第三节 可供水量预测
随着国民经济的持续稳定发展,工农业各部门用水量的不断增加,有些地区由于水资源的不足而制约了工农业的进一步发展。为了利于工农业生产的规划与发展,对区域水资源进行评价与管理就显得尤为重要,而可供水量计算是水资源供需分析的重要环节。
一、可供水量的概念与影响因素
水资源供需分析,应着重分析清楚在各种保证率情况下的水资源供需现状,同时也要分析近期和远景水平年在各种保证率情况下的水资源供需情况。从供水的角度讲,不仅要摸清现状水利工程系统实际的供水量,而且要分析清楚现状、近期、远景不同水平年在各种保证率情况下的可能供水量。经过多年的实践摸索,这种现状和不同水平年在各种保证率情况下,供水系统可能提供的水量,常以“可供水量”命名。
1.可供水量的定义
1982~1986年“全国水资源合理利用与供需平衡分析”开展以来,在全国趋近统一的理解是:可供水量是指在不同水平年、不同保证率情况下,考虑需水要求,供水工程设施可能提供的水量。
为何这样定义可供水量呢?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。
(1)能在区域水资源供需分析计算中,反映出水资源的余缺程度。
(2)有别于工程的实际供水量和工程的最大供水能力。
(3)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。
(4)能适应现状、近期和远景各种不同水平年的供需分析。
(5)能适应于全国范围(南方和北方)以及不同的计算方法。
上述可供水量的定义,可以满足此五条要求。下面对“可供水量”定义进行如下详细的解释。
(1)可供水量加上“可”字,意味着所算出的供水量是某种计算条件下的供水工程设施所“可能”或“可以”提供的水量。供水工程设施的可供水量有别于工程的实际供水量,也有别于工程的最大供水能力。工程实际供水量是指工程没有考虑需水要求而实际提供的水量,其中未必全部被用水部门利用。而最大供水能力是指工程充分发挥作用时可提供的水量,同样没有考虑需水要求,其可供水量只是最大供水能力中为用户利用了的那部分供水量。
例,某一引水枢纽,在逐日来水过程线给定时,考虑河道下泄流量的要求,当河道日平均可引流量小于和等于引水渠道的最大过水能力时,全引;当河道日平均可引流量大于引水渠道的最大过水能力时,只引渠道的最大过水流量。将渠道逐日引用的水量相加,即为渠道全年最大可引水水量,也即引水工程的供水能力。显然,工程的供水能力指的是工程措施充分发挥作用时可提供的水量。
但这样算得的渠道最大可引水量,并不是许可供给的水量,因为年最大可引水量可能有一部分是没有用的,例如农业灌溉,在非灌溉期的那部分引水量是毫无用处的。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的水量,剩余部分才是引水工程可以供给的水量,简称可供水量。可供水量与工程的供水能力是不同的,供水能力未考虑需水限制。可供水量大小取决于来水过程、下游河道流量要求、渠道过水能力以及用户的需水要求等。
(2)“不同水平年”的水平年,是指水资源开发利用的程度,表现在各类供水工程设施的多少、工程状况和管理水平等方面。在计算可供水量时,要考虑分析现状、近期、远景几种发展水平的情况。
(3)“不同保证率”即表示在计算可供水量时要考虑丰、平、枯几种不同来水情况,又表示供水工程设施对用户供水保证程度的一种概念。同一供水工程设施在不同的丰、平、枯水年可能提供的水量是不同的。
(4)“考虑需水要求”是指计算可供水量时,需要把供水和需水(用水)结合起来考虑,弃水和不能为用户利用的水量(用户不需要的水)不能算作可供水量。
(5)“供水工程设施提供的”是指计算的可供水量一定是供水工程设施为用户提供的。供水工程设施包括正常的蓄、引、提、调水工程,也包括临时工程设施;既包括地表地下水供水工程,也包括再生水利用工程。没有通过供水工程设施直接为用户利用的水量,如农作物利用的天然降水量、农作物根系吸收的包气带土壤水分和地下水,都不能算作可供水量。这部分水量已经通过农作物在供水和用水之间达到了自身平衡,再参加供需分析已失去意义,而且也无法计算这部分用水究竟有多大。所以,供水工程设施未控制的集水面积上的水资源量不能成为可供水量。
2.可供水量的影响因素
从可供水量的定义出发,影响可供水量的因素主要有以下几个方面。
(1)供水工程条件。
由于天然水资源年际、年内变化大,且与用水需求的变化不一致,水土资源的配置不相适应,天然水资源很难直接满足各类用户的需要。因此,要修建各类供水工程设施,调节水资源的时空分布,或远处引水,或蓄丰补枯,或提高水位,以满足用户需求。供水量(利用的水资源量)总是与供水工程设施相联系的。一般说来,供水工程设施有:蓄水工程(水库、塘坝)、引水工程(有坝引水、无坝引水)、提水工程(抽水站)和再生水工程等。
供水工程设施的改变,如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,都会使得算出的可供水量有所不同。
(2)来水条件。
我国大部分地区受季风影响,水资源的年际、年内变化大。我国南方地区最大年径流量与最小年径流量的比值为2~4倍,北方可达3~8倍。南方汛期水量可占年水量的60%~70%,北方汛期水量可占年水量的80%以上。而可供水量的计算与年来水量及年内变化有着非常密切关系。不同年的来水变化,以及年内的时间和空间变化,都会使可供水量的计算结果不一致。
(3)用水条件。
因为不同年的用水特性(包括用水结构、分布、性质、要求、规模等)和合理用水节约用水情况是不相同的,所以不同年计算出的可供水量也是不相同的。另外,用水条件也往往相互影响,如河道的冲淤、河口生态用水要求,可能直接影响河道外直接供水的可供水量;河道上游的用水要求可能影响到下游的可供水量等。
除了上述三个影响可供水量的主要因素外,水质条件对可供水量也有一定影响。不同年的水源泥沙和污染程度等情况直接影响所提供可供水量的大小。如高矿化度地下水,未经改良和处理是不能供工农业使用,更不能供城乡人畜饮用。
二、水利工程可供水量计算
可供水量包括地表水可供水量、浅层地下水可供水量、其他水源可供水量。其中地表水可供水量中包含蓄水工程供水量、引水工程供水量、提水工程供水量以及外流域调入的水量。在向外流域调出水量的地区(跨流域调水的供水区)不统计调出的水量,相应其地表水可供水量中不包括这部分调出的水量。其他水源可供水量包括深层承压水可供水量、微咸水可供水量、雨水集蓄工程可供水量、污水处理再利用量、海水利用量(包括折算成淡水的海水直接利用量和海水淡化量)。地表水可供水量除按供需分析的要求提出长系列的供水量外,还需提出不同水平年P=50%、P=75%、P=95%三种保证率的可供水量;浅层地下水资源可供水量一般只需多年平均值。
可供水量的计算时段应取得比较适中,不能过大,也不能过小。划得过大,往往会掩盖供需之间的矛盾,因为一个地区的缺水,往往只是几个关键时期,甚至是很短的一段时间,所以只有把计算时段划小,才能把供需之间的矛盾暴露出来。但划得太小,则分析计算工作量大,有时还受资料的限制。所以,计算时段的划分应以能客观反映供需矛盾为准则。一般来说,北方供需矛盾突出的地区按月进行分析可能满足要求,南方供需矛盾突出的地区在作物灌溉期甚至要按旬或按周进行分析才可能满足要求;对一些供需矛盾不突出地区,则可能按主要作物灌溉期和非灌溉期进行分析,甚至可能按年进行分析等。
(一)地表水可供水量计算
1.蓄水工程
蓄水工程能在时间上对水资源重新分配,在来水多时把水蓄起来,在来水少时根据用水要求适时适量地供水。这种把来水按用水需求在时间上和数量上重新分配的过程,称为水库调节。
(1)大、中型水库。
一般而言,年调节水库为一年一次调蓄过程。为简单起见,设年初、年末库容均为水库的死库容。Yt表示t时段来水流量,Dt表示t时段需水量,Qt表示t时段可供水量,单位均为m3/s。Vt表示t时段初水库蓄水量,单位为m3/s·Δt。时段长Δt=90天,一年划分为4个时段。有关计算情况见表2-11,不同计算模式如图2-4所示。
表2-11 水库调节计算表
1)“有水就用模式”。如果有水,只要需要就给予供给。
按如下水量平衡方程计算:
Q1=200m3/s,Q2=200m3/s,Q3=0,Q4=0。这种结果显然是不合理的,缺水集中在后两个计算时段,不便于生活与生产的安排。
2)“过程相似”模式。供水总量虽不能满足需水总量要求,但其过程应尽可能与需水一致,这样便于生活与生产的安排。
如果水库期初、末不蓄不放水,维持库容不变,总来水恰好用完。总来水为400m3/s·Δt,总需水为800m3/s·Δt,来水总量为需水总量的1/2。按过程相似,每时段应供水流量100m3/s。水库蓄水变化过程,如图2-4所示。
图2-4 不同计算模式示意图
Q1=Q2=Q3=Q4=100m3/s
V0=0,V1=200,V2=200,V3=100,V4=0
3)如水库库容有限,V有效=100m3/s·Δt。
第一时段末,水库最多能蓄100m3/s·Δt水量。这时Q1=100m3/s·Δt,就要弃水100m3/s·Δt。这显然是不合适的,实际上Q1=200m3/s·Δt,它也能蓄至库满。
第二时段,后三个时段需水600m3/s·Δt,现有水量200m3/s·Δt,一是来水100m3/s·Δt;二是水库蓄水100m3/s·Δt。按过程相似,每时段应供流量200/3m3/s·Δt,但这样做第二时段末要蓄水200~200/3m3/s,超过水库有效库容又要弃水,显然也是不合适的。水库最多能蓄100m3/s·Δt,从而Q2=100m3/s·Δt。
图2-5 库容有限时的供水过程示意图
第三、四时段,共有水100m3/s·Δt,从而两时段各供水50m3/s。Q3=Q4=50m3/s。水库供水过程如图2-5所示。
(2)小型蓄水工程。
小型蓄水工程的特点是数量多而且缺乏实测资料,所以往往采用“复蓄系数”法来估算可供水量。
所谓的“复蓄系数”,就是水库、塘坝年可供水量与有效库容之比值。复蓄系数与水库的集雨面积、来水多少、有效库容大小、担负的灌溉面积等多种因素有关,一般通过典型工程分类实地调查分析来确定。由于小型水库、塘坝库容较小,从而来水可使有效库容多次充蓄,复蓄系数可大于1.0。
按小型蓄水工程的不同类别,把实际调查到的复蓄系数和相应年份的来水频率绘在几率格纸上,通过适线法求得复蓄系数和来水频率之间的相关线。在应用时,可根据来水的频率查出相应的复蓄系数。
当小型水库、塘坝的复蓄系数确定以后,利用下面公式可算出可供水量。
式中:W供为小型水库、塘坝的可供水量;n为复蓄系数;V为水库塘坝的有效库容。
2.引水工程
引水工程是指从河道或其他地表水体能够自流取水的水利工程。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。
式中:W引为引水工程可供水量;D为用户需水量;Qmax为引水工程供水能力;Yup为河道来水量;Ydown为河道下游要求下泄水量。
(1)一用户情形。
有一河流引水工程向某地区供水,引水渠道过水能力为Qmax=70m3/s,取水口流量过程与需水量过程见表2-12,设下泄流量要求不低于60m3/s。试计算该工程的年可供水量。
表2-12 取水口径流量过程与需水量过程 单位:m3/s
可供水量受到过水能力、需求和可引水量的制约,即:
据此可计算可供水量为1.7×109m3。
图2-6 两用户情形(单位:m3/s)
(2)两用户情形。
有一河流向两个用户供水,设引水渠道的过水能力和取水口下泄流量不受限制,河流来水与用户需水情况如图2-6所示,试计算可供水量。
按照不同的计算原则,有不同的计算方法。
第一种方法,自上而下计算,按“属地优先权”原则,先尽量满足第1用户要求,然后再进行第2用户的分析计算。
第二种方法,按两用户“均衡受益”原则进行分析计算。“均衡受益”是指,如果在资源紧缺的条件下,两用户供水量与需水量之比应相等。因无调节能力,以一个时段为例说明,其他时段类似计算。
设Q1代表向用户1供水量,Q2代表向用户2供水量,则有方程式:
联立求解得:,)。
(3)考虑用户重要性不同。
为方便计,在两用户情形,如图2-6所示,可建立优化模型:
求最优解,得到:
如果用户2较用户1重要,这样供水就是不合理的,因为它使两用户的缺水率相等,未能考虑用户重要性的不同。设ΔQ1=D1-Q1,ΔQ2=D2-Q2,下面用权重来考虑用户的重要性。设用户1权重为α1,用户2权重为α2,把目标函数修改为:
通过求解,可得到:
如果选用户1为参考用户,用户2作为比较用户,假定用户2的重要性是用户1的2倍,即α1=1,α2=2,则:
两用户用水情况下可供水量计算方程式变为:
求解得:Q1=80/1.8=44.44(m3/s),Q2=260/1.8=144.44(m3/s)。
这是理论上分析结果,实际问题中,由于受到约束条件制约,不可能完全达到理论解,但结果将是靠近理论解的情形。一般地,以农业部门用户为参考,对其他部门进行加权,形成相对重要性权重系数,如生活∶工业∶农业=4∶2∶1等。
3.提水工程
地表提水工程可供水量是指通过动力机械设备从江河、湖泊中提取的水量。
从河道提水,其最大可提水量取决于河道来水情况、下游河道的水流要求以及提水设备能力,如图2-7所示。
图2-7 河道最大可提水量示意图
图2-7中,Qt为某取水点的年逐日流量过程线;Q设为提水设备能力;Q下为下游河道的水流要求。
那么,全年最大可提水量可用下式计算:
这样算出的可能最大提水量,并不是提水工程可供水量,因为不是全年任一时刻都需要提如此计算的水量,要根据水情况进行提水;另外提水设备不可能全年开机,它需要维护、检修。因此,提水工程的可供水量必定小于可能最大提水量。
(二)地下水可供水量的计算
地下水可供水量是指通过提水设备从地下提取为用户所用的水量。不同年降雨情况各异,地下水补给状况也是不同的,因而地下水年提取水量是不同的,丰水年补给条件好,可以多提取,枯水年补给条件差,提取量要少。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。地下水可供水量计算,一般应以不致造成不良后果为前提,具体计算方法有水均衡法,原理与地表水库的相同,或利用地下水动力模型进行调节计算。在计算时,要受到地下水开采井的设备能力限制。
地下水可供水量与当地地下水资源可开采量、机井提水能力、开采范围和用户的需水量等有关。地下水可供水量计算公式为:
式中:Hi、Wi、Xi分别为i时段机井提水能力、地下水资源可开采量及用户的需水量;t为计算时段数。
(三)其他水源开发利用
其他水源开发利用主要指参与水资源供需分析的雨水集蓄利用、微咸水利用、污水处理再利用、海水利用和深层承压水利用等。
1.雨水集蓄利用
雨水集蓄利用主要指收集储存屋顶、场院、道路等场所的降雨或径流的微型蓄水工程,包括水窖、水池、水柜、水塘等。通过调查、分析现有集雨工程的供水量以及对当地河川径流的影响,提出各地区不同水平年集雨工程的可供水量。
2.微咸水利用
(1)微咸水(矿化度2~3g/L)一般可补充农业灌溉用水,某些地区矿化度超过3 g/L的咸水也可与淡水混合利用。在北方一些平原地区,微咸水的分布较广,可利用的数量也较大,微咸水的合理开发利用对缓解某些地区水资源紧缺状况有一定的作用。
(2)通过对微咸水的分布及其可利用地域范围和需求的调查分析,综合评价微咸水的开发利用潜力,提出各地区不同水平年微咸水的可利用量。
3.污水处理再利用
(1)城市污水经集中处理后,在满足一定水质要求的情况下,可用于农田灌溉及生态环境。对缺水较严重城市,污水处理再利用对象可扩及水质要求不高的工业冷却用水,以及改善生态环境和市政用水,如城市绿化、冲洗马路、河湖补水等。
(2)污水处理再利用于农田灌溉,要通过调查,分析再利用水量的需求、时间要求和使用范围,落实再利用水的数量和用途。现状部分地区存在直接引用污水灌溉的现象,在供水预测中,不能将未经处理、未达到水质要求的污水量计入可供水量中。
(3)对污水处理再利用需要新建的供水管路和管网设施实行分质供水的,或者需要建设深度处理或特殊污水处理厂的,以满足特殊用户对水质的目标要求,要计算再利用供水管路、厂房及有关配套设施的投资,单列统计并附说明。
(4)估算污水处理后的入河排污水量,分析对改善河道水质的作用。
(5)调查分析污水处理再利用现状及存在的问题,落实用户对再利用的需求,制定各规划水平年再利用方案。要求不同水平年各提出两种方案:一为正常发展情景下的再利用方案,简称“基本再利用方案”;二为根据需要和可能,加大再利用力度的方案,简称“加大再利用方案”。污水处理再利用要分析再利用对象,并进行经济技术比较(主要对再利用配水管道工程的投资进行分析),提出实施方案所需要满足的条件和相应的保障措施与机制。
4.海水利用
海水利用包括海水淡化和海水直接利用两种方式。
(1)对沿海城市海水利用现状情况进行调查。海水淡化和海水直接利用要分别统计,其中海水直接利用量要求折算成淡水替代量。
(2)分析海水利用的潜力,除要摸清海水利用的现状、具备的条件和各种技术经济指标外,还要了解国内外海水利用的进展和动态,并估计未来科技进步的作用和影响,根据需求和具备的条件分析不同地区、不同时期海水利用的前景。各地可根据需要和可能,提出规划水平年两套海水利用的方案:一为按正常发展情景下的海水利用量,简称“基本利用方案”;二为考虑科技进步和增加投资力度加大海水利用力度的情景下的利用量,简称“加大海水利用方案”。海水利用以有条件的城市为单位分析计算,按计算分区进行汇总。
5.深层承压水利用
深层承压水利用应详细分析其分布、补给和循环规律,做出深层承压水的可开发利用潜力的综合评价。在严格控制不超过其可开采数量和范围的基础上,提出各规划水平年深层承压水的可供水量。
三、区域可供水量的计算
区域可供水量与工程的数量、类型、各水利工程的运行调度、用户需水要求等因素有关,需要对整个区域水利工程系统进行分析,从而确定区域可供水量。计算时,遵循如下原则: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。
(一)系统概化
水资源系统是以水为主体构成的一种特定系统,这个系统是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。从逻辑关系上,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。从水源、调蓄工程系统通过输水系统将水分配到用水系统使用,然后由排水系统排放。其过程可用图2-8描述。
1.用户概化
在一个较大区域,往往包含多种多样的水利工程,包含许多具体的用水户。区域可供水量的计算,就是在各种用水户需水要求下,对区域内部所有水利工程的可供水量进行计算。
一个区域内部,具体用水户的数量是非常大的,为了便于计算,可把地域相近的用水户进行归类合并。即把研究区域进行分区,每一分区作为一个供水对象。分区的大小应根据需要,因地制宜来定,不宜过大,也不宜过小。如果分区过大,把几个流域、水系或供水系统拼在一起进行调算,往往会掩盖地区之间的供需矛盾,造成“缺水”是真,“余水”是假象;如果分区过小,则工作量将成倍增加。如果研究区域很大,可以逐级划区,即把要研究的整个区域划为若干个一级区,每一个一级区又可划为若干二级区,以此类推,最后一级区称为计算单元。分区的主要方法如下。
图2-8 水资源系统组成要素图
(1)按行政区划分区。有利于资料的搜集和统计。
(2)按自然地理单元分区。如按流域、水系结构划分,有利于算清水账。
(3)按社会经济单元划分。如按特定经济圈、开发区等,有利于突出分析的重点。
(4)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。考虑区域不同自然特点和自然分区(流域、水系、水文地质单元等)及行政区划的界限,并尽可能地保持自然分区的完整性,对区域进行水资源分区。分区的要求是:有利于展示区域水资源需求在空间上的分布;有利于资料的收集、整理、统计、分析;有利于计算成果的校核、验证等。
一个分区内部的用水户也有各种类型,其用水性质也不尽相同。根据用水性质的不同,划分成几类,如城市生活、农村生活、工业和建筑业及第三产业、农业、河道外生态环境、河道内生态环境等。
2.水源划分
作为供水来源的区域内的水源,可划分成当地水和外来水。当地水又可分为当地地表水、当地地下水及再生水等。外来水可分为流入本地的河流等客水,以及跨区域调水。当地地表水是指区域内的河流、湖泊等,按照流域水系进行划分。当地地下水是指区域内的地下含水层等,按含水层所属的地质单元划分。再生水等按照不同的收集、处理与供给系统划分。客水是指流入区域内的河流、含水层跨界补给等。调水是指从研究区域外通过工程措施调人本区域的水量,按照不同的调水系统划分。
3.工程安排
由于天然条件下水资源的时空分布不能满足需水要求,从而需要建立水利工程进行水资源在时间和空间上的调配。为此,依据需水情况和自然条件等,需要进行每一个水源的开发利用布局和工程安排。供水工程主要类型有:蓄水工程、引水工程、地表提水工程、地下提水工程、输水工程、水处理工程等。在需水调控方面,相应有节水工程等布局。
4.系统网络图
水源与分区分类型用户之间,通过各种供水工程相联系。按照供水工程、概化用户在流域水系上和自然地理上的拓扑关系,把水源与用户连接起来,形成系统网络图。图2-9为一区域水资源系统的概化网络图的示例。
系统网络图是对真实系统的抽象概化,主要由水资源开发、利用、转化的概化元素构成。概化元素包括计算单元、水利工程、分汇水节点以及各种输水通道等。计算单元是划分的最小一级计算分区,是各类资料收集整理的基本单元,也是水资源利用的主体对象;在网络图上用长方形框表示,属于“面”元素。水利工程是网络图上标明的水库及引提水工程等。分汇水节点包括天然节点和人为设置的节点两类,前者是重要河流的交汇点或分水点,后者主要是对水量水质有特殊要求或希望掌握的控制断面,在网络图上属于“点”元素。输水通道是对不同类别输水途径的概化,包括河流水系、水利工程到计算单元的供水传递关系、计算单元退水的传递关系、水利工程之间或计算单元之间的联系等,在网络图上属于“线”元素。
以概化后的点、线、面元素为基础,构筑天然和人工用水循环系统,动态模拟逐时段多水源向多用户的供水量、耗水量、损失量、排水量及蓄变量过程,实现真实水资源系统的仿真模拟。
(二)基于模拟的可供水量计算
区域中的各项供水工程组成一个体系,共同为用户供水,彼此既相互联系,又相互影响。按概化系统网络图,有串联、并联、混联多种情况,比较复杂。在计算区域总可供水量时,应根据系统具体情况分析,但总的要求是统筹兼顾各分区各种类型的用水需求,合理安排各种水源各类工程的供水策略,以利于系统供需平衡。
基于模拟的可供水量计算方法,是以概化的系统网络图为基础,以事先拟定的各种调配规则为依据,按一定次序,对各水源、各计算单元进行各水利工程调节计算的方法。区域水资源一般性的调配规则主要有以下几方面。
1.计算程序
可供水量计算程序为:自上而下,先支流后干流,逐单元计算。每一单元的计算遵循水量平衡的原则。计算时,可把水源划分为本计算单元内部分配和多个单元间联合分配两种情形。前者包括对当地地表水及地下水等水源的分配,这类水源原则上只对所在计算单元内部各类用户进行供水,不跨单元利用。后者包括大型水库、外流域调水、处理后污水等水源或水量的分配与传递,这类水源可为多个计算单元所使用,其水量的传递和利用关系由系统网络。
图传输线路确定:根据事先制定的调配规则,将水量合理分配到相关单元。如一条河流上有上下两个计算单元,可以应用“分散余缺”方式进行计算等。后者也是系统模拟的重点和难点。
2.供水次序
通常的调节计算原则为: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(包括过境水),后用外流域调水;水质优的水用于生活等用户,其他水用于水质要求较低的农业或部分工业用户。此外,应充分考虑各类水源之间存在的相互影响关系。
图2-9 水资源系统网络图
3.用水次序
在水资源紧缺时,各类用户的用水次序为: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。
在一条河流上的计算单元,对某一计算单元来说,上下单元对这一单元的计算有影响。上一单元的退水:
式中:W退为上单元的退水量;W弃为上单元的弃水量;W回为上单元可供水量回归到本单元的水量。
式中:β为上单元可供水的回归水系数;W可供为供上一单元的可供水量。
生活、工业、农业灌溉等各种类型的供水的回归系数是不一样的,一般通过典型区的具体调查分析确定。
本单元来水:
式中:W来为本单元的整个来水;W上退为上一单元的退水;W区水为本单元的区间来水;W调入为外单元调人本单元的水量。
本单元弃水:
式中:W可供为本单元可供水量;W弃水为本单元的弃水。
区域可供水量除了用模拟的方法进行计算外,还可以通过优化理论来确定。这两种方法计算精度较高,但也存在计算复杂,难度大等缺点。一般情况下,可以通过确定区域内各类水利工程的可供水量,而后累加确定区域可供水量。此方法的优点是简单易于操作,缺点是计算结果精度相对较低。