第,i,日末根系层的水量，,mm,；,P,i,，,E,i,分别为第,i,日的降雨量和作物耗水量，,mm,。,注：,计算中可对根系层水量规定一个适宜的上下限,W,max,和,W,min,，,如果,W,i+1,W,min,，则表明作物根系层缺水，,应按下式确定灌水量,2,、工业用水,式中：,Q,1,，,Q,2,分别是起始年和预测年万元产值的取用水量，,m,3,/,万元；,1,，,2,分别是起始年和预测年工业用水重复利用率，计算中取,的平均递增率为,4,；,K=(1-,),n,，其中,是单位产值用水的年下降率，计算中取,平均值为,0.65,；,B,2,预测年的工业万元产值，万元；,IW,2,预测年的工业取用水量，,m,3,/a,。,(,三,),地面水地下水联合调度的工作子模块,该模块用于模拟计算研究区七个子区各个时段内的水量平衡。,式中,：,各子区地下水体在垂向的水量交换值，,m,3,；,各子区与境外地下水在水平向的交换量，,(m,3,),，,水量交换而引起的地下水位的变化值；,i,，,F,i,分别是第,i,区的给水度和面积，,km,2,；,H(t,1,),各子区在时段末的地下水位。,（四）,地下水动态有限元计算子模块,三、水资源动态模拟过程,(1),数据库调入有关的数据,(,如逐日的降雨资料、各子区的种植面积等,),和有关的参数,(,如给水度、入渗系数、平均渗透系数、渠系利用系数等,),；,(2),逐年推求粮食作物,(,小麦、玉米和水稻,),的灌溉制度；,(3),在计算年以旬为时段计算各个分区粮食作物灌溉量、七个用水部门的用水量，,并由此推求出地下水的开采量、灌溉回归人渗量及污水的生成量等；,(4),在计算年按旬计算各子区降雨入渗补给及潜水蒸发量；,(5),在计算年按旬计算外区和本区的地下水交换量；,(6),在计算年按旬进行各子区垂直方向水资源量的均衡计算；,(5),在计算年按旬进行各子区水平方向水资源量的均衡计算；,(8),在计算年按旬进行水资源量的总体均衡计算并求出旬末的各子区地下水位的变化值和水位值；,(9),若计算年份小于终止年份，,则返回步骤,(2),继续进行计算，,若计算年份等于终止年份，则脱离循环计算，,并根据指令输出计算成果或形成有关的数据文件。,四、水资源动态模拟模型的可行性验证,所建立的数学模型的合理性和可行性有赖于模型的验证。,例如：,在水资源动态模拟过程中，调用现状年份的降雨资料、各子区种植面积以及工业用水和生活用水等研究区的实测资料进行地下水位的计算。,将模拟计算结果与不同地点观测井地下水位实测数据进行验证，比较结果的一致性。,五、水资源动态模拟计算成果分析,(1),研究区主要用水部门的逐年用水量；,(2),各子区水资源供需平衡及地下水位,30,年间逐年的变化过程；,(3),全研究区水资源的均衡计算结果。,供需分析中几个基本概念,（,1,）分区单元：水资源供需关系分析，一般需要将一个大的区域划分成若干分区。对每一分区单元进行供需分析，然后逐级汇总。,（,2,）计算时段：,水资源供需平衡计算时段的划分，总的原则是：能够突出不同时段的水资源量的余缺情况，不至于掩盖水资源的供需矛盾。,（,3,）水平年：,供需分析中选择出的代表年，要能够反映区域发展不同阶段社会经济达到的水平、相应的需水水平和水资源开发水平，所以通常称其为水平年。,水平年可设：现状水平年（基准年）、近期（,5,10,年）、远期（,15,20,年）,水平年还应分,不同保证率，即同一水平年应选几个不同的保证率，分别代表平水、枯水特枯水年进行供需分析。,代表年：通常所说的典型年，由系列中选择出具体年份。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,