水资源可供水量与供需平衡分析报告

第四

章

水

资

源

可

供

水

量

与

供

需

平

衡

需

分

析主

要

内

容第

一

节

水

利

工

程

可

供

水

量

计

算第

二

节

区

域

可

供

水

量

分

析第

三

节

供

需

平

衡

分

析

概

念

与

方

法2一

节

水

利

工

程可

供

水

量

计

算解

能第可供

水

量的定义1.

可

供

水

量

概

念(

1

)

概

念>可供水量是指在不同水平年、不同保证率的情况下，考虑需水要求，

供水工程

设

施

可能

提

供的水

量

。>也可以定义为：在给定的来水条件下，考虑供水对象的需水要求，

通

过

水

利

工

程

可以提

供的水

量

。(

2

)

分

析不同水平年，

现状、近期、远期。反映供水工程

与

用

水

工程情况。不同保

证

率，丰、

平、枯，反

映

来

水

情

况

。需水要求，反映用水工程。>可供水量，不是供水工程最大供水量，也不是实际供水量

,是最大供水能力中能被用水工程利用的那部分。有别于

工程的实际供水量和工程的供水能力。>工程的弃水和不能为用户所利用的水量都不能作为工程可

能提供的水量。举例：农业灌

溉，在

非

灌

溉

期的

那

部

分引水

量

是

毫

无

用

处

,因此，许可的引水量必须从年最大可引水量中减去用户

不用水的量。供水工程包括：蓄、引、提、调水工程及临时工程。,故有弃

水

，

可

供

水

量

决

定

于

需

水

量

，

在

枯

水

年

份

(

图

右

侧)需水量较大

水量,但

供

水

能

力

小

，可供水量决定于供水能力，

小于需

水

量。P图

1

供水量需水量频率曲线如图1所示，在丰水年份，

供水能力较大，而需水量很小2.

可

供

水

量

的

意

义

和

目

的从区域水资源分析的内容和目的来看，

引进的可供水

量概念要满足如下要求：■

能在区域水资源分析计算中，

反映出水资源的余缺程度。■有别于工程的实际供水量和工程的最大供水能力。工程的弃水和不能为用户所利用的水量都不能作为工程可能提

供的水

量

。能适应

现

状、

近期

和

远

景

各

种

不同

水

平

年的

供需分

析

。能适应全国范围以及不同的计算方法3.

影

响

可

供

水

量

的

因

素>来水条件。不同年的来水变化

，以及年内的时空变化，所算出的可供

水

量

不同

。>用水条件。不同年的用水特性(用水结构、分布、性质、

要求、规模等)、合理用水节约用水情况等，所算出的可

供水量是不同的。另外用水条件之间也常相互影响，

如河

道的冲淤、河道内的生态环境用水等都可能直接影响河道

外工业、农业、城市生活的可供水量；河道上游的用水要

求也可能影响下游的可供水量，等等。>水质条件。不同年的水源泥沙和污染程度等情况，会影响

所提供的可供水量大小。高矿化度地下水，

未经改良和处理

，

不能供工农业生产使用，

更不能供城乡人畜生活饮用O>工程条件。现有工程参数的变化，不同的调节运用方式以

及不同发展时期新增工程设施等情况，都会算出不同的可

供水量。4.

可

供

水

量

计

算

方

法在区域水资源供需分析中，可供水量常用的计算方法有两种

：(

1

)

系

列

调

算

法(2

)典型年调算法计算整个区域的可供水量，一般先从单

项工

程

计

算

入手，单项工程

(

蓄

、

引

、

提

水

工

程

等

)

可

供

水

量

计

算

是

基

础，然后再进行综

合

分

析

计算

。二

、

引水

工

程

可

供

水

量1.

引

水

工

程

可

供

水

量■一般按典型年逐年计算。■

引水工程可供水量的大小与河道天然来水量、下游河道过

水流量要求、

引水工程过水能力、用户的用水要求有关。W₄=min(D,Qmx,Yup-Yaow)式中：

W

—引水工程可供水量；

D—

用户需水量；Qmax—引水工程供水能力；

Y—

河道来水量；

Yaonw—第河道下游要求水量。2.

一

用

户

情

况

分

析■

有一河流引水工

程向某地区供

水，

引水工程供水能力Qmax=70m³/s,

河道下泄要求Yaown=60m³/s,

河道来水

量和用户用水量见下表，试计算该工程可供水量。河道来水量与用户用水量过程，单位：

m3/s月份123456789101112来水Y

up11011011012013014015015013011510090需水D658050705090607075605080求

解505050605070607070554030求解：3.

二

用

户

情

况

分

析■有一河流引水工程

向

两个

用

户

供

水

，

河

道

下

泄

量

要

求30m3/s,

引水工程供水

能

力

不

受

限制

。

其

它情况

见

图，

流量按s计算。试计算该工程可供水量。分析引水工程的可供水量

，有三种情况：1)属地优先权原则

2)均衡受益原则3

)

重

要

性

原

则回归水β=20

%用户2需

水D2=200来

水Y

=120用户1

需

水D1=100比区间入流I=60A(

1

)

属

地

优

先

权

原

则■先尽量满足上游用户，再满足下游用户■计算之：

Q₁=90m³/s,Q₂=78m³/s

(

2

)

均

衡

受

益

原

则■

水资源紧缺，两用户均衡受益，供水量与需水量之比相等

(缺水

量

与

供

水

量

之比相

等，

意思一

样

)。计算之：Q₁

=53.6m³/s,

Q₂=107.1m3/s(

3

)

重

要

性

原

则水资源紧缺，根据两用户需水重要性来考虑，重要性可用

权重表示。注意这里只能用缺水量与需水量之比表示了。按生活：工业：农业=4:2:1分析，取

α₁=1,α₂=2计算之：Q₁=27.7m³/s,Q₂=127.7m³/s三、

蓄水工程■

蓄水工程对来水在时间和数量进行重新分配，

计算更复杂些

。1.

大

、

中

型

水

库■

简单起见，一般可按年调节

情

况

考

虑。年初

和

年

末

库

容

均

为水库的死库容。Yt表示t时段来水量，

Dt表示t时段需水量，

Qt表示t时段可

供水量，

Vt表示t时段初水库蓄水量，△t=90天，一年划

分

4

个时

段

。三种模式：有水就用、过程相似、综合考虑调节计算模式时段1234Y₂30010000D₁200200200200(1)Q2002000OV₄0100000(2)Q100100100100V.02002001000(3)Q2001001000V:0100I0o00水

库

调

节

计

算

表表4.2(

1

)

有

水

就

用(

类

似

属

地

优

先

法)总来水量小于需水量情况。首先满足前期用水，缺水主要集

中于

后期

。■

不便于生

活

与

生

产的安排。不合理!(2

)

过

程

相

似(

类似

均衡

受

益

法

)总来水量小于需水量。各时段的缺水程度相似，

来分配水量。合

理

!(3)考虑水库蓄水库容限制■总来水量小于需水量情况。各时段的缺水程度相似，来分配

水

量

。·根据水库蓄水库容限制，前期多余的无法蓄纳的水量则优

先满足本时段用水，余留时段再根据过程相似原则进行水

量

分

配

。既考虑了水库蓄水库容，又考虑各时段需水要求。合理!时

段4时刻图4

.

5

库容有限时的供水过程示意图图4

.4

不同计算模式示意图水席着水量(曰/g·at)D.,Q(m³/s)2.

小

型

蓄

水

工

程■

小型蓄水工程，包括小型水库、塘坝等，数量多，缺乏实

测资料，往

往

采

用

“

复蓄

指

数”

法

来

估

算

可

供

水

量

。■

复蓄指数：

水库、塘坝年可供水量与有效库容之比值。■复

蓄

指

数

一

般

大

于

1

.

0

。

与

集

雨

面

积

、

来

水

多

少

、

有

效

库容大小、担负灌溉面积等多种因素有关。■

小型蓄水工程可供水量：W供=n·V式中：n—

复蓄指数，

V—

水库、塘坝的有效库容。>小型蓄水工程数量多，资料缺乏，计算简单。1)复蓄指数法：

WK=n×V2)保灌系数法

：

WK=c×m×A3)水量利用

系

数法

：

WK=a×RP=50%P=75%P=90%复

蓄

指

数

n小型水库1.521.391.10塘坝1.571.421.20保

灌

系

数

c0.90.80.7塘坝小

(

2

)

型

水

库小

(

1)型水库水量利用系数α0.40.4—0.50.5—0.6小型水利工程复蓄指数与保灌系数表小型水利工程水利利用系数表四

、

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.

从

河

道

提

水■主要取决于提水设备能力和用户需水要求，也受指定保证

率下河道的来水情况、最低枯水位、下游河

道的水流要求

等因素制约。全年最大可

供

水

量

：q(1)=min[O:-Qr,Q

备，D]式中：

Q

上、Q

下—河道上游来水量和下游要求下泄水量；

Q

设—提水设备能力；

D—用户需水量。2.

从

地

下

提

水■

主要取决于地

下

水

补

给

量、

地下

水

开

采

井的设

备能

力限制O地下水多年平均可供水量的控制极限一般为多年平均综合补给量。也可用提水工程抽取流量的大小与开机时间相乘第

二

节

区

域

可

供

水

量

的

计

算区域可供水量计算原则1.

计

算

原

则>先用小工程的水，后用大工程的水。>先用自流水，后用蓄水和提水。>先用离用户较近的水，后用远处的水。→先用地表水，后用地下水。

先用本流域的水(包括过境水),后用外流域调水。

自来水用于生活和一部分工业

，

其他

水

用

于

水

质

较

低

的农业和部分工业。2.

注

意

事

项■

按照区域不同保证率选定的典型代表年，

取各项工程同

年份的

供

水

量

汇总

。■

按地表水可供水量和地下水可供水量汇总。■

避免可供水量的重复计算。区域可供水量汇总成果的合理性检查。(1)可供水

量

定

义

为

供

水

工

程

设

施

所

提

供的水

量

。(

2)可供水量的定义考虑需水要求。二、

区域可供水量计算模型概化分析1.

水

资

源

系

统

组

成

分

析■水资源系统：

指处在一定范围或环境下，为实现水资源开

发利用目标，由相互联系、相互制约、相互作用的若干水

资源工程单元和管理技术单元所组成的有机体。水资源系统一般由：水源、调蓄工程、输配水系统、用水

户、排水系统等部分组成。消耗

调出排水河

道专用渠道地下渗出污水处理水资源供需分析与优化配置输配水天然河道降水水源当地地表水当地地下水客

水外调水再生水非常规水源用水

生

活工

业农

业水电、航运河道内生态

河道外生态调蓄工程蕃水工程引水工程

提水工程调水工程

湖泊洼淀蓄滞洪区图4

.

7

水资源系统组成要素图河

道

网运

渠

管蒸发2.

用

水

户

概

化■

区域内用水户众多，可将研究区进行分区，每个分区作为

一

个

供水

对

象

。■

分区要因地制宜，不宜过大，也不宜过小。分区过大，

易

掩盖矛盾，

整体的不缺水掩盖局部的缺水，或整体的缺水掩盖局部的不缺水。分区过小，工作量将成倍增加。逐级分区：

一级分区、二级分区、三级分区等。。。

O分区原则：>按

自然地理单元分区。>按行政

区划分

区。>按自然地理单元分区。>按社会经济单元划分。>按流域水资源分区与区域行政分区相结合的方法进行

划分。分区后再根据用水性质划分用水类型。3.

水

源

划

分■

如上图所示，水源可划分为：

当地水和外来水。>

当地水又分为：地表水、地下水、再生水等。>外来水分为：

流入本地的河流等客水、跨区域调水等。根据水源类型进行划分>地表水按照流域水系进行划分>地下水按含水层所属地质单元划分。再生水按收集、处理与

供

给

系

统

划分

。调水按

调水系

统

划

分

。■

当自然条件下水资源的时空分布无法满足需水要求时，

需

要建立水利工程进行水资源的时空调配。■

供水工程主要包括：

>

蓄水工程>引水工程>提水工程，包括提取地表水、地下水。输水工程水处理工程等。4.

工

程

安

排

布

置5.

水

资

源

系

统

网

络

图■水源与分区分类型用水户之间的地理位置与水量供需关系，

用拓扑网络图表示。■

系统网络图包括：计算单元、水利

工

程、分

汇

水

节点、各

种输水通道等。第7章更详细。>计算单元：最小一级的计算分区，

“面”

元素

。>水利工程：点、线、面都有。>分汇水节点：

天然节点和人为节点，“点”元素。>输水通道：天然河流与水利工程，“线”元素。■

东平湖古时称蓼儿洼、大野泽、巨野泽、梁山泊、安山湖

,到清朝咸丰年间才定名称为东平湖，是《水浒传》中八

百里水泊唯一遗存水域，山东省第二大淡水湖泊。·

湖区总面积627平方千米，其中一级湖常年蓄水，面积209平方千米，平均水位高程40.75

米，南水北调东线一

期工程完成后，

东平湖平均水位高程将达41.5米，将淹损

耕地3.6万亩，东平湖蓄水面积将达到25万亩。夏津县高唐县Coscioo茌平县聊城市东阿县G105平阴县肥城市县东平县②2008

Google-地图数据②2009

Mapabc-使

用

条

款济阳县G10x

G?2o济南市厉坡区■武城县平原县商河县临邑县禹城市齐河县

(C3093

邹2

0

公

里

1

0

英

里章丘市c309莱

芜市长清区泰晏市梁山县台前县G211.7krn5.5万t/d(济

阳

净

水

厂黄

河玉清湖分水朗

4.1km断南市净水厂

近)近期2

万

19.96km

13.95km

(白云湖)

.0km和塘坝水复引河水dzdt/t/01412.385km

10.5km

8.418km兴利库容贾

庄

8

5

0

万

m³3km3万t/d(

平

安

净

水

厂

地

下

水15.5km深水面积226km²兴利库容

4

4

0

万m³大垛

庄站

查

集水面积440km²兴

利

库

容9

61

万m³林集

水面

积兴

利

库

容5

9

5

万m³平

阴

县固

头提引河水和塘项水玉带

。孝

里

河浪

溪

河

河3

万

t/d章丘净水厂14.2km章丘净水厂

4.3

2万t/d0.5km兴利库瓷4100万m

(玉清湖沙

河

分

水

阐

贸

庄

分

水

阐

r0.6km100km²兴

利

库

容3

7

3

万m³浪辅山集水面积82km²兴

利

库

容1

2

5

3

方m³提引河水和塘填水地

下

水

商

河

县兴利库容600万m

(上盆王3.5km2

万t/d平阴县净水厂兴利库容3850万m²山白云期分水阴平南

水

北

调

东

线

工

程集

水

面

积166km²兴

利

库

容3

5

9

2

万m³符

河

缩绣川/地

下

水卧虎山

集水面积集水

面

积杰

容兴39.利2km庄²

容6

7

2

万m³兴利库容

7500万m²湖

鹊11.83km图

4

.

8

水

资

源

系

统

概

化

网

络

图

示

意

图9km东2.4kmT集水面积

56km²兴利库容1094万m³557km²兴

利

库

容6

2

0

0

万m³提引河水

和塘坝水的鱼句石

店

，34.079km

1.25km提

引河

水

和塘项水上

盆

王

分

水

阐

南

大29.274k是

河；

和

塘

坝锦

绣

川集水面积’180;2km²济平

干

渠地下水长

清

区地

下

水地

下

水济

阳

县市

五

区章

丘

市5

1

0

万

m³15km湖杜玉张东不三、基于模拟方法的可供水量计算按水资源系统网络图，考虑水源水量、需水要求、工程供

水能力等约束，按照统筹兼顾的原则，合理安排各种水源

各类工程的供水方案。·这一个试算的复杂过程。实际上，这里的区域可供水量与区域水资源优化配置混为一谈了，应归于第5章。区域水资源的一般性调配规则包括以下方面。(1)计算程序自上而下，

先支流后

干

流，逐

单

元

计

算

。考虑水量平衡的原则，多用水户采用“分散余缺”原则■(2

)

供

水

次

序■

先用自流水，后用蓄水和提水；■

先用地表水，后用地下水；■

先用本

流

域的水，后

用外

流

域

调

水；

水质

优的用

于

生

活

等

用

户

。(3

)

用

水

次

序先尽量满足生活需水，再依次是河道内最小生态需水、工

业和第三产业需水、农业需水、河道外生态需水等。(

4

)

约

束

与

关

联约束包括：各类水源的水量、水位、水质等；各类用水户

的需水水量、水质等；供水工程的过水流量等；■针对一个单元：上一

单

元

退水：

W

上退

=W

弃+W回W同=βW可供>

本单元来水：W

采

=W

上退+W

区水

+W

调入本单

元

弃

水

：

W

弃

W

来

W

可供四、

基于

优化

方

法的

可

供

水

量

计

算■这部分也应归于

“

第5章水资源优化配置

”部分。■优化方法需要数学模型，数学模型包括：决策变量、

目

标

函数、约束条件，

分别述之。1.

决

策

变

量■

区域划分成J个分区，用水部分分为K

个用水类型，供水水源点为1个。供水时段为T决策变量是：在第t

时段内区域第i个供水水原给第j个分区

的

第k个用水部门的供水量，Qj

ktD水

源l用

水

部

门J分

区K〇〇2.

优

化

模

型(

1

)

目

标

函

数■优化目标有很多，如效益最大、费用最小、环境最好等■本次设定优化目标为区域供水系统相对总缺水量最小。(

2

)

约

束

条

件约束条件很多，水源水量、用水户需水量、水利工程过水能力等。可供水量约束需

水

量

约

束供水

能力

约束

力≥

Q

jkt

≤2j=lk=1■■工程运行可行域约束对特定水源，其供水应在调节计算的约束域内进行，如水

库运行的水位限制条件等。Qjk∈S;变量非负约束Qk≥0优化模型的求解方法与过程，更属于“第5章水资源优化配置”的内容。这里不能再讲了。第

三

节

供需平衡的

概

念

与

方

法一

、

供需分析

的概念1.

水

资

源

供

需

平

衡

分

析

概

念■是指在一定区域，一定时段内，对某一发展水

平

年

和

某保证率的各部门供水量和需水量平衡关系分析。或：

在特定的水资源条件和需水要求下，充分发挥水利工

程的作用，通过水利工程的调节计算，可得到水利工程供

水与需水之间的关系。供水量和需水量相近为平衡，供大于需的部分为余水量，供小于需的部分为缺水量。摸清区域内水资源供需现状，预测未来，揭示区域内水

资源供需关系的内在规律和主要矛盾，探讨水资源开发

利用的途径与潜力，提出实现水的长期稳定供给方案，

为加速工农业生产的发展和水利建设提供科学依据。2.

水

资

源

供

需

分

析

的

目

的3.

水

资

源

供

需

分

析

的

重

要

性■供需分析中的供水与需水应该相互协调、平衡。■供需分析中涉及的方面与国民经济和工农业生产有密切的

关

系。■

研究水资源供需分析，对解决余缺水量的对策显得十分重

要

。4.

水

资

源

供

需

分

析

的

主

要

内

容■

分析水资源供需现状和存在的一些问题；■分析不同发展阶段(不同水平年)水资源供需情况和实现

供需

平

衡

方向

；研

究

解

决

与

供

需

平

衡

对

应

的

余

缺

水

量

的

对

策

，分析实现本

区域水的长期稳定供给的措施和计划方案。5.

供

需

分

析

中

几

个

基

本

概

念(

1)

分

区

单

元：水资源供需关系分析，

一般需要将一个大的区域划分成若干分区。对每一分区单元进行供需分析，然后逐级汇总。(2)计算时段：水资源供需平衡计算时段的划分，

总的原则是：

能够突

出不同时段的水资源量的余缺情况，不至于掩盖水资源的

供需矛盾。(

3

)

水

平

年

：供需分析中选择出的代表年，要能够反映区域发展不同阶段社会经济达

到

的水

平

、

相

应

的

需

水

水

平

和

水

资

源

开

发

水

平，

所

以

通

常

称

其

为

水

平

年。水平年可设：现状水平年(基准年)、近期(5—1

0

年)、

远

期(15—20

年

)水平年还应分

不

同保

证

率

，

即

同

一

水

平

年

应

选

几

个

不

同

的

保证率，

分别代表平水、枯水特枯水年进行供需分析。代表年

：通常

所

说

的

典

型

年

，

由

系

列

中

选

择

出

具

体

年

份。二

、

分析

方

法1.

系

列

法选

择

代

表

性的

系

列

，进行逐年供需分析。■系列法要求资料多，工作量大，适用于大区域、重要地

区的供需平衡分析。通过对长系列调节计算结果的统计分析，

可以得到不同

来水频率下的各分区各部门的余缺水量。2.

典

型

年

法■选择代表性的系列，根据降水频率，

选取典型年进行供

需分

析。■一般地，平水年频率P=50%,枯水年(偏旱年)

频

率

P=75%;

特枯水年(干旱年)

频

率P=