第八章需水量计算与预测分析
某县需水量预测与分析
《河南水利与南水北调》2023年第12期水文水资源某县需水量预测与分析王秀琴（河南省豫东水利保障中心，河南开封475002）摘要：水资源是中国重要的自然资源和战略性的经济资源，水资源主要包括地表水和地下水,其中降水量是地表水和地下水的主要补给来源，城市用水总量是约束性指标，水资源人口承载力分析的关键在于确定人均需水量。
文章介绍了某县气候降水、地形地貌，根据生活、工业、建筑业、第三产业、农业、生态等方面对水的需求，在此基础上对这些行业及总的需水量进行分析预测和水资源利用的可持续发展。
关键词：水资源；降水；需水量；预测；分析中图分类号：TV213.9文献标识码：B文章编号：1673-8853（2023）12-0029-02Prediction and Analysis of Water Demand in a CountyWANG Xiuqin（Henan Province Yudong Water Resources Guarantee Center,Kaifeng475002,China）Abstract：Water resources are important natural resources and strategic economic resources in China.It mainly includes surface water and groundwater.Precipitation is the main source of supply for surface water and groundwater.The total amount of urban water use is a constraint indicator,and the key to analyze the population carrying capacity of water resources is to determine the per capita water demand.The article introduces the climate and precipitation,terrain and topography.Based on the water demand for living,industry, construction,tertiary industry,agriculture,ecology,and other aspects in a certain county,the total water demand of these industries and the sustainable development of water resource utilization are analyzed and predicted.Key words：water resources;precipitation;water demand;prediction;analysis1气候水文与地形地貌1.1气候水文某县属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，春旱多风，夏热多雨，秋高气爽，冬寒少雪。
作物需水量的计算方法与分析
作物需水量的计算方法与分析作物需水量是指作物在生长季节内所需的水分量，是作物生长发育及丰产的基本要求之一、准确计算作物需水量对于合理设计灌溉系统、使用水资源和提高农业生产具有重要意义。
本文将介绍一些常用的作物需水量计算方法和分析。
一、潜在蒸散量法潜在蒸散量是指在一定环境条件下，没有水分限制情况下，作物蒸散所需要的水分量。
潜在蒸散量法是计算作物需水量常用的方法之一，具体计算公式如下：潜在蒸散量可根据气象数据或设备测得数据计算得出，作物系数是根据作物特性、生长期和土壤属性等因素确定的。
二、重要发育期系数法重要发育期系数法是指根据作物的不同生长阶段和对水分需求的不同特点，将生育期划分为不同的发育期，并给予相应的系数。
具体计算公式如下：该方法相对于潜在蒸散量法更加精细，可以更好地反映不同生长期对水分的需求。
三、土壤水分平衡法土壤水分平衡法是根据土壤水平衡的原理来计算作物需水量，考虑了土壤水分的补充和蒸发散发等因素。
具体计算公式如下：其中，补给量可以通过降雨量和灌溉量来提供；蒸发散发量可以通过气象数据和土壤水分特征来计算；土壤水分储存量是指土壤中有效水分的量。
以上是一些常用的作物需水量计算方法，根据具体情况和数据的可得性，可以选择适合的计算方法。
在实际分析作物需水量时，还需要考虑以下几个因素：1.作物品种：不同作物的生长发育及水分需求有所不同，需要根据作物品种确定适合的作物系数。
2.生长期：不同生长期作物对水分的需求也有区别，特别是在重要发育期需求较大，需注意精确计算和合理供水。
3.气候条件：气候条件对作物需水量有重要影响，较为干燥炎热的气候条件下，作物需水量相对较大。
4.土壤性质：土壤的水分保持能力和渗透性等特性会影响作物需水量的计算结果，对土壤进行适当的水分保持和改良十分重要。
浅谈农村饮水安全工程中需水量预测的计算方法
浅谈农村饮水安全工程中需水量预测的计算方法【摘要】水量预测的核心问题是预测的技术方法，或者说是预测的数学模型。
随着现代科学技术的快速发展，各种各样的负荷预测方法不断涌现，从经典的指标法、年增长率法、回归分析法、时间序列法，到目前的神经网络法、灰色预测法等，它们都有各自的特点和适用范围，本文将对现有的这几种方法作一个简单的介绍，并结合武汉市农村饮用水的现状，对需水量进行预测。
【关键词】农村饮水安全需水量预测计算方法解决农村饮水问题，可以减少疾病，解放农村劳动力，有利于发展农业生产，有利于提高农民的生活水平。
实施农村供水、环境卫生和健康教育“三位一体”，安全供水、节水、生活污水排放处理“三结合”等综合措施，有利于改善农村的整体面貌，形成良好的人居环境。
用水量预测是农村饮水安全工程规划的基础，通过合理的预测，既能保障规划期内近远期合适的用水量，又能最大限度地节约用水；准确的预测能使供水的投资更趋合理，有利于搞好给水工程规划及管网的优化、改造、扩建等，同时也有利于合理地分配不同区域的用水量、为各个水厂的产水量提供依据，最大限度地降低供水成本；合理的水量预测也可指导城市的整体规划布局，对水污染的防御和控制也有一定的作用。
1.需水量预测的意义可持续发展战略是21世纪当今世界发展的需要和必然选择，为了满足可持续发展对水资源的需求，需要制订科学的水资源长期供求计划，这就需要对社会发展的长期需水量做出合理的预测。
通过预测，可以了解城市规划期的用水量规模及用水量发展趋势，进而合理计划、开发和利用水资源，做到既能保障规划期内有合适的用水量，又能最大限度地节约用水；准确地预测能使供水的投资更趋合理，有利于搞好城市给水工程规划及管网的优化、改造、扩建等，同时也有利于合理地分配不同区域的用水量，并为各个水厂产水量提供依据和最大限度地降低供水成本；合理地水量预测可指导城市的整体规划布局，预防和控制水污染。
城市用水预测也是供水规划、多部门配水决策和制订水价的重要基础。
作物需水量的计算方法与分析
彭曼法计算作物需水量《灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）》附录中对彭曼法作了介绍，《规范》推荐的是Penman-FAO方法，近年来Penman－Monteith方法得到重视，建议在计算时同时采用这两种方法，并作一比较。
（1）计算参照作物需水量Penman-FAO方法计算参考作物需水量的基本公式如下：（1）式中，——标准大气压，＝1013.25hPa；——计算地点平均气压，hPa；——平均气温时饱和水汽压与温度相关曲线的斜率，hPa/℃；——湿度计常数，＝0.66hPa/℃；——太阳净辐射，以所能蒸发的水层深度计，mm/d；——干燥力，mm/d。
可根据计算地点高程及气温从气象图表中查得，或按公式（2）直接计算数值：（2）式中，——计算地点海拔高程，m；——阶段平均气温，℃。
可按公式（3）或（4），即气象学中的马格奴斯公式计算，即：（3）或（4）式中,饱和水汽压，hPa。
可按下式计算：（5）或（6）可按公式（7）计算：（7）式中，——大气顶层的太阳辐射，可由《喷灌工程设计手册》查得，mm/d；、——计算净辐射的经验系数，可由《喷灌工程设计手册》查得；——实际日照时数；——最大可能日照时数，可由《喷灌工程设计手册》查得；；——黑体辐射，mm/d；——斯蒂芬－博茨曼常数，可取2.01×10-9mm/℃4·d；——绝对温度，可取273＋；——实际水汽压，可从当地气象站取得，或取饱和水汽压与相对湿度的乘积，hPa。
可按公式（8）计算：（8）式中，——地面以上2m处的风速(m/s)，其它高度的风速应换算为2m高处风速；——风速修正系数。
如果利用气象站的地面以上10m处的风速资料时，需乘以(2/10)0.2，换算为2m高的风速。
在日最低气温平均值大于5℃且日最高气温与日最低气温之差的平均值大于12℃时，；其余条件下，。
（2）计算作物实际需水量作物实际需水量可由参考作物潜在腾发量和作物系数计算（9）式中：——作物潜在腾发量，mm / d ；——参照腾发量，mm/d；——作物系数。
城市水资源课件5. 需水量预测
生活用水 工业水量 农业用水 生态环境用水
3.1 需水量的分析计算
1）生活用水
生活用水：城市居民住宅用水，公共建筑用水 不同地域城市的生活用水量，受到当地气候、生 活水平、用水习惯与水价影响，差别明显。 生活用水量一般可根据实际调查求得，城镇供水 统计年鉴提供各地自来水公司统计的人均生活用 水量。
总用水量Qt 可表示为补充水量和重复用水量之和：
Qt=Qw+QR
需水量的分析计算 2)工业用水
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：
R QR 100 % Qt
工业用水重复利用率越高，工业用水的有效利用程度越高。
人均综合用水量
将城市用水总量，包括工业与市政用水等 ，平均到每个居住人口，作为一个综合的 用水量宏观指标。规范有相关定额。
这个指标受到不同地区工业用水量的影响 大，不同城市之间的可比性较差。
3.1需水量的分析计算 3）农业用水
农业用水主要是农业灌溉用水，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。
实际操作上，按照单位用地用水量估算比较常用。
城市给水工程规划规范(GB50282-98)
单位工业用地用水量指标（万m3/km2·d
用地代号 工业用地类型 用水量指标
M1
一类工业用地 1.20-2.00
M2
二类工业用地 2.00-3.50
M3
三类工业用地 3.00-5.00
这个老规范的指标太高，脱离实际
年代
国内部分城市的综合生活用水指标
人 口 综合用水量 居住用水量 公共用水量
辽宁省水资源需水预测及供需分析
辽宁省水资源需水预测及供需分析内容摘要：摘要：对辽宁省各行业的需水进行了全面预测，并结合水利工程计划，对不同水平年的水资源可利用量进行了分析，为合理开发水资源量提供了科学依据。
关键词：水资源预测水量分析1需水预测1.1农村生活需水量预测随着城市化进程的逐步加快，城镇人口特别是小城镇人口增长较快，相对农村人口则逐步减少。
辽宁省农村人口为1939万人，到减少到1886万人，预测到将减少到1794.7万人，减少到1638.1万人，减少到1481.3万人。
但随着农村居民生活水平的不断提高，人均用水量在逐年增加，所以总体上农村居民生活用水量增长幅度相对缓慢。
农村生活用水量为6.9亿m3，预测农村生活需水量为7.1亿m3、为7.7亿m3、为8.2亿m3。
1.2工业需水量预测工业需水量预测，即电力工业、一般工业、乡办工业及村和村以下工业。
根据辽宁省计委提供的全省工业产值发展指标，在确定万元产值需水定额时，充分考虑了辽宁四大支柱产业的具体特点和高新技术产业的迅速崛起，以及产业结构调整、工艺水平提高等一系列因素。
需水定额逐年下降，工业用水重复利用率不断提高。
对乡镇工业企业');">企业的重复用水进行了估算，由于村及村以下工业受生产条件的限制，水的重复利用暂未考虑。
工业用水量30.5亿m3，预测到工业需水量为36.3亿m3、为47.4亿m3、为54.1亿m3。
1.3城镇生活需水量预测随着城市化进程逐步加快，辽宁省的城市人口迅速增加，城镇居民生活水平不断提高。
城市基础设施进一步完善，城市供水事业在近几年迅猛发展。
比如全省城镇人均日用水定额为135L，到则升至200L，城镇生活用水量也由的8.6亿m3，猛增到15.7亿m3，是国民经济各部门中，用水量增幅最大的部门。
据辽宁省计划生育部门预测，辽宁省的人口高峰将发生在，峰值为4500万人左右，根据人口增长趋势和城市化水平的不断提高。
预测到城镇人口有一定增加，全省人均用水定额与比有了明显提高。
简述作物需水量的估算方法
简述作物需水量的估算方法嘿，咱今儿个就来讲讲作物需水量的估算方法，这可真是个有意思的事儿呢！咱先来说说为啥要估算作物需水量呀。
这就好比咱人每天得喝一定量的水来保持健康，作物也一样呀，它们也得有足够的水才能茁壮成长呢！要是水给少了，那它们可能就长不好，产量就上不去啦，那咱农民伯伯不就白忙活啦！所以搞清楚它们到底需要多少水，那可太重要啦。
那怎么估算呢？有一种方法就像咱过日子得算计着花钱一样，得根据作物的生长阶段来算。
就像小孩长身体的时候吃得就多，作物在不同阶段对水的需求也不一样呀。
比如刚发芽的时候可能需要得少点，等长到开花结果的时候，那用水量可就蹭蹭往上涨啦！这就像咱跑步，刚开始跑的时候不怎么累，跑久了就大口喘气要喝水啦。
还有啊，天气也是个重要因素呢。
大热天的，太阳火辣辣的，那水分蒸发得快呀，作物就得多喝水来解渴。
就好比咱夏天在外面跑一圈，回来肯定得大口喝水。
要是赶上下雨天，那可能就不用浇那么多水啦，作物自己就能从雨水里吸收不少呢。
土壤也很关键哦！有的土壤就像海绵一样能存好多水，有的就不行，水一下就流走啦。
这就好像有的杯子大，能装好多水，有的杯子小，装一点就满了。
所以不同的土壤，给作物供水的情况也不一样呢。
咱再说说作物本身的种类吧。
有些作物就像“大胃王”，特别能喝水，比如水稻；有些就比较“节约”，像小麦啥的。
这就跟人一样，有的人爱喝水，有的人就不怎么爱喝。
那估算出来了，咱就得想办法满足作物的需求呀。
就像咱知道自己饿了，就得找吃的去。
浇水的时候也得注意，不能一股脑全倒下去，就跟人吃饭也不能一下子吃太多一样，得恰到好处。
哎呀，这作物需水量的估算方法真的挺重要呢！咱农民伯伯要是能掌握好，那就能种出更好的庄稼，有更好的收成啦！咱的饭碗也就更有保障啦！咱可得好好重视起来，可别小瞧了这些看似简单的方法哦！大家说是不是这个理儿呀！。
冯家山水库来水预测中的水量分析和计算
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来水将会 在 水库 多年 来 水平 均值 ３ ４ ７ ８ ６ 亿 以
上，其偏丰 １ ～４成 后 为 ３ ８ ２ ６ ５～４ ８ ７ ０ ０亿 ， 因
此又 可 确 定 ２ ０ １ ２年 来 水 会 在 ３ ８ ２ ６ ５～
４ ８ ７ ０ ０亿 之 间 。
冯家 山水库地处干河下游 ，陕西省宝鸡市陈仓 区 、风翔县和干阳县交界处 ，是 以灌溉为主，兼作 防洪 、生活及工业供水 、发 电、养殖 、旅游等综合 利用 的大 （ ２ ）型 水利 枢 纽工 程。水 库 总库 容 约 ４ ２ ７ 亿 ， 其 中 防洪 库 容 １ ２ ７亿 ， 有 效 库 容 ２ ８ ６ 亿 。 建库 ３ ９ ａ 来 ，水库 年 来水 量 最大 值 为 ９ １ 亿ｍ ３（ １ ９ ７ ５年 ） ，最 小 值 为 ０ ５ 亿ｍ ３（ １ ９ ９ ７ 年） ，多年平 均来水３ ４ ７ ９ ６ 亿 。
良好 基 础 ，提 高 库 水 资 源 的综 合 效 能 。
２ 来水分析
２ １ 来 水分 析方 法 及 存 在 的 不 足 ２ １ １ 分 析 方 法
由于过去水资源的供需矛盾不太突出，对 来水 预测不够重视，因此来水分析也较为简单，直 接采 用当地水文部门的预报分析结果即可。
城市给水工程需水量预测方法研究
城市给水工程需水量预测方法研究摘要：需水量预测是城市给水工程中最重要的参数，城市管网配置、泵站建设、水厂规模的确定等，均以需水量为基础，准确的需水量预测是城市给水工程建设的前提。
总结目前用到的主要的需水量预测方法，结合某区域供水专项规划中采用的需水量预测方法，重点对统计分析、指标预测等方法进行研究，总结出适用性更强的需水量预测方案。
关键词：供水规划、需水量、预测1.需水量预测方法分类需水量是规划区域内用水量总和，包括生产运营用水、公共服务用水、居民生活用水、消防及其他特殊用水（管道冲洗、末梢放水等）以及不可预见的水量（管网漏失水量）等。
即指需要向供水系统输送的所有水量之和，包括区域用水量、漏失量和未预见用水量等。
需水量预测的方法有多种，其中规范指标法、时间序列法、结构分析法、系统分析法是常用的方法。
规范指标法：根据相关规范建议的指标值进行预测的方法，是最常用的预测方法，尤其适用于缺乏多年历史数据的地区。
时间序列法：一种历史资料延伸预测，根据时间数列反映的过程和规律性，进行引申外推，预测其发展趋势的方法。
该方法要求至少有十年以上的数据资料。
结构分析法：在统计分组的基础上，计算各组成部分所占比重，进而分析某一总体现象的内部结构特征、总体的性质、总体内部结构依时间推移而表现出的变化规律性。
该方法是基于完整统计数据的预测防范。
系统分析法：把需水作为一个系统，对需水各要素进行综合分析。
系统分析法包括明确目标、系统综合分析、建议数据模型、对系统评价等内容。
[1]2.工程实例2.1.规划指标法综合生活需水量变化性较为单一，与城市发展水平息息相关，目前综合生活需水量预测多采用规范指法。
综合生活需水量包括居民日常生活需水量和公共建筑需水量，根据各地区的人民生活水平、用水习惯以及第三产业发展程度确定人均综合生活用水指标，工业用水等其他用水量可以采用综合生活用水比例法确定。
1.综合生活需水量预测综合生活用水指标的确定一般结合《室外给水设计标准》（GB50013-2018）及当地水务部分公布的多年综合用水指标确定，北方某区域多年综合用水指标平均值为175升/（人·日），位于《室外给水设计标准》（GB50013-2018）指标范围内，2025年规划人口数为114万人，确定该区域综合生活高日需水量为19.62万m³/d。
名词解释需水量
名词解释需水量一、概念解析1.定义需水量，顾名思义，是指在某一特定时期和地点，由于自然因素和人类活动的影响，生态系统所需的水分量。
这个水分量包括了植物、土壤、大气和生物体所需要的水分。
2.分类需水量可以根据不同的应用领域和尺度进行分类，如农业需水量、城市需水量、生态环境需水量等。
其中，农业需水量是指农作物生长所需的水分；城市需水量是指居民生活、工业、商业等活动所需的水分；生态环境需水量则是指维持生态系统稳定所需的水分。
3.计算方法需水量的计算方法主要包括经验公式法、水量平衡法、作物需水量法等。
经验公式法是根据历史数据和实测数据，建立数学模型来预测需水量；水量平衡法是通过计算降水、蒸发、径流等水文要素的平衡关系，得出需水量；作物需水量法是根据作物的生理需求和生长环境，计算出作物所需的水分。
二、重要性分析1.农业方面农业是我国国民经济的重要支柱，需水量对农作物的生长发育至关重要。
合理的水分供应可以提高作物产量，改善产品质量，促进农业可持续发展。
相反，水分不足或过量供应会导致作物减产、品质下降，甚至引发病虫害。
2.城市方面城市需水量与居民生活、工业、商业等活动密切相关。
随着城市化进程的加快，城市人口和产业规模不断扩大，城市用水需求不断增加。
保证城市用水安全是维护城市正常运行和居民生活水平的基础。
3.生态环境方面生态环境需水量是维持生态系统稳定和生物多样性保护的重要保障。
水资源对于维持河流、湖泊、湿地等生态系统的生态功能具有关键作用。
如果生态环境需水量得不到满足，将导致生态系统退化、生物多样性减少，进一步加剧水资源短缺问题。
4.水资源管理方面准确掌握需水量，对于制定科学的水资源管理政策、优化水资源配置、提高水资源利用效率具有重要意义。
通过对需水量的预测和分析，可以更好地规划水资源开发利用项目，预防水资源浪费和污染，保障国家水安全。
总结：需水量作为一个关键性的水资源指标，对于农业、城市发展和生态环境具有重要意义。
水资源计算与管理教学大纲
《水资源计算与管理》课程教学大纲课程编号：ZH103404课程名称：水资源规划与利用总学时数：72一、说明1、《水资源计算与管理》课程性质水资源计算与管理课程是资源环境与城乡规划管理专业的主干必修课程，是在高等数学、概率论与数理统计、计算方法与程序设计、测量学等专业基础课学习的基础上开设，对于学生知识体系的构建、创新能力的发展具有重要作用。
2、《水资源计算与管理》课程教学目标及意义通过本课程的教学和课程设计，使学生掌握水资源管理、开发利用的基本理论和方法。
具备从事水资源开发、管理、供需分析和优化配置等方面工作的基础知识与基本技能。
要求注重培养学生对使用方法的应用，每章应有简单的案例分析，课程结束最好能安排不少于一周的课程设计。
3、《水资源计算与管理》课程教学内容及教学要求本课程的主要任务是使学生掌握水资源评价与水资源管理的基本知识、基本理论和方法，初步具备水资源合理开发、利用和水资源统一管理和保护的能力，为学生毕业后从事水利工程的规划、管理、科学研究工作打下基础。
对本课程的教学内容和基本要求是：（1）了解我国水资源基本状况、基本概念；（2）掌握地表水资源、地下水资源和水资源总量的计算与评价的基本方法；（3）掌握水资源供需平衡分析的计算方法；（4）了解水体污染及水质评价的内容；（5）了解水资源的合理利用和科学管理方法；（6）学会科学用水，提高效益，为国民经济发展的宏观决策提供科学依据。
4、教学重点、难点重点：1）水资源量的计算（降水量的分析计算、地表水资源量的分析计算、平原区地下水资源量计算等）；2）水资源质量评价；3）可供水量计算与需水量预测。
难点：1）水资源量的计算；2）需水量计算与预测和可供水量计算。
5、教学方法与手段通过不断的积累和创新，本课程形成了“课堂教学＋课外学习＋交流提高”的教学方法体系。
课堂教学课题教学旨在提高学生的知识水平。
为了使学生对课程内容的了解更加深刻、更加形象，课堂教学总结了灵活多样的教学方法，调动了学生的学习热情。
需水量预测分析
2城镇需水量的阈值分析2.1 需水量阈值确定的基本原则2.1.1 “总量控制,定额调控”的原则 面对石羊河流域城镇水资源紧缺、供需矛盾日益突出的实际情况,严格遵循宏观上总量控制、微观上定额调控的原则,坚持尽量不增加可用水资源量、不超采地下水的总量控制原则,坚持调低灌溉需水定额、调低工业需水定额、调稳生活需水定额的定额调控原则。
2.1.2 “节水为主”的原则 始终把节约用水摆在第一位,工业需水充分考虑改进生产工艺,降低耗水定额,提高水资源重复利用率等;生活需水考虑生活水平的提高,特别是城市化率提高的影响;农业灌溉需水依靠节水灌溉和提高用水效率[11]。
2.1.3 “退一进二、禁高扩低”的原则 为了确保在可利用水资源量不变的前提下提高单方水产值,需要调整需水结构,降低农田灌溉等第一产业需水量,提高工业等第二产业需水量,严格禁止发展高耗水作物、高耗水工业和高耗水动物,提倡发展耐旱农作物,低耗水工业项目和小牲畜等。
通过调整需水结构,调整农业种植结构,提高水分生产率。
2.1.4 “生态环境需水优先,生产生活需水主导”的原则 在进行需水量预测时,一定要考虑走廊生态环境建设所必需的生态环境需水量,并坚持优先确保生态需水的前提下,合理分配生产与生活需水量。
2.2 需水量计算的阈值模型预测石羊河流域城镇需水量阈值的主要参数是各城市国民经济各部门需水量历年平均递增速度,需水结构,用水定额等。
根据这些参数,以2010年为基年，求出未来20a(2011～2030年)各城市各行业需水结构转换系数,进而根据可容许的转换系数求出未来20a 分阶段可容许的需水结构。
以石羊河典型城镇武威、金昌两市为例，根据可容许的需水结构求出在水资源可利用量不变的条件下,城市各行业的需水量。
计算的数学公式为:121m ztizt zt zt kt i Q Q Q Q Q （1） 12011111Q Q Q B Q A B Q ? m m n m n ktikt kt kt tij tij tij ij tij i i j i j Q （2）式中,Q Zt 、代表第t 年该流域水资源总量阈值；Q Kt 代表第t 年该流域可利用水资源总量阈值；Q iZt 、代表第t 年第i 城市水资源总量阈值；Q iKt 代表第t 年第i 城市可利用水资源总量阈值；Q tij 代表第t 年第i 城市第j 个行业可利用水资源总量阈值；A tij 代表第t 年(时段)第i 城市第j 个行业(对象)需水结构转换系数。
生态环境需水量的分析与计算 (1)
生态环境需水量的分析与计算□胥洪军□朱东彪（河南省许昌水文水资源勘测局）摘要：生态环境需水量是维持生态与环境功能和进行生态环境建设所必需的最小需水量，对人与社会和谐可持续发展具有重要意义。
本文结合《许昌市东区水系治理及补源工程建设项目水资源论证报告》，阐述了生态环境需水量的含义及其计算方法简介，从保持水生态环境的目标出发，在建设项目水资源论证中更合理对生态环境需水量的进行分析计算。
关健词：建设项目生态需水水资源论证计算方法2002年5月1日，由国家水利部和计委颁布的《建设项目水资源论证管理办法》开始实施。
建设项目水资源论证，主要是从取水、用水、退水及其影响等方面，对建设项目取用水全过程进行分析计算，对建设项目用水的可行性、合理性以及对周围环境的作用、对其他用水户的影响等诸多因素进行分析，最终提出建设项目用水的水量、水质、工艺流程、排污等一系列方案，作为取水（预）许可申请的技术依据。
在需水预测分析计算中，除考虑传统的农业需水、工业需水、城市生活需水外，从重视生态环境，协调生活、生产、生态用水等方面考虑，在建设项目水资源论证中还必需考虑生态环境需水问题。
在生态环境脆弱地区，对生态环境需水需要赋予更高的优先级。
因此，在2005年5月水利部颁布实施的《建设项目水资源论证导则（试行）》（SL/Z 322—2005）中明确提出在需水预测中应包括河道内生态需水量。
本文将根据国内外的有关理论方法，结合水资源论证实践，对生态环境需水量的分析和计算进行初步探讨。
1.生态环境需水的基本概念1.1生态环境需水的定义对于生态环境需水的研究有不同的途径与观点，目前还没有形成一个系统、科学的理论体系，研究者对于生态环境需水的概念还不能达成一致。
从总体上来看，多数人认为生态需水是水资源短缺地区为了维护生态系统的稳定和保持生态环境质量的基本水资源需求量。
笔者认为生态环境需水是指为维持生态持续与环境功能和进行生态环境建设所必需的最小需水量。
作物需水量的计算方法与分析
彭曼法计算作物需水量《灌溉与排水工程设计规范(GB50288-99)》附录中对彭曼法作了介绍,《规范》推荐的就是Penman-FAO方法,近年来Penman－Monteith 方法得到重视,建议在计算时同时采用这两种方法,并作一比较。
(1)计算参照作物需水量Penman-FAO方法计算参考作物需水量的基本公式如下:(1)式中,——标准大气压,＝1013、25hPa;——计算地点平均气压,hPa;——平均气温时饱与水汽压与温度相关曲线的斜率,hPa/℃;——湿度计常数,＝0、66hPa/℃;——太阳净辐射,以所能蒸发的水层深度计,mm/d;——干燥力,mm/d。
可根据计算地点高程及气温从气象图表中查得,或按公式(2)直接计算数值:(2) 式中,——计算地点海拔高程,m;——阶段平均气温,℃。
可按公式(3)或(4),即气象学中的马格奴斯公式计算,即:(3)或(4)式中,饱与水汽压,hPa。
可按下式计算:(5)或(6)可按公式(7)计算:(7)式中,——大气顶层的太阳辐射,可由《喷灌工程设计手册》查得,mm/d;、——计算净辐射的经验系数,可由《喷灌工程设计手册》查得;——实际日照时数;——最大可能日照时数,可由《喷灌工程设计手册》查得;;——黑体辐射,mm/d;——斯蒂芬－博茨曼常数,可取2、01×10-9mm/℃4·d;——绝对温度,可取273＋;——实际水汽压,可从当地气象站取得,或取饱与水汽压与相对湿度的乘积,hPa。
可按公式(8)计算:(8)式中,——地面以上2m处的风速(m/s),其它高度的风速应换算为2m高处风速;——风速修正系数。
如果利用气象站的地面以上10m处的风速资料时,需乘以(2/10)0、2,换算为2m高的风速。
在日最低气温平均值大于5℃且日最高气温与日最低气温之差的平均值大于12℃时, ;其余条件下,。
(2)计算作物实际需水量作物实际需水量可由参考作物潜在腾发量与作物系数计算(9)式中:——作物潜在腾发量,mm / d ;——参照腾发量,mm/d;——作物系数。
城市给水工程设计(一)需水量预测及供需水量平衡
城市需水量预测及供需水量平衡水的作用已无需赘述，给水系统是人类社会生活和生产环境环境中不可缺少的重要基础设施。
给水系统由取水、输水、水质处理和配水等相关等各关联设施所组成的总体，而给水工程规模的大小与需水量的多少密切关联。
需水量的确定设计：需水量预测、供需水量平衡。
一、需水量预测方法（1）分类估算法分类估算法先按照用水的性质对用水进行分类，然后分析各类用水的特点，确定它们的用水量标准，并按用水量标准计算各类用水量，最后累计出总用水量。
该方法比较细致，因而可以求得比较准确的用水量，但也因此增加了分析计算的工作量，所以在规划阶段不宜采用，而主要用于设计计算。
（2）单位面积法单位面积法根据城市用水区域面积估算用水量。
《城市给水工程规划规范》（GB50282-1998）给出了城市单位面积综合用水量标准。
根据居住用地最高日用水量指标可以计算出最高日用水量。
（3）人均综合指标法根据已有的历史数据，城市总用水量与城市人口具有密切的关系，城市人口平均总用水量称为人均综合用水量。
《城市给水工程规划规范》（GB50282-1998）推荐了我国城市每万人最高日综合用水量。
（4）年递增速率法城市发展进程中，供水量一般呈现逐年递增的趋势，在过去的若干年内，每年用水量可能保持相近的递增比率，可以用如下公式表达：上式实际上是一种指数曲线型的外推模型，可以用来预测计算未来年份的规划预测总用水量。
在具有规律性的发展过程中，用该式预测计算城市总用水量是可行的。
（5）线性回归法城市日平均用水量亦可用一元线性回归模型进行预测计算，公式可写为：ΔQ——预测年限内用水量平均增长量，m3/d；t——年数，a。
（6）生长曲线法城市发展规律可能呈现在初始阶段发展的很快，总用水量呈现递减的趋势，而后城市发展趋势缓慢增长到稳定甚至适度减少的趋势，生长曲线可用下式表达：式中a，b——待定参数；Q——预测用水量，m3/d；L——预测用水量的上限值，m3/d。
(完整版)水量预测方法
按照《东海发展协调区总体规划》中人口预测，均安镇2010 年为总人口为15.2万人，2020年为总人口21万人。
用水量预测一般为人均综合用水指标法、人均分类用水预测法、单位建设用地面积法、人均分类用水指标法、相关比例法及递增率法等。
相关比例法及递增率法需要大量的历史数据及相关数据，在本规划中不适用。
本规划采用人均综合用水指标法、人均分类用水量预测法及单位建设用地面积法对规划区未来的用水作预测，以人均综合用水指标法为主，人均分类用水量预测法及单位建设用地面积法对其校核验证。
3.6.1 人均综合用水指标法2005年均安镇最高日供水量为7.8万m3/d，城市人口为13.5万，可以计算出2005 年均安镇区单位人口综合用水指标为578L/人· d。
从均安镇历年售水量统计数据可以看出，水量的增长与全国的经济发展形势关系密切，近三年的供水量平均增长率为约5.12%。
随着城市发展总体目标的确定和城市建设快速扩展，以及我国成功申办奥运、顺利加入世贸组织，我国经济发展充满了机遇，均安镇的经济也同样面临新一轮的高速发展，因此可以预见均安镇的用水量又将迎来一轮新的快速增长期。
另一方面，根据统计资料表明，我国广州，上海、南京、杭州等特大型城市的实际单位人口综合用水指标在500～900L/人· d 左右，以此作为参考，结合均安镇现实用水指标的具体情况，确定均安镇2010年和2020年的单位人口综合用水指标分别为650L/人·d、800L/ 人·d，由此可以计算出：2010 年最高日用水量：650 L/人·d × 15.2万人＝10.0万m3/d2020 年最高日用水量：800 L/人·d × 21万人＝16.8万m3/d3.6.2单位建设用地指标法《城市给水工程规划规范》(GB50282-98) 提出的城市单位建设用地综合用水量指标为：一区大城市：0.8 ～1.4 万m3/(km2?d)；一区中等城市：0.6 ～1.0 万m3/(km 2?d) ，一区小城市：0.4 ～0.8 万m3/(km 2?d) 。
需水预测
三、定量预测方法——因果关系分析法
模拟模型法 人工神经网络法
人工神经网络（ANN）是以工程技术手段模拟人脑神
经网络的结构与功能特征的一种模糊系统
该方法实际上是对系统的一种黑箱模拟，更适于短
期预测和动态预报短期负荷值，不宜用于长期预测。
在预测领域中应用最广泛的人工神经网络模型是BP
网络模型。
18
的需水发展趋势和可能达到的水平
函数表达式 Y =( t ) Y预测目标与t时间过程，简称为Y←t 数学模型。
22
三、定量预测方法——时间序列法
基本设想：过去的变化规律会持续到未来 优势：有较系统的理论，简单实用，所用数据单一 注意：预测周期不宜太长，多用于中、短期预测 实施步骤：根据对象的不同特征，选择适当的数学模型和模型参数来建立预 测模型，利用模型进行趋势外推预测，而后对模型预测值进行评价和修正，
得到预测结果。
表述式： Yt＝f(Tt，Ct，St，It) Yt表示时间序列(t＝1，2，3，…，表示采样时刻) 4种变动因素：长期趋势(T )、周期变动(C )、季节变动(S )、随机变动(I)
23
三、定量预测方法——时间序列法
移动平均法 指数平滑法 趋势法 自回归法 季节变动法
15
三、定量预测方法——因果关系分析法
灰色预测法
模
人工神经网络法 系统动力学法 投入产出法 多层递阶分析法
拟 模 型 法
16
三、定量预测方法——因果关系分析法
模拟模型法 灰色预测法法
数列 预测 关联 预测 拓扑 预测 系统 预测
对某一指标的发展变化情况所作的预测，通过对原始数据进行 累加生成处理，使其呈指数趋势变化，建立指数微分方程，最 终得到GM(1，1)模型。 通过计算需水量序列与可能相关影响因素之序列的关联度，取 与需水量序列关联度最大的因素作为预测中的解释变量，建立 GM（1，2）预测模型。 对系统中众多变量间相互协调关系的发展变化所进行的预测， 使用包含多个需水量影响因素的GM（1，N）模型。 将原始数据作曲线，在曲线上按定值寻找该定值发生的所有时 点，并以该定值为框架构成时点数列，然后建立模型预测未来 该定值所发生的时点。
第八章需水量计算与预测总结
吕翠美
三峡大学水利与环境工程学院
主要内容
§8.1 用水户分类及其层次结构 §8.2 工业需水量的计算与预测 §8.3 灌溉用水量的计算与预测 §8.4 生态需水的计算与预测 §8.5 其他用水的计算与预测 §8.6 综合需水过程计算
8.1
用水户分类及其层次结构
1 1 Y1 1 2 Y2
Q补 Y A
【例题8-6】
某工业部门2000年产值为18.62亿元，用水 量为12930万方，重复利用率为76.28%，据 节水规划，2010年重复利用率将提高到 85%，据经济发展规划，2010年产值为25.3 亿元，求2010年需水量。
分块预测法
分块预测法就是将一个城市或地区的工 业分成几大块，分别用不同的方法预测 将来的用水量。
指标预测法
（1）建立不同工业部门万元产值取水 量与产值的相关关系：
lg Y a lg X b
Y—万元产值取水量 X—工业产值 a，b—待定参数
指标预测法
（2）对不同水平年各行业的产值进行 预测。
（3）计算不同水平年不同工业部门的 需水量。
W YA
W—工业需水量；A—预测工业产值
【例题8-5】
用水增长率影响因素
随着用水水平的提高， 用水增长率会降低 随着重复利用程度的提高， 单位用水增长率下降 选取工业发展稳定阶段 分析用水增长率 修正偶然因素及气候因素的影响
增长率确定方法
根据历史资料，建立GDP增长率与用
水量增长率的关系，根据经济规划中的
GDP增长率计划值，确定d。
从世界发达国家类似地区的特定 发展阶段进行类比选择。
经验公式法
（1）以水面蒸发为参数的需水系数法
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能量平衡法——彭曼公式
Ep
1 L
(
)H
0
LE
1 ()
Ep—作物田间需水量； L—滕发单位重量的水所需热量； △—气温-水汽压关系曲线上的斜率； r—湿度常数； Ho—地面净辐射； Ea—干燥力
作物田间耗水量计算
旱作物
田间耗水量=作物需水量+土壤深层渗漏量
水稻
田间耗水量=作物需水量+水田渗漏量 +育秧水+泡田水
工业用水的分项测定和计算
用水量测定
水表计量 利用水池、水塔储水设备测定 利用生产设备测定
三角堰测定法
排水量测定 浮标测定法
耗水量测定与计算
蒸发水量 渗漏水量 产品带走水量
工业需水量预测
趋势法 指标预测法 分行业重复利用率提高法 分块预测法
趋势法
• 用历年工业用水增长率推算未来工业用水量
Si S0(1d)n
经验公式法
• （1）以水面蒸发为参数的需水系数法
EE0 b
• （2）以气温为参数的需水系数法
ETb
• （3）以多种因素为参数的需水公式
E ii i (ti 50) E0
能量平衡法——彭曼公式
作物在滕发（包括植株蒸腾和株间蒸发）过程中， 无论是体内液体水的输送，或是滕发面上水分的 汽化和扩散，都需要消耗能量，作物需水量的大 小与滕发消耗能量密切相关。
谢 谢！
河道基本功能 河口生态环境 通河湖泊与湿地
其他河道内 湖泊湿地 城镇生态 环境美化
其他生态建设
备注 仅 为 城 镇 居 民 生 活 用 水 (不 包 括 公 共 用 水 ) 仅 为 农 村 居 民 生 活 用 水 (不 包 括 牲 畜 用 水 )
水稻等 小麦、玉米、棉花、蔬菜、油料等
果树、苗圃、经济林等 人工草场、灌溉的天然草场、饲料基地等
用水增长率影响因素
随着用水水平的提高， 用水增长率会降低
随着重复利用程度的提高， 单位用水增长率下降
选取工业发展稳定阶段 分析用水增长率
修正偶然因素及气候因素的影响
增长率确定方法
根据历史资料，建立GDP增长率与用 水量增长率的关系，根据经济规划中的 GDP增长率计划值，确定d。
从世界发达国家类似地区的特定 发展阶段进行类比选择。
总用水 工矿企业在生产过程中所需要的全部水量
取用水 工矿企业在生产过程中所取用的新鲜水量 排放水 工矿企业使用后向外排放的水量
耗用水
工矿企业生产过程中消耗掉的水量，包括 蒸发、渗漏、工艺消耗和生活消耗的水量
重复用水 在工业生产过程中二次以上的用水
按水源分类
河水 地下水 自来水 海水 中水
工业用水量的计算
Q 总Q 耗Q 排Q 重
Q总Q补Q重 Q补Q耗Q排
工业用水水平度量指标
重复利用率 Q重100%(1Q补)100%
Q总
Q总
Pr100%
排水率
P Q排 100% Q总
耗水率
r Q耗 100% Q总
排出率
q Q排 100% Q补
【例题8-1】
• 某钢厂2000年引进新水6600万方，工 业用水重复利用率为85%，排水量为 4200万方，若在现有设备和工艺条件 下，采用闭路循环，求其重复利用率。
果树套种水稻
葡萄套种水稻 玉米套种水稻
稻藕套种
作物田间需水量估算方法
作物田间需水量的大小与气象(温度、日照、湿 度、风速)、土壤含水状况、作物种类及其生长发 育阶段、农业技术措施、灌溉排水方式等有关， 这些因素对需水量的影响相互关联，错综复杂。
经验公式法
能量平衡法
经验公式法
首先分析与作物 田间需水量关系密切的因素， 其次在实验站观测两者同步资料，然后根据观测 资料，分析它们之间的关系，并建立经验方程。
部门 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 灌溉 0 0 0 14 16 18 20 25 0 0 0 0 发电 10 10 13 20 18 20 10 10 10 10 10 10 航运 15 15 15 15 15 0 0 0 15 15 15 10 供水 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
通河湖泊与湿地等 根据河流具体情况设定
湖泊、沼泽、滩涂等
绿化用水、城镇河湖补水、环境卫生用水等
地下水回补、防沙固沙、防护林草、水土保持等
工业需水量的计算与预测 8.2
工业用水分类
按作用分 按过程分 按水源分
按工业用水在生产中所起作用分类
冷却用水 空调用水 产品用水 其他用水
按工业用水过程分类
义
、生物平衡、水沙平衡、水盐平衡的需水量等
。
算计
是指为维持生态与环境功能和进行生态环境建设 所需要的最小需水量。
植被型生态环境需水
城镇绿化用水
防护林草用水
WG SGqG
WG—绿地生态需水量； SG—绿地面积； qG—绿地灌溉定额
湖泊、湿地、城镇河湖及鱼塘补水
以规划水面面积的水面蒸发量与降水量之差计算
工业用水过程计算
分 配
Wt Wt
系
数
法
t 1
灌溉用水量的计算与预测 8.3
基本概念
作物需水量 作物田间耗水量 田间灌溉用水量 泡田用水量
灌水定额 灌水模数 灌溉定额 灌溉制度
耕地面积 播种面积 复种指数 灌溉面积
泡田
整地Biblioteka 育秧起苗插秧
玉米套种木薯
玉米套种黄豆
甘蔗套种黄豆
甘蔗套种西瓜
W t [EtStP t]
WG—绿地生态需水量； SG—绿地面积； qG—绿地灌溉定额
河道内生态环境需水
分项计算法
河道基流 改善水质需水量 外包线法 通河湖库湿地生态用水 水生生物需水量 其他河道内生态用水
12
综合计算法 WR243600 MiQiPi i1
少水Te期nn通a常nt选法取：多将年全平年均分流为量两的个1计0%算~时20段%，，根多据水多期年选平取均多 流量百分比和河道内生态环境状况的对应关系，直接计
大家好
第八章 需水量计算与预测
吕翠美 三峡大学水利与环境工程学院
主要内容
➢ §8.1 用水户分类及其层次结构 ➢ §8.2 工业需水量的计算与预测 ➢ §8.3 灌溉用水量的计算与预测 ➢ §8.4 生态需水的计算与预测 ➢ §8.5 其他用水的计算与预测 ➢ §8.6 综合需水过程计算
用水户分类及其层次结构 8.1
Y Q补 A
【例题8-6】
• 某工业部门2000年产值为18.62亿元，用水 量为12930万方，重复利用率为76.28%，据 节水规划，2010年重复利用率将提高到 85%，据经济发展规划，2010年产值为25.3 亿元，求2010年需水量。
分块预测法
分块预测法就是将一个城市或地区的工 业分成几大块，分别用不同的方法预测 将来的用水量。
【例题8-2】
• 某城镇2000年工业用水重复利用率为50%， 工业引用水量（补充水量）为6亿方；计划 2010年将工业用水重复利用率提高到85%， 工业引用水量增加到7亿方。设城镇工业综 合耗水率r=5%。试求2000年和2010年工业 排水量。
【例题8-3】
• 某化工厂有三种供水水源，其中：地下水 用量435m3/h；河水用量81，自来水用量41， 地下水直接引入用水部门；河水先引入循 环池，再通过循环池供给与地下水相同的 部门；自来水独成系统，各水源与用户的 关系如图8-1所示。求该化工厂重复利用率、 耗水率、排水率及排出率。
Si—预测的第i水平年工业需水量 S0—基准年工业用水量 d—工业用水年平均增长率 n—间隔年数
【例题8-4】
• 某工业用水部门，2000年用水量为 2000万方，根据综合分析，未来十年 用水量增长率为10%，求2010年该工 业部门的用水量。
S 2010 S 2000 (1 0.1)10 2000 2.5937 5187
一级
二级
三级
生活
生活
城镇生活
农村生活
种植业
第一产业
林牧渔业
生产 第二产业
第三产业
工业
建筑业 商饮业 服务业
四级 城镇居民生活 农村居民生活
水田 水浇地 灌溉林果地 灌溉草场
牲畜 鱼塘 高用水工业
一般工业
火 (核 )电 工 业 建筑业 商饮业
服务业
河道内 生态环境
河道外
生态环境功能 生态环境功能 其他生态建设
• 某工业行业1995年产值为10亿元，万元产 值用水量为1000方，2000年产值为20亿元， 万元产值用水量为900方，据经济发展规划， 2010年工业产值达50亿元，求在现有用水 方式下，2010年需水量。
分行业重复利用率提高法
Q重 1 Q补
Q总
Q总
1 1
Q补1 Q总
12
Q补2 Q总
1 1 Y1 1 2 Y2
灌区综合灌溉用水过程计算
作物种类 总生育时间 生育阶段
不同水平年不同保证率灌溉用水量的估算 灌溉面积的发展速度 不同保证率情况下的不同灌溉方式 不同作物的灌溉定额及组成 渠系水利用系数提高程度
生态需水的计算与预测 8.4
定义
生态环境需水量，是指维持全球生物地理生态
广
系统水分平衡所需要的水量，它包括水热平衡
用水不能够结合的兴利部门
Q'' s,t
(Qit i2)
2
Qs，t’’—用水不能够结合的兴利部门的综合需水量； Ω2—用水不能够结合的兴利部门集合； Qit—第i兴利部门第t时段的需水量
工程综合需水过程
Qs,t Qs',t Qs'',t
【例题8-8】