第七章.水資源可供水量計算與需水量預測

第七章水資源可供水量計算與需水量預測

主要內容

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所利用的水量都不能作為工程可能提供的水量。舉例：農業(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?？晒┧勘仨毷峭ㄟ^供水工程為用戶提供的。供水工程包括地表水源供水工程、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，如農作物利用的天然降水量、農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）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?？晒┧康囊饬x和目的

從區(qū)域水資源分析的內容和目的來看，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節(jié)水資源的時空分布，或遠處引水等。現(xiàn)有工程參數(shù)的變化，不同的調節(jié)運用方式以及不同發(fā)展時期新增工程設施等情況，都會算出不同的可供水量。來水條件。不同年的來水變化，以及年內的時空變化，所算出的可供水量不同。用水條件。不同年的用水特性（用水結構、分布、性質、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、河道內的生態(tài)環(huán)境用水等都可能直接影響河道外工業(yè)、農業(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，未經改良和處理，不能供工農業(yè)生產使用，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。

（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

=Σ

min(Qi,Yi)式中：W地表可供—引水工程可供水量；Qi—i時段滿足水質要求的可引水量；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

=Σ

min(Gi,Wi)式中：W地下可供—引水工程可供水量；Gi—i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）塘壩工程可供水量的計算方法一：W塘=

KV有效方法二：W塘=

0.667Te方法三：W塘=

0.667FCP2）中小型水庫可供水量的計算方法一：Wp=aW方法二：W年=

KV3）大型水庫可供水量的計算方法一：年調節(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，ΔV表示時段內水庫蓄水變化量。（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、用戶的用水要求有關。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Qmax＝70m3/s，河道下泄要求Ydown=60m3/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：月份123456789101112來水Yup11011011012013014015015013011510090需水Dt658050705090607075605080求解505050605070607070554030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)先權原則

2）均衡受益原則

3）重要性原則區(qū)間入流I＝60來水Y＝120用戶1用戶2回歸水β＝20%需水D2＝200需水D1＝100（1）屬地優(yōu)先權原則先盡量滿足上游用戶，再滿足下游用戶計算之：Q1＝90m3/s，Q2＝78m3/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：Q1＝53.6m3/s，Q2＝107.1m3/s（3）重要性原則水資源緊缺，根據兩用戶需水重要性來考慮，重要性可用權重表示。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)：農業(yè)＝4：2：1分析，取α1＝1，α2＝2計算之：Q1＝27.7m3/s，Q2＝127.7m3/s3、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，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、農業(yè)用水；3工業(yè)用水4、服務業(yè)；5、生態(tài)用水三.需水預測的內容通常，按照水的用途將需水分為：1、生活需水2、生產需水3、生態(tài)需水經濟社會需水四.需水量預測方法簡介水資源總需要量方程式：TD=LD+PD+ED1、趨勢外延法2、回歸分析法3、時間序列法4、定額法5、人工神經網絡法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：100－200L/（人.日）農村生活用水標準：60－80L/（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城市性質定額單位用水定額其中居民用水定額特大城市升/人·日180～234110～130大城市升/人·日176～221110～130中等城市升/人·日165～208110～130小城市升/人·日165～195110～130行業(yè)名稱用水情況定額單位用水定額備注通用大專院校教職員工升/人·日120/80有浴池/無浴池大專院校住宿生升/人·日120大專院校非住宿生升/人·日50中小學住宿生升/人·日80中小學非住宿生升/人·日20鍋爐軟化水m3/立方米1.4工業(yè)蒸汽m3/噸1.3工人淋浴升/人·班80大牲畜（升/頭·日）小牲畜散養(yǎng)（升/只·日）集中養(yǎng)殖（升/只·日）乳牛成牛馬驢豬(頭）羊雞豬(頭)羊雞50～10030～4530～4530～455～105～7.50.2～0.315～258～100.4～0.6生活用水量計算生活用水量計算分農村（農村居民、農村畜牧業(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)在生產過程中，用于制造、加工、冷卻、空調、凈化、鍋爐及其它工業(yè)生產中的用水量和廠內職工生活用水量。冷卻用水空調用水工藝（產品）用水生產用水生活用水工業(yè)用水按工業(yè)用水過程分類總用水Vt：指工業(yè)企業(yè)在生產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取水量。排放水Vd：經工業(yè)企業(yè)使用后，向外排放的水量。耗用水Vco：工業(yè)企業(yè)生產過程中耗用的水量。重復用水Vr：工業(yè)生產過程中，二次或二次以上的用水。冷卻用水工藝用水冷卻塔預熱器107100100100100515C15C30C2202102需水量（取用水量）：Vf＝107冷卻水循環(huán)量：Vcd＝100冷卻用水量：Vct＝107＋100＝207排水量：Vd＝100重復用水量：Vr＝100總用水量：Vt＝Vf＋Vr＝107＋100

＝207冷卻水循環(huán)率：rc＝100/107重復利用率：r＝100/2071）重復利用指標在一定的計量時間（年）內，生產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（年）內，生產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，生產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）單位產值用水量（萬元產值用水量）每生產一萬元產值的產品需要的用水量。式中：

Vwt

一萬元產值用水量，m3/萬元；

Vyf

一年生產用新水量總和，m3；

Vr

一重復利用水量，m3；

Z一年產值，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。工業(yè)用水量預測方法主要有：經驗公式法、相關法、統(tǒng)計分析法、規(guī)劃估算法。相關法：工業(yè)用水量與工業(yè)產值或其它影響因素之間具有一定的內在聯(lián)系，可用相關分析法建立其相關關系，以此預測不同水平年的工業(yè)用水量。包括：一元線性相關分析、一元非線性相關分析。經驗公式法包括：趨勢法、需水量彈性系數(shù)法、重復利用率提高法、單位產品用水定額法。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）相關法工業(yè)用水量與工業(yè)產值或其它影響因素之間具有一定的內在聯(lián)系，可用相關分析法建立其相關關系，以此預測不同水平年的工業(yè)用水量。一元線性相關分析一元非線性相關分析3）

重復利用率提高法單位產值用水量反映了工業(yè)總產值與用水量的關系，當工業(yè)結構趨向穩(wěn)定時，萬元產值用水量基本取決于重復水利用率，重復利用率提高，則單位產值用水量降低。式中：是預測年產值；分別是現(xiàn)狀年、預測年的重復水利用率；分別是現(xiàn)狀年、預測年萬元產值用水量；是工業(yè)技術進步系數(shù)，取0.02~0.05。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)總產值達到1.5億元，重復水利用率達到85％，工業(yè)技術進步系數(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)年產值增長率的比值。根據需水量彈性系數(shù)計算工業(yè)用水增長率，再根據趨勢法計算工業(yè)用水量。其步驟如下：根據歷年資料，計算工業(yè)產值與用水增長率。計算需水彈性系數(shù)確定未來工業(yè)產值增長率。計算未來用水增長率按趨勢法計算用水量。例題：某企業(yè)2000－2010年工業(yè)總產值和年需水量見下表，“十二五”規(guī)劃確定年工業(yè)產值增長率為15％,試用彈性系數(shù)法預測企業(yè)的2015年的需水量。年份工業(yè)總產值（萬元）需水量（萬m3）20005.45124020016.58140020027.93159520039.571810200411.542055200513.912333200616.782650200720.243010200824.413450200929.433870201035.504400解：（1）計算多年平均用水增長率13.53%，工業(yè)產值增長率20.6%。（2）計算需水彈性系數(shù)：（3）計算2011－2015年用水增長率：（4）計算2015年用水量：農業(yè)用水農業(yè)用水包括：農業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)用水。農業(yè)用水量占總用水量的70%以上。農業(yè)灌溉用水：為滿足作物生育期用水需求，除天然降水供給外，通過各種水利設施補送到農田的水量。農業(yè)用水中，主要是農業(yè)灌溉用水，占70%以上。一、農業(yè)灌溉需水農業(yè)灌溉需水包括水澆地和水田的灌溉需水。農業(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.農作物需水量作物生育期內或某一時