水資源課件第五章 水資源供需平衡分析

1、水資源課件第五章水資源課件第五章 水資水資源供需平衡分析源供需平衡分析供需平衡分析和成果綜合n1 供水平衡分析分類(lèi) 一個(gè)區(qū)域水資源供需分析的內(nèi)容是相當(dāng)豐富和復(fù)雜的，需要從以下的幾個(gè)方面進(jìn)行：n1從分析的范圍考慮，可劃分為：從分析的范圍考慮，可劃分為：n(1)計(jì)算單元的供需分析；計(jì)算單元的供需分析；n(2)整個(gè)區(qū)域的供需分析；，整個(gè)區(qū)域的供需分析；，n(3)河流流域的供需分析。河流流域的供需分析。n計(jì)算單元計(jì)算單元: 可視為一小的區(qū)域是供需分析的根底，可視為一小的區(qū)域是供需分析的根底，屬于區(qū)域或流域內(nèi)的一個(gè)面積最小的小區(qū)。屬于區(qū)域或流域內(nèi)的一個(gè)面積最小的小區(qū)。n2從可持續(xù)開(kāi)展觀(guān)點(diǎn)，可劃分為從可持

2、續(xù)開(kāi)展觀(guān)點(diǎn)，可劃分為n(1)現(xiàn)狀的供需分析；現(xiàn)狀的供需分析；n(2)不同開(kāi)展階段不同開(kāi)展階段(不同水平年不同水平年)的供需分析。的供需分析。n 現(xiàn)狀的供需分析，是針對(duì)當(dāng)前的情況；而不現(xiàn)狀的供需分析，是針對(duì)當(dāng)前的情況；而不同開(kāi)展階段的供需分析是對(duì)未來(lái)情況的，含有展望同開(kāi)展階段的供需分析是對(duì)未來(lái)情況的，含有展望和預(yù)測(cè)的性質(zhì)，但要做好不同開(kāi)展階段和預(yù)測(cè)的性質(zhì)，但要做好不同開(kāi)展階段(不同水平年不同水平年)的供需分析，必須以現(xiàn)狀的供需分析的成果為依據(jù)。的供需分析，必須以現(xiàn)狀的供需分析的成果為依據(jù)。因此，現(xiàn)狀的供需分析是不同開(kāi)展階段供需分析的因此，現(xiàn)狀的供需分析是不同開(kāi)展階段供需分析的根底。根底。n3從供

3、需分析的深度，可劃分為：從供需分析的深度，可劃分為：n一次供需分析：初步地進(jìn)行供需分析，不一定一次供需分析：初步地進(jìn)行供需分析，不一定要進(jìn)行供需平衡和提出供需平衡分析的規(guī)劃方要進(jìn)行供需平衡和提出供需平衡分析的規(guī)劃方案。案。n二次供需分析：要求供需平衡分析和提出供需二次供需分析：要求供需平衡分析和提出供需平衡分析的規(guī)劃方案。特別是當(dāng)供需不平衡時(shí)，平衡分析的規(guī)劃方案。特別是當(dāng)供需不平衡時(shí)，對(duì)解決缺水的途徑，要進(jìn)一步分析論證并作出對(duì)解決缺水的途徑，要進(jìn)一步分析論證并作出規(guī)劃方案。規(guī)劃方案。n4按用水的性質(zhì)，可劃分為：按用水的性質(zhì)，可劃分為：n(1)河道外用水的供需分析；河道外用水的供需分析；n(2)

4、河道內(nèi)用水的供需分析。河道內(nèi)用水的供需分析。n河道外用水為消耗性用水，河道內(nèi)用水為非消河道外用水為消耗性用水，河道內(nèi)用水為非消耗性用水，在分析過(guò)程中應(yīng)分別進(jìn)行考慮或綜耗性用水，在分析過(guò)程中應(yīng)分別進(jìn)行考慮或綜合在一起協(xié)調(diào)考慮。合在一起協(xié)調(diào)考慮。n2 計(jì)算單元的供需分析 計(jì)算單元的供需分析應(yīng)包括上述的幾方面的內(nèi)容：n調(diào)查統(tǒng)計(jì)現(xiàn)階段年份計(jì)算單元內(nèi)各水源的實(shí)際供水量和各部門(mén)的實(shí)際用水量。n進(jìn)行水量平衡校核。 對(duì)于某一計(jì)算單元、某一水平年、某種保證率的供需平衡計(jì)算式為：式中qW供i計(jì)算單元內(nèi)的分項(xiàng)供水量，m3a；q n1 計(jì)算單元內(nèi)可供水量的分項(xiàng)數(shù)；qW需i計(jì)算單元內(nèi)的分項(xiàng)需水量，m3a；qn2 計(jì)算單

5、元內(nèi)需水量的分項(xiàng)數(shù)；qW余/缺水量，m3a；WWWniinii12111需供n現(xiàn)狀供需狀況及分析 對(duì)現(xiàn)狀年的實(shí)際供、用水情況和不同頻率來(lái)水情況下的供需平衡狀況可進(jìn)行列表分析。表5-6、5-7n3 整個(gè)區(qū)域的水資源供需分析n1 典型年法n先根據(jù)全區(qū)域的雨情和水情情況，選定代表年，n然后根據(jù)該代表年的來(lái)水情況，自上而下，先支流后干流逐個(gè)計(jì)算各個(gè)單元的供需情況，n最后將各個(gè)單元的供需成果進(jìn)行匯總，即得整個(gè)區(qū)域的水資源供需情況。n2 同頻率法：其一般的步驟是，同頻率法：其一般的步驟是，n根據(jù)實(shí)際情況先把整個(gè)區(qū)域劃分為假設(shè)干個(gè)流域，根據(jù)實(shí)際情況先把整個(gè)區(qū)域劃分為假設(shè)干個(gè)流域，n每個(gè)流域根據(jù)各自的雨情、水

6、情情況選擇各自的代每個(gè)流域根據(jù)各自的雨情、水情情況選擇各自的代表年。表年。n然后采用典型年法相同的方法，逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算單元然后采用典型年法相同的方法，逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算單元水供需分析并將同一流域的計(jì)算單元水供需分析成水供需分析并將同一流域的計(jì)算單元水供需分析成果相加，果相加，n最后，再把各流域同頻率的計(jì)算成果匯總即得到整最后，再把各流域同頻率的計(jì)算成果匯總即得到整個(gè)區(qū)域的水資源供需分析的成果。個(gè)區(qū)域的水資源供需分析的成果。n對(duì)今后不同開(kāi)展階段的可供水量進(jìn)行分析時(shí)，要注意研究區(qū)域上游用水的變化，如上游新建水庫(kù)或河道引水工程，那么會(huì)減少來(lái)水量，必然造成可供水量的減少。因此，計(jì)算今后的可供水量要與水源工程的

7、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃結(jié)合起來(lái)。n在需水量預(yù)測(cè)分析中，那么要和研究區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)開(kāi)展規(guī)劃配合，做出切合實(shí)際的需水預(yù)測(cè)，既要滿(mǎn)足可持續(xù)開(kāi)展對(duì)水的長(zhǎng)期要求，又要做到水資源不受到破壞。4 不同開(kāi)展階段(水平年)的供需分析水資源供需系統(tǒng)n一個(gè)區(qū)域的水資源供需系統(tǒng)：一個(gè)區(qū)域的水資源供需系統(tǒng)：是由來(lái)水、用水、蓄水和輸是由來(lái)水、用水、蓄水和輸水等諸子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)。水等諸子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)。 供水水源：供水水源：有不同的來(lái)水、貯水系統(tǒng)、如地面水庫(kù)和有不同的來(lái)水、貯水系統(tǒng)、如地面水庫(kù)和地下水庫(kù)等、有本區(qū)產(chǎn)水和區(qū)外來(lái)水或調(diào)水，而且彼此互地下水庫(kù)等、有本區(qū)產(chǎn)水和區(qū)外來(lái)水或調(diào)水，而且彼此互相聯(lián)系，互相影響。相聯(lián)系，互相

8、影響。 用水系統(tǒng)：用水系統(tǒng)：由生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等用水部門(mén)由生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等用水部門(mén)組成組成， 輸、配水系統(tǒng)：輸、配水系統(tǒng)：即相對(duì)獨(dú)立于以上的兩個(gè)子系統(tǒng)又即相對(duì)獨(dú)立于以上的兩個(gè)子系統(tǒng)又起到相互聯(lián)系的作用。起到相互聯(lián)系的作用。5.3 水資源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬分析n水資源系統(tǒng)是一個(gè)多用途、多目標(biāo)的系統(tǒng)，涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、和生態(tài)環(huán)境等多方面的效益。n應(yīng)該使用系統(tǒng)分析的方法，通過(guò)多層次和整體的模擬模型、規(guī)劃模型以及水資源決策支持系統(tǒng)，進(jìn)行各個(gè)子系統(tǒng)和全區(qū)水資源的多方案調(diào)度，以尋求解決一個(gè)區(qū)域水資源供需的最正確方案和對(duì)策。水資源系統(tǒng)供需平衡的動(dòng)態(tài)模擬分析方法n模擬就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)或預(yù)演某一

9、系統(tǒng)的運(yùn)行情況。水資源供需平衡分析的動(dòng)態(tài)模擬就是在制定各種運(yùn)行方案下重現(xiàn)現(xiàn)階段水資源供需狀況和預(yù)演今后一段時(shí)期水資源供需狀況。n該方法的主要內(nèi)容包括以下幾方面： n(1)根本資料的調(diào)查收集和分析n(2)水資源系統(tǒng)管理調(diào)度n(3)水資源系統(tǒng)的管理規(guī)劃n與典型年法相比，水資源供需平衡動(dòng)態(tài)模擬分析有以下特點(diǎn)：q(1)該方法不是對(duì)某一個(gè)別的典型年進(jìn)行分析，而是在較長(zhǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)間系列系列里對(duì)一個(gè)地區(qū)的水資源供需的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行逐個(gè)時(shí)段模擬和預(yù)測(cè)，q(2)該方法不僅可以對(duì)整個(gè)區(qū)域的水資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬分析，由于采用不同子區(qū)和不同水源(地表水與地下水、本地水資源和外域水資源等)之間的聯(lián)合調(diào)度，能考慮它們之間

10、的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化。q(3)該方法采用系統(tǒng)分析方法中的模擬方法，仿真性好，能直觀(guān)形象地模擬復(fù)雜的水資源供需關(guān)系和管理運(yùn)行方面的功能由于水資源系統(tǒng)比較復(fù)雜，考慮的方面很多，諸如水量和水質(zhì)；地表水和地下水的聯(lián)合調(diào)度；地表水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度；本地區(qū)和外區(qū)水資源的合理調(diào)度；各個(gè)用水部門(mén)的合理配水；污水處理及其再利用，等等。因此在這樣龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)中有許多非線(xiàn)性關(guān)系和約束條件在最優(yōu)化模型中無(wú)法解決，而模擬模型具有很好的仿真性能，這些問(wèn)題在模型中就能得到較好地模擬運(yùn)行。n為了使模擬給出的結(jié)果接近最優(yōu)解，往往在模擬中規(guī)劃好運(yùn)行方案，或整體采用模擬模型，而局部采用優(yōu)化模型。n也常常采用這種兩種方法的結(jié)合，如區(qū)域

11、水資源供需分析中的地面水庫(kù)調(diào)度采用最優(yōu)化模型，使地表水得到充分的利用，然后對(duì)地表水和地下水采用模擬模型聯(lián)合調(diào)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。n水資源系統(tǒng)的模擬與分析，一般需要經(jīng)過(guò)模型建立、調(diào)參與檢驗(yàn)、運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)等幾個(gè)步驟1 模型的建立模型的建立建立模型是水資源系統(tǒng)模擬的前提。建立模型就是要把實(shí)際建立模型是水資源系統(tǒng)模擬的前提。建立模型就是要把實(shí)際問(wèn)題概化成一個(gè)物理模型，要按照一定的規(guī)那么建立數(shù)學(xué)問(wèn)題概化成一個(gè)物理模型，要按照一定的規(guī)那么建立數(shù)學(xué)方程來(lái)描述有關(guān)變量間的定量關(guān)系。方程來(lái)描述有關(guān)變量間的定量關(guān)系。這一步驟包括有關(guān)變量的選擇，以及確定有關(guān)變量間的數(shù)學(xué)這一步驟包括有關(guān)變量的選擇，以及確定

12、有關(guān)變量間的數(shù)學(xué)關(guān)系。模型只是真實(shí)事件的一個(gè)近似的表達(dá)，并不是完全關(guān)系。模型只是真實(shí)事件的一個(gè)近似的表達(dá)，并不是完全真實(shí)，因此，模型應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單，所選擇的變量應(yīng)最能真實(shí)，因此，模型應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單，所選擇的變量應(yīng)最能反映其特征。反映其特征。n例：一個(gè)簡(jiǎn)單的水庫(kù)的調(diào)度，其有關(guān)變量包括水庫(kù)蓄水量，工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量、水庫(kù)的損失量(蒸發(fā)量和水庫(kù)滲漏量)以及入庫(kù)水量等，用水量平衡原理來(lái)建立各變量問(wèn)的數(shù)學(xué)關(guān)系，并按一定的規(guī)那么來(lái)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的水調(diào)度運(yùn)行，具體的數(shù)學(xué)方程如下所示：nWt, Wt-1時(shí)段末、初的水庫(kù)蓄水量，m3；nWIt，WAt時(shí)段內(nèi)水庫(kù)供給工業(yè)、農(nóng)業(yè)的水量，m3；nWEQt，時(shí)段內(nèi)水庫(kù)的蒸

13、發(fā)、滲漏損失，m3；nWQt,時(shí)段內(nèi)水庫(kù)水量，m3。ttttttWEQWAWIWQWW12 模型的調(diào)參和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼{(diào)參和檢驗(yàn)n按設(shè)計(jì)方案正式運(yùn)行模型之前，必須對(duì)模型中有模型中有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行確定關(guān)的參數(shù)進(jìn)行確定以及對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)來(lái)判定該模型的可行性和正確性。(1)求參：一個(gè)數(shù)學(xué)模型通常含有稱(chēng)為參數(shù)的數(shù)學(xué)常數(shù)，如水文和水文地質(zhì)參數(shù)等，其中有的是通過(guò)實(shí)測(cè)的或試驗(yàn)求得的，有的那么是參考外地憑經(jīng)驗(yàn)選取的。2檢驗(yàn)：所建的模型是否正確和符合實(shí)際，要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的一般方法是輸入與求參不同的另外一套的歷史數(shù)據(jù)，運(yùn)行模型并輸出結(jié)果，看其與系統(tǒng)實(shí)際記錄是否吻合，假設(shè)能吻合或吻合較好，反映檢驗(yàn)的結(jié)果具有良好的一致性

14、，說(shuō)明所建模型具有可行性和正確性，模型的運(yùn)行結(jié)果是可靠的。3修正：模型與實(shí)際吻合好壞的標(biāo)準(zhǔn)，要作具體分析。計(jì)算值和實(shí)測(cè)值在數(shù)量上不需要也不可能要求吻合得十分精確。根據(jù)情況進(jìn)行修正或重新建模。3 模型中運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)模型中運(yùn)行方案的設(shè)計(jì)在模擬分析方法中在模擬分析方法中,決策者希望模擬結(jié)果能盡可能接近決策者希望模擬結(jié)果能盡可能接近最優(yōu)解最優(yōu)解,同時(shí)同時(shí),還希望能得到不同方案的有關(guān)信息還希望能得到不同方案的有關(guān)信息,如高、如高、低指標(biāo)方案，不同開(kāi)源節(jié)流方案的計(jì)算結(jié)果。低指標(biāo)方案，不同開(kāi)源節(jié)流方案的計(jì)算結(jié)果。1模型中所采用的水文系列，即可用一次歷史系列模型中所采用的水文系列，即可用一次歷史系列也可用歷

15、史資料循環(huán)系列；也可用歷史資料循環(huán)系列；2開(kāi)源工程的不同方案和開(kāi)發(fā)次序。開(kāi)源工程的不同方案和開(kāi)發(fā)次序。3開(kāi)源、節(jié)流措施的方案規(guī)劃和數(shù)量分析；開(kāi)源、節(jié)流措施的方案規(guī)劃和數(shù)量分析；4各部門(mén)的用水保證率及其他評(píng)價(jià)指標(biāo)等。各部門(mén)的用水保證率及其他評(píng)價(jià)指標(biāo)等。 5.4 水資源動(dòng)態(tài)模擬的實(shí)例分析以華北地區(qū)某縣作為研究區(qū)為例來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明水資源動(dòng)態(tài)模擬的過(guò)程。n研究區(qū)的總面積為研究區(qū)的總面積為10356km2，其地貌屬某，其地貌屬某河流沖積扇的一局部，為地形平坦的平原區(qū)，河流沖積扇的一局部，為地形平坦的平原區(qū)，地下水資源豐富，為研究區(qū)主要的用水來(lái)源，地下水資源豐富，為研究區(qū)主要的用水來(lái)源，研究區(qū)水資源系統(tǒng)的構(gòu)成

16、研究區(qū)水資源系統(tǒng)的構(gòu)成.n可劃分為以下四個(gè)局部：可劃分為以下四個(gè)局部：n(1)來(lái)水系統(tǒng)：主要指當(dāng)?shù)亟邓?、由境外進(jìn)入本區(qū)的側(cè)向來(lái)水系統(tǒng)：主要指當(dāng)?shù)亟邓⒂删惩膺M(jìn)入本區(qū)的側(cè)向地下水補(bǔ)給、由外區(qū)入境的地表水及廢污水等；地下水補(bǔ)給、由外區(qū)入境的地表水及廢污水等；n(2)儲(chǔ)水系統(tǒng)：研究區(qū)內(nèi)地下水含水層及境內(nèi)可攔蓄地表儲(chǔ)水系統(tǒng)：研究區(qū)內(nèi)地下水含水層及境內(nèi)可攔蓄地表徑流的河道和地面蓄水工程；徑流的河道和地面蓄水工程；n(3)用水系統(tǒng)：主要包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水用水系統(tǒng)：主要包括農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水等；等；n(4)排水系統(tǒng)；主要指排泄到境外的地下水滲流和地表徑排水系統(tǒng)；主要指排泄到境外的地下

17、水滲流和地表徑流及潛水的蒸發(fā)損流及潛水的蒸發(fā)損n根據(jù)河系界線(xiàn)，水文地質(zhì)和土壤的差異以及行政區(qū)界根據(jù)河系界線(xiàn)，水文地質(zhì)和土壤的差異以及行政區(qū)界線(xiàn)等條件將研究區(qū)細(xì)分為七個(gè)子區(qū)，并以該七個(gè)子區(qū)線(xiàn)等條件將研究區(qū)細(xì)分為七個(gè)子區(qū)，并以該七個(gè)子區(qū)作為既互相獨(dú)立又互相聯(lián)系的根本單元進(jìn)行水資源的作為既互相獨(dú)立又互相聯(lián)系的根本單元進(jìn)行水資源的聯(lián)合調(diào)度和平衡分析。聯(lián)合調(diào)度和平衡分析。n依照上述水資源系統(tǒng)的構(gòu)成，建立了研究區(qū)水資源動(dòng)態(tài)模擬的數(shù)依照上述水資源系統(tǒng)的構(gòu)成，建立了研究區(qū)水資源動(dòng)態(tài)模擬的數(shù)學(xué)模型。該模型結(jié)構(gòu)可視為假設(shè)干個(gè)擔(dān)負(fù)不同工作任務(wù)又相互聯(lián)學(xué)模型。該模型結(jié)構(gòu)可視為假設(shè)干個(gè)擔(dān)負(fù)不同工作任務(wù)又相互聯(lián)系的模塊組

18、成，可歸納成如下幾種類(lèi)型：系的模塊組成，可歸納成如下幾種類(lèi)型：n(1)用于存儲(chǔ)和傳遞各種數(shù)據(jù)和計(jì)算成果的工作模塊用于存儲(chǔ)和傳遞各種數(shù)據(jù)和計(jì)算成果的工作模塊(亦稱(chēng)數(shù)據(jù)文件亦稱(chēng)數(shù)據(jù)文件庫(kù)庫(kù))；n(2)進(jìn)行水資源系統(tǒng)中供需各方供水量和需水量計(jì)算的工作模塊，進(jìn)行水資源系統(tǒng)中供需各方供水量和需水量計(jì)算的工作模塊，n(3)用于各子區(qū)水資源聯(lián)合調(diào)度計(jì)算的工作模塊；用于各子區(qū)水資源聯(lián)合調(diào)度計(jì)算的工作模塊；n(4)輸出各種計(jì)算成果的工作模塊。輸出各種計(jì)算成果的工作模塊。主要工作模塊的描述主要工作模塊的描述n由于該研究區(qū)幾乎無(wú)地表水資源可用，地下水由于該研究區(qū)幾乎無(wú)地表水資源可用，地下水成為研究區(qū)的主要用水水源，

19、因此以各子區(qū)的成為研究區(qū)的主要用水水源，因此以各子區(qū)的地下水體作為逐個(gè)時(shí)段水均衡分析的對(duì)象。實(shí)地下水體作為逐個(gè)時(shí)段水均衡分析的對(duì)象。實(shí)現(xiàn)水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的子模塊主要有：現(xiàn)水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的子模塊主要有：1 確定來(lái)水量的子模塊確定來(lái)水量的子模塊n對(duì)于地下水體而言，研究區(qū)水資源系統(tǒng)中主要來(lái)水項(xiàng)有當(dāng)?shù)亟涤耆霛B補(bǔ)給、對(duì)于地下水體而言，研究區(qū)水資源系統(tǒng)中主要來(lái)水項(xiàng)有當(dāng)?shù)亟涤耆霛B補(bǔ)給、外區(qū)側(cè)向地下水補(bǔ)給、河道和魚(yú)塘蓄水的入滲及農(nóng)業(yè)灌溉回歸等。其中降雨入滲外區(qū)側(cè)向地下水補(bǔ)給、河道和魚(yú)塘蓄水的入滲及農(nóng)業(yè)灌溉回歸等。其中降雨入滲是主要的來(lái)水項(xiàng)，它與降雨系列的選擇有極大的關(guān)系。是主要的來(lái)水項(xiàng)，它與降雨系列的選

20、擇有極大的關(guān)系。n研究區(qū)各子區(qū)在某個(gè)時(shí)段內(nèi)的降雨入滲補(bǔ)給量；按下式進(jìn)行估算：研究區(qū)各子區(qū)在某個(gè)時(shí)段內(nèi)的降雨入滲補(bǔ)給量；按下式進(jìn)行估算：n n式中式中qp某個(gè)時(shí)段內(nèi)的降雨量，某個(gè)時(shí)段內(nèi)的降雨量，mm；由逐日降雨資料統(tǒng)計(jì)求出；由逐日降雨資料統(tǒng)計(jì)求出；qAi第第i子區(qū)的面積，子區(qū)的面積，km3；qi第第i子區(qū)的降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)，降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)。與降雨量、子區(qū)的降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)，降雨入滲補(bǔ)給系數(shù)。與降雨量、土壤質(zhì)地、地下水埋深等因素有關(guān)可依據(jù)各子區(qū)的土質(zhì)分布特土壤質(zhì)地、地下水埋深等因素有關(guān)可依據(jù)各子區(qū)的土質(zhì)分布特q單位換算系數(shù)，是具體情況而定。單位換算系數(shù)，是具體情況而定。iiiApI2 用水預(yù)測(cè)計(jì)

21、算的子模塊用水預(yù)測(cè)計(jì)算的子模塊n研究區(qū)用水可按糧食作物灌溉用水，工業(yè)用水、研究區(qū)用水可按糧食作物灌溉用水，工業(yè)用水、城鄉(xiāng)居民用水、蔬菜灌溉用水、經(jīng)濟(jì)作物用水、城鄉(xiāng)居民用水、蔬菜灌溉用水、經(jīng)濟(jì)作物用水、農(nóng)村牲畜用水和漁業(yè)用水等七個(gè)部門(mén)分別進(jìn)行農(nóng)村牲畜用水和漁業(yè)用水等七個(gè)部門(mén)分別進(jìn)行推求。推求。n對(duì)于糧食作物灌溉用水，采用作物生長(zhǎng)期根系層水量平衡原理分對(duì)于糧食作物灌溉用水，采用作物生長(zhǎng)期根系層水量平衡原理分別對(duì)研究區(qū)的小麥、玉米和水稻三種主要作物的灌溉用水進(jìn)行逐別對(duì)研究區(qū)的小麥、玉米和水稻三種主要作物的灌溉用水進(jìn)行逐日推求，其計(jì)算公式為：日推求，其計(jì)算公式為：n式中式中Wi+1，Wi；分別為第分別

22、為第i+1日末和第日末和第i日末根系層的水量，日末根系層的水量，mm；nPi，Ei分別為第分別為第i日的降雨量和作物耗水量，日的降雨量和作物耗水量，mm。iiiiEPWW1n計(jì)算中可對(duì)根系層水量規(guī)定一個(gè)適宜的上下限計(jì)算中可對(duì)根系層水量規(guī)定一個(gè)適宜的上下限Wmax和和Wmin，如果，如果Wi+1Wmin，那么說(shuō)，那么說(shuō)明作物根系層缺水，應(yīng)按下式確定灌水量明作物根系層缺水，應(yīng)按下式確定灌水量n )(maxEiPiWiWIin工業(yè)用水采用分行業(yè)重復(fù)利用率及萬(wàn)元產(chǎn)值取水量的計(jì)算方工業(yè)用水采用分行業(yè)重復(fù)利用率及萬(wàn)元產(chǎn)值取水量的計(jì)算方法，并按以下二個(gè)公式進(jìn)行預(yù)測(cè)推求：法，并按以下二個(gè)公式進(jìn)行預(yù)測(cè)推求：n式

23、中式中 qQ1、Q2分別是起始年和預(yù)測(cè)年萬(wàn)元產(chǎn)值的取用水量，分別是起始年和預(yù)測(cè)年萬(wàn)元產(chǎn)值的取用水量，m3萬(wàn)萬(wàn)元；元；q1、2分別是起始年和預(yù)測(cè)年工業(yè)用水重復(fù)利用率，計(jì)算中取，分別是起始年和預(yù)測(cè)年工業(yè)用水重復(fù)利用率，計(jì)算中取，的平均遞增率為的平均遞增率為4；q 其中其中a是單位產(chǎn)值用水的年下降率，計(jì)算中取是單位產(chǎn)值用水的年下降率，計(jì)算中取a平均值為平均值為065；qB2預(yù)測(cè)年的工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值，萬(wàn)元；預(yù)測(cè)年的工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)值，萬(wàn)元；qIW2預(yù)測(cè)年的工業(yè)取用水量，預(yù)測(cè)年的工業(yè)取用水量，m3a。111212QKQIW2=B2Q2nK)1 (該模塊用于模擬計(jì)算研究區(qū)七個(gè)子區(qū)各個(gè)時(shí)段內(nèi)的水量平衡該模塊用于模擬計(jì)

24、算研究區(qū)七個(gè)子區(qū)各個(gè)時(shí)段內(nèi)的水量平衡Wi各子區(qū)地下水體在垂向的水量交換各子區(qū)地下水體在垂向的水量交換Wi各子區(qū)有外邊界的各子區(qū)與境外地下水在水平向的水量交換各子區(qū)有外邊界的各子區(qū)與境外地下水在水平向的水量交換,Fi第第I區(qū)的給水度和面積區(qū)的給水度和面積(KM3)Hit0時(shí)段初時(shí)段初t0各子區(qū)地下水位。各子區(qū)地下水位。Hit1時(shí)段末各子區(qū)地下水位時(shí)段末各子區(qū)地下水位iFiWHiiiFiWHii 0)() 1(HiHiHitHitHi01 ttt3 地面水地下水聯(lián)合調(diào)度的工作子模塊地面水地下水聯(lián)合調(diào)度的工作子模塊4 地下水動(dòng)態(tài)有限元計(jì)算子模塊地下水動(dòng)態(tài)有限元計(jì)算子模塊地面水地下水聯(lián)合調(diào)度模擬可以給

25、出各子區(qū)平均的地下水位地面水地下水聯(lián)合調(diào)度模擬可以給出各子區(qū)平均的地下水位的動(dòng)態(tài)變化，但無(wú)法對(duì)此作出更詳細(xì)的描述。為了能反映的動(dòng)態(tài)變化，但無(wú)法對(duì)此作出更詳細(xì)的描述。為了能反映出研究區(qū)范圍內(nèi)不同地點(diǎn)地下水位在規(guī)劃預(yù)測(cè)期內(nèi)的動(dòng)態(tài)出研究區(qū)范圍內(nèi)不同地點(diǎn)地下水位在規(guī)劃預(yù)測(cè)期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化，采用地下水二維非穩(wěn)定流的數(shù)學(xué)方程進(jìn)行計(jì)算，具變化，采用地下水二維非穩(wěn)定流的數(shù)學(xué)方程進(jìn)行計(jì)算，具體的模型形式參見(jiàn)地下水資源評(píng)價(jià)局部體的模型形式參見(jiàn)地下水資源評(píng)價(jià)局部(341)式。應(yīng)用式。應(yīng)用有限單元法求解上述定解問(wèn)題。研究區(qū)的滲流域共劃分有限單元法求解上述定解問(wèn)題。研究區(qū)的滲流域共劃分229個(gè)三角單元及個(gè)三角單元及133

26、個(gè)結(jié)點(diǎn)，滲流域邊界條件根據(jù)個(gè)結(jié)點(diǎn)，滲流域邊界條件根據(jù)1984年實(shí)測(cè)的地下水位等值線(xiàn)圖的分析，確定西北邊界和東南年實(shí)測(cè)的地下水位等值線(xiàn)圖的分析，確定西北邊界和東南邊界分別為入流和出流邊界，其余邊界那么按第二類(lèi)邊界邊界分別為入流和出流邊界，其余邊界那么按第二類(lèi)邊界考慮。滲流域各單元的有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)均由水文地質(zhì)實(shí)考慮。滲流域各單元的有關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)均由水文地質(zhì)實(shí)測(cè)剖面圖按插值法一一確定。在垂向上各時(shí)段的水量交換測(cè)剖面圖按插值法一一確定。在垂向上各時(shí)段的水量交換那么作簡(jiǎn)化處理，與上述的動(dòng)態(tài)模擬法相一致。計(jì)算結(jié)果那么作簡(jiǎn)化處理，與上述的動(dòng)態(tài)模擬法相一致。計(jì)算結(jié)果可輸出可輸出30年間各時(shí)段末各結(jié)點(diǎn)的地下

27、水位值年間各時(shí)段末各結(jié)點(diǎn)的地下水位值n水資源動(dòng)態(tài)模擬中降雨系列的合理選取是一個(gè)重要問(wèn)題。水資源動(dòng)態(tài)模擬中降雨系列的合理選取是一個(gè)重要問(wèn)題。由于水文現(xiàn)象的隨機(jī)性，對(duì)未來(lái)的降雨系列無(wú)法具體預(yù)測(cè)，由于水文現(xiàn)象的隨機(jī)性，對(duì)未來(lái)的降雨系列無(wú)法具體預(yù)測(cè)，可采用實(shí)測(cè)系列和隨機(jī)系列進(jìn)行演算。實(shí)測(cè)系列即認(rèn)為過(guò)可采用實(shí)測(cè)系列和隨機(jī)系列進(jìn)行演算。實(shí)測(cè)系列即認(rèn)為過(guò)去的降雨系列可在未來(lái)重演，隨機(jī)系列表現(xiàn)出降雨的隨機(jī)去的降雨系列可在未來(lái)重演，隨機(jī)系列表現(xiàn)出降雨的隨機(jī)性，但生成隨機(jī)系列的水文特征值要符合實(shí)測(cè)系列的特征性，但生成隨機(jī)系列的水文特征值要符合實(shí)測(cè)系列的特征值。值。n由于生成的降雨隨機(jī)系列其豐枯周期的組合缺乏以反映

28、最由于生成的降雨隨機(jī)系列其豐枯周期的組合缺乏以反映最不利的情況，且計(jì)算工作量大而復(fù)雜，故在模擬計(jì)算中主不利的情況，且計(jì)算工作量大而復(fù)雜，故在模擬計(jì)算中主要采用了要采用了19831988、19581982年共年共31年的降雨實(shí)測(cè)年的降雨實(shí)測(cè)系列，這樣也便于應(yīng)用系列，這樣也便于應(yīng)用19831988年實(shí)測(cè)地下水位動(dòng)態(tài)年實(shí)測(cè)地下水位動(dòng)態(tài)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。n水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的全過(guò)程可用流程框圖水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的全過(guò)程可用流程框圖57表示。表示。n水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算可按以下的步驟進(jìn)行：水資源動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算可按以下的步驟進(jìn)行：q(1)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)入有關(guān)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)入有關(guān)的數(shù)據(jù)(如逐日的降雨資料

29、、各子區(qū)如逐日的降雨資料、各子區(qū)的種植面積等的種植面積等)和有關(guān)的參數(shù)和有關(guān)的參數(shù)(如給水度、入滲系數(shù)、平如給水度、入滲系數(shù)、平均滲透系數(shù)、渠系利用系數(shù)等均滲透系數(shù)、渠系利用系數(shù)等)；q(2)逐年推求糧食作物逐年推求糧食作物(小麥、玉米和水稻小麥、玉米和水稻)的灌溉制度；的灌溉制度；q(3)在計(jì)算年以旬為時(shí)段計(jì)算各個(gè)分區(qū)糧食作物灌溉量、在計(jì)算年以旬為時(shí)段計(jì)算各個(gè)分區(qū)糧食作物灌溉量、七個(gè)用水部門(mén)的用水量，并由此推求出地下水的開(kāi)采量、七個(gè)用水部門(mén)的用水量，并由此推求出地下水的開(kāi)采量、灌溉回歸入滲量及污水的生成量等；灌溉回歸入滲量及污水的生成量等；q(4)在計(jì)算年按旬計(jì)算各子區(qū)降雨入滲補(bǔ)給及潛水蒸發(fā)

30、在計(jì)算年按旬計(jì)算各子區(qū)降雨入滲補(bǔ)給及潛水蒸發(fā)量；量；q(5)在計(jì)算年按旬計(jì)算外區(qū)和本區(qū)的地下水交換量；在計(jì)算年按旬計(jì)算外區(qū)和本區(qū)的地下水交換量；q(6)在計(jì)算年按旬進(jìn)行各子區(qū)垂直方向水資源量的均衡在計(jì)算年按旬進(jìn)行各子區(qū)垂直方向水資源量的均衡計(jì)算；計(jì)算；q(7)在計(jì)算年按旬進(jìn)行各子區(qū)水平方向水資源量的均衡在計(jì)算年按旬進(jìn)行各子區(qū)水平方向水資源量的均衡計(jì)算；計(jì)算；q(8)在計(jì)算年按旬進(jìn)行水資源量的總體均衡計(jì)算并求出在計(jì)算年按旬進(jìn)行水資源量的總體均衡計(jì)算并求出旬末的各子區(qū)地下水位的變化值和水位值；旬末的各子區(qū)地下水位的變化值和水位值；q(9)假設(shè)計(jì)算年份小于終止年份，那么返回步驟假設(shè)計(jì)算年份小于終止年

31、份，那么返回步驟(2)繼續(xù)繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)計(jì)算年份等于終止年份，那么脫離循環(huán)進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)計(jì)算年份等于終止年份，那么脫離循環(huán)計(jì)算，并根據(jù)指令輸出計(jì)算成果或形成有關(guān)的數(shù)據(jù)文件。計(jì)算，并根據(jù)指令輸出計(jì)算成果或形成有關(guān)的數(shù)據(jù)文件。n所建立的教學(xué)模型的合理性和可行性有賴(lài)于模型的驗(yàn)證。在水資源動(dòng)所建立的教學(xué)模型的合理性和可行性有賴(lài)于模型的驗(yàn)證。在水資源動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程中，態(tài)模擬過(guò)程中，19841988年均是現(xiàn)狀年份，而且所調(diào)用的降雨資年均是現(xiàn)狀年份，而且所調(diào)用的降雨資料、各子區(qū)種植面積以及工業(yè)用水和生活用水都是研究區(qū)的實(shí)測(cè)資料。料、各子區(qū)種植面積以及工業(yè)用水和生活用水都是研究區(qū)的實(shí)測(cè)資料。n為此本文利用研

32、究區(qū)為此本文利用研究區(qū)19841988年共五年的不同地點(diǎn)觀(guān)測(cè)井地下水年共五年的不同地點(diǎn)觀(guān)測(cè)井地下水位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，比較結(jié)果除個(gè)別情況外，各子位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，比較結(jié)果除個(gè)別情況外，各子區(qū)地下水的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在驗(yàn)證期間的變化趨勢(shì)有較好的一致性區(qū)地下水的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在驗(yàn)證期間的變化趨勢(shì)有較好的一致性(見(jiàn)表見(jiàn)表57)；由于有限元法的計(jì)算值能顯示出觀(guān)測(cè)井附近結(jié)點(diǎn)的地下；由于有限元法的計(jì)算值能顯示出觀(guān)測(cè)井附近結(jié)點(diǎn)的地下水位值，故要比動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算求到的各子區(qū)平均地下水位值更逼近實(shí)水位值，故要比動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算求到的各子區(qū)平均地下水位值更逼近實(shí)測(cè)值。驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明所建立的水資

33、源動(dòng)態(tài)模擬模型及選用的參數(shù)根本測(cè)值。驗(yàn)證結(jié)果說(shuō)明所建立的水資源動(dòng)態(tài)模擬模型及選用的參數(shù)根本上符合實(shí)際情況上符合實(shí)際情況n根據(jù)人工指令可進(jìn)行多方案的演算，在此僅從中根據(jù)人工指令可進(jìn)行多方案的演算，在此僅從中選擇兩種方案的計(jì)算成果加以分析以求對(duì)研究區(qū)選擇兩種方案的計(jì)算成果加以分析以求對(duì)研究區(qū)水資源均衡動(dòng)態(tài)變化作出分析評(píng)價(jià)。水資源均衡動(dòng)態(tài)變化作出分析評(píng)價(jià)。n方案一：在充分滿(mǎn)足各部門(mén)用水條件下，研究區(qū)方案一：在充分滿(mǎn)足各部門(mén)用水條件下，研究區(qū)19842021年的水資源的動(dòng)態(tài)變化。模擬計(jì)算可年的水資源的動(dòng)態(tài)變化。模擬計(jì)算可輸出以下的主要計(jì)算結(jié)果：輸出以下的主要計(jì)算結(jié)果：n(1)研究區(qū)主要用水部門(mén)的逐年用水量研究區(qū)主要用水部門(mén)的逐年用水量(見(jiàn)表見(jiàn)表58)；n(2)各子區(qū)水資源供需平衡及地下水位各子區(qū)水資源供需平衡及地下水位30年間逐年年間逐年的變化過(guò)程的變化過(guò)程(見(jiàn)表見(jiàn)表59)；n(3)全研究區(qū)水資源的均衡計(jì)算結(jié)果全研究區(qū)水資源的均衡計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表見(jiàn)表510)。n方案二：條件同