第七章.水資源可供水量計(jì)算與需水量預(yù)測(cè)

第七章水資源可供水量計(jì)算與需水量預(yù)測(cè)

主要內(nèi)容

第一節(jié)可供水量計(jì)算第二節(jié)需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)2第一節(jié)可供水量計(jì)算一、可供水量的定義及其內(nèi)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(shè)施可能提供的水量。也可以定義為：在給定的來(lái)水條件下，考慮供水對(duì)象的需水要求，通過(guò)水利工程可以提供的水量。（2）可供水量的特點(diǎn)與要求可供水量是某種計(jì)算條件下的供水工程設(shè)施所能提供的水量。它不是供水工程最大供水量，也不是實(shí)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(shí)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(nóng)業(yè)灌溉，在非灌溉期的那部分引水量是毫無(wú)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(kāi)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(jì)算可供水量時(shí)，要分析現(xiàn)狀、近期、遠(yuǎn)景發(fā)展水平的情況?？晒┧靠捎糜诮?、中、遠(yuǎn)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(lái)水情況，同時(shí)也間接地表示了供水工程對(duì)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。可供水量必須是通過(guò)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(shí)也包括臨時(shí)供水工程。供水工程包括：蓄、引、提、調(diào)水工程及臨時(shí)工程。沒(méi)有通過(guò)供水工程設(shè)施直接被用戶利用的水量，如農(nóng)作物利用的天然降水量、農(nóng)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(cè)）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(gè)不同的概念。通常情況下，實(shí)際供水能力同水資源的豐、平、枯水量在時(shí)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(nèi)容和目的來(lái)看，引進(jìn)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(jì)算中，反映出水資源的余缺程度。有別于工程的實(shí)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(yīng)現(xiàn)狀、近期和遠(yuǎn)景各種不同水平年的供需分析。能適應(yīng)全國(guó)范圍以及不同的計(jì)算方法二.

影響可供水量的因素供水工程條件。受季風(fēng)氣候和大陸性氣候影響，我國(guó)天然水資源年際、年內(nèi)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(diào)節(jié)水資源的時(shí)空分布，或遠(yuǎn)處引水等?，F(xiàn)有工程參數(shù)的變化，不同的調(diào)節(jié)運(yùn)用方式以及不同發(fā)展時(shí)期新增工程設(shè)施等情況，都會(huì)算出不同的可供水量。來(lái)水條件。不同年的來(lái)水變化，以及年內(nèi)的時(shí)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(jié)構(gòu)、分布、性質(zhì)、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(nèi)的生態(tài)環(huán)境用水等都可能直接影響河道外工業(yè)、農(nóng)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(zhì)條件。不同年的水源泥沙和污染程度等情況，會(huì)影響所提供的可供水量大小。高礦化度地下永，未經(jīng)改良和處理，不能供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用，更不能供城鄉(xiāng)人畜生活飲用。三.可供水量計(jì)算方法

可供水量常按照供水水源和供水工程類型劃分計(jì)算。

（一）按供水水源

1.地表水可供水量可供水量的計(jì)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(shí)段滿足水質(zhì)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(yīng)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(jì)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(shí)段機(jī)井提水能力；Wi—地下水可開(kāi)采量；一般情況下，地表水的可引水量應(yīng)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(jì)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(kù)可供水量的計(jì)算方法一：Wp=aW方法二：W年=

KV3）大型水庫(kù)可供水量的計(jì)算方法一：年調(diào)節(jié)水庫(kù)（按月計(jì)算）W入表示水庫(kù)月來(lái)水量，W0表示時(shí)段初水庫(kù)蓄水量，M表示月需水量，ΔV表示時(shí)段內(nèi)水庫(kù)蓄水變化量。（1）W入+W0≥M時(shí)，W可供水=M（2）W入+W0<M時(shí)，W可供水=W入+W0方法二：多年調(diào)節(jié)水庫(kù)2.引水工程可供水量一般按典型年逐月計(jì)算。引水工程可供水量的大小與河道天然來(lái)水量、下游河道過(guò)水流量要求、引水工程過(guò)水能力、用戶的用水要求有關(guān)。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(lái)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(lái)水量和用戶用水量見(jiàn)下表，試計(jì)算該工程可供水量。

求解：月份123456789101112來(lái)水Yup11011011012013014015015013011510090需水Dt658050705090607075605080求解505050605070607070554030河道來(lái)水量與用戶用水量過(guò)程，單位：m3/s二用戶情況有一河流引水工程向兩個(gè)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(jiàn)圖，流量按年計(jì)算。試計(jì)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(quán)原則

2）均衡受益原則

3）重要性原則區(qū)間入流I＝60來(lái)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(quán)原則先盡量滿足上游用戶，再滿足下游用戶計(jì)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(jì)算之：Q1＝53.6m3/s，Q2＝107.1m3/s（3）重要性原則水資源緊缺，根據(jù)兩用戶需水重要性來(lái)考慮，重要性可用權(quán)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(nóng)業(yè)＝4：2：1分析，取α1＝1，α2＝2計(jì)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(shè)備能力和用戶需水要求，也受指定保證率下河道的來(lái)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(lái)水量和下游要求下泄水量；Q設(shè)—提水設(shè)備能力；D—用戶需水量。2.從地下提水主要取決于地下水補(bǔ)給量、地下水開(kāi)采井的設(shè)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(bǔ)給量。也可用提水工程抽取流量的大小與開(kāi)機(jī)時(shí)間相乘。（三）水利系統(tǒng)可供水量的計(jì)算（四）地區(qū)可供水量預(yù)測(cè)

第二節(jié)需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)

需水量計(jì)算項(xiàng)目需水量可分為：河道內(nèi)用水和河道外用水。圖7-2表示需水量計(jì)算項(xiàng)目匯總。二.各種需水量的影響因素1、生活用水；2、農(nóng)業(yè)用水；3工業(yè)用水4、服務(wù)業(yè)；5、生態(tài)用水三.需水預(yù)測(cè)的內(nèi)容通常，按照水的用途將需水分為：1、生活需水2、生產(chǎn)需水3、生態(tài)需水經(jīng)濟(jì)社會(huì)需水四.需水量預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)介水資源總需要量方程式：TD=LD+PD+ED1、趨勢(shì)外延法2、回歸分析法3、時(shí)間序列法4、定額法5、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法6、灰色預(yù)測(cè)法五.各類需水量的預(yù)測(cè)要求及計(jì)算方法水資源總需要量方程式：TD=LD+PD+ED生活用水標(biāo)準(zhǔn)居民區(qū)生活用水標(biāo)準(zhǔn)城市生活用水標(biāo)準(zhǔn)：100－200L/（人.日）農(nóng)村生活用水標(biāo)準(zhǔn)：60－80L/（人.日）工業(yè)職工生活用水標(biāo)準(zhǔn)公共建筑用水標(biāo)準(zhǔn)市政用水標(biāo)準(zhǔn)牲畜用水標(biāo)準(zhǔn)城市性質(zhì)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(wú)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(xué)住宿生升/人·日80中小學(xué)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(jì)算生活用水量計(jì)算分農(nóng)村（農(nóng)村居民、農(nóng)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(nóng)村居民人數(shù)，某種家畜頭數(shù)。m：是對(duì)應(yīng)的用水定額（L/日.人，或L/日.頭）。生活用水量預(yù)測(cè)以現(xiàn)狀人數(shù)、家畜頭數(shù)為基數(shù)，由人口增長(zhǎng)率、家畜增長(zhǎng)率，以及未來(lái)用水定額的提高。來(lái)計(jì)算用水量。統(tǒng)計(jì)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(chǎn)過(guò)程中，用于制造、加工、冷卻、空調(diào)、凈化、鍋爐及其它工業(yè)生產(chǎn)中的用水量和廠內(nèi)職工生活用水量。冷卻用水空調(diào)用水工藝（產(chǎn)品）用水生產(chǎn)用水生活用水工業(yè)用水按工業(yè)用水過(guò)程分類總用水Vt：指工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中所需要的全部水量。取用水Vf（補(bǔ)充水）：工業(yè)企業(yè)取用水量的水源的總?cè)∷?。排放水Vd：經(jīng)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(chǎn)過(guò)程中耗用的水量。重復(fù)用水Vr：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，二次或二次以上的用水。冷卻用水工藝用水冷卻塔預(yù)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(fù)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(fù)利用率：r＝100/2071）重復(fù)利用指標(biāo)在一定的計(jì)量時(shí)間（年）內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中使用的重復(fù)利用水量與總用水量之比，稱為重復(fù)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(fù)用水量。2）排水率在一定的計(jì)量時(shí)間（年）內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)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(fù)用水量。3）耗水率在一定的計(jì)量時(shí)間（年）內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)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(fù)用水量。4）單位產(chǎn)值用水量（萬(wàn)元產(chǎn)值用水量）每生產(chǎn)一萬(wàn)元產(chǎn)值的產(chǎn)品需要的用水量。式中：

Vwt

一萬(wàn)元產(chǎn)值用水量，m3/萬(wàn)元；

Vyf

一年生產(chǎn)用新水量總和，m3；

Vr

一重復(fù)利用水量，m3；

Z一年產(chǎn)值，萬(wàn)元。工業(yè)用水量的計(jì)算一個(gè)地區(qū)、一個(gè)工廠，或一個(gè)車(chē)間，在用水過(guò)程中，水量總是保持平衡的，即任何一個(gè)用水單元的總用水量與消耗水量、排水量和重復(fù)利用量相平衡。即：通常所說(shuō)的總用水量是指取用水量，又稱補(bǔ)充水量。工業(yè)用水量的測(cè)定與估算

（1）水表計(jì)量法測(cè)定（2）瞬時(shí)法測(cè)定

1）流量計(jì)法

2）壓力管流量估計(jì)法

3）容積法

4）水泵標(biāo)定流量估算法工業(yè)用水量的預(yù)測(cè)方法工業(yè)用水量方哪些因素有關(guān)。工業(yè)用水量預(yù)測(cè)方法主要有：經(jīng)驗(yàn)公式法、相關(guān)法、統(tǒng)計(jì)分析法、規(guī)劃估算法。相關(guān)法：工業(yè)用水量與工業(yè)產(chǎn)值或其它影響因素之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，可用相關(guān)分析法建立其相關(guān)關(guān)系，以此預(yù)測(cè)不同水平年的工業(yè)用水量。包括：一元線性相關(guān)分析、一元非線性相關(guān)分析。經(jīng)驗(yàn)公式法包括：趨勢(shì)法、需水量彈性系數(shù)法、重復(fù)利用率提高法、單位產(chǎn)品用水定額法。1）趨勢(shì)法通過(guò)多年平均用水量實(shí)測(cè)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(shì)的模式，來(lái)進(jìn)行預(yù)估。用水量的遞增率基本穩(wěn)定時(shí)，用水量的遞增率呈現(xiàn)遞增或遞減規(guī)律時(shí)，

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(shí)，p逐年上漲，否則，下降。2）相關(guān)法工業(yè)用水量與工業(yè)產(chǎn)值或其它影響因素之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，可用相關(guān)分析法建立其相關(guān)關(guān)系，以此預(yù)測(cè)不同水平年的工業(yè)用水量。一元線性相關(guān)分析一元非線性相關(guān)分析3）

重復(fù)利用率提高法單位產(chǎn)值用水量反映了工業(yè)總產(chǎn)值與用水量的關(guān)系，當(dāng)工業(yè)結(jié)構(gòu)趨向穩(wěn)定時(shí)，萬(wàn)元產(chǎn)值用水量基本取決于重復(fù)水利用率，重復(fù)利用率提高，則單位產(chǎn)值用水量降低。式中：是預(yù)測(cè)年產(chǎn)值；分別是現(xiàn)狀年、預(yù)測(cè)年的重復(fù)水利用率；分別是現(xiàn)狀年、預(yù)測(cè)年萬(wàn)元產(chǎn)值用水量；是工業(yè)技術(shù)進(jìn)步系數(shù)，取0.02~0.05。例題：某市工業(yè)2010年重復(fù)水利用率為70％，工業(yè)單位增加值用水量為120m3/萬(wàn)元，規(guī)劃到2020年工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1.5億元，重復(fù)水利用率達(dá)到85％，工業(yè)技術(shù)進(jìn)步系數(shù)取0.04。試預(yù)測(cè)2020年該市工業(yè)總用水量。解：計(jì)算2020年的萬(wàn)元產(chǎn)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(zhǎng)率與工業(yè)年產(chǎn)值增長(zhǎng)率的比值。根據(jù)需水量彈性系數(shù)計(jì)算工業(yè)用水增長(zhǎng)率，再根據(jù)趨勢(shì)法計(jì)算工業(yè)用水量。其步驟如下：根據(jù)歷年資料，計(jì)算工業(yè)產(chǎn)值與用水增長(zhǎng)率。計(jì)算需水彈性系數(shù)確定未來(lái)工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率。計(jì)算未來(lái)用水增長(zhǎng)率按趨勢(shì)法計(jì)算用水量。例題：某企業(yè)2000－2010年工業(yè)總產(chǎn)值和年需水量見(jiàn)下表，“十二五”規(guī)劃確定年工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率為15％,試用彈性系數(shù)法預(yù)測(cè)企業(yè)的2015年的需水量。年份工業(yè)總產(chǎn)值（萬(wàn)元）需水量（萬(wàn)m3）20005.45124020016.58140020027.93159520039.571810200411.542055200513.912333200616.782650200720.243010200824.413450200929.433870201035.504400解：（1）計(jì)算多年平均用水增長(zhǎng)率13.53%，工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率20.6%。（2）計(jì)算需水彈性系數(shù)：（3）計(jì)算2011－2015年用水增長(zhǎng)率：（4）計(jì)算2015年用水量：農(nóng)業(yè)用水農(nóng)業(yè)用水包括：農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)用水。農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%以上。農(nóng)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(guò)各種水利設(shè)施補(bǔ)送到農(nóng)田的水量。農(nóng)業(yè)用水中，主要是農(nóng)業(yè)灌溉用水，占70%以上。一、農(nóng)業(yè)灌溉需水農(nóng)業(yè)灌溉需水包括水澆地和水田的灌溉需水。農(nóng)業(yè)灌溉需水量采用灌溉定額預(yù)測(cè)方法。要考慮灌溉保證率水平。1.農(nóng)作物需水量作物生育期內(nèi)或某一時(shí)