某大學水資源利用課程設計報告

《水資源利用》課程設計報告班級：學號：姓名：指導老師：2016.01.20目錄1自然地理及經(jīng)濟發(fā)展概況 11.1自然概況………………………11.2水系概況 11.3水資源供需平衡分區(qū) 12水資源總量評價 22.1汛期雨量及年降雨量的統(tǒng)計 22.2各種來水頻率代表年的選擇 42.3水資源總量分析 53供水工程調查分析 103.1蓄水工程 103.2提水工程 113.3水井工程 114用水調查分析 124.1生活用水算………………….124.2工業(yè)用水計算……………….134.3農(nóng)業(yè)灌溉用水計算 145可供水量及供需平衡 215.1可供水量計算 215.2用水次序……………………215.3水資源供需平衡計算 216課設感想………………………261、自然地理及經(jīng)濟發(fā)展狀況1.1自然概況評價地區(qū)（某縣）位于蘇北西部，洪澤湖南岸?？偯娣e2492.8km2，耕地面積113.31萬畝，其中水田面積70.99萬畝，旱地面積42.32萬畝。全縣水面積428.8km2，陸地水面積133.3km2。該縣屬季風性濕潤氣候，夏季高溫多雨，秋季氣爽天高，冬季干燥寒冷，氣象災害頻繁，洪澇汗?jié)n熱帶風暴齊全。2000年末全縣總人口68.34萬人，農(nóng)業(yè)入口61.57萬人，占總人口的90.1％。2000年工業(yè)總產(chǎn)值6.0億元，比1995年增長219.0％，年遞增26.1％。1.2水系概況該縣境內河流、湖泊屬淮河水系，境內河流有淮河和入江水道，淮河全長64.95km2，水面積80多km2；入江水道全長20.5km2，水面積約7.0km2。境內有湖泊8面，總湖泊面積約197.3km2?，F(xiàn)有中型水庫5座，總庫容20160萬m3，興利庫容12168萬m3，小型水庫120座，總庫容13681萬m3，興利庫容7022萬m3。1.3水資源供需平衡分區(qū)由于水資源供需條件在面上存在一定的差異性，因此，需要劃分若干個計算單元。本設計以縣境為界，采取以流域水系分區(qū)。全縣共分7個計算單元，即：仇集大澗片、沿淮河南岸片、沿洪澤湖片、沿入江水道片、銅龍河片、古城大澗片和河西片。各片面積分類情況見表1。表1該縣各片面積分類表單位：km2片名總面積陸地面積其中山區(qū)平原水面仇集大澗187.6187.611173.82.8沿淮南岸282.9246.9136.6105.15.2沿洪澤湖717.4663.168.3541.53.8沿入江道241.2234.11.7216.216.2銅龍河164.8164.832.511121.3古城大澗263.5263.576.8163.323.4河西635.4437.3426.710.6合計2492.82197.3426.91637.1133.32、水資源總量評價區(qū)域水資源供需分析總是要根據(jù)一定的雨情、水情或旱情來進行分析計算。目前有兩種方法，一種為系列法，即按照雨情、水情或旱情的歷史系列逐年來分析計算；另一種方法為代表年法，即區(qū)域水資源的供需分析，僅分析計算有代表性的雨情、水情或旱情的幾個年份，不必逐年分析計算。為簡化分析計算工作量，本次設計采用代表年法進行計算，且以降雨量系列來選擇代表年。2.1汛期雨量及年降雨量的統(tǒng)計本次設計選用該縣水文站、該縣氣象站和三河閘水文站1957年至1990年的34年雨量資料系列。統(tǒng)計三站逐年的降雨量和汛期雨量，取三站逐年年降雨量的算術平均值進行頻率分析計算。頻率分析、適線時要求采用矩法，且取Cs＝2Cv，統(tǒng)計結果見表2。表2三站逐年的降雨量與汛期雨量平均值計算表（單位：mm）計算機優(yōu)化適線得到年雨量的頻率分析、參數(shù)估計,見表3表3三站綜合逐年降雨量系列頻率計算圖1年降雨量頻率適線圖其中，偏態(tài)系數(shù)Cs=0.42，Cs/Cv=2,樣本均值Ex=987.8mm2.2各種保證率代表年的選擇用代表年來分析區(qū)域水資源的供需情況，要求所選代表年必須具有比較好的代表性，能夠反映區(qū)域不同來水情況下的水資源供需情況。同時，代表年選擇過程應該把握好年總水量和年水量分配兩個環(huán)節(jié)。根據(jù)規(guī)范，本次設計需要分析四種年型：現(xiàn)狀水平年、平水年（P＝50％）、中等干旱年（P＝75％）、特殊干旱年（P＝95％）。根據(jù)上一節(jié)分析計算的年降雨量頻率曲線，查算出三種不同保證率的年雨量，結果見表4。表4不同保證率下年雨量統(tǒng)計表頻率年雨量（mm）平水年（P=50%）974.4中等干旱年（P=75%）841.5特殊干旱年（P=95%）671.1再從實際系列中挑選出年雨量比較接近的年份，選擇對工程偏不利的年份作為代表年。在年雨量接近的情況下，雨量過分集中（汛期雨量偏大）的年份對水資源的存蓄及供給不利，可考慮作為代表年，經(jīng)比較分析后，結果見表5。表5不同來水保證率下代表年選擇結果表頻率代表年降雨量均值（mm）平水年（P=50%）1972年978.6中等干旱年（P=75%）1988年839.5特殊干旱年（P=95%）1989年713.52.3水資源總量分析該縣不同代表年的水資源總量包括該代表年產(chǎn)生的當?shù)氐乇硭?、過境水和地下水三部分。即2.3.1、當?shù)氐乇硭Y源根據(jù)實際情況，本次設計選取本縣和鄰近范圍內的12個雨量站各代表年的逐日雨量資料和該氣象站的蒸發(fā)量資料進行計算。針對不同的下墊面，采用不同的方法進行計算：對于水面：R水＝P－E水（1－1）對于旱地，采用《江蘇省暴雨洪水圖集》中的模型公式：（1－2）式中， P為片面雨量，水面、水田為日雨量，旱地為次降雨量(mm)； Pa為前期影響雨量，由公式逐日計算而得，其中平原圩區(qū)：K＝0.93；Im＝95mm；山丘區(qū)：K＝0.90；Im＝75mm。 CP、Ci為模型參數(shù)，平原圩區(qū)：CP=20、Ci=105；山丘區(qū)：CP=10、Ci=72。 E水為水面蒸發(fā)量（mm）。當?shù)氐乇硭Y源總量即為水面徑流量和旱地徑流量之和。為減少計算工作量，本設計中該縣各片不同代表年當?shù)氐乇韽搅髁靠芍苯硬捎靡呀o資料的計算結果。其中，6-9月為汛期，汛期按旬計算，即需將汛期候的徑流相加轉成相應旬的徑流量。其余月份的計算時段單位則為月。銅龍河當?shù)氐乇韽搅髁坑嬎憬Y果見表6。表6銅龍河當?shù)氐乇韽搅髁坑嬎惚韱挝唬喝fm3月份現(xiàn)狀年P=50%P=75%P=95%1月16.130002月335.59080.948.273月135.81003.954月0182.77005月32.90468.6506月上037.24132.7206月中20.75262.7647.9917.816月下197.6546.66162.4629.687月上102.061239.06007月中225.171212.8475.26291.557月下13.39779.43191.0808月上706.520037.188月中17.420.066447.798月下036.41212.609月上272.09104.26136.55237.899月中0118.249.0809月下352.1243.850010月00192.58011月637.1755.71118.4713.6712月0000.82∑3064.724619.291834.381088.612.3.2、過境水a(chǎn)、根據(jù)淮陰市水利區(qū)劃綜合平衡后，不計引江水量，分配給該縣的淮河、洪澤湖和入江水道50%、75%和95％代表年的水資源量分別為19.2893、20.1091和5.5188億m3。據(jù)推算分配給現(xiàn)狀年該縣的水量為18.2501億m3。b、境外匯流量該縣縣南部的仇集大澗發(fā)源于安徽省嘉山縣的分水嶺水庫，經(jīng)仇集鄉(xiāng)流入七里湖，境外集水面積185km2。經(jīng)推算，仇集大澗片平水年、枯水年和特枯年匯流量分別為5341.0、4073.7、1779.7萬m3，其現(xiàn)狀水平年境外匯流量為4219.9萬m3。仇集大澗片僅考慮境外匯流量。各片年過境水量分配見表2。由于缺少過境水量月分配資料，各片不同代表年過境水量的年內分配參照各片相應代表年的當?shù)氐乇韽搅髁磕陜确峙浔壤M行劃分。即式中，為某代表年i過境水量（i代表平水年、一般干旱年或特別枯水年，下同），（萬m3）；為某代表年i第j個月過境水量（萬m3）；為某代表年i當?shù)氐乇硭Y源量（萬m3）；為某代表年i第j個月當?shù)氐乇硭Y源量（萬m3）。2.3.3地下水該縣地下水儲蓄量約26.09億m3，本次分析的評價量以補給量為算。補給量包括天然補給量、開采補給量和人工補給量三部分。為避免水資源總量的重復計算，補給量只計算天然降雨入滲補給量。大氣降雨入滲補給量按下式計算：Wf＝0.1*P*a*F（1－4）式中：Wf――大氣降雨入滲補給量，萬m3/年；P――年降雨量，mm；a――年降雨入滲系數(shù)，本設計山丘區(qū)為0.05，平原區(qū)為0.1；F――計算區(qū)面積，km2。該縣各片各代表年型年降雨量情況見表3。表7該縣各片不同代表年過境水量表 單位：萬m3片名現(xiàn)狀水平年平水年枯水年特殊干旱年仇集大澗4219.953414073.71779.7沿淮南岸1868119745205845650沿洪澤湖913119651010061027613沿入江道2360124945260067137銅龍河古城大澗河西48908516935389114788合計186720.9198234205164.756967.7表8該縣各片代表年型的年降雨量統(tǒng)計表單位：mm片名現(xiàn)狀水平年平水年枯水年特殊干旱年仇集大澗922.3989.3898.1624.5沿淮河南岸976.7985.2805.4603.7沿洪澤湖951.91033.4790.7607.8沿入江水道907.51089.4757.7627.4銅龍河960.21033.5814.1641.6古城大澗970.11015.6955.8679.5河西1035.5981.9783.3636.3由表7可知，銅龍河過境水量為0。銅龍河降雨入滲補給量計算結果見表9。表9銅龍河降雨入滲補給量計算成果表（萬m3）現(xiàn)狀年P=50%P=75%P=95%山區(qū)156.03167.94132.29104.26平原1065.821147.19903.65712.18合計1221.851315.131035.94816.44該縣各片不同代表年水資源總量為相應當?shù)氐乇硭?、過境水和地下水水量之和。銅龍河水資源總量計算成果見表10。表10銅龍河水資源總量計算成果表（單位：萬m3）現(xiàn)狀年P=50%P=75%P=95%地表水資源量3064.724619.291834.381088.61過境水資源量0000地下水資源量1221.851315.131035.94816.44水資源總量4286.575934.422870.321905.05銅龍河片各保證率下當?shù)氐乇硭⑦^境水、總地表水的過程圖如下（由于銅龍河過境水資源量為0，所以圖示中省去這一項）圖2平水年地表水資源情況圖圖3枯水年地表水資源情況圖圖4特枯水年地表水資源情況圖圖5平水年地表水資源情況圖圖6枯水年地表水資源情況圖圖7特枯水年地表水資源情況圖3、供水工程調查分析3.1蓄水工程該縣蓄水工程包括中小型水庫和塘壩。各片蓄水工程興利庫容表見表11。表11該縣各片蓄水工程興利庫容表單位：萬m3片名水庫塘壩合計仇集大澗532133665沿淮河南岸456277733沿洪澤湖7975241810393沿入江水道89515892484銅龍河393616155551古城大澗47536685421河西64311611804合計191907861270513.2提水工程全縣共裝機295處690臺，總容量43410.6千瓦，直接從河湖提水能力達130.14m3/秒。據(jù)統(tǒng)計，1990年全縣從境外累計提水23583.3萬m3。各片提水工程供水情況見表12。表12該縣提水工程供水情況調查表單位：m3/秒；萬m3片名提水能力流量水量90年提水量仇集大澗0.521639.922.5沿淮河南岸24.276317.11666.8沿洪澤湖32.42102239.79830沿入江水道17.655503.45960銅龍河古城大澗河西55.4174709.46104合計130.14410409.523583.33.3水井工程據(jù)統(tǒng)計，全縣可用井68眼，1990年開采量為506.0萬m3，其中工業(yè)用水231.5萬m3，生活用水274.5萬m3，各片水井工程供水情況見表13。表13該縣水井工程供水情況調查表單位：萬m3片名供水能力1990年實際開采量合計工業(yè)用水生活用水仇集大澗37.221.4沿淮河南岸243.4111.2沿洪澤湖755.7223.0沿入江水道204.756.1銅龍河155.745.6古城大澗46.65.1河西25043.6合計1693.3506.0231.5274.54、用水調查分析按照《全國水資源綜合規(guī)劃細則》，需水部門分為生活、生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境三大類?？紤]到實際情況，本次設計僅考慮生活（包括城鎮(zhèn)生活和農(nóng)村生活）、工業(yè)和農(nóng)業(yè)三個用水部門。在各用水部門中，工業(yè)用水、城鎮(zhèn)居民生活用水和農(nóng)村人畜用水受外界來水、降雨和旱情的影響較小，因此，同一水平年不同來水情況下（不同代表年來水）以上部門需水量可假定不變。農(nóng)業(yè)灌溉用水與自然界的氣候等因素密切相關，同一水平年，來水豐枯不同，其農(nóng)業(yè)需水量亦不同。本部分需要計算不同來水情況下農(nóng)業(yè)需水量，各片生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)需水量之和即為各片總需水量。4.1生活用水城鎮(zhèn)居民生活用水包括三部分：家庭生活用水、社會生活用水和其它用水。其計算公式為：式中，為某水平年城鎮(zhèn)或農(nóng)村生活用水量（萬m3）；為某水平年人口（萬人）；為擬定的某水平年人均綜合用水定額（m3/人.年）。求出該縣年總用水量之后，各片生活用水量分配可參考各片行政面積占該縣縣行政面積的比例進行分割。由于缺少資料，同時由于生活用水各月相差不大，可取各月相等，即按照下式計算各月生活需水量。汛期各旬生活需水量為月需水量的1/3。式中，為預測的某水平年城鎮(zhèn)或農(nóng)村生活用水量（萬m3）；為預測的某水平年第j月城市或農(nóng)村生活用水量（萬m3）。為便于計算，本次直接綜合三部分的用水定額。1990年城鎮(zhèn)居民生活用水定額為150l/（人·日），城鎮(zhèn)居民人口按照非農(nóng)業(yè)人計算。農(nóng)村家庭生活設施水平較低，用水定額取50l/（人·日）；牲畜按分類定額計算，用水608.99萬m3。計算結果如下表14該縣各片生活用水量(萬m3)4.2工業(yè)用水該縣工業(yè)需水計算方法采用定額法進行計算，即根據(jù)工業(yè)總產(chǎn)值和用水定額求出全縣的工業(yè)需水。假設縣內各片工業(yè)分布基本均勻，故各片工業(yè)用水量分配可參考各片行政面積占該縣行政面積的比例進行分割。定額法考慮工業(yè)產(chǎn)值和萬元產(chǎn)值用水量情況，該縣縣工業(yè)需水量計算公式為：式中，、分別為工業(yè)年用水量和某片工業(yè)年需水量（萬m3）；為萬元產(chǎn)值用水量（m3/萬元）； 為工業(yè)產(chǎn)值（億元）；為某片行政面積（km2）；為該縣縣行政面積（km2）。根據(jù)登記調查，1990年該縣工業(yè)用水量為716.6萬m3，萬元產(chǎn)值需水定額為162.5m3/萬元；考慮今后工業(yè)結構調整，采用200m3/萬元。由于缺少資料，本設計中各片工業(yè)需水的年內分配系數(shù)采用各月相等的辦法進行。汛期工業(yè)需水平均分配到各旬。計算結果：4.3農(nóng)業(yè)灌溉用水灌溉用水量是指作物生長期內天然降水不能滿足需要而必須由水利工程提供的水量。本次設計中，根據(jù)水量平衡原理并結合當?shù)貙嶋H情況，制定水稻和旱作物兩種類型的灌溉制度，再根據(jù)灌溉面積，渠系水利用系數(shù)計算其需水量。水稻的生長期可分為秧田期、泡田期和大田期，因其各具特點，故按三個時期進行分析。1、水稻的灌溉制度水稻的生長期可分為秧田期、泡田期和大田期，因其各具特點，故按三個時期進行分析。秧田期（取5月份31天）秧田期計算采用下列公式近似估算M秧＝0.667（S1+E需1－P1）/10式中，M秧為秧田期灌水定額（m3/畝）； S1為秧田期滲漏量，取值為2mm/日； E需1為秧田期田間需水量（mm），取值為300～420mm； P1為秧田期降雨量（mm）。計算結果如下表所示：表15銅龍河片秧田期灌水定額計算表（單位m3/畝）泡田期（取五月下旬11天）泡田期定額由下列公式估算M泡＝0.667a＋0.667(S2＋E需2－P2)式中，M泡為泡田期灌水定額（m3/畝）； a為插秧時所需水層深度，取值為50mm；S2為泡田期滲漏量，取值為2mm/日； E需2為泡田期田間需水量（mm），取3.3mm/天； P2為泡田期降雨量（mm）。計算結果如下表所示：表16水稻泡田期灌水定額（m3/畝）大田期（取6、7、8、9四個月）大田期計算按照水量平衡方程逐日進行計算。 h2=h1＋P＋m－E－C式中，h1、h2分別為時段初、末的水層深度（mm）；P為時段內降雨量（mm）；C為時段內排水深（mm）；m為時段內灌水深（mm）；E為時段內田間耗水量（mm）。計算結果如下所示：表17現(xiàn)狀年大田期灌溉水量計算表表18P=50%大田期灌溉水量計算表表19P=75%大田期灌溉水量計算表表20P=95%大田期灌溉水量計算表2、旱作物灌溉制度據(jù)調查，該縣現(xiàn)狀年沒有灌水?？紤]實際情況，本次直接采用淮陰市統(tǒng)一制定的旱作物灌溉定額的1/3，灌水時間及灌水定額分配見表21所示。表21銅龍河片旱作物灌溉制度表單位：m3/畝表22現(xiàn)狀年銅龍片總需水量計算成果表圖8現(xiàn)狀年銅龍河片各種用水比例表23平水年銅龍片總需水量計算成果表圖9平水年銅龍河片各種用水比例表24枯水年銅龍片總需水量計算成果表圖10枯水年銅龍河片各種用水比例表25特枯水年銅龍片總需水量計算成果表圖11特枯水年銅龍河片各種用水比例5、可供水量及供需平衡5.1、可供水量可供水量是指在不同的頻率或保證頻率以下，為滿足不同水平年的需水要求，工程設施可提供的水量。從可供水量的定義出發(fā)，影響可供水量大小的因素有：來水條件、用水條件、水質條件和工程條件。其中，“不同頻率”反映來水的豐、平、枯情況；工程的棄水和不能為用戶所利用的水量不算“工程可提供的水量”，沒有通過工程設施，為用戶直接利用的水（如降水直接于農(nóng)田）不算可供水量。本設計中，選擇計算不同代表年的來水，計算可供水量的大小。對于引、提水工程，可供水量的計算公式為：（1－11）式中，、、、分別為t時段工程的可供水量、來水量、需水量和工程的供水能力（萬m3）。對于蓄水工程，除考慮時段t的來水、需水條件外，則要考慮水庫蓄水量的大小，即水庫或塘壩的調蓄作用。5.2、用水次序可利用水資源包括三部分：當?shù)氐乇硭衫盟Y源量、過境水可利用量和地下水資源可利用量。本次評價中，地下水資源可利用量只計算現(xiàn)狀水平年的實際開采量，即1990年的實際開采量。用水次序為：（1）先用當?shù)氐乇硭Y源量，當?shù)厮Y源可利用量大于用水量時，多余水由水庫和塘壩進行調蓄。計算時段初水庫及塘壩有效庫容可假設為相應興利庫容的一半。（2）當?shù)厮Y源可利用量小于需水量時，可由上時段水庫及塘壩參與平衡，不足水量由過境水補充。（3）地下水資源作為備用水源，只有當?shù)乇硭Y源量不足時，才考慮開采地下水，且開采時應注意不要超地下水的可利用量。5.3、水資源供需平衡平衡方法：1、非汛期按月平衡，汛期按旬平衡。2、片與片之間余缺水量不做進一步調整。3、余缺程度評價時，采用代表年總余缺水量小于總用水量的10％，作為供需平衡片。水庫復蓄指數(shù)，現(xiàn)狀年取2，平水年取1.5，枯水年取1.2，特枯年取0.8。各保證率下可供水量結果見下表：表26銅龍河片現(xiàn)狀年供需平衡分析表單位：萬m3圖12現(xiàn)狀年供需水量比較圖1