第四章-城市需水预测

1、城市水资源规划与评价,URBAN WATER PLANNING AND ASSESSMENT,Urban Water Demand,Chapter 4,4.1 需水的概念及分类,按用水特征分,按用户或行业特点分,河道内用水,河道外用水,生活：城镇及农村生活所需水量 生产：有经济产出的各类生产活动需水量 生态：为维持生态系统一定功能所需水量,生产：发电、养殖、航运、旅游 生态：河口生态环境、维持河道功能,生活：农村、城镇居民生活 生产：农业（农林牧渔畜），工业，建筑，三产 生态：城镇生态、农村生态环境,生活需水 工业需水 建筑业和第三产业需水 农业需水 河道内生产需水 生态需水,生活需水是人类日

2、常生活及其相关活动用水的总称。,4.2 生活需水,用水量增长较快 用水量时程变化较大 供水保证率要求高 对水质要求高 水量浪费严重 生活污水水质污染程度小于工业废水,特征,生活用水的水源和特点,水源,地表水源,地下水源,江河水湖泊水水库水海水等,上层滞水 潜水 承压水 裂隙水 溶岩水 泉水等,地下水水质清澄，且水源不易受外界污染和气温影响，一般宜作为生活饮用水的水源。但地下水也有缺点，一般含矿物盐类较高，硬度较大。,4.2 生活需水,水源的选择 一般对于用户量小、供水安全要求低的乡镇供水系统，优先采用水质好的地下水、水库水作为水源。 对用水量大，供水安全要求高的城市供水系统，应优先采用河流、湖

3、泊等地表水源，这将有利于地下水资源的保护和合理开发，提高供水安全可靠性。 一般原则：,给水水源应有足够水量 给水水源的水质应良好 统筹考虑，供水经济安全,4.2 生活需水,我国生活用水状况 我国近年来城市化的快速发展推动城市用水人口快速增长，城市用水普及率也相应由55.2%增加到88.8%，但城市郊区边缘还有11.2%的居民没能喝上自来水。 我国目前城市生活用水的状况可归结为以下特点：,城市生活用水量增长迅速 用水结构变化明显 用水定额不断提高,4.2 生活需水,按用水户分：城镇生活需水和农村生活需水 按照供水系统分：自来水供给和自备水源供给的生活需水 按照供水水源分：地表水供给、地下水供给、

4、中水供给,4.2 生活需水,返回目录,4.2 生活需水,1.城镇生活用水的调查,生活用水的结构 生活用水定额，指每人、每天的用水量。 节水器具（重复利用率）,自来水公司供水记录 自备水源用水调查 查相关规范（行业用水定额）,调查内容,调查形式,各类用水指标的动态变化,4.2 生活需水,2.城镇生活用水调查资料的分析,各类用户日用水量计算,日常生活用水（刷牙、洗脸、漱口、喝水、淋浴、洗衣、冲厕所用水、浇花） 公共浴室 汽车冲洗用水 城市绿化,生活用水的结构和权重分析,供水量 供水的普及程度 人均生活用水量 用水结构,1）用水增量趋势法,3.城镇生活用水量的预测,4.2 生活需水,式中， Wt为预

5、测年份的城镇生活需水量， W0为起始年份的城镇生活需水量， d为用水量年增长率，n为预测年份与起始年份的时间间隔。,注意：近几年的资料和长系列的资料是有所不同的，应该考虑到“节水”的变化。所以应保持资料的一致性。,城镇生活需水，在一定范围内，其增长速度是比较有规律的，因而可以用趋势外延法和简单相关法推求未来水量。,4.2 生活需水,3）月需水过程,式中，Wt, m为某一水平年第m月份的城镇生活需水量，m为第m月需水量占全年总需水的百分比。,2）分类分析权重估算法,式中，i为某一类用户在某一水平年所占比重；Ki为某一类用户在某一水平年的单位用水量；Mi为某一用户在某一水平年的用水人数。,返回,4

6、.2 生活需水,按照典型调查，按人均需水标准进行估算。公式为：,式中，W居为农村居民生活需水量， mi为人均生活需水标准， ni为需水人数。,注意：根据城镇生活和农村生活供水系统的水利用系数（管网渗漏系数），在计算出来的净需水量预测的基础上进行毛需水量的计算。,返回,4.3 工业需水,工业需水一般是指工、矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤等方面的需水量。 工业需水在整个城市需水中所占比重较大，用水集中；大量工业废水成为水体污染的主要污染源。 工业需水的影响因素：工业发展的速度、工业结构、工业生产水平、节约用水程度、用水管理水平、供水条件、水资源多寡。,（1）用水量大 （

7、2）大量工业废水直接排放是造成水污染 （3）工业用水效率总体水平较低 （4）工业用水相对集中,我国工业用水的特点,4.3 工业需水,工业用水水源,河流取水 水库（湖泊）取水 海水取水 (1) 取水条件：根据取水点周围的海水环境考虑取水设备的形式。 (2) 关于海水的温度问题。 (3) 海水中存在的动物及微生物。 地下水,4.3 工业需水,工业供水系统包括取水工程、输水工程、水处理工程和配水工程四个部分。供水系统可以是仅供工业使用的单一供水系统，也可以由混合供水系统分配，形成工业供水分支系统。 为了节水，工业供水常采用循环供水方式，即将使用过的水经适当处理后，重新使用。 工业生产中约为70%80

8、%的用水是冷却水，冷却水循环系统可分为密闭式和敞开式两种。,工业供水系统,4.3 工业需水,4.3 工业需水,（一）按用水在生产中的作用分类,（二）按工业需水过程分类 总用水、取用水 排放水、耗用水 重复用水,4.3 工业需水,（三）按水源类型分类 地表水、地下水、自来水、海水、城市污水回用水、其它水,（四）按照工业组成的行业分 高耗水工业：造纸、纺织、石化、冶金 一般工业 火（核）电站：重复利用率高,1.调查内容,（1）基本情况：人口、土地、职工人数，工业结构和布局，历年工业产值（增加值）及主要工业产品、产量等,（2）供排水情况,（3）工业需水发展,4.3 工业需水,供水水源：河水、自来水、

9、地下水； 供水方式：连续式、间隙式； 排水方式：耗水情况、排水情况、水质情况,城市工业发展规划；城市建设发展规模；将来的工业结构与布局；工业产排、产量计划；供排水工程设施规划,2.调查形式,（1）普查,（2）重点（典型）调查,（3）两者相结合,4.3 工业需水,3.调查方法,（1）“查”-记录 （2）“看” -实地查看 （3）“测”-实测,地区的代表性,行业的代表性,用水量大,产值大,规模大的工业,4.3 工业需水,4.调查资料的分析,（1）工业需水分析计算方法（水平衡法）,（2）工业需水的指标,重复利用率,排水率,耗水率,1.趋势外推法,适用条件：工业发展比较稳定（注意突变点、异常点）,4.

10、3 工业需水,Wt预测的某一水平年工业需水量； W0 预测起始年份工业用水量；d 工业用水年平均增长率；t 从起始年份至预测某一水平年份所间隔时间（年）。,2.相关法,4.3 工业需水,工业用水的统计参数（单耗、增长率等）与工业增加值由一定的相关关系，可以对两者进行相关分析。常用的几种回归方程有以下形式：,式中：y为单位用水量或增长率，x为增加值；a，b为常数。,增加值,：万元产值增加值用水量,：,A,q,2.相关法,4.3 工业需水,工业结构不发生根本变化的情况下，,q,A,3.重复利用率提高法,4.3 工业需水,式中：A和Q总分别为增加值和总用水量，1 、Q取1、 q1分别为某一时间的重复

11、利用率，补充水量和万元增加值用水量；2、Q取2、q2分别是另一时间的重复利用率、补充水量和万元增加值用水量。,同一行业若设备与工艺流程不变，则生产相应数量产品（增加值A）的Q总不变。,4.分块预测法,4.3 工业需水,不同的区域采用不同的预测方法，最后汇总。 一般有以下3种情况： （1）原有工业基础薄弱，要大规模发展工业的城市。 （2）电力工业和其他一般工业分块预测。 电力尤其是火电用水量较大，万元增加值的用水量一般工业要大很多，所以要与一般工业分开预测。 （3）特殊工业用水需分开预测。 比如有的地区以某一种采矿业或能源工业为主，其用水量与一般工业用水量不同，要分开预测。,几种预测方法的评价,

12、4.3 工业需水,1.趋势法和相关法,这两种方法实质都是应用数理统计原理，用历史资料进行外延预测今后的情况。基本条件是：（1）要有相当长的历史资料；（2）工业发展要比较稳定，如果在工业发展的过程中，工业结构发生了根本变化，工业用水和产值发生了突变，就无法分析出趋势和相关关系。,2.分行业重复利用率提高法,3.分块预测法,分行业重复利用率提高法预测未来不同水平年的工业用水量是较成熟的一种方法，在理论上和实践上都比趋势法和相关法更进了一步。,是一种较适宜处理复杂情况的方法。,返回目录,建筑业需水预测：可采用建筑业万元增加值用水量法，也可采用单位建筑面积用水量法。 第三产业：可采用万元增加值用水量法

13、进行预测，也可参考城市建设部门分类口径及其预测方法进行复核。,4.4 建筑业和第三产业需水,返回目录,4.5 农业需水,农业需水包括农田灌溉需水和林牧渔畜需水。 农田灌溉需水（主体）：包括水浇地和水田的灌溉需水。 林牧渔畜需水：包括林果地灌溉，草场灌溉，鱼塘补水和牲畜用水等。 其中，农田灌溉蓄水所占的比重较大，是农业需水的主体。与工业和生活需水相比，具有面广量大、一次性消耗的特点，且受气候影响较大。,灌溉需水量是指从灌溉供水水源所取得的总供水量。灌溉需水预测主要采用灌溉定额预测方法。,4.5 农业需水,灌溉制度：在一定的自然气候和农业栽培技术条件下，为使农作物获得高产、稳产，对农田进行适时适量

14、灌水的一种制度。包括灌水定额m3/(亩次) ，灌水时间(次)，灌水次数，灌溉定额等。 灌水方式分为地面灌溉、地下灌溉和地上灌溉。对不同的灌溉方式，同一作物其灌溉制度是不同的。,灌水定额：单位面积上灌溉一次所需要的水量，以m3/（亩次）表示。 灌溉定额：在作物整个生育期内单位面积灌溉的水量，即各次灌水定额的总和，也叫总灌水量，以m3/亩表示。 灌溉定额也分为净灌溉定额和毛灌溉定额。,4.5 农业需水,灌溉水量,毛灌溉 水量,净灌溉 水量,损失 水量,=,+,4.5 农业需水,灌溉渠道系统是指从水源取水、通过渠道及其附属建筑物向农田供水、经由田间工程进行农田灌溉的工程系统。包括渠首工程、输配水工程

15、和田间工程三大部分。 目前我们国家已建灌区的渠系水利用系数一般只有0.45-0.6。,渠系水利用系数通常指净灌溉用水量与毛灌溉用水量之比值。,渠系水利用系数,直接估算法:直接选用各种作物的灌溉定额进行估算。,4.5 农业需水,mi某作物某次灌溉定额； Ai某作物灌溉面积； n某作物灌溉次数； Wi某作物净灌溉用水量； W全灌区所有作物净灌水量； 灌区渠系水利用系数， W区全灌区总毛灌溉用水量。,间接估算法：先计算各时段内综合灌水定额再算整个灌溉用水量。,4.5 农业需水,m综t为t时段综合净灌水定额；mit为t时段各种作物的净灌水定额； ai为各种作物占全灌区的灌溉面积比值；m综t为t时段毛综

16、合灌水定额； h为全灌区水利用系数；w为全灌区的灌溉面积； Wt为t时段全灌区毛灌溉用水量；W为全灌区总毛灌溉用水量。,t时段综合净灌水定额,t时段综合毛灌水定额,t时段全灌区毛灌溉用水量,全灌区总毛灌溉用水量,林牧渔畜需水量包括果地灌溉、草场灌溉、鱼塘补水和牲畜用水等4项。 灌溉林果地和灌溉草场需水量预测采用灌溉定额预测方法。,牲畜用水：,渔业需水：,4.5 农业需水,w为养殖水面面积；E为水面蒸发量，由水文气象部门蒸发器测得；a为蒸发器折算系数；P为年降雨量，S为年渗漏量（由调查、实测或经验估算）。,Wi为牲畜用水；ni为各牲畜或家禽头数或只数；mi为各种牲畜或家禽用水定额（调查或实测）。

17、,返回目录,河道内的生产需水一般不消耗水量，而且可以“一水多用” ，在河道中预留一定的水量保证即可。 航运需水量 航运需要通航河段保持一定的水位和流量，以维持航道必要的深度和宽度。 水力发电需水量 一般指为保证梯级电站、年调节及调峰等电站的正常运行，需要向下游下泄并在河段保持一定的水量。 其他生产用水 可根据各地实际情况确定，如漂木用水、旅游业用水。,4.6 河道内生产需水,返回目录,基本概念与内涵 生态与环境需水：为了维持给定目标下生态与环境系统一定功能所需要保留的自然水体和需要人工补充的水量。,4.7 生态需水,河道内生态与环境需水 河道外生态与环境需水,分类,4.7 生态需水,（1）维持

18、河道一定功能的需水量,汇总河道内生态基流、输沙需水量、水生生物需水量（分月取最大值），得到维持河道一定功能的年需水量。根据河流水系实际情况，选择不同的计算方法：湿周法、Tennant法、分项计算法。,（2）河口生态与环境需水量,河口冲沙需水量 防潮压咸需水量 河口生物需水量,在河流水系主要控制节点（各河段及河口）计算成果的基础上，综合分析河流水系不同河段河道内生态与环境保护、修复或建设目标，提出合理成果。,（1）城镇生态与环境需水量 包括以下三项： 城镇绿地生态需水量（定额法） 城镇河湖补水量（水量平衡法、定额法） 城镇环境卫生需水量（定额法） （2）林草植被建设需水量 采用面积定额法计算,4

19、.7 生态需水,（3）湖泊沼泽湿地生态与环境补水量 包括以下两项： 湖泊生态与环境补水量（水量平衡法） 沼泽湿地生态与环境补水量（水量平衡法） （4）地下水回灌补水量 根据地下水保护规划、结合地下水超采量、地下水采补平衡目标、回灌系数、回灌年数等，确定合理的地下水回灌量。,4.7 生态需水,注意某些需水项之间的重复 河道外需水量 参与区域或流域水资源的供需平衡分析应分别提出不同代表年，比如：降水频率为P=50%、75%、90%，按城镇和农村分类汇总的需水量预测成果。 河道内需水量 要与河道内生态环境需水量综合考虑，其超过河道内生态环境需水量的部分，要与河道外需水量统筹协调，参与区域或流域水资源的供需平衡分析。,4.8 综合需水分析与计算,4.7 生态需水,水力特性参数（湿周、水力半径、平均水深），建立Q湿周相关关系，在图中找突变点，该点对应的流量即为河道生态流量推荐值。此法适用于小河流，泥沙少，水污染不明显。,适用范围：小型河流或者是流量很小且相对稳定的河流；泥沙含量少，水环境污染不明显的河流；推荐的流量是主要为了满足某些大型无脊椎动物以及特殊物种的要求。,湿周法,返回,4.7 生态需水,该人在对美国11条河流研究的基础上，认为年均流量10%是河流生境得以维持的最小流量。维持河道一定功能需水量计算公式：,Tennant法,式中：WR为多年平均条件下维