水资源供需平衡分析.

第五章水资源供需平衡分析第五章水资源供需平衡分析•5.1概述-目的、原则和方法•5.2平衡分析的典型年法•5.3水资源系统动态模拟分析•5.4水资源系统动态模拟实例5.1概述-目的、原则和方法•1949年以来，我国进行了规模空前的水利建设，全国用水量从1949年的1000多亿m3增加到1997年的5566×108m3。•据有关专家预测，我国用水高峰将在2030年前后出现，用水总量为7000～8000×108m3。经分析，全国实际可利用的水资源量约为8000—9500×108m3。•总体上，我国因缺水造成的经济损失超过洪涝灾害。•解决水资源问题，必须实施最严格的水资源管理制度。•在管理观念上，不能走传统的以需定供的老路，必须加快推进供水管理向需水管理转变。•对于稀缺资源，采取需求管理实现供需平衡，是国际通行的道路。•定义：水资源供需平衡分析，是指在一定范围内(行政、经济区域或流域)不同时期的可供水量和需水量的供求关系分析。•水资源开发长期规划、经济发展长期规划、生态环境保护的必须。5.1.1目的和意义•目的是：–1、通过可供水量和需水量的分析，弄清楚水资源总量的供需现状和存在的问题；–2、通过不同时期不同部门的供需平衡分析，预测未来，了解水资源余缺的时空分布；–3、针对水资源供需矛盾，进行开源节流总体规划，明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向，以期实现水资源长期供求计划当地调入调出可供需水缺水松辽74674675913海滦35213548753952淮河64413077481541黄河44385305285357长江2340320234023411珠江1005100510061东南诸河3443443451西南诸河1261261271全国6640350350699071191292030亿方•2012,“国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见”•1、加强水资源开发利用控制红线管理，严格实行用水总量控制•2、加强用水效率控制红线管理，全面推进节水型社会建设•3、加强水功能区限制纳污红线管理，严格控制入河湖排污总量5.1.2水资源供需平衡分析的原则•水资源供需平衡分析涉及社会、经济、环境生态等方面，牵涉面广且关系复杂，应遵循以下原则：•(1)近期和远期相结合•(2)流域和区域相结合•(3)综合利用和保护相结合5.1.3水资源供需平衡分析的方法•水资源供需平衡分析主要有两种分析方法。•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；•典型年法：仅根据雨情、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。•不管采用何种分析方法，所采用的基础数据(如水文系列资料、水文地质的有关参数等)的质量至关重要，将直接影响到供需分析成果的合理性和实用性，以下将主要介绍两种方法：–典型年法，–水资源系统动态模拟法(属系列法的一种)。第五章水资源供需平衡分析•5.1概述-目的、原则和方法•5.2平衡分析的典型年法•5.3水资源系统动态模拟分析•5.4水资源系统动态模拟实例5.2平衡分析的典型年法•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计算的方法。•优点：是可以克服资料不全(如系列资料难以取得时)及计算工作量太大的问题。5.2平衡分析的典型年法•5.2.1典型年法的涵义•5.2.2计算分区和时段•5.2.3典型年和水平年的确定•5.2.4可供水量和需水量的计算•我国规范规定：–特别丰水年频率=5%;–丰水年频率=25%;–平水年频率＝50％;–一般枯水年＝75％;–特别枯水年=90％(或95％)。5.2.1典型年法的涵义•北方干旱和半干旱地区一般要对：50％和：75％两种代表年的水供需进行分析，•在南方湿润地区，一般要对P：50％、P：75％和P：90％(或95％)三种代表年的水供需进行分析。年份降水量（mm/a）序号排列累积频率（%）1950538.311064.541951624.92998.081952663.23964.2121953591.74883.5161954557.25789.3201955998.06769.2241956641.57732.9281957341.18709.0321958964.29687.3361959687.310663.2401960546.711641.5441961509.912624.9481962769.213615.5521963615.514606.7561964417.115591.7601965789.316587.7641966732.917586.76819671064.518567.4721968606.719557.2761969586.720546.7801970567.421538.3841971587.722509.9881972709.023417.1921973883.524341.196洪水重现期1/p枯水重现期1/（1-p）•水资源供需分析，就某一区域来说，其可供水量和需水量在地区上和时间上分布都是不均匀的。•分区进行水资源供需分析研究，便于弄清水资源供需平衡要素在各地区之间的差异，以便对不同地区的特点采取不同的措施和对策。•另外，将大区域划分成若干个小区后，可以使计算分析得到相应的简化，便于研究工作的开展。5.2.2计算分区和时段•在分区时一般应考虑以下的原则：–(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。•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，太大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。•但划分时段升非越小越好，时段分得太小，许多资料无法取得，而且会增加计算分析的工作量。•对精度要求不高时，计算时段也可用年为单位。•不同频率系指水文资料统计分析中的不同频率，通常可选取P：50％，75％，90％，95％，以代表不同的来水情况。•典型年来水量的选择典型年的来水需要用统计方法推求。5.2.3典型年和水平年的确定•根据各分区的具体情况来选择控制站，以实际来水系列进行频率计算，选择典型年。•可以选择年降雨量系列进行频率分析计算。–如：北方主要靠径流调节，则常用年经流系列。–南方湿润地区，全年需要灌溉，可选择降水。1不同频率典型年来水量的选择•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，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。•水资源供需分析是要弄清研究区域现状和未来的几个阶段的水资源供需状况，这几个阶段的水资源供需状况与区域的国民经济和社会发展有密切关系，并应与该区域的可持续发展的总目标相协调。•一般情况下，需要研究分析四个水平年：2水平年•（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30～50年)。5.2平衡分析的典型年法•5.2.1典型年法的涵义•5.2.2计算分区和时段•5.2.3典型年和水平年的确定•5.2.4可供水量和需水量的计算•5.2.5供需平衡分析和成果综合5.4.2.1可供水量•供水系统：一个地区的可供水量来自该区的供水系统。•供水系统从工程分类，包括蓄水工程、引水工程、提水工程和调水工程。•按水源分类可分为地表水工程、地下水工程和污水再生回用工程类型；•按用用户分类可分为城市供水、农村供水和混合供水系统。•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。•可供水量与来水条件、工程条件、用水条件、•可供水量计算项目汇总示意图可供水量地表水地下水河道引水水库供水浅层地下水污水再利用引湖泊或坑塘提水河道提水外流域调水深层地下水基岩裂隙水岩溶水•供水保证率的概念，是指多年供水过程中，供水得到保证的年数占总年数的百分数，常用下式计算：%1001nmP保证率•在供水规划中，按照供水对象的不同，应规定不同的供水保证率，–例如居民生活供水保证率P：95％以上，–工业用水P：90％或95％，–农业用水P＝50％或75％等等。供水规划有优先次序。•两种确定供水保证率的方法：•(1)上述的在今后多年供水过程中（供需都变化）有保证年数占总供水年数的百分数，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，即为这一水平年的供水保证率。•典型年本身是频率的概念年。•对于P：95％的年份，供需分析得出不平衡，还缺水，说明其供水保证率不足95％，但这样的结论太笼统，并不说明各用水部门供需的矛盾。•实际上对生活、工业、农业供水应区别对待，因此，应具体分析区域内哪些用水部门真正缺水及其缺水程度和影响，然后做出科学的分析评价及提出解决的具体措施。5.4.2.2需水量分析•需水量可分为河道内用水和河道外用水两大类。•河道内用水：包括水力发电、航运、放木、冲淤、环境、旅游等。河道内用水一般并不耗水，但要求有一定的流量、水量和水位，其需水量应按一水多用原则进行组合计算。•河道外用水：包括城市用水和农业用水。城市用水又分工业用水、生活用水和环境用水。•①工业用水的计算：•工业用水一般指工矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、空调、净化、和洗涤等方面的用水，是城市用水的一个重要的组成部分。•由于工业部门内不同的行业的用水量相差很大，所以工业用水要按行业划分，利用水平衡法进行统计和计算：•Qt=QC+QD+QR•式中•Qt——总用水量，在设备和工艺流程不变时，为一定值，m3／a；QtQcQDQRQWQc—耗水量：QD—排水量QR—重复用水量。•工厂的耗水量和排水量必须加以补充，二者之和称为补充水量，又称为取用水量，以Qw。故总用水量Qt又可表示为补充水量和重复用水量之和：•Qt=Qw+QR•工业用水重复利用率及越高，表示工业用水的有效利用程度越高。%100tRQQR工业用水水平一般以单位产量或产值所需的补充水量和重复利用率这两个指标来衡量，重复利用率R以重复利用水量QR。占总用水量Qt的百分数表示：•①趋势法：•用历年工业用水量增长率来推算未来工业用水量，按下式进行计算，Si=S0(1+d)n•式中Si——某一年所预测的工业需水量，m3；•S0——起始年的工业用水量，m3；•d——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。(2)工业用水的预测：•②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。•③分行业重复利用率提高法：•对于资料比较齐全的地方，一般采用按冶金、电力等14个行业推算工业用水量，该法采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q1q2—起始年和预测年的万元产值取用水量，m3／万元；η1η2—分别为起始年和预测年的工业用水重复利用率，％211211qq•随着生产水平发展、设备工艺的改进、更新，万元产值的总用水量会逐渐减少，故上式可修改为：•式中。–α——考虑到设备工艺改进使得万元产值的总用水量平均下降率(％)。α值愈大，则万元产值用水量愈少；–n——起始年与预测年的相距的时间，a。nqq)1(112