四水资源配置的最新研究进展.

1水资源配置与水循环模型的开发与应用裴源生中国水利水电科学研究院水资源所2010年10月（四）2四、水资源配置模型的最新进展3黄河流域水资源配置系统龙门－三门峡三门峡－花园口河口镇－龙门兰州－河口镇龙羊峡－兰州河源－龙羊峡河源至玛曲四川（3）河源至玛曲甘肃(1)大夏河与洮河青海（7）大夏河与洮河甘肃（8）湟水青海（9）大通河享堂以上青海(11)大通河享堂以上甘肃(12)花园口以下金堤河和天然文岩渠河南(50)大汶河山东(51)伊洛河陕西(42)伊洛河河南(43)三门峡至小浪底区间山西（44）沁丹河山西(47)沁丹河河南(48)兰州至下河沿甘肃（14）兰州至下河沿宁夏（15）清水河与苦水河宁夏（17）清水河与苦水河甘肃（18）下河沿至石嘴山内蒙古（19）石嘴山至河口镇北岸内蒙古（20）石嘴山至河口镇南岸内蒙古（21）龙门至三门峡干流陕西(39)吴堡以上右岸内蒙古（22）吴堡以上右岸陕西（23）吴堡以下右岸内蒙古（24）吴堡以下右岸陕西（25）河口镇至龙门左岸内蒙古（26）河口镇至龙门左岸山西（27）内流区内流区陕西（54）内流区宁夏（53）内流区内蒙古（55）龙门至三门峡干流山西（40）龙门至三门峡干流河南（41)汾河山西(38)渭河宝鸡峡以上宁夏（28）渭河宝鸡峡以上甘肃（29）渭河宝鸡峡以上陕西（30）渭河宝鸡峡至咸阳陕西（31）渭河咸阳至潼关陕西（37）泾河张家山以上宁夏（32）泾河张家山以上甘肃（33）泾河张家山以上陕西（34）北洛河状头以上甘肃（35）北洛河状头以上陕西（36）龙羊峡龙羊峡至兰州干流区间青海（6）李家峡刘家峡用户单元黄河支流已建水库玛曲至龙羊峡青海（5）玛曲至龙羊峡甘肃（4）河源至玛曲甘肃（2）规划水库龙羊峡至兰州干流区间甘肃(13)湟水甘肃(10)盐锅峡八盘峡大峡大柳树沙坡头下河沿至石嘴山宁夏（16）青铜峡三盛公万家寨天桥古贤三门峡小浪底至花园口干流区间河南（46）花园口以下干流区间山东(52)唐乃亥兰州河口镇龙门花园口利津主要断面引提水南水北调西线引硫济金景泰提水流域内调水引大济秦引洮供水引沁入汾引黄入晋南线引黄入晋北线山东引黄河南引黄河北天津引黄南水北调中线引江济渭小江调水引红济石引乾济石潼关跨流域调水东雷抽黄汾河东平湖三门峡至小浪底区间河南（45）花园口以下干流区间河南(49)享堂民和红旗宝鸡峡冯家山羊毛湾巴家咀张家山状头小浪底华县河津武陟黑石关故县陆浑雪野王窑4水系及水利工程图5宁夏水利工程流域内供水工程泵站、蓄水工程、引水工程、提水工等大柳树水利枢纽、沙坡头水利枢纽、宁东供水工程、扬黄工程等流域内调水工程泾河调水工程跨流域调水工程南水北调工程其他工程节水、水土保持、流域综合治理等有关工程6宁夏水资源系统网络图已有水利枢纽规划水利枢纽退水去向利用地下水单元城市沙坡头枢纽中卫市区黄河固海扬黄青铜峡枢纽盐池县青铜峡市3吴忠市灵武市1同心县3盐环定扬黄灌区平罗县2银川市2吴忠市区青铜峡市2永宁县银川市1贺兰县平罗县1石嘴山市银川市区中卫市1中宁县1青铜峡市1大柳树枢纽中宁县3固原市海原县同心县1南部山区流入宁夏境外区域苦水河原州市清水河中卫市2中宁县2中卫市3红柳沟陶乐扬黄灌区南部山区银南灌区银北灌区泵站不利用地下水单元节点水流方向规划供水线路水库灵武市2中宁县4同心县2红寺堡灌区石嘴山市区需水7广义水资源与用水系统关系非常规水源系统外调水地表供水水库水当地地表径流苦咸水浅层地下水深层地下水降水土壤水天然湖泊农村生活用水城镇生活用水工业用水人工生态用水天然生态用水雨水蓄积污水处理回用农业用水用水系统常规水源系统8效率(Efficiency)生态(Ecology)公平(Equity)合理区间目标冲突3“E”决策机制协调目标：达到社会公平(Equity)、经济高效(Efficiency)和生态(Ecology)保护的目的9水资源合理配置模型水资源合理配置模型由目标函数和约束条件构成。本模型选取系统缺水总量最小为目标函数：MmUuKkkumQSHMinZ111),,(式中：表示第m时段第u个计算单元第k用水类型的缺水量。),,(kumQSH10水量平衡约束蓄水库容约束引提水量约束地下水使用量约束地下水埋深约束当地可利用水量约束最小供水保证率约束缺水率均衡约束河湖最小生态需水约束区域生态需求约束工程经济效益约束主要考虑：11其中，水量平衡约束中包括：区域耗水总量约束计算单元水量平衡约束河道节点水量平衡约束水库水量平衡约束河道回归水量平衡非负约束其它约束：根据各流域实际情况增加相应约束，如南方流域一般有航运要求，黄河流域有输沙、防凌要求等。约束有硬性约束和柔性约束12)()(121pQYHLmQTCon1.水量平衡约束（1）区域耗水总量约束13（2）计算单元水量平衡约束),,QFS(),,QRUS(),,GS(),,(),,(),,(),,(kumkumkumQkumQRSkumQYHSkumQDMkumQSH用水类型的需水量；表示第14（3）河渠节点水量平衡约束),(),(),(),(Re),(),()1,(),(nmQLnmQIimQRCnmcQimQRXrmQHnmHnmH15（4）水库枢纽水量平衡约束),(L),(i)(m,i)(m,i)1,VR(mimQVimQRXQRCVR16（5）河渠回归水量平衡约束)(),(),(),(),(Re000mQFLumQRECAumQRECIumQRECDnmcQTTTuuuuuuuuu172.蓄水库容约束)(),()(maxminiVimViV)(),()(max/miniVimViV3.引提水量约束)(),(maxuQPumQP184.地下水使用量约束max(u)'u),G(mPMmuGumG1)max(),(5.地下水埋深约束),max(),(),min(umLumLumL196.当地可利用水量约束)(),(maxiNtiN7.最小供水保证率约束),,min(),,(kumkum8.缺水率均衡约束D（m）-D（u）≤R式中：D（m）表示计算单元m的缺水率；D（u）表示计算单元u的缺水率，R为某一取值范围。，2010.生态稳定度约束)min()(uu11.经济效益约束i9.河湖最小生态需水约束2112.非负约束13.其它约束22水资源配置时段水资源配置计算时段一般为月或旬水资源配置单元划分：二级区套省、三级区套地市、四级区套县水资源配置单元划分23基准年划分包括现状年和规划水平年24水资源配置方案的拟定25配置方案设置依据一是区域水资源调控的基本准则。如国家分配给宁夏可耗用的黄河水资源量40亿m3，其中包括宁夏当地地表水资源可利用量，并视黄河来水丰枯变化进行同比例增减调配。不同调控准则下的配水过程对于流域和区域的生态环境保护和社会经济发展目标仍有很大影响。二是区域经济社会发展方略。经济社会发展的速度、规模，以及发展方向将决定着区域用水结构和用水量。26三是用水模式的影响，主要包括用水结构和用水水平，包括行业用水比例、行业用水产出、节水方案和节水水平等。四是重大工程的建设与布局。其他工程—节水工程、水土保持、流域综合治理等工程水平年的选择，包括基准年和规划水平年典型年水文频率的选择如50%、75%等，水文长系列的选择。配置方案包括一次平衡方案、二次平衡方案、三次平衡方案。27需水与供水预测28需水预测需水预测及相关部分的用水户分生活、生产和生态环境三大类，并按城镇和农村两类分别进行统计（上述分类口径简称“新口径”）。生活需水指城镇居民生活用水和农村生活用水。生产需水指有经济产出的各类生产活动所需的水量，包括第一产业、第二产业和第三产业，要求按地域分别统计。29对河道内其他生产活动如水电、航运等，因其用水一般不消耗水资源的数量，要求单独列项统计，经协调后与河道内生态需水一并取外包做为河道内需水考虑。生产需水要求按生产部门分类进行预测，并按城镇与农村范围分别统计，城市单列。生态环境需水分为维护生态环境功能和生态环境建设两类，按河道内与河道外用水划分。3031经济社会发展指标分析1.人口指标包括总人口、城镇人口和农村人口城市（镇）化预测，应结合国家和各级政府制定的城市（镇）化发展战略与规划，充分考虑水资源条件对城市（镇）发展的支撑能力，合理安排城市（镇）发展布局和确定城镇人口规模。在城乡人口预测的基础上，进行用水人口预测。城镇用水人口包括常住人口（可采用户籍人口）和居住时间超过6个月的暂住人口。322.规划水平年国民经济发展指标要以实现国家总体发展目标为指导，结合基本国情和区域发展情况，符合国家产业政策，体现当地经济发展特点，并符合水资源条件。采用政府规划的总量指标数据时，应同时预测各主要经济行业的发展指标，并协调好分行业指标和总量指标间的关系。各经济行业发展指标以增加值指标为主，产值指标为辅。333.农业发展及土地利用指标主要包括耕地面积、农作物总播种面积、粮食作物播种面积、经济作物播种面积；主要农产品总产量、农田有效灌溉面积、林果地灌溉面积、草场灌溉面积、鱼塘补水面积、大小牲畜总头数等；各类灌区、各类农作物灌溉面积等。34经济社会需水预测1.生活需水预测分城镇居民和农村居民两类，可采用人均日用水量方法进行预测。根据经济社会发展水平、人均收入水平、水价水平、节水器具推广与普及情况，结合生活用水习惯，现状用水水平，参照建设部门已制定的城市（镇）用水标准，参考国内外同类地区或城市生活用水定额水平，分别拟定各水平年城镇和农村居民生活用水净定额；根据供水预测成果以及供水系统的水利用系数，结合人口预测成果，进行生活需水量的预测。352.农业需水预测包括农田灌溉和林牧渔业需水。（1）农田灌溉需水。根据作物需水量考虑降雨的有效利用和田间灌溉损失计算农田灌溉定额，根据选定的灌溉水利用系数，进行毛灌溉需水量的预测。农田灌溉定额，可选择具有代表性的农作物的灌溉定额，结合农作物播种面积预测成果或复种指数加以综合确定。应分别提出降雨频率为50%、75%和95%的灌水定额。36农作物灌溉定额可分为充分灌溉和非充分灌溉两种类型。对于水资源比较丰富的地区，一般可采用充分灌溉定额；而对于水资源比较紧缺的地区，一般可采用非充分灌溉定额。预测农田灌溉定额应充分考虑田间节水措施以及科技进步的影响。对于井灌区、渠灌区和井渠结合灌区，应根据节约用水的有关成果，分别确定各自的渠系水利用系数，计算毛灌溉需水量。37（2）林牧渔业需水包括林果地灌溉、草场灌溉、牲畜用水和鱼塘补水等4类。林牧渔业需水量中的灌溉（补水）需水量部分，受降雨条件影响较大，有条件的或用水量较大的需分别提出降雨频率为50%、75%和95%的预测需水成果，其总量不大或不同年份变化不大时可用平均值代替。（3）为反映农业需水量的年内分配过程，要求提出各“计算分区”农业需水量的月分配系数和年内需水过程。383.工业需水预测分高用水工业、一般工业和火（核）电工业等3类。高用水工业和一般工业需水可采用万元增加值用水量法进行预测，高用水工业需水预测可参照国家经贸委编制的工业节水规划的有关成果。火（核）电工业分循环式和直流式两种用水类型分别预测。有关部门和有关省（自治区、直辖市）已制定的工业用水定额，可作为工业用水定额预测的基本依据。远期工业用水定额的确定，可参考目前经济比较发达、用水水平比较先进的国家或地区现有的工业用水定额水平结合本地发展条件确定。394.建筑业需水预测以单位建筑面积用水量法为主，以建筑业万元增加值用水量法进行复核。第三产业需水可采用万元增加值用水量法进行预测。根据这些产业发展规划成果，结合用水现状分析，预测各规划水平年的净需水定额和水利用系数，进行净需水量和毛需水量的预测。40根据各分区、各流域水系不同情况，分别计算河道内和河道外生态环境需水量。河道内生态环境用水一般分为维持河道基本功能和河口生态环