城市水资源利用与管理 第四章-水资源供需分析

河海大学城市水资源利用与管理LUBaohong,SUNYingying水文及水资源学院2020年3月23日河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理第四章水资源供需分析供需分析的概念及分类区域可供水量的计算区域水资源供需平衡区域水资源供需分析方法水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理4.1供需分析的概念及分类在特定的水资源条件和需水要求下，充分发挥水利工程的作用，通过水利工程的调节计算可得到水利工程供水和需水之间的关系，即水资源供需分析供需分析的概念水资源时空分布不均与社会经济及生态需水不匹配水利工程调节满足需求Qtq工程供水能力：工程措施充分发挥其设计能力时可提供的水量Q日平均河道可引Qc渠道，全引Q日平均河道可引Qc渠道，q引＝Qc渠道水资源供需分析未来社经需求预测需水拟定方案实现平衡可供水量：给定来水条件下，考虑供水对象的需水要求，水工程可提供的水量Q需Q下Q（t）Qtt河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理从分析范围分供需分析的分类计算单元的供需分析河道流域的供需分析整个区域的供需分析河道外用水的供需分析：消耗性水河道内用水的供需分析：非消耗性水4.1供需分析的概念及分类现状水平年供需分析规划水平年供需分析一次供需分析二次供需分析三次供需分析从分析深度分从用水发展分从用水性质分河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理划分平衡区和计算单元分析水资源供需现状和存在的一些问题分析不同发展阶段（不同水平年）水资源供需情况和实现供需平衡的方向分析实现本区域水的长期稳定供给的措施和方案计划4.1供需分析的概念及分类供需分析的流程河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理来水条件：来水的大小及来水年内分配用水条件：不同的用水特性及合理用水、节约用水情况水质条件：不同的水源、泥沙和污染程度工程条件：现有工程设施的能力及调节运用方式的变化水资源管理水平4.2水利工程可供水量计算在不同的来水频率或保证频率下，为满足不同水平年的需水要求，各项水利工程设施可提供的水量。可供水量的影响因素可供水量的定义河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理“不同水平年”中的水平，指的是水资源开发利用程度，表现在各类供水工程措施的多少、工程状况和管理水平等方面“不同保证率”可视作供水工程措施对用户供水的保证程度。同一供水工程措施在不同的丰、枯年份可供水量是不同的。同一灌溉面积在不同丰、枯年份的需水量也是不同的“考虑需水要求”指的是在计算可供水量时，要把供水和需水结合考虑，弃水和不能为用户所利用的水量不能算作可供水量。“可供水量的‘可’”字，表示某种计算条件下，供水工程设施“可能”、或“可以”提供的水量。供水工程措施的可供水量与工程的供水能力是不同的，供水能力为工程措施充分发挥作用可提供的水量，未考虑需水要求，可供水量只是供水能力中为用户利用了的那部分水量“供水工程措施可提供的”是指可供水量一定是供水工程措施所提供的，没有通过供水工程措施直接为用户所利用的水量，如农作物利用的天然降水量、农作物根系吸收的土壤水分和地下水，都不能算作可供水量（灌溉定额是指扣除农作物利用的天然水量后需要补充的水量）。所以，供水工程措施未控制的集雨面积上的水资源量是不可能成为可供水量的。可供水量的内涵4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理引水工程：指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程。4.2水利工程可供水量计算单项工程的可供水量蓄水工程：在时间上对水资源重新分配，在来水多时把水蓄起来，在来水少是根据用水要求适时适量的供水。提水工程：包括地表水提水工程和地下水提水工程。地表水提水工程可供水量是指通过动力机械设备从江河、湖泊中提取的水量。地下水提水工程可供水量指通过提水设备从地下提取为用户所用的水量。河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理系列调节计算法4.2水利工程可供水量计算单项工程的可供水量计算典型年法区域的可供水量，一般先单项工程着手，而后综合计算。区域的可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理●引水工程：指从河道或其它地表水体能够自流取水的水利工程●可供水量：许可的引水量必须从年最大引水量中减去用户不用的水量，剩余部分才是引水工程可以供给的水量●供水能力：工程措施充分发挥作用时可提供的水量4.2水利工程可供水量计算引水工程河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理大、中型引水工程河道无调节能力约束条件渠道过水能力下游河道流量要求用户的用水要求小型引水工程Q可供水量引水断面流量下游预留流量＝min用户的用水要求渠道过水能力WAnWp可供4.2水利工程可供水量计算引水工程可供水量计算供水系数法W可供—某一水平年某一来水频率引水工程的可供水量；np—某一来水频率引水工程的供水系数；A—引水工程的灌溉面积；W—某一来水频率毛灌溉定额河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理例1（一用户情形）已知:(1)表中单位为m3/s(2)用水户为单用户情形(3)渠道过水能力为70m3/s，下游流量要求为60m3/s求解：各时段可供水量？？4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理例1计算结果问题：如果用水户为多用户情形，如何分配水量？4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理用户2用户1回归水20%区间入流60需水100需水200来水120a.不考虑取水口下游流量限制b.不考虑引水渠道过水能力例2（两用户情形）方法1：属地优先原则用户1：可供水量Q1=100m3/s用户2：可供水量Q2=120-100+100*20%+60=100m3/s4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理1122121112DQDQDDYQQYQ区4.2水利工程可供水量计算缺点:未考虑用水户重要性用户2用户1β=20%Y区=60D1=100D2=200Y1=120Q1Q2方法2：均衡受益原则，两者缺水率相等用户1：可供水量Q1=64.28m3/s;用户2：可供水量Q2=128.59m3/s1211210020012020%60QQQQQ河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理用户1：可供水量Q1=44.44m3/s；用户2：可供水量Q2=144.44m3/s2211221212minDQDQDD22221111DQDDQD用户2用户1β=20%Y区=60D1=100D2=200Y1=120Q1Q2方法3：均衡受益原则，考虑用户重要性假设用户2的重要性是用户1的2倍，即2124.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理多用户供水模式考虑用户重要性121t121QQQQQQQQQQ供供需需2区间供供回归供下游==属地优先权模式4.2水利工程可供水量计算均衡受益模式先满足上游需水，再考虑下游用户121t121QQQQQQQQQQ供供需需2区间供供回归供下游==河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理从河道提水河道来水情况下游河道流水要求提水设备能力Q设Q下Q（t）Qtt提水工程可供水量计算4.2水利工程可供水量计算从湖泊、大江、大河中提水提水量不太大时，基本不考虑需水限制提取地下水应以不致造成不良后果为前提下设可供需，，mintQQQQQ河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理蓄水工程4.2水利工程可供水量计算中小型水库年调节水库大型水库水库具有调节能力，可以根据需水对天然径流再分配资料允许情况下，根据水库来水、用水及水库有效蓄水量逐时段调节计算不同的调节模式，有不同的结果多年调节水库量多且缺乏实测资料河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理已知：（1）表中水量单位为万立米（2）假设水库始、末水位均为死水位（3）水库调节库容为200万立米例3求解：水库各时段可供水量4.2水利工程可供水量计算大型水库河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理（3）“相对缺水率最小”模式121QQQQ供供需需21()ttttVVQqt1()ttttVVQqt2miniitiitQQ需，1()ttttVVQqt需水约束水量平衡约束有效蓄水量约束多用户重要性（1）“有水就用”模式（2）“过程相似”模式4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理例3计算结果问题：若调节库容为100万立方，计算结果如何？4.2水利工程可供水量计算0河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理Qtt可供水量模式2：V调节＝200模式3：V调节＝100不同计算模式示意图库容有限时供水过程示意图4.2水利工程可供水量计算河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理水量利用系数法：利用α～β关系进行推求4.2水利工程可供水量计算库容系数β利用系数αβ～α关系曲线(某省实际资料计算分析得出)复蓄指数法:水库、塘坝年可供水量与有效库容之比值。中型水库小型水库WnV供河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理4.3区域可供水量计算基于模拟的可供水量计算基于优化的可供水量计算系统概化用户概化水源划分工程安排系统网络图河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理水资源系统：是指在一定范围或环境下，为实现水资源开发利用目标，由相互联系、相互制约、相互作用的若干水资源工程单元和管理技术单元组成的有机体。区域可供水量的计算：就是在各种用水户需水要求下，对区域内部所有水利工程的可供水量进行计算。4.3区域可供水量计算系统概化河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理4.3区域可供水量计算研究区域分区：按行政区划分区按自然地理单元分区按社会经济单元划分按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法划分(1)用户概化河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理蓄水工程引水工程提水工程调水工程中水回用当地水当地地表水当地地下水再生水外来水4.2水利工程可供水量计算(2)水源分类(3)工程安排河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理水源与分区分类型用户之间，通过各种供水工程相联系。按照供水工程、概化用户在流域水系上和自然地理上的拓扑关系，把水源与用户连接起来，形成系统网络图。系统网络图是对真实系统的抽象概化，由概化元素构成。概化元素包括计算单元、水利工程、分汇水节点以及各种输水通道等。4.2水利工程可供水量计算(4)系统网络图河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理计算单元是划分的最小一级计算分区，是各类资料收集整理的基本单元，也是水资源利用的主体对象；在网络图上用长方形框表示，属于“面”元素。4.2水利工程可供水量计算概化用户分汇水节点包括天然节点和人为设置的节点两类，前者是重要河流的交汇点或分水点，后者主要是对水量水质有特殊要求或希望掌握的控制断面，在网络图上属于“点”元素。输水通道是对不同类别输水途径的概化，包括河流水系，水利工程到计算单元的供水传递关系，计算单元退水的传递关系、水利工程之间或计算单元之间的联系等，在网络图上属于“线”元素。水利工程是网络图上标明的水库及引提水工程等。河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理河海大学水文及水资源学院城市水资源利用与管理4.3区域可供水量计算水利系统可供水量计算分类一个区域，有各种水利工程构成一个或多个水利系统，共同为用户提供水源。通常情况下，可供水量应包括５部分水量：蓄：当地径流通过水库＼湖洼＼河网调节可提供的水量引：计算区以外，通过天然或人工河道自流引入的那部分客水提：从河道或地下，通过动力机械设备提取的那部分客水调：从外流域调入补给的那部分水量回：工农