第五章 水资源供需平衡分析(2)

（2） 同频率法：其一般的步骤是，
①
根据实际情况先把整个区域划分为若干个流域， 每个流域根据各自的雨情、水情情况选择各自的代表年。 然后采用典型年法相同的方法，逐个进行计算单元水供需 分析并将同一流域的计算单元水供需分析成果相加，
②
③
④
最后，再把各流域同频率的计算成果汇总即得到整个区域 的水资源供需分析的成果。

3）从供需分析的深度，可划分为：

一次供需分析：初步地进行供需分析，不一定要进行供需
平衡和提出供需平衡分析的规划方案。

二次供需分析：要求供需平衡分析和提出供需平衡分析的 规划方案。特别是当供需不平衡时，对解决缺水的途径， 要进一步分析论证并作出规划方案。

4）按用水的性质，可划分为：

(1)河道外用水的供需分析； (2)河道内用水的供需分析。
再利用，等等。

因此在这样庞大而又复杂的系统中有许多非线性关系和约束条件
在最优化模型中无法解决，而模拟模型具有很好的仿真性能，这
些问题在模型中就能得到较好地模拟运行。

为了使模拟给出的结果接近最优解，往往在模拟中规划好
运行方案，或整体采用模拟模型，而局部采用优化模型。

也常常采用这种两种方法的结合，如区域水资源供需分析 中的地面水库调度采用最优化模型，使地表水得到充分的 利用，然后对地表水和地下水采用模拟模型联合调度，来 实现水资源的合理利用。
Pi，Ei——分别为第i日的降雨量和作物耗水量，mm。

计算中可对根系层水量规定一个适宜的上下限 Wmax和Wmin，如果Wi+1<Wmin，则表明作物根 系层缺水，应按下式确定灌水量

Ii W max (Wi Pi Ei)
工业用水采用分行业重复利用率及万元产值取水量的计算方 法，并按以下二个公式进行预测推求：
研究区的总面积为1035．6km2，其地貌属某 河流冲积扇的一部分，为地形平坦的平原区， 地下水资源丰富，为研究区主要的用水来源， 研究区水资源系统的构成.


可划分为以下四个部分：
(1)来水系统：主要指当地降水、由境外进入本区的侧向地下
水补给、由外区入境的地表水及废污水等； (2)储水系统：研究区内地下水含水层及境内可拦蓄地表径流 的河道和地面蓄水工程； (3)用水系统：主要包括农业用水、工业用水、生活用水等； (4)排水系统；主要指排泄到境外的地下水渗流和地表径流及 潜水的蒸发损

(1)用于存储和传递各种数据和计算成果的工作模块(亦称数据文件 库)；

(2)进行水资源系统中供需各方供水量和需水量计算的工作模块， (3)用于各子区水资源联合调度计算的工作模块；

(4)输出各种计算成果的工作模块。
5.4.2 主要工作模块的描述

由于该研究区几乎无地表水资源可用，地下水
成为研究区的主要用水水源，因此以各子区的 地下水体作为逐个时段水均衡分析的对象。实 现水资源动态模拟计算的子模块主要有：
的一个面积最小的小区。

2）从可持续发展观点，可划分为


(1)现状的供需分析；
(2)不同发展阶段(不同水平年)的供需分析。
现状的供需分析，是针对当前的情况；而不同发展阶段
的供需分析是对未来情况的，含有展望和预测的性质，但要 做好不同发展阶段(不同水平年)的供需分析，必须以现状的 供需分析的成果为依据。因此，现状的供需分析是不同发展 阶段供需分析的基础。
模型的可行性和正确性。
(1)求参：

一个数学模型通常含有称为参数的数学常数，
如水文和水文地质参数等，其中有的是通过实
测的或试验求得的，有的则是参考外地凭经验
选取的。
（2）检验：

所建的模型是否正确和符合实际，要经过检验。检验 的一般方法是输入与求参不同的另外一套的历史数据， 运行模型并输出结果，看其与系统实际记录是否吻合， 若能吻合或吻合较好，反映检验的结果具有良好的一
第五章 水资源供需平衡分析(2)
5.2.5 供需平衡分析和成果综合

1 供水平衡分析分类
一个区域水资源供需分析的内容是相当丰富 和复杂的，需要从以下的几个方面进行：

1）从分析的范围考虑，可划分为：

(1)计算单元的供需分析； (2)整个区域的供需分析；， (3)河流流域的供需分析。

计算单元: 可视为一小的区域是供需分析的基础，属于区域或流域内

根据河系界线，水文地质和土壤的差异以及行政区界 线等条件将研究区细分为七个子区，并以该七个子区 作为既互相独立又互相联系的基本单元进行水资源的 联合调度和平衡分析。

依照上述水资源系统的构成，建立了研究区水资源动态模拟的数
学模型。该模型结构可视为若干个担负不同工作任务又相互联系 的模块组成，可归纳成如下几种类型：

K (1 ) n
3 地面水地下水联合调度的工作子模块

(1)该方法不是对某一个别的典型年进行分析，而是在较长的时间
系列里对一个地区的水资源供需的动态变化进行逐个时段模拟和预
测，

(2)该方法不仅可以对整个区域的水资源进行动态模拟分析，由于 采用不同子区和不同水源(地表水与地下水、本地水资源和外域水
资源等)之间的联合调度，能考虑它们之间的相互联系和转化。
式中

p——某个时段内的降雨量，mm；由逐日降雨资料统计求出； Ai——第i子区的面积，km3； αi——第i子区的降雨入渗补给系数，降雨入渗补给系数。与降雨量、 土壤质地、地下水埋深等因素有关可依据各子区的土质分布特 β——单位换算系数，是具体情况而定。

2 用水预测计算的子模块

研究区用水可按粮食作物灌溉用水，工业用水、
对现状年的实际供、用水情况和不同频率来
水情况下的供需平衡状况可进行列表分析。
表5-6 、5-7

3 整个区域的水资源供需分析
（1） 典型年法

先根据全区域的雨情和水情情况，选定代表年， 然后根据该代表年的来水情况，自上而下，先支流后干流 逐个计算各个单元的供需情况，

最后将各个单元的供需成果进行汇总，即得整个区域的水 资源供需情况。
Wห้องสมุดไป่ตู้
式中

n1
i 1
供i
W需i W
i 1
n12



W供i——计算单元内的分项供水量，m3／a； n1 ——计算单元内可供水量的分项数； W需i——计算单元内的分项需水量，m3／a； n2 ——计算单元内需水量的分项数； ΔW——余/缺水量，m3／a；

③现状供需状况及分析

水资源系统的模拟与分析，一般需要经过模型建立、调参 与检验、运行方案的设计等几个步骤
1 模型的建立

建立模型是水资源系统模拟的前提。建立模型就是要把实际问题概化 成一个物理模型，要按照一定的规则建立数学方程来描述有关变量间
的定量关系。

这一步骤包括有关变量的选择，以及确定有关变量间的数学关系。模 型只是真实事件的一个近似的表达，并不是完全真实，因此，模型应 尽可能的简单，所选择的变量应最能反映其特征。
1 确定来水量的子模块
对于地下水体而言，研究区水资源系统中主要来水项有当地降雨入渗补给、 外区侧向地下水补给、河道和鱼塘蓄水的入渗及农业灌溉回归等。其中降雨入 渗是主要的来水项，它与降雨系列的选择有极大的关系。

研究区各子区在某个时段内的降雨入渗补给量；按下式进行估算：


I i i p Ai
（1）模型中所采用的水文系列，即可用一次历史系列也可
用历史资料循环系列；
（2）开源工程的不同方案和开发次序。
（3）开源、节流措施的方案规划和数量分析； （4）各部门的用水保证率及其他评价指标等。
5.4 水资源动态模拟的实例分析
以华北地区某县作为研究区为例来简要说明水资 源动态模拟的过程。

5.4.1 研究区水资源动态模拟方法概述
城乡居民用水、蔬菜灌溉用水、经济作物用水、
农村牲畜用水和渔业用水等七个部门分别进行
推求。

对于粮食作物灌溉用水，采用作物生长期根系层水量平衡原理分
别对研究区的小麦、玉米和水稻三种主要作物的灌溉用水进行逐 日推求，其计算公式为：
Wi 1 Wi Pi Ei

式中Wi+1，Wi；——分别为第i+1日末和第i日末根系层的水量，mm；
致性，说明所建模型具有可行性和正确性，模型的运
行结果是可靠的。
（3）修正：

模型与实际吻合好坏的标准，要作具体分析。计算值
和实测值在数量上不需要也不可能要求吻合得十分精
确。

根据情况进行修正或重新建模。
3 模型中运行方案的设计

在模拟分析方法中,决策者希望模拟结果能尽可能接近最 优解,同时,还希望能得到不同方案的有关信息,如高、低指 标方案，不同开源节流方案的计算结果。

例：一个简单的水库的调度，其有关变量包括水库蓄水量，工业用水
量、农业用水量、水库的损失量(蒸发量和水库渗漏量)以及入库水量 等，用水量平衡原理来建立各变量问的数学关系，并按一定的规则来 实现水库的水调度运行，具体的数学方程如下所示：
Wt Wt 1 WQt WI t WAt WEQt

河道外用水为消耗性用水，河道内用水为非消耗 性用水，在分析过程中应分别进行考虑或综合在 一起协调考虑。

2 计算单元的供需分析
计算单元的供需分析应包括上述的几方面的 内容：

①调查统计现阶段年份计算单元内各水源的实际 供水量和各部门的实际用水量。