平原河網(wǎng)區(qū)水資源優(yōu)化配置模擬分析

平原河網(wǎng)區(qū)水資源優(yōu)化配置模擬分析

1水域功能的約束條件研究和討論區(qū)域水面率是指承擔(dān)水保護(hù)功能的區(qū)域面積占區(qū)域總面積的比例。合理水面率是指從某一區(qū)域的現(xiàn)狀和現(xiàn)行有效法律、法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)出發(fā),考慮水域的多種功能,評(píng)估在自然力與人類活動(dòng)雙重作用下人類社會(huì)和水域自身的協(xié)調(diào)發(fā)展程度的一項(xiàng)指標(biāo)。水域功能包括提供可利用的水源、調(diào)蓄區(qū)域水資源、降解污染物和吸納營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、保護(hù)生物多樣性、休閑旅游、航運(yùn)、調(diào)節(jié)氣候等功能。由于水域承載功能的特殊性,其部分功能(如行洪除澇、水資源利用)應(yīng)作為合理水面率確定的約束條件,應(yīng)予滿足;而景觀、生態(tài)、航運(yùn)等功能的約束性較弱,是否作為合理水面率確定的約束條件應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域而定。本文試圖從確定合理水面率的基本方法出發(fā),分析作為確定合理水面率約束條件功能的行洪除澇和水資源利用合理水面率的確定思路,并探討Mike11、MikeBasin軟件在確定行洪除澇功能和水資源利用功能合理水面率上的應(yīng)用。2確定水面率的依據(jù)合理水面率的影響因素較多,包括自然條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、現(xiàn)有水利工程綜合能力等。合理水面率的確定以水域承載的行洪除澇、水資源利用、水環(huán)境、水景觀功能為切入點(diǎn),在水域內(nèi)部結(jié)構(gòu)一定的前提下,采取多種方法分析計(jì)算滿足這些功能要求的水面率,并以各功能要求水面率的外包線作為確定合理水面率的依據(jù)。行洪除澇、水資源利用功能合理水面率的確定思路如下:2.1研究結(jié)構(gòu)圖的說明對(duì)于承擔(dān)行洪除澇的水域,在防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)洪水、排澇流量和設(shè)計(jì)外邊界條件確定的條件下利用圖1結(jié)構(gòu)模型模擬計(jì)算在滿足區(qū)域防洪和排澇標(biāo)準(zhǔn)下區(qū)域所需的水域調(diào)蓄能力,從而確定區(qū)域行洪除澇的合理水面率。對(duì)行洪除澇合理水面率研究結(jié)構(gòu)圖的幾點(diǎn)說明:(1)區(qū)域內(nèi)水力學(xué)模擬計(jì)算。水資源開發(fā)利用模擬計(jì)算是指模擬區(qū)域內(nèi)的水力學(xué)計(jì)算,包括河網(wǎng)水域、河流水域,也包括水庫、湖泊等水域,采用Mike11軟件來完成。(2)計(jì)算自排閘的排澇能力。對(duì)于行洪除澇來說,首先考慮區(qū)域的自排能力,這是排水系統(tǒng)規(guī)劃和調(diào)度管理的基本原則之一。若區(qū)域內(nèi)自排閘的排水能力不滿足要求,再考慮其它措施。(3)增加外排能力或內(nèi)部滯蓄能力。對(duì)于閘站綜合能力不能滿足排水要求時(shí),可能的途徑有2個(gè):一是增加外排能力,二是增加內(nèi)部滯蓄能力。具體采用哪種方式,需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來決定,其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是相應(yīng)模擬模型的目標(biāo)函數(shù)。限于篇幅,模型從略。2.2率研究結(jié)構(gòu)圖的說明在分析計(jì)算研究區(qū)域來水量、用水量的基礎(chǔ)上,通過模擬計(jì)算確定滿足供水保證率要求所需的水域調(diào)蓄能力,進(jìn)而確定區(qū)域合理水面率,總體思路見圖2。對(duì)水資源調(diào)蓄合理水面率研究結(jié)構(gòu)圖的幾點(diǎn)說明:(1)水資源開發(fā)利用的模擬計(jì)算。水資源開發(fā)利用模擬計(jì)算是根據(jù)用水戶與供水工程的對(duì)應(yīng)關(guān)系,依據(jù)水量平衡原理模擬計(jì)算用水戶需水的滿足程度,采用MikeBasin軟件來完成。(2)虧水量?jī)?nèi)部解決、外部引入、二者結(jié)合。虧水量?jī)?nèi)部解決、外部引入、二者結(jié)合是指在供水量不能滿足用水戶要求的情況下,通過特定的目標(biāo)模型確定解決缺水量的一種方式。(3)增加調(diào)蓄能力。增加調(diào)蓄能力是指通過疏浚、拓寬、新建河道等技術(shù)手段,增加水域調(diào)蓄能力來解決水資源短缺矛盾的一種方式。3ee系列軟件是水生動(dòng)量小的軟件材料從合理水面率研究的基本方法可以看出,區(qū)域合理水面率的確定是個(gè)多次判斷、反復(fù)迭代的計(jì)算過程,計(jì)算工作量很大。DHI公司研發(fā)的Mike系列軟件是目前被業(yè)界廣泛認(rèn)同的優(yōu)秀軟件。軟件的應(yīng)用范圍從降雨—產(chǎn)流—河流—城市—河口—近?！詈?從一維到三維,從水動(dòng)力到水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)具有功能強(qiáng)大、界面友好、模擬計(jì)算快速準(zhǔn)確等特點(diǎn),因此本文采用該軟件來開展區(qū)域合理水面率的研究。4e-4軟件4.111年設(shè)計(jì)方法Mike11在行洪除澇合理水面率中的應(yīng)用過程主要包括研究區(qū)河網(wǎng)概化、參數(shù)驗(yàn)證和結(jié)果分析3個(gè)步驟。4.1.1河網(wǎng)概化的河網(wǎng)容積河網(wǎng)概化應(yīng)遵循突出主干河道,保留需重點(diǎn)研究的非主干河,并使概化后河網(wǎng)的河道容積與實(shí)際河道的容積基本上保持一致的原則。某研究區(qū)河網(wǎng)概化如圖3所示。圖中,根據(jù)研究區(qū)河道水流方向?qū)⑵浜拥栏呕癁槿v三橫的格局,其洪澇水主要通過沿海閘和沿江閘外排。4.1.2暴雨、潮位過程和水位參數(shù)驗(yàn)證主要指對(duì)河網(wǎng)糙率進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證采用1984年6月12日～15日暴雨、潮位過程和水位等實(shí)測(cè)資料。經(jīng)計(jì)算,驗(yàn)證點(diǎn)水位最大值和平均值誤差分別為1.3%和0.9%,該模擬模型可以用于進(jìn)行方案比較分析。4.1.3設(shè)計(jì)暴雨條件下的水面率模型參數(shù)率定后,按照行洪除澇合理水面率研究結(jié)構(gòu)圖的步驟計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨條件下,研究區(qū)河道水域滿足行洪除澇要求的外排能力和區(qū)域內(nèi)部滯蓄能力。同時(shí),根據(jù)該區(qū)域的水位—水面—容積關(guān)系、排澇標(biāo)準(zhǔn)的合理內(nèi)部滯蓄能力估算其水面率。其成果見表1。4.2典型的面率率運(yùn)用MikeBasin在水資源調(diào)蓄功能合理水面率中的應(yīng)用過程主要包括3個(gè)步驟:①對(duì)研究區(qū)域的水資源條件進(jìn)行概化,建立水資源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概化圖;②設(shè)置概化節(jié)點(diǎn)的屬性;③計(jì)算結(jié)果分析。4.2.1供、用水戶關(guān)系水資源系統(tǒng)概化包括劃分計(jì)算單元和建立供、用水戶對(duì)應(yīng)關(guān)系2個(gè)步驟。劃分計(jì)算單元在流域分區(qū)的基礎(chǔ)上,除水庫工程集雨面積單獨(dú)計(jì)算外,其余分區(qū)根據(jù)地形構(gòu)造相似原則進(jìn)一步劃分,一般分為山丘區(qū)和平原區(qū)。供、用水戶關(guān)系的建立主要指供、用水戶對(duì)應(yīng)關(guān)系的建立和供水工程供水次序的設(shè)置。在由多個(gè)供水工程同時(shí)向用水戶供水時(shí),必須設(shè)定供水優(yōu)先次序。研究區(qū)水資源系統(tǒng)概化結(jié)果見圖4。4.2.2戶用水過程和用電工程運(yùn)行規(guī)則MikeBasin屬性數(shù)據(jù)的設(shè)置主要包括計(jì)算單元入流量、用水戶用水過程和供水工程運(yùn)行規(guī)則設(shè)置3個(gè)方面。計(jì)算單元入流量和用水戶用水過程的設(shè)置只要將數(shù)據(jù)分別賦予對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)即可,供水工程運(yùn)行規(guī)則設(shè)置需將工程實(shí)際運(yùn)行規(guī)則、工程特性等數(shù)據(jù)賦予對(duì)應(yīng)的供水工程。4.2.3水域內(nèi)抽引水量和水面率模型建立后,按照水資源利用合理水面率研究結(jié)構(gòu)圖的步驟計(jì)算研究區(qū)河道水域滿足水資源利用的年均外部抽引水量和區(qū)域內(nèi)部調(diào)蓄能力。同時(shí),根據(jù)該區(qū)域的水位—水面—容積關(guān)系計(jì)算其水面率。其成果見表2。5計(jì)算區(qū)域行洪除澇和水資源利用功能的合理水面率分別利用M