平原河网区水资源优化配置模拟分析

平原河网区水资源优化配置模拟分析

1水域功能的约束条件研究和讨论区域水面率是指承担水保护功能的区域面积占区域总面积的比例。合理水面率是指从某一区域的现状和现行有效法律、法规、规范、标准出发,考虑水域的多种功能,评估在自然力与人类活动双重作用下人类社会和水域自身的协调发展程度的一项指标。水域功能包括提供可利用的水源、调蓄区域水资源、降解污染物和吸纳营养物质、保护生物多样性、休闲旅游、航运、调节气候等功能。由于水域承载功能的特殊性,其部分功能(如行洪除涝、水资源利用)应作为合理水面率确定的约束条件,应予满足;而景观、生态、航运等功能的约束性较弱,是否作为合理水面率确定的约束条件应根据研究区域而定。本文试图从确定合理水面率的基本方法出发,分析作为确定合理水面率约束条件功能的行洪除涝和水资源利用合理水面率的确定思路,并探讨Mike11、MikeBasin软件在确定行洪除涝功能和水资源利用功能合理水面率上的应用。2确定水面率的依据合理水面率的影响因素较多,包括自然条件、区域经济发展水平、现有水利工程综合能力等。合理水面率的确定以水域承载的行洪除涝、水资源利用、水环境、水景观功能为切入点,在水域内部结构一定的前提下,采取多种方法分析计算满足这些功能要求的水面率,并以各功能要求水面率的外包线作为确定合理水面率的依据。行洪除涝、水资源利用功能合理水面率的确定思路如下:2.1研究结构图的说明对于承担行洪除涝的水域,在防洪除涝标准、设计洪水、排涝流量和设计外边界条件确定的条件下利用图1结构模型模拟计算在满足区域防洪和排涝标准下区域所需的水域调蓄能力,从而确定区域行洪除涝的合理水面率。对行洪除涝合理水面率研究结构图的几点说明:(1)区域内水力学模拟计算。水资源开发利用模拟计算是指模拟区域内的水力学计算,包括河网水域、河流水域,也包括水库、湖泊等水域,采用Mike11软件来完成。(2)计算自排闸的排涝能力。对于行洪除涝来说,首先考虑区域的自排能力,这是排水系统规划和调度管理的基本原则之一。若区域内自排闸的排水能力不满足要求,再考虑其它措施。(3)增加外排能力或内部滞蓄能力。对于闸站综合能力不能满足排水要求时,可能的途径有2个:一是增加外排能力,二是增加内部滞蓄能力。具体采用哪种方式,需通过技术经济比较来决定,其经济指标也是相应模拟模型的目标函数。限于篇幅,模型从略。2.2率研究结构图的说明在分析计算研究区域来水量、用水量的基础上,通过模拟计算确定满足供水保证率要求所需的水域调蓄能力,进而确定区域合理水面率,总体思路见图2。对水资源调蓄合理水面率研究结构图的几点说明:(1)水资源开发利用的模拟计算。水资源开发利用模拟计算是根据用水户与供水工程的对应关系,依据水量平衡原理模拟计算用水户需水的满足程度,采用MikeBasin软件来完成。(2)亏水量内部解决、外部引入、二者结合。亏水量内部解决、外部引入、二者结合是指在供水量不能满足用水户要求的情况下,通过特定的目标模型确定解决缺水量的一种方式。(3)增加调蓄能力。增加调蓄能力是指通过疏浚、拓宽、新建河道等技术手段,增加水域调蓄能力来解决水资源短缺矛盾的一种方式。3ee系列软件是水生动量小的软件材料从合理水面率研究的基本方法可以看出,区域合理水面率的确定是个多次判断、反复迭代的计算过程,计算工作量很大。DHI公司研发的Mike系列软件是目前被业界广泛认同的优秀软件。软件的应用范围从降雨—产流—河流—城市—河口—近海—深海,从一维到三维,从水动力到水环境和生态系统。同时具有功能强大、界面友好、模拟计算快速准确等特点,因此本文采用该软件来开展区域合理水面率的研究。4e-4软件4.111年设计方法Mike11在行洪除涝合理水面率中的应用过程主要包括研究区河网概化、参数验证和结果分析3个步骤。4.1.1河网概化的河网容积河网概化应遵循突出主干河道,保留需重点研究的非主干河,并使概化后河网的河道容积与实际河道的容积基本上保持一致的原则。某研究区河网概化如图3所示。图中,根据研究区河道水流方向将其河道概化为三纵三横的格局,其洪涝水主要通过沿海闸和沿江闸外排。4.1.2暴雨、潮位过程和水位参数验证主要指对河网糙率进行验证。验证采用1984年6月12日～15日暴雨、潮位过程和水位等实测资料。经计算,验证点水位最大值和平均值误差分别为1.3%和0.9%,该模拟模型可以用于进行方案比较分析。4.1.3设计暴雨条件下的水面率模型参数率定后,按照行洪除涝合理水面率研究结构图的步骤计算设计暴雨条件下,研究区河道水域满足行洪除涝要求的外排能力和区域内部滞蓄能力。同时,根据该区域的水位—水面—容积关系、排涝标准的合理内部滞蓄能力估算其水面率。其成果见表1。4.2典型的面率率运用MikeBasin在水资源调蓄功能合理水面率中的应用过程主要包括3个步骤:①对研究区域的水资源条件进行概化,建立水资源网络系统概化图;②设置概化节点的属性;③计算结果分析。4.2.1供、用水户关系水资源系统概化包括划分计算单元和建立供、用水户对应关系2个步骤。划分计算单元在流域分区的基础上,除水库工程集雨面积单独计算外,其余分区根据地形构造相似原则进一步划分,一般分为山丘区和平原区。供、用水户关系的建立主要指供、用水户对应关系的建立和供水工程供水次序的设置。在由多个供水工程同时向用水户供水时,必须设定供水优先次序。研究区水资源系统概化结果见图4。4.2.2户用水过程和用电工程运行规则MikeBasin属性数据的设置主要包括计算单元入流量、用水户用水过程和供水工程运行规则设置3个方面。计算单元入流量和用水户用水过程的设置只要将数据分别赋予对应节点即可,供水工程运行规则设置需将工程实际运行规则、工程特性等数据赋予对应的供水工程。4.2.3水域内抽引水量和水面率模型建立后,按照水资源利用合理水面率研究结构图的步骤计算研究区河道水域满足水资源利用的年均外部抽引水量和区域内部调蓄能力。同时,根据该区域的水位—水面—容积关系计算其水面率。其成果见表2。5计算区域行洪除涝和水资源利用功能的合理水面率分别利用M