第七章.水資源可供水量計算與需水量預測..ppt

1、第七章 水資源可供水量計算與需水量預測,主 要 內(nèi) 容,第一節(jié) 可供水量計算 第二節(jié) 需水量計算與預測,2,第一節(jié)可供水量計算,一、可供水量的定義及其內(nèi)涵,1. 可供水量概念 （1）概念 可供水量是指在不同水平年、不同保證率的情況下，考慮需水要求，供水工程設施可能提供的水量。 也可以定義為：在給定的來水條件下，考慮供水對象的需水要求，通過水利工程可以提供的水量。 （2）可供水量的特點與要求 可供水量是某種計算條件下的供水工程設施所能提供的水量。它不是供水工程最大供水量，也不是實際供水量，是最大供水能力中能被用水用戶利用的那部分。有別于工程的實際供水量和工程的供水能力。,工程的棄水量和不能為用戶

2、所利用的水量都不能作為工程可能提供的水量。 舉例：農(nóng)業(yè)灌溉，在非灌溉期的那部分引水量是毫無用處，因此，可供水量必須從年最大可引水量中減去用戶不用水的量。 不同的水平年反映出水資源的開發(fā)利用程度，表現(xiàn)在供水工程上則為供水工程的組成、工程管理水平及其狀況等。在計算可供水量時，要分析現(xiàn)狀、近期、遠景發(fā)展水平的情況?？晒┧靠捎糜诮?、中、遠期不同規(guī)劃水平年水資源的供需分析中，可以反映不同水平年水資源的余缺程度。,不同保證率是指豐、平、枯等不同來水情況，同時也間接地表示了供水工程對用戶的保證程度。同一工程在不同保證率下所提供的水量是不同的。 可供水量必須是通過供水工程為用戶提供的。供水工程包括地表水源供

3、水工程、地下水源供水工程和其它水源供水工程。有時也包括臨時供水工程。供水工程包括：蓄、引、提、調(diào)水工程及臨時工程。 沒有通過供水工程設施直接被用戶利用的水量，如農(nóng)作物利用的天然降水量、農(nóng)作物根系吸收的包氣帶土壤水分和地下水，都不能算作可供水量。,如圖1所示，在豐水年份，供水能力較大，而需水量很小，故有棄水，可供水量決定于需水量，在枯水年份（圖右側(cè)）需水量較大，但供水能力小，可供水量決定于供水能力，小于需水量。,因此，可供水量與水資源利用量是兩個不同的概念。通常情況下，實際供水能力同水資源的豐、平、枯水量在時間分配上存在矛盾，因而大大降低了水資源的利用水平，所以，可供水量總是不大于可利用量。,可

4、供水量的意義和目的 從區(qū)域水資源分析的內(nèi)容和目的來看，引進的可供水量概念要滿足如下要求： 能在區(qū)域水資源分析計算中，反映出水資源的余缺程度。 有別于工程的實際供水量和工程的最大供水能力。 工程的棄水和不能為用戶所利用的水量都不能作為工程可能提供的水量。 能適應現(xiàn)狀、近期和遠景各種不同水平年的供需分析。 能適應全國范圍以及不同的計算方法,二. 影響可供水量的因素 供水工程條件。受季風氣候和大陸性氣候影響，我國天然水資源年際、年內(nèi)變化大，與用水需求的變化不一致，需要修建各類供水工程調(diào)節(jié)水資源的時空分布，或遠處引水等?，F(xiàn)有工程參數(shù)的變化，不同的調(diào)節(jié)運用方式以及不同發(fā)展時期新增工程設施等情況，都會算出

5、不同的可供水量。 來水條件。不同年的來水變化，以及年內(nèi)的時空變化，所算出的可供水量不同。,用水條件。不同年的用水特性（用水結(jié)構(gòu)、分布、性質(zhì)、要求、規(guī)模等）、合理用水節(jié)約用水情況等，所算出的可供水量是不同的。另外用水條件之間也常相互影響，如河道的沖淤、河道內(nèi)的生態(tài)環(huán)境用水等都可能直接影響河道外工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活的可供水量；河道上游的用水要求也可能影響下游的可供水量，等等。 水質(zhì)條件。不同年的水源泥沙和污染程度等情況，會影響所提供的可供水量大小。高礦化度地下永，未經(jīng)改良和處理，不能供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，更不能供城鄉(xiāng)人畜生活飲用。,三. 可供水量計算方法 可供水量常按照供水水源和供水工程類型劃分計算。

6、 （一）按供水水源,1. 地表水可供水量 可供水量的計算通式： W地表可供 = min(Qi, Yi) 式中：W地表可供引水工程可供水量；Qii時段滿足水質(zhì)要求的可引水量；Yi工程提水能力；一般情況下， 地表水的可引水量應小于等于地表水可利用量。,2. 地下水可供水量 可供水量的計算通式： W地下可供 = min(Gi, Wi) 式中：W地下可供引水工程可供水量；Gii時段機井提水能力；Wi地下水可開采量；一般情況下， 地表水的可引水量應小于等于地表水可利用量。,3. 其他水源的可供水量 4. 總可供水量：包括地表水、淺層地下水、其他水源可供水量。,（二）按供水工程,1. 蓄水工程可供水量 1

7、）塘壩工程可供水量的計算 方法一：W塘= KV有效 方法二：W塘= 0.667 Te 方法三：W塘= 0.667 F C P 2）中小型水庫可供水量的計算 方法一：Wp= a W 方法二：W年= KV,3）大型水庫可供水量的計算 方法一：年調(diào)節(jié)水庫（按月計算） W入表示水庫月來水量，W0表示時段初水庫蓄水量，M表示月需水量，V表示時段內(nèi)水庫蓄水變化量。 （1）W入+W0 M時，W可供水 = M （2）W入+W0 M時，W可供水 = W入+W0 方法二：多年調(diào)節(jié)水庫,2. 引水工程可供水量 一般按典型 年逐月計算。 引水工程可供水量的大小與河道天然來水量、下游河道過水流量要求、引水工程過水能力、

8、用戶的用水要求有關(guān)。 式中：Wk引水工程可供水量；D用戶需水量；Qmax引水工程供水能力；Yup河道來水量；Ydonw河道下游要求水量。,有一河流引水工程向某地區(qū)供水，引水工程供水能力Qmax70m3/s，河道下泄要求Ydown=60 m3/s ，河道上游來水量和用戶用水量見下表，試計算該工程可供水量。 求解：,河道來水量與用戶用水量過程，單位：m3/s,二用戶情況 有一河流引水工程向兩個用戶供水，河道下泄量要求30m3/s ，引水工程供水能力不受限制。其它情況見圖，流量按年計算。試計算該工程可供水量。 分析引水工程的可供水量，有三種情況：1）屬地優(yōu)先權(quán)原則2）均衡受益原則3）重要性原則,（1

9、）屬地優(yōu)先權(quán)原則 先盡量滿足上游用戶，再滿足下游用戶 計算之：Q190m3/s，Q278m3/s （2）均衡受益原則 水資源緊缺，兩用戶均衡受益，供水量與需水量之比相等（缺水量與供水量之比相等，意思一樣）。 計算之：Q153.6m3/s，Q2107.1m3/s,（3）重要性原則 水資源緊缺，根據(jù)兩用戶需水重要性來考慮，重要性可用權(quán)重表示。注意這里只能用缺水量與需水量之比表示了。 按生活：工業(yè)：農(nóng)業(yè)4：2：1分析，取11，22計算之：Q127.7m3/s，Q2127.7m3/s,3、提水工程,提水工程包括地表水提水工程和地下地下水提水工程。 1. 從河道提水 主要取決于提水設備能力和用戶需水要求

10、，也受指定保證率下河道的來水情況、最低枯水位、下游河道的水流要求等因素制約。 全年最大可供水量：式中：Q上、Q下河道上游來水量和下游要求下泄水量；Q設提水設備能力；D用戶需水量。,2. 從地下提水 主要取決于地下水補給量、地下水開采井的設備能力限制。 地下水多年平均可供水量的控制極限一般為多年平均綜合補給量。也可用提水工程抽取流量的大小與開機時間相乘。,（三）水利系統(tǒng)可供水量的計算 （四）地區(qū)可供水量預測,第二節(jié) 需水量計算與預測,需水量計算項目 需水量可分為：河道內(nèi)用水和河道外用水。 圖7-2表示需水量計算項目匯總。 二. 各種需水量的影響因素 1、生活用水；2、農(nóng)業(yè)用水；3工業(yè)用水 4、服

11、務業(yè)；5、生態(tài)用水,三.需水預測的內(nèi)容 通常，按照水的用途將需水分為： 1、生活需水 2、生產(chǎn)需水 3、生態(tài)需水,經(jīng)濟社會需水,四.需水量預測方法簡介 水資源總需要量方程式：TD = LD + PD + ED 1、趨勢外延法 2、回歸分析法 3、時間序列法 4、定額法 5、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法 6、灰色預測法,五. 各類需水量的預測要求及計算方法 水資源總需要量方程式：TD = LD + PD + ED,生活用水標準 居民區(qū)生活用水標準 城市生活用水標準：100200L/（人.日） 農(nóng)村生活用水標準：6080L/（人.日） 工業(yè)職工生活用水標準 公共建筑用水標準 市政用水標準 牲畜用水標準,生活用水

12、量計算 生活用水量計算分農(nóng)村（農(nóng)村居民、農(nóng)村畜牧業(yè)）、城市居民。其統(tǒng)一公式為： 式中：P：是城市居民人數(shù)、農(nóng)村居民人數(shù)，某種家畜頭數(shù)。m：是對應的用水定額（L/日.人，或L/日.頭）。,生活用水量預測 以現(xiàn)狀人數(shù)、家畜頭數(shù)為基數(shù)，由人口增長率、家畜增長率，以及未來用水定額的提高。來計算用水量。 統(tǒng)計分析法 規(guī)劃估算法,工業(yè)用水分類 工業(yè)用水指：工、礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，用于制造、加工、冷卻、空調(diào)、凈化、鍋爐及其它工業(yè)生產(chǎn)中的用水量和廠內(nèi)職工生活用水量。,按工業(yè)用水過程分類 總用水Vt：指工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中所需要的全部水量。 取用水Vf（補充水）：工業(yè)企業(yè)取用水量的水源的總?cè)∷俊?排放水Vd：

13、經(jīng)工業(yè)企業(yè)使用后，向外排放的水量。 耗用水Vco：工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中耗用的水量。 重復用水Vr ：工業(yè)生產(chǎn)過程中，二次或二次以上的用水。,需水量（取用水量）：Vf107 冷卻水循環(huán)量：Vcd100 冷卻用水量：Vct107100207 排水量：Vd100 重復用水量：Vr100 總用水量：VtVfVr107100 207 冷卻水循環(huán)率：rc100/107 重復利用率：r100/207,1）重復利用指標 在一定的計量時間（年）內(nèi)，生產(chǎn)過程中使用的重復利用水量與總用水量之比，稱為重復利用率。 式中：Vt是總用水量；Vl是消耗水量；Vd是排出的水量；Vr是重復用水量。,2）排水率 在一定的計量時間（

14、年）內(nèi)，生產(chǎn)過程中排出水量與總用水量之比，稱為排水率。 式中：Vt是總用水量；Vl是消耗水量；Vd是排出的水量；Vr是重復用水量。,3）耗水率 在一定的計量時間（年）內(nèi)，生產(chǎn)過程中消耗水量與總用水量之比，稱為耗水率。 式中：Vt是總用水量；Vl是消耗水量；Vd是排出的水量；Vr是重復用水量。,4）單位產(chǎn)值用水量（萬元產(chǎn)值用水量） 每生產(chǎn)一萬元產(chǎn)值的產(chǎn)品需要的用水量。 式中：Vwt 一 萬元產(chǎn)值用水量，m3/萬元；Vyf 一 年生產(chǎn)用新水量總和，m3；Vr 一 重復利用水量，m3；Z 一 年產(chǎn)值，萬元。,工業(yè)用水量的計算 一個地區(qū)、一個工廠，或一個車間，在用水過程中，水量總是保持平衡的，即任何一

15、個用水單元的總用水量與消耗水量、排水量和重復利用量相平衡。即： 通常所說的總用水量是指取用水量，又稱補充水量。,工業(yè)用水量的測定與估算 （1）水表計量法測定 （2）瞬時法測定 1）流量計法 2）壓力管流量估計法 3）容積法 4）水泵標定流量估算法,工業(yè)用水量的預測方法 工業(yè)用水量方哪些因素有關(guān)。 工業(yè)用水量預測方法主要有：經(jīng)驗公式法、相關(guān)法、統(tǒng)計分析法、規(guī)劃估算法。 相關(guān)法： 工業(yè)用水量與工業(yè)產(chǎn)值或其它影響因素之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，可用相關(guān)分析法建立其相關(guān)關(guān)系，以此預測不同水平年的工業(yè)用水量。包括：一元線性相關(guān)分析、一元非線性相關(guān)分析。 經(jīng)驗公式法包括：趨勢法、需水量彈性系數(shù)法、重復利用率提

16、高法、單位產(chǎn)品用水定額法。,1）趨勢法 通過多年平均用水量實測資料，歷年用水量地遞增呈現(xiàn)一定的規(guī)劃，則可以建立用水量發(fā)展趨勢的模式，來進行預估。 用水量的遞增率基本穩(wěn)定時， 用水量的遞增率呈現(xiàn)遞增或遞減規(guī)律時，,式中：p1是第一年的用水量遞增率；q是用水量遞增率p的遞變率，q為正值時，p逐年上漲，否則，下降。,2）相關(guān)法 工業(yè)用水量與工業(yè)產(chǎn)值或其它影響因素之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，可用相關(guān)分析法建立其相關(guān)關(guān)系，以此預測不同水平年的工業(yè)用水量。 一元線性相關(guān)分析 一元非線性相關(guān)分析,3） 重復利用率提高法 單位產(chǎn)值用水量反映了工業(yè)總產(chǎn)值與用水量的關(guān)系，當工業(yè)結(jié)構(gòu)趨向穩(wěn)定時，萬元產(chǎn)值用水量基本取決于

17、重復水利用率，重復利用率提高，則單位產(chǎn)值用水量降低。 式中：是預測年產(chǎn)值； 分別是現(xiàn)狀年、預測年的重復水利用率； 分別是現(xiàn)狀年、預測年萬元產(chǎn)值用水量；是工業(yè)技術(shù)進步系數(shù)，取0.020.05。,例題：某市工業(yè)2010年重復水利用率為70，工業(yè)單位增加值用水量為120m3/萬元，規(guī)劃到2020年工業(yè)總產(chǎn)值達到1.5億元，重復水利用率達到85，工業(yè)技術(shù)進步系數(shù)取0.04。試預測2020年該市工業(yè)總用水量。 解： 計算2020年的萬元產(chǎn)值用水量。,4） 需水量彈性系數(shù)法 需水量彈性系數(shù)是指工業(yè)需水量增長率與工業(yè)年產(chǎn)值增長率的比值。 根據(jù)需水量彈性系數(shù)計算工業(yè)用水增長率，再根據(jù)趨勢法計算工業(yè)用水量。其步

18、驟如下： 根據(jù)歷年資料，計算工業(yè)產(chǎn)值與用水增長率。 計算需水彈性系數(shù) 確定未來工業(yè)產(chǎn)值增長率。 計算未來用水增長率 按趨勢法計算用水量。,例題：某企業(yè)20002010年工業(yè)總產(chǎn)值和年需水量見下表，“十二五”規(guī)劃確定年工業(yè)產(chǎn)值增長率為15,試用彈性系數(shù)法預測企業(yè)的2015年的需水量。,解：（1）計算多年平均用水增長率13.53%，工業(yè)產(chǎn)值增長率20.6%。 （2）計算需水彈性系數(shù)： （3）計算20112015年用水增長率： （4）計算2015年用水量：,農(nóng)業(yè)用水,農(nóng)業(yè)用水包括：農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)用水。農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%以上。 農(nóng)業(yè)灌溉用水：為滿足作物生育期用水需求，除天然降水

19、供給外，通過各種水利設施補送到農(nóng)田的水量。 農(nóng)業(yè)用水中，主要是農(nóng)業(yè)灌溉用水，占70%以上。,一、農(nóng)業(yè)灌溉需水,農(nóng)業(yè)灌溉需水包括水澆地和水田的灌溉需水。 農(nóng)業(yè)灌溉需水量采用灌溉定額預測方法。要考慮灌溉保證率水平。 1. 農(nóng)作物需水量 作物生育期內(nèi)或某一時段內(nèi)為滿足作物正常生長所需要的水量，包括植株蒸騰和株間蒸發(fā)。 對水稻而言，用田間耗水量表示，指作物需水量與深層滲漏量之和。 作物需水量一般通過灌溉試驗確定，用產(chǎn)量法、蒸發(fā)系數(shù)法、積溫法等估算。,2. 灌溉制度 灌溉制度：根據(jù)作物需水特性和當?shù)貧夂?、土壤、農(nóng)業(yè)技術(shù)及灌水技術(shù)等條件，為作物高產(chǎn)及節(jié)約用水而制定的適時適量的灌水方案。主要內(nèi)容包括作物播種

20、前(或水稻栽秧前)及全生育期的灌水次數(shù)、灌水日期、灌水定額和灌溉定額。 灌溉定額：作物播種前(或水稻栽秧前)及全生育期的所需灌溉的水量，m3/畝。,2.1 水稻灌溉制度確定 水稻本田的灌溉制度包括泡田和插秧后的生育期二部分。 （1）泡田期灌溉用水量（泡田）的確定 式中：h0 插秧時田面所需的水層深度，mm；s1泡田期的滲漏量，即開始泡田到插秧期間的總滲漏量，mm；t1 泡田期的日數(shù)，d；e1 水田田面平均蒸發(fā)強度，mm/d，可用水面蒸發(fā)強度代替；P1降水量，mm。,61,（2）水稻生育期內(nèi)的灌溉用水量 式中：h1、h2時段初、末田面水層深度，mm；P 時段內(nèi)降雨量，mm； m時段內(nèi)灌水量，mm

21、 , m= hmax- hmin；d時段內(nèi)排水量，mm；WC時段內(nèi)田間耗水量(包括滲漏量) ，mm。,62,2.2 旱作物灌溉制度 （1）水量平衡方程,63,3. 灌溉水利用效率 灌溉水利用系數(shù)：農(nóng)業(yè)灌溉取用水量與田間作物利用水量的比值?；蛘撸汗鄥^(qū)灌溉面積上田間所需要的凈水量與渠首引進的總水量之比。 在數(shù)值上等于渠系水利用系數(shù)與田間水利用系數(shù)的乘積。 反映了農(nóng)業(yè)灌溉用水水平。影響因素很多，如灌區(qū)面積大小、管理措施、防滲水平、田間配套程度、灌溉技術(shù)與方式等等。 我國灌溉水利用效率較低，僅0.4左右。,66,干 渠,斗 渠,支 渠,農(nóng)渠,100,90,80,70,60,50,田間工程水量損失,渠系

22、輸水損失示意圖,4.農(nóng)業(yè)灌溉用水量的計算 1）直接計算法 某時段，幾種作物同時用水： 式中：W是農(nóng)業(yè)灌溉用水量，Ai是第i種作物的灌溉面積；mi是第i種作物的灌溉定額；是灌溉水利用效率；n是作物種類個數(shù)。,2）間接計算法 某時段，幾種作物同時用水： 式中：W是農(nóng)業(yè)灌溉用水量，A是農(nóng)業(yè)灌溉面積；m綜是綜合灌溉定額；是灌溉水利用效率；i是第i種作物的種植比。,二、林、牧、漁業(yè)用水,1.林牧業(yè)用水量 林業(yè)用水主要指苗圃及果樹灌溉用水，牧業(yè)用水系指飼料基地、草場的灌溉用水。 式中：F是林業(yè)面積，m是林業(yè)灌溉定額。是利用效率。,2.漁業(yè)用水量 指池塘的水面蒸發(fā)和滲漏所消耗的水量。其公式為： 式中：F是養(yǎng)

23、殖水面面積；E是水面蒸發(fā)量，可蒸發(fā)皿測得，E=E601；是蒸發(fā)皿折減系數(shù)；P是降水量；S是輸水過程和漁池滲漏損失量；,生態(tài)需水,一、基本概念與內(nèi)涵,生態(tài)環(huán)境需水是指維系生態(tài)系統(tǒng)最基本平衡條件極及其最基本環(huán)境服務功能所需求的水量。 也可以理解：為了維持給定目標下生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)一定功能所需要保留的自然水體和需人工補充的水量。 生態(tài)環(huán)境需水預測要考慮河道內(nèi)和河道外兩類生態(tài)環(huán)境需水量。 河道內(nèi)生態(tài)用水分為維持河道基本功能和河口生態(tài)環(huán)境的用水，包括河道生態(tài)需水和河口生態(tài)需水。 河道外生態(tài)環(huán)境用水指保護、修復或建設給定區(qū)域的生態(tài)與環(huán)境需要人為補充的水體。,河道外生態(tài)和水分為：湖泊濕地生態(tài)環(huán)境與建設用水、城

24、市景觀用水等。 城鎮(zhèn)綠化用水、防護林草用水等以植被需水為主體的生態(tài)環(huán)境用水量，可以用灌溉定額的方式預測。 生態(tài)環(huán)境需水的計算方法：直接計算法、間接計算法。,二、河道內(nèi)生態(tài)與環(huán)境需水,1. 維持河道一定功能的需水量 維持河道一定功能的需水包括：生態(tài)基流、輸沙需水量和水生生物需水量等。 （1）濕周法 由實測的河道斷面濕周與斷面流量之間的對應關(guān)系，繪制流量濕周關(guān)系圖，由圖中找出突變點或影響點，與該對應的流量值即為河道生態(tài)流量推薦值。,（2）Tennant法 將全年分為多水期、少水期二個計算時段，分別推薦不同流量百分比對應河道的生態(tài)狀況。 式中：Mi第i月的天數(shù)；Qi第i月的平均流量 ；Pi第i月生態(tài)

25、與環(huán)境需水百分比。 關(guān)鍵是如何選取合理的流量百分比。,（3）分項計算方法 根據(jù)河道功能，分項計算需水量，然后分月取最大值，得到維持河道一定功能的年需水量。 生態(tài)基流： 最小月流量平均法：取最近10年每年最小月流量的平均值。 典型年最小月流量法：取滿足河道一定功能、未出現(xiàn)較大生態(tài)環(huán)境問題的某一年作為典型年，取該年最小月流量。 Q95法：將95%頻率下的最小月平均流量作為河道生態(tài)基流。,輸沙需水量：河道水流泥沙的沖淤平衡所需水量 北方河道，按汛期考慮 基巖河床，按全年考慮 式中：Sl多年平均輸沙量，kg；Scwmax多年平均汛期（最大月平均）含沙量，kg/m3。 水生生物需水量 維持河道內(nèi)水生生物群落的穩(wěn)定性和保護生物多樣性所需要的水量。 一般河流少水期可取多年平均徑流量的10%20%，多水期可取多年平均徑流量的20%30%。,2. 河口生態(tài)與環(huán)境需水量 河口生態(tài)與環(huán)境需水量：防止咸潮上溯、維持河口生態(tài)系統(tǒng)平衡所需的水量。 包括：河口沖沙需水量、防潮壓咸需水量、河口生物需水量。,三、河道外生態(tài)與環(huán)境需水,1. 城鎮(zhèn)生態(tài)與環(huán)境需水量 城鎮(zhèn)綠地