水资源利用与保护-水资源供需平衡分析课件

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1、第五章 水资源供需平衡分析,内容提要,本章教学目标的基本要求： 理解需水量和水资源可利用量的计算，理解区域水量平衡分析，掌握取水工程。 本章教学重点和难点： 重点是水资源量平衡和取水工程。,3.1 需水量,一、基本概念,需水量可分为河道内用水和河道外用水两大类。 河道内用水包括水力发电、航运、放牧、冲淤、环境、旅游等。河道内用水一般并不耗水，但要求有一定的流量、水量和水位，其需水量应按一水多用原则进行组合计算。 河道外用水：包括城市用水和农业用水。城市用水又分工业用水、生活用水和环境用水。 生活需水量是指为满足居民高质量生活所需要的用水量。生活需水量分为城市生活需水量和农村生活需水量。 工业需

2、水量是指在一定的工业生产水平下，尉氏县一定的工业生产产品量所需用的用水量。,3.1 需水量,一、基本概念,农业需水量是指在一定的灌溉技术条件下，供给农业灌溉、保证农业生产产量所需要的用水量，主要取决于农作物品种、耕作、灌溉方法。 生态环境需水量是指为达到某种生态水平，并维持这种生态系用平衡所需要的用水量。生态环境需水量由生态需水量和环境需水量两部分组成。,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额 用水定额是用水核酸单元规定或核定的使用新鲜水的水量限额，即单位时间内，单位产品、单位面积或人均生活所需要的用水量， 用水定额一般可分为生活用水定额、工业用水定额和农业用水定额三部分。 用水

3、定额随着社会、科技进步和国民经济发展水平、地域、城市规模、工业结构、水资源重复利用率、供水条件、水价、生活水平、给排水及卫生设施条件、生活方式等都是影响用水定额的主要因素。经济发展而变化，,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额 城市生活用水定额 1）居民生活用水定额 2）人均综合用水定额 人均综合用水指标是指将城市用水总量折算到城市人口特定指标上所反映的用水量水平。综合生活用水为城市居民日常生活用水和公共建筑用水之和，不包括浇洒道路、绿地、市政用水和管网漏失水量。,3.1

4、 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额 城市生活用水定额 1）居民生活用水定额 2）人均综合用水定额,生活用水 生活用水：在城市中扣除工业用水(包括生产区的生活用水)之外所有的用水，它包括城市居民住宅用水，公共建筑用水，市政用水，环境、景观与娱乐用水，供热用水及消防用水。 在地域间我国的人均日生活用水量差异较大。 最高：我国南方海南三亚，人均日生活用水量高达522L/(人d)， 最低：我国北方的内蒙额尔古纳，人均日生活用水量仅为20.55L/(人d)，两者相差达25倍之多。,3.1 需水量,根据1993年统计，我国城市生活用水约占总用水量的9.2%。城市用水要求供水的保证率不低于95%

5、。城市用水量一般可根据实际调查求得，其大小与城市有关 城市生活用水量的预测常用人均生活用水定额法推算，其计算公式为：,式中：Q生活生活用水需求量，m3/a； q人均生活用水定额，L/(人d)； m预测期用水人口数，人。,3.1 需水量,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额 工业取水定额 1）火力发电厂取水定额 2）钢铁联合企业用水定额 3）石油炼制厂取水定额 4）棉印染产品取水定额 5）造纸产品取水定额 6）啤酒制造取水定额,工业用水 工业用水的计算,工业用水一般指工矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、空调、净化、和洗涤等方面的用水，是城市用水的一个重要的组成部分。 根据

6、1993年统计，我国工业用水量占总用水量的17.4%。,3.1 需水量,由于工业部门内不同的行业的用水量相差很大，所以工业用水要按行业划分，利用水平衡法进行统计和计算：,式中：Qt总用水量，在设备和工艺流程不变时，为一定值，m3/a； QC耗水量，工矿企业生产过程中消耗掉的水量，包括蒸发、渗漏等损失水量，以及产品带走的水量，m3/a； QD排水量，经过工矿企业使用后，向外排放的水，多指未重复利用的废污水量，m3/a； QR重复用水量，生产过程中二次以上的用水，包括循环用水量和二次以上的用水量，m3/a。,3.1 需水量,耗水量和排水量必须加以补充，二者之和称为补充水量，又称为取用水量，以Qw。

7、故总用水量Qt又可表示为补充水量和重复用水量之和：,工业用水水平一般以单位产量或产值所需的补充水量和重复利用率这两个指标来衡量，重复利用率R以重复利用水量QR，占总用水量Qt的百分数表示：,工业用水重复利用率及越高，表示工业用水的有效利用程度越高。,3.1 需水量,工业用水的预测 趋势法 用历年工业用水量增长率来推算未来工业用水量，按下式进行计算：,式中：Si某一年所预测的工业需水量，m3； S0起始年的工业用水量，m3； d工业用水量年平均增长率，%； n从起始年份到预测年份所间隔的时间，a。,3.1 需水量,3.1 需水量,二、需水量计算与预测,（1）用水定额 农业用水定额 农业用水定额主

8、要包括农业灌溉用水定额和畜禽养殖业用水定额。 农业灌溉用水定额指某一种作物在单位面积上的各次灌水定额总和，即在播种前以及全生育期内单位面积上的总灌水量。其中灌水时间和灌水次数根据作物的需水要求和土壤水分状况来确定，已达到适时适量灌溉。,农业用水 农村用水：包括农、林、牧、副、渔业的用水，农村居民的生活用水、农村工业、企业用水等。 农业用水是我国主要的用水大户，而农业灌溉用水又是农业用水的主体，其包括种植业灌溉用水、林业和牧业灌溉用水，是通过水利工程设施输送到农田、林地和牧场以满足作物需水的水量。 与城市工业和生活用水相比，具有面广量大、一次性消耗的特点，而且受气候的影响较大，同时也受作物的组成

9、和生长期的影响。,3.1 需水量,农业灌溉用水量的计算和预测 对一个地区而言，为进行农业灌溉用水量的计算和预测，首先需要弄清以下几个概念： A.作物需水量：作物在全生育期或某一时段内正常生长所需的水量，它包括消耗于作物蒸腾量和株间蒸发量（合称为腾发量）。 农作物需水量可以通过田间实验来确定，它是决定灌溉用水量、灌溉引水量的重要的参数，也是进行地区水资源平衡分析计算的重要的依据。 B.灌溉制度：是指作物播种前及全生育期内的进行适时适量灌水的一种制度，它包括灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。,3.1 需水量,灌水定额为一次灌水在单位面积上的灌水量（m3/亩），灌溉定额则是全生育期内多次灌水定

10、额之和。 C.灌溉用水量：是指灌溉面积上需要提供给作物的水量，其大小及其在年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积以及渠系水利用系数等因素有关。 一种作物一次田间灌水量（称净灌溉用水量）M净可用下式求得：,式中：m作物某次灌水的灌水定额，m3/亩； 该作物的灌溉面积，亩。,3.1 需水量,D.毛灌溉水量 灌溉水要经过各级渠道输送到田间，由于在渠道输水过程中的各种损失（渗漏、蒸发等），因此引水量（亦可称作毛灌溉水量）必然大于田间的净灌溉水量。,式中：M净净灌水量，m3； 灌溉水利用系数，它的大小与各级渠道的长度、沿线的土质和水文地质条件，渠道工程状况（配套、衬砌等）以及灌溉管理的水平等有关

11、。,3.1 需水量,农业的其他用水 除了农业灌溉用水外，还包括农村居民生活用水、牲畜用水、渔业用水以及乡镇企业用水。 这些用水虽然在整个农业用水中所占的比例不大，但一般都要求保证供水。 A.农村居民生活用水 可通过典型调查人均生活用水标准，按下式进行估算：,式中：W居农村居民生活用水量，m3/a； mi人均生活用水标准，L/(人d)； ni农村居民用水人数。,3.1 需水量,B.牲畜用水 同理，可通过调查到或实测到的牲畜用水定额，按下式进行估算：,C.渔业用水 渔业用水指养殖水面蒸发和渗漏所消耗水的补充量，按下式估算：,式中：养殖水面积，m2或km2； E水面蒸发量； 蒸发器折算系数； P年降

12、雨量； S年渗漏量； 单位换算系数，视具体情况而定。,3.1 需水量,D.村办企业用水 村办企业包括小型工厂、小加工作坊等，其用水量的估算与工业用水的估算方法相类似，在调查的基础上，分行业进行估算。,3.1 需水量,（5）生态环境需水量计算 以河道为例 河道生态环境需水量 河道生态需水量是维持水生生物正常生长及保护特殊生物和珍稀物种，生存所需要的水量。 河道最小生态需水量是为维系和保护河流的最基本生态功能不受破坏而必须在河道内保留的最小水量，理论上由河流的基流量组成。,3.2 水资源可利用量,1）河道生态环境需水量计算 根据水量平衡原理，如果河段河道一定，并按照年平均状况计算，则任一河段i的河

13、道水量平衡方程为,可以看出，要保证河道基本功能不受破坏，必须同时满足：Qti0,使河流不至于断流；Q(gt)i大于某一给定值，是河道中具有足够流动的水；河道中常见流动的总水量必须满足该河段的基本环境功能。,河道集流基本满足设定的环境功能要求时，Qmi=0，表示环境需水量等于河道基流量; 河道集流不能满足设定的环境功能要求时， Qmi0表示环境需水量大于河道基流量;； 河道集流不但满足设定的环境功能要求，而且有盈余时， Qmi0表示环境需水量小于河道基流量，有一部分基流量可以作为经济用水 ；,2）河道基流量设定方法 我国一般河流采用近十年最枯月平均流量或90%保证率（就是去掉10%最小流量）最枯

14、月平均流量。也可采用Tennant法，即以预先确定的年平均流量的百分数为基础。,3）河道基本环境需水量计算 根据系列水文统计资料，在不同的月（年）保证率前提下，以不同的天然径流量百分比作为河道环境需水量的等级，分别计算不同保证率、不同等级下的月（年）河道基本环境需水量，并以计算出的河道基本环境需水量作为约束条件，计算相应于不同水质目标的污染物排放量及废水排放量，以满足河流的纳污能力。 按照上述原则，即可对河道生态环境用水进行评价。以地表水供水量与地表水资源量为指标，将地表水供水量看做河道外经济用水，地表水资源总量即天然径流量，则天然径流量与经济用水之差就是当年的河道生态环境用水。,3.2水资源

15、可利用量,（1）水资源可利用总量 Q总=Q地表+Q地下-Q重 （2）地表水资源可利用量 对于大江大河及其支流，采用倒扣计算法 W地表水可利用=W地表水资源-W河道内生态环境需水量-W洪水弃水 （3）滦河流域地表水资源可利用量计算实例、 滦河多年平均降水量556mm,多年平均年径流量42.1062亿m，现状地表水供水量19.3亿m。,（3）滦河流域地表水资源可利用量计算实例 1.河道生态环境需水量 多年平均年径流量百分数法 以多年平均年径流量的百分数作为滦河最小生态环境需水量。滦河控制站滦河县站1956-2000年系列天然年径流的多年平均值为42.1062亿m，多年平均河流最小生态需水量可取年径

16、流量的10%与15%，分别为4.21亿m和6.32亿m。,3.2水资源可利用量,（3）滦河流域地表水资源可利用量计算实例 最小月径流系列法 在滦县站1956-2000 滦县站1956-2000年天然月经流系列中，挑选每年最小的月经流量，组成45年最小月经流量系列，对此系列进行统计分析，取其P=90%保证率的特征值，作为年河道最小生态环境需水量的月平均值，计算多年平均河道最小生态环境的年需水量。 根据滦县最小月径流系列分析，滦县P=90%保证率情况下的月经流量是0.366亿立方米，据此计算多年平均河道最小生态环境的年需水量为4.40亿m-按照12个月计算。,3.2水资源可利用量,（3）滦河流域地表水资源可利用量计算实例 近十年月经流量法 以1956-2000年天然月经流系列，进行统计分析，选择最小月径流量，作为年河道最小生态环境需水量的月平均值，计算多年平均河道最小生态的年需水量。 滦县站1956-2000年天然月经流系列中，最小月径流量出现在1997年5月，为0.3583亿m，据此计算多年平均