第五章 水資源利用及保護(hù)-水資源供需平衡分析

第五章水資源供需平衡分析內(nèi)容提要需水量1水資源可利用量2區(qū)域水量平衡3本章教學(xué)目標(biāo)的基本要求：理解需水量和水資源可利用量的計(jì)算，理解區(qū)域水量平衡分析，掌握取水工程。本章教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)是水資源量平衡和取水工程。§3.1需水量一、基本概念需水量可分為河道內(nèi)用水和河道外用水兩大類。河道內(nèi)用水包括水力發(fā)電、航運(yùn)、放牧、沖淤、環(huán)境、旅游等。河道內(nèi)用水一般并不耗水，但要求有一定的流量、水量和水位，其需水量應(yīng)按一水多用原則進(jìn)行組合計(jì)算。河道外用水：包括城市用水和農(nóng)業(yè)用水。城市用水又分工業(yè)用水、生活用水和環(huán)境用水。生活需水量是指為滿足居民高質(zhì)量生活所需要的用水量。生活需水量分為城市生活需水量和農(nóng)村生活需水量。工業(yè)需水量是指在一定的工業(yè)生產(chǎn)水平下，尉氏縣一定的工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品量所需用的用水量?！?.1需水量一、基本概念

農(nóng)業(yè)需水量是指在一定的灌溉技術(shù)條件下，供給農(nóng)業(yè)灌溉、保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量所需要的用水量，主要取決于農(nóng)作物品種、耕作、灌溉方法。

生態(tài)環(huán)境需水量是指為達(dá)到某種生態(tài)水平，并維持這種生態(tài)系用平衡所需要的用水量。生態(tài)環(huán)境需水量由生態(tài)需水量和環(huán)境需水量?jī)刹糠纸M成?！?.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額用水定額是用水核酸單元規(guī)定或核定的使用新鮮水的水量限額，即單位時(shí)間內(nèi)，單位產(chǎn)品、單位面積或人均生活所需要的用水量，用水定額一般可分為生活用水定額、工業(yè)用水定額和農(nóng)業(yè)用水定額三部分。用水定額隨著社會(huì)、科技進(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地域、城市規(guī)模、工業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源重復(fù)利用率、供水條件、水價(jià)、生活水平、給排水及衛(wèi)生設(shè)施條件、生活方式等都是影響用水定額的主要因素。經(jīng)濟(jì)發(fā)展而變化，§3.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額§3.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額§3.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額①城市生活用水定額1）居民生活用水定額2）人均綜合用水定額人均綜合用水指標(biāo)是指將城市用水總量折算到城市人口特定指標(biāo)上所反映的用水量水平。綜合生活用水為城市居民日常生活用水和公共建筑用水之和，不包括澆灑道路、綠地、市政用水和管網(wǎng)漏失水量?！?.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額①城市生活用水定額1）居民生活用水定額2）人均綜合用水定額生活用水生活用水：在城市中扣除工業(yè)用水(包括生產(chǎn)區(qū)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，環(huán)境、景觀與娛樂(lè)用水，供熱用水及消防用水。在地域間我國(guó)的人均日生活用水量差異較大。最高：我國(guó)南方海南三亞，人均日生活用水量高達(dá)522L/(人?d)，最低：我國(guó)北方的內(nèi)蒙額爾古納，人均日生活用水量?jī)H為20.55L/(人?d)，兩者相差達(dá)25倍之多?！?.1需水量根據(jù)1993年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市生活用水約占總用水量的9.2%。城市用水要求供水的保證率不低于95%。城市用水量一般可根據(jù)實(shí)際調(diào)查求得，其大小與城市有關(guān)城市生活用水量的預(yù)測(cè)常用人均生活用水定額法推算，其計(jì)算公式為：式中：Q生活——生活用水需求量，m3/a；

q——人均生活用水定額，L/(人?d)；

m——預(yù)測(cè)期用水人口數(shù)，人?！?.1需水量§3.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額②工業(yè)取水定額1）火力發(fā)電廠取水定額2）鋼鐵聯(lián)合企業(yè)用水定額3）石油煉制廠取水定額4）棉印染產(chǎn)品取水定額5）造紙產(chǎn)品取水定額6）啤酒制造取水定額工業(yè)用水工業(yè)用水的計(jì)算工業(yè)用水一般指工礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，用于制造、加工、冷卻、空調(diào)、凈化、和洗滌等方面的用水，是城市用水的一個(gè)重要的組成部分。根據(jù)1993年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)工業(yè)用水量占總用水量的17.4%?！?.1需水量由于工業(yè)部門內(nèi)不同的行業(yè)的用水量相差很大，所以工業(yè)用水要按行業(yè)劃分，利用水平衡法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算：式中：Qt——總用水量，在設(shè)備和工藝流程不變時(shí)，為一定值，m3/a；

QC——耗水量，工礦企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中消耗掉的水量，包括蒸發(fā)、滲漏等損失水量，以及產(chǎn)品帶走的水量，m3/a；

QD——排水量，經(jīng)過(guò)工礦企業(yè)使用后，向外排放的水，多指未重復(fù)利用的廢污水量，m3/a；

QR——重復(fù)用水量，生產(chǎn)過(guò)程中二次以上的用水，包括循環(huán)用水量和二次以上的用水量，m3/a?！?.1需水量耗水量和排水量必須加以補(bǔ)充，二者之和稱為補(bǔ)充水量，又稱為取用水量，以Qw。故總用水量Qt又可表示為補(bǔ)充水量和重復(fù)用水量之和：工業(yè)用水水平一般以單位產(chǎn)量或產(chǎn)值所需的補(bǔ)充水量和重復(fù)利用率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量，重復(fù)利用率R以重復(fù)利用水量QR，占總用水量Qt的百分?jǐn)?shù)表示：

工業(yè)用水重復(fù)利用率及越高，表示工業(yè)用水的有效利用程度越高?！?.1需水量工業(yè)用水的預(yù)測(cè)

趨勢(shì)法用歷年工業(yè)用水量增長(zhǎng)率來(lái)推算未來(lái)工業(yè)用水量，按下式進(jìn)行計(jì)算：式中：Si——某一年所預(yù)測(cè)的工業(yè)需水量，m3；

S0——起始年的工業(yè)用水量，m3；

d——工業(yè)用水量年平均增長(zhǎng)率，%；

n——從起始年份到預(yù)測(cè)年份所間隔的時(shí)間，a。§3.1需水量§3.1需水量二、需水量計(jì)算與預(yù)測(cè)（1）用水定額③農(nóng)業(yè)用水定額農(nóng)業(yè)用水定額主要包括農(nóng)業(yè)灌溉用水定額和畜禽養(yǎng)殖業(yè)用水定額。農(nóng)業(yè)灌溉用水定額指某一種作物在單位面積上的各次灌水定額總和，即在播種前以及全生育期內(nèi)單位面積上的總灌水量。其中灌水時(shí)間和灌水次數(shù)根據(jù)作物的需水要求和土壤水分狀況來(lái)確定，已達(dá)到適時(shí)適量灌溉。農(nóng)業(yè)用水

農(nóng)村用水：包括農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的用水，農(nóng)村居民的生活用水、農(nóng)村工業(yè)、企業(yè)用水等。農(nóng)業(yè)用水是我國(guó)主要的用水大戶，而農(nóng)業(yè)灌溉用水又是農(nóng)業(yè)用水的主體，其包括種植業(yè)灌溉用水、林業(yè)和牧業(yè)灌溉用水，是通過(guò)水利工程設(shè)施輸送到農(nóng)田、林地和牧場(chǎng)以滿足作物需水的水量。與城市工業(yè)和生活用水相比，具有面廣量大、一次性消耗的特點(diǎn)，而且受氣候的影響較大，同時(shí)也受作物的組成和生長(zhǎng)期的影響?！?.1需水量農(nóng)業(yè)灌溉用水量的計(jì)算和預(yù)測(cè)對(duì)一個(gè)地區(qū)而言，為進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉用水量的計(jì)算和預(yù)測(cè)，首先需要弄清以下幾個(gè)概念：A.作物需水量：作物在全生育期或某一時(shí)段內(nèi)正常生長(zhǎng)所需的水量，它包括消耗于作物蒸騰量和株間蒸發(fā)量（合稱為騰發(fā)量）。農(nóng)作物需水量可以通過(guò)田間實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，它是決定灌溉用水量、灌溉引水量的重要的參數(shù)，也是進(jìn)行地區(qū)水資源平衡分析計(jì)算的重要的依據(jù)。B.灌溉制度：是指作物播種前及全生育期內(nèi)的進(jìn)行適時(shí)適量灌水的一種制度，它包括灌水定額、灌水時(shí)間、灌水次數(shù)和灌溉定額?！?.1需水量灌水定額為一次灌水在單位面積上的灌水量（m3/畝），灌溉定額則是全生育期內(nèi)多次灌水定額之和。C.灌溉用水量：是指灌溉面積上需要提供給作物的水量，其大小及其在年內(nèi)的變化情況，與各種作物的灌溉制度、灌溉面積以及渠系水利用系數(shù)等因素有關(guān)。一種作物一次田間灌水量（稱凈灌溉用水量）M凈可用下式求得：式中：m——作物某次灌水的灌水定額，m3/畝；

ω——該作物的灌溉面積，畝?！?.1需水量D.毛灌溉水量灌溉水要經(jīng)過(guò)各級(jí)渠道輸送到田間，由于在渠道輸水過(guò)程中的各種損失（滲漏、蒸發(fā)等），因此引水量（亦可稱作毛灌溉水量）必然大于田間的凈灌溉水量。式中：M凈——凈灌水量，m3；

η——灌溉水利用系數(shù)，它的大小與各級(jí)渠道的長(zhǎng)度、沿線的土質(zhì)和水文地質(zhì)條件，渠道工程狀況（配套、襯砌等）以及灌溉管理的水平等有關(guān)?！?.1需水量農(nóng)業(yè)的其他用水除了農(nóng)業(yè)灌溉用水外，還包括農(nóng)村居民生活用水、牲畜用水、漁業(yè)用水以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水。這些用水雖然在整個(gè)農(nóng)業(yè)用水中所占的比例不大，但一般都要求保證供水。A.農(nóng)村居民生活用水可通過(guò)典型調(diào)查人均生活用水標(biāo)準(zhǔn)，按下式進(jìn)行估算：式中：W居——農(nóng)村居民生活用水量，m3/a；

mi——人均生活用水標(biāo)準(zhǔn)，L/(人?d)；

ni——農(nóng)村居民用水人數(shù)?！?.1需水量B.牲畜用水同理，可通過(guò)調(diào)查到或?qū)崪y(cè)到的牲畜用水定額，按下式進(jìn)行估算：C.漁業(yè)用水漁業(yè)用水指養(yǎng)殖水面蒸發(fā)和滲漏所消耗水的補(bǔ)充量，按下式估算：式中：ω——養(yǎng)殖水面積，m2或km2；

E—水面蒸發(fā)量；

α——蒸發(fā)器折算系數(shù)；

P——年降雨量；

S——年滲漏量；

β——單位換算系數(shù)，視具體情況而定?！?.1需水量D.村辦企業(yè)用水村辦企業(yè)包括小型工廠、小加工作坊等，其用水量的估算與工業(yè)用水的估算方法相類似，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，分行業(yè)進(jìn)行估算?！?.1需水量（5）生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算以河道為例①河道生態(tài)環(huán)境需水量河道生態(tài)需水量是維持水生生物正常生長(zhǎng)及保護(hù)特殊生物和珍稀物種，生存所需要的水量。河道最小生態(tài)需水量是為維系和保護(hù)河流的最基本生態(tài)功能不受破壞而必須在河道內(nèi)保留的最小水量，理論上由河流的基流量組成?！?.2水資源可利用量1）河道生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算根據(jù)水量平衡原理，如果河段河道一定，并按照年平均狀況計(jì)算，則任一河段i的河道水量平衡方程為可以看出，要保證河道基本功能不受破壞，必須同時(shí)滿足：Qti>0,使河流不至于斷流；Q(gt)i大于某一給定值，是河道中具有足夠流動(dòng)的水；河道中常見(jiàn)流動(dòng)的總水量必須滿足該河段的基本環(huán)境功能。河道集流基本滿足設(shè)定的環(huán)境功能要求時(shí)，Qmi=0，表示環(huán)境需水量等于河道基流量;河道集流不能滿足設(shè)定的環(huán)境功能要求時(shí)，Qmi≥0表示環(huán)境需水量大于河道基流量;；河道集流不但滿足設(shè)定的環(huán)境功能要求，而且有盈余時(shí)，Qmi≥0表示環(huán)境需水量小于河道基流量，有一部分基流量可以作為經(jīng)濟(jì)用水

；2）河道基流量設(shè)定方法我國(guó)一般河流采用近十年最枯月平均流量或90%保證率（就是去掉10%最小流量）最枯月平均流量。也可采用Tennant法，即以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)。3）河道基本環(huán)境需水量計(jì)算根據(jù)系列水文統(tǒng)計(jì)資料，在不同的月（年）保證率前提下，以不同的天然徑流量百分比作為河道環(huán)境需水量的等級(jí)，分別計(jì)算不同保證率、不同等級(jí)下的月（年）河道基本環(huán)境需水量，并以計(jì)算出的河道基本環(huán)境需水量作為約束條件，計(jì)算相應(yīng)于不同水質(zhì)目標(biāo)的污染物排放量及廢水排放量，以滿足河流的納污能力。按照上述原則，即可對(duì)河道生態(tài)環(huán)境用水進(jìn)行評(píng)價(jià)。以地表水供水量與地表水資源量為指標(biāo)，將地表水供水量看做河道外經(jīng)濟(jì)用水，地表水資源總量即天然徑流量，則天然徑流量與經(jīng)濟(jì)用水之差就是當(dāng)年的河道生態(tài)環(huán)境用水。3.2水資源可利用量（1）水資源可利用總量Q總=Q地表+Q地下-Q重（2）地表水資源可利用量對(duì)于大江大河及其支流，采用倒扣計(jì)算法W地表水可利用=W地表水資源-W河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量-W洪水棄水（3）灤河流域地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)例、灤河多年平均降水量556mm,多年平均年徑流量42.1062億m3，現(xiàn)狀地表水供水量19.3億m3。（3）灤河流域地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)例1.河道生態(tài)環(huán)境需水量①多年平均年徑流量百分?jǐn)?shù)法以多年平均年徑流量的百分?jǐn)?shù)作為灤河最小生態(tài)環(huán)境需水量。灤河控制站灤河縣站1956-2000年系列天然年徑流的多年平均值為42.1062億m3，多年平均河流最小生態(tài)需水量可取年徑流量的10%與15%，分別為4.21億m3和6.32億m3。3.2水資源可利用量（3）灤河流域地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)例②最小月徑流系列法在灤縣站1956-2000灤縣站1956-2000年天然月經(jīng)流系列中，挑選每年最小的月經(jīng)流量，組成45年最小月經(jīng)流量系列，對(duì)此系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取其P=90%保證率的特征值，作為年河道最小生態(tài)環(huán)境需水量的月平均值，計(jì)算多年平均河道最小生態(tài)環(huán)境的年需水量。根據(jù)灤縣最小月徑流系列分析，灤縣P=90%保證率情況下的月經(jīng)流量是0.366億立方米，據(jù)此計(jì)算多年平均河道最小生態(tài)環(huán)境的年需水量為4.40億m3---按照12個(gè)月計(jì)算。3.2水資源可利用量（3）灤河流域地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)例③近十年月經(jīng)流量法以1956-2000年天然月經(jīng)流系列，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇最小月徑流量，作為年河道最小生態(tài)環(huán)境需水量的月平均值，計(jì)算多年平均河道最小生態(tài)的年需水量。灤縣站1956-2000年天然月經(jīng)流系列中，最小月徑流量出現(xiàn)在1997年5月，為0.3583億m3，據(jù)此計(jì)算多年平均河道最小生態(tài)的年需水量為4.230億m3---按照12個(gè)月計(jì)算。3.2水資源可利用量（3）灤河流域地表水資源可利用量計(jì)算實(shí)例④典型年最小月徑流量法在灤縣站1956-2000年天然月徑流系列中，選擇能滿足河道基本功能、未斷流，又未出現(xiàn)較大生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的最枯月平均流量，作為年河道最小生態(tài)環(huán)境需水量的月平均值。選擇的典型年徑流量最好與多年平均年徑流量比較接近，以典型年中最小