水资源利用课程设计任务书.docx
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水资源利用课程设计任务书
前言
水资源是基础性自然资源，是生态环境的重要组成部分和控制性因素之一，同时又是战略性经济资源，是一个国家或地区生活、生产活动中不可或缺的一种资源。
本设计以江苏省某县水资源和社会经济需水情况为背景（部分数据已做修改），要求学生对该地区水资源开发利用情况作出评价，并进行水资源供需平衡分析。
设计内容包括水资源评价、需水计算及预测、可供水量计算、水资源供需平衡、对策与建议等。
参考文献：
（1）董增川，水资源规划与管理，中国水利水电出版社，2008年。
（2）梁忠民，钟平安，水文水利计算，中国水利水电出版社，2008年。
（3）黄永基，马滇珍，区域水资源供需分析方法，中国水利水电出版社，1990年。
（4）全国水资源综合综合规划细则，2002年。
1设计内容
1.1自然地理及经济发展概况
一、自然概况
评价地区（某县）位于苏北西部，洪泽湖南岸。
总面积2492.8km2，耕地面积113.31万亩，其中水田面积70.99万亩，旱地面积42.32万亩。
全县水面积428.8km2，陆地水面积133.3km2。
该县属季风性湿润气候，夏季高温多雨，秋季气爽天高，冬季干燥寒冷，气象灾害频繁，洪涝汗渍热带风暴齐全。
2010年末全县总人口68.34万人，农业人口61.57万人，占总人口的90.1％。
2010年工业总产值6.0亿元，比2005年增长219.0％，年递增26.1％。
二、水系概况
该县境内河流、湖泊属淮河水系，境内河流有淮河和入江水道，淮河全长64.95km2，水面积80多km2；入江水道全长20.5km2，水面积约7.0km2。
境内有湖泊8面，总湖泊面积约197.3km2。
现有中型水库5座，总库容20160万m3，兴利库容12168万m3，小型水库120座，总库容13681万m3，兴利库容7022万m3。
三、水资源供需平衡分区
由于水资源供需条件在面上存在一定的差异性，因此，需要划分若干个计算单元。
本设计以县境为界，采取以流域水系分区。
全县共分7个计算单元，即：
仇集大涧片、沿淮河南岸片、沿洪泽湖片、沿入江水道片、铜龙河片、古城大涧片和河西片。
各片面积分类情况见表1。
表1该县各片面积分类表单位：
km2
片名
总面积
陆地面积
其中
种植类型
山区
平原
水面
水田
旱地
仇集大涧
187.6
187.6
111
73.8
2.8
6.8
178.0
沿淮南岸
282.9
246.9
136.6
105.1
5.2
35.7
206.0
沿洪泽湖
717.4
663.1
68.3
541
53.8
245.7
363.6
沿入江道
241.2
234.1
1.7
216.2
16.2
117.3
100.6
铜龙河
164.8
164.8
32.5
111
21.3
57.8
85.7
古城大涧
263.5
263.5
76.8
163.3
23.4
60.3
179.8
河西
635.4
437.3
426.7
10.6
121.4
305.3
合计
2492.8
2197.3
426.9
1637.1
133.3
645.0
1419.0
1.2水资源总量评价
区域水资源供需分析总是要根据一定的雨情、水情或旱情来进行分析计算。
目前有两种方法，一种为系列法，即按照雨情、水情或旱情的历史系列逐年来分析计算；另一种方法为代表年法，即区域水资源的供需分析，仅分析计算有代表性的雨情、水情或旱情的几个年份，不必逐年分析计算。
为简化分析计算工作量，本次设计采用代表年法进行计算，且以降雨量系列来选择代表年。
一、汛期雨量及年降雨量的统计
本次设计选用该县水文站、该县气象站和三河闸水文站1978年至2010年的33年雨量资料系列，各雨量站降雨量统计见附表1。
统计三站逐年的降雨量和汛期雨量，取三站逐年年降雨量的算术平均值进行频率分析计算。
频率分析、适线时要求采用矩法，Cs＝2Cv。
二、各种保证率代表年的选择
用代表年来分析区域水资源的供需情况，要求所选代表年必须具有比较好的代表性，能够反映区域不同来水情况下的水资源供需情况。
同时，代表年选择过程应该把握好年总水量和年水量分配两个环节。
根据规范，本次设计需要分析四种年型：
（1）现状水平年；
（2）平水年（P＝50％）；（3）中等干旱年（P＝75％）；（4）特殊干旱年（P＝95％）。
根据上一节分析计算的年降雨量频率曲线，查算出三种不同保证率的年雨量，再从实际系列中挑选出年雨量比较接近的年份，选择对工程偏不利的年份作为代表年。
在年雨量接近的情况下，雨量过分集中（汛期雨量偏大）的年份对水资源的存蓄及供给不利，可考虑作为代表年。
三、水资源总量分析
该县不同代表年的水资源总量包括该代表年产生的当地地表水、过境水和地下水三部分。
即
。
（一）当地地表水资源
根据实际情况，本次设计选取本县和邻近范围内的12个雨量站各代表年的逐日雨量资料和该气象站的蒸发量资料进行计算。
针对不同的下垫面，采用不同的方法进行计算：
对于水面：
R水＝P－E水（1－1）
对于旱地，采用《江苏省暴雨洪水图集》中的模型公式：
（1－2）
式中，P为片面雨量，水面、水田为日雨量，旱地为次降雨量（mm）；
Pa为前期影响雨量，由公式
逐日计算而得，其中平原圩区：
K＝0.93；Im＝95mm；山丘区：
K＝0.90；Im＝75mm。
CP、Ci为模型参数，平原圩区：
CP=20、Ci=105；山丘区：
CP=10、Ci=72。
E水为水面蒸发量（mm）。
当地地表水资源总量即为水面径流量和旱地径流量之和。
为减少计算工作量，本设计中该县各片不同代表年当地地表径流量可直接采用附表2的计算结果。
其中，6-9月为汛期，汛期按旬计算，即需将汛期时的径流相加转成相应旬的径流量。
其余月份的计算时段单位则为月。
（二）过境水
1、根据淮阴市水利区划综合平衡后，不计引江水量，分配给该县的淮河、洪泽湖和入江水道50%、75%和95％代表年的水资源量分别为19.2893、20.1091和5.5188亿m3。
据推算分配给现状年该县的水量为18.2501亿m3。
2、境外汇流量
该县县南部的仇集大涧发源于安徽省嘉山县的分水岭水库，经仇集乡流入七里湖，境外集水面积185km2。
经推算，仇集大涧片平水年、枯水年和特枯年汇流量分别为5341.0、4073.7、1779.7万m3，其现状水平年境外汇流量为4219.9万m3。
仇集大涧片仅考虑境外汇流量。
各片年过境水量分配见表2。
由于缺少过境水量月分配资料，各片不同代表年过境水量的年内分配参照各片相应代表年的当地地表径流量年内分配比例进行划分。
即
（1－3）
式中，
为某代表年i过境水量（i代表平水年、一般干旱年或特别枯水年，下同），（万m3）；
为某代表年i第j个月过境水量（万m3）；
为某代表年i当地地表水资源量（万m3）；
为某代表年i第j个月当地地表水资源量（万m3）。
表2该县各片不同代表年过境水量表单位：
万m3
片名
现状水平年
平水年
枯水年
特殊干旱年
仇集大涧
4219.9
5341
4073.7
1779.7
沿淮南岸
18681
19745
20584
5650
沿洪泽湖
91311
96510
100610
27613
沿入江道
23601
24945
26006
7137
铜龙河
古城大涧
河西
48908
51693
53891
14788
合计
186720.9
198234
205164.7
56967.7
（三）地下水
该县地下水储蓄量约26.09亿m3，本次分析的评价量以补给量为算。
补给量包括天然补给量、开采补给量和人工补给量三部分。
为避免水资源总量的重复计算，补给量只计算天然降雨入渗补给量。
大气降雨入渗补给量按下式计算：
Wf＝0.1*P*a*F（1－4）
式中：
Wf――大气降雨入渗补给量，万m3/年；
P――年降雨量，mm；
a――年降雨入渗系数，本设计山丘区为0.05，平原区为0.1；
F――计算区面积，km2。
该县各片各代表年型年降雨量情况见表3。
表3该县各片代表年型的年降雨量统计表单位：
mm
片名
现状水平年
平水年
枯水年
特殊干旱年
仇集大涧
922.3
989.3
898.1
624.5
沿淮河南岸
976.7
985.2
805.4
603.7
沿洪泽湖
951.9
1033.4
790.7
607.8
沿入江水道
907.5
1089.4
757.7
627.4
铜龙河
960.2
1033.5
814.1
641.6
古城大涧
970.1
1015.6
955.8
679.5
河西
1035.5
981.9
783.3
636.3
该县各片不同代表年水资源总量为相应当地地表水、过境水和地下水水量之和。
1.3供水工程调查分析
一、蓄水工程
该县蓄水工程包括中小型水库和塘坝。
各片蓄水工程兴利库容见表4。
二、提水工程
全县共装机295处690台，总容量43410.6千瓦，直接从河湖提水能力达130.14m3/秒。
据统计，2010年全县从境外累计提水23583.3万m3。
各片提水工程供水情况见表5。
三、水井工程
据统计，全县可用井68眼，2010年开采量为506.0万m3，其中工业用水231.5万m3，生活用水274.5万m3，各片水井工程供水情况见表6。
表4该县各片蓄水工程兴利库容表单位：
万m3
片名
水库
塘坝
合计
仇集大涧
532
133
665
沿淮河南岸
456
277
733
沿洪泽湖
7975
2418
10393
沿入江水道
895
1589
2484
铜龙河
3936
1615
5551
古城大涧
4753
668
5421
河西
643
1161
1804
合计
19190
7861
27051
表5该县提水工程供水情况调查表单位：
m3/秒；万m3
片名
提水能力
流量
水量
2010年提水量
仇集大涧
0.52
1639.9
22.5
沿淮河南岸
24.2
76317.1
1666.8
沿洪泽湖
32.42
102239.7
9830
沿入江水道
17.6
55503.4
5960
铜龙河
古城大涧
河西
55.4
174709.4
6104
合计
130.14
410409.5
23583.3
表6该县水井工程供水情况调查表单位：
万m3
片名
供水能力
2010年实际开采量
合计
工业用水
生活用水
仇集大涧
37.2
21.4
沿淮河南岸
243.4
111.2
沿洪泽湖
755.7
223.0
沿入江水道
204.7
56.1
铜龙河
155.7
45.6
古城大涧
46.6
5.1
河西
250
43.6
合计
1693.3
506.0
231.5
274.5
1.4用水调查分析
按照《全国水资源综合规划细则》，需水部门分为生活、生产及生态环境三大类。
考虑到实际情况，本次设计仅考虑生活（包括城镇居民生活和农村居民生活）、工业和农业三个用水部门。
在各用水部门中，工业用水、城镇居民生活用水和农村居民生活用水受外界来水、降雨和旱情的影响较小，因此，同一水平年不同来水情况下（不同代表年来水）以上部门需水量可假定不变。
农业灌溉用水与自然界的气候等因素密切相关，同一水平年，来水丰枯不同，其农业需水量亦不同。
本部分需要计算不同来水情况下农业需水量，各片生活、工业和农业需水量之和即为各片总需水量。
（一）生活用水
生活用水包括两部分：
城镇居民生活用水和农村居民生活用水。
其计算公式为：
（1－5）
式中，
为某水平年城镇或农村生活用水量（万m3）；
为某水平年人口（万人）；
为拟定的某水平年人均综合用水定额（m3/人.年）。
求出该县年总用水量之后，各片生活用水量分配可参考各片行政面积占该县县行政面积的比例进行分割。
由于缺少资料，同时由于生活用水各月相差不大，可取各月相等，即按照下式计算各月生活需水量。
汛期各旬生活需水量为月需水量的1/3。
（1－6）
式中，
为预测的某水平年城镇或农村生活用水量（万m3）；
为预测的某水平年第j月城镇或农村生活用水量（万m3）。
为了便于计算，本次直接综合两部分的用水定额。
2010年城镇居民生活用水定额为130l/（人·日），城镇居民人口按照非农业人计算。
农村家庭生活设施水平较低，用水定额取90l/（人·日）。
（二）工业用水
该县工业需水计算方法采用定额法进行计算，即根据工业总产值和用水定额求出全县的工业需水。
见公式（1－7）。
假设县内各片工业分布基本均匀，故各片工业用水量分配可参考各片行政面积占该县行政面积的比例进行分割。
定额法考虑工业产值和万元产值用水量情况，该县工业需水量计算公式为：
（1－7）
式中，
、
分别为工业年用水量和某片工业年需水量（万m3）；
为万元产值用水量（m3/万元）；
为工业产值（亿元）；
为某片行政面积（km2）；
为该县县行政面积（km2）。
根据登记调查，2010年该县工业用水量为716.6万m3，万元产值需水定额为162.5m3/万元；考虑今后工业结构调整，采用200m3/万元。
由于缺少资料，本设计中各片工业需水的年内分配系数采用各月相等的办法进行。
汛期工业需水平均分配到各旬。
（三）农业灌溉用水
灌溉用水量是指作物生长期内天然降水不能满足需要而必须由水利工程提供的水量。
本次设计中，根据水量平衡原理并结合当地实际情况，制定水稻和旱作物两种类型的灌溉制度，再根据灌溉面积，渠系水利用系数计算其需水量。
1、水稻的灌溉制度
水稻的生长期可分为秧田期、泡田期和大田期，因其各具特点，故按三个时期进行分析。
（1）秧田期秧田期计算采用下列公式近似估算
M秧＝0.667（S1+E需1－P1）/10（1－8）
式中，M秧为秧田期灌水定额（m3/亩）；
S1为秧田期渗漏量，取值为2mm/日；
E需1为秧田期田间需水量（mm），取值为300～420mm；
P1为秧田期降雨量（mm），见附表3。
本次计算秧田期取30—40天。
（2）泡田期泡田期定额由下列公式估算
M泡＝0.667a＋0.667（S2＋E需2－P2）（1－9）
式中，M泡为泡田期灌水定额（m3/亩）；
a为插秧时所需水层深度，取值为50mm；
S2为泡田期渗漏量，取值为2mm/日；
E需2为泡田期田间需水量（mm），取3.3mm/天；
P2为泡田期降雨量（mm）。
本次设计泡田期取10天左右。
（3）大田期大田期计算按照水量平衡方程逐日进行计算。
h2=h1＋P＋m－E－C（1－10）
式中，h1、h2分别为时段初、末的水层深度（mm）；
P为时段内降雨量（mm）；
C为时段内排水深（mm）；
m为时段内灌水深（mm）；
E为时段内田间耗水量（mm）。
大田期需水量计算时段汛期取旬，非汛期取月。
表7中各片耗水量为逐日数据，逐日耗水量乘以相应计算时段的日数即为时段内田间耗水量E。
水稻田适宜水层深度见附表4。
2、旱作物灌溉制度
据调查，该县现状年没有灌水。
考虑实际情况，本次直接采用淮阴市统一制定的旱作物灌溉定额的1/3，灌水时间及灌水定额分配见表8所示。
3、灌溉水量
本次计算时，对于水稻采用水利用系数0.45来推求毛灌溉定额，对于旱作物不计渠系水损失及回归。
由此，根据作物面积、水稻田及旱作物灌溉制度，算出农业灌溉需水总量及用水过程。
表7该县各片逐日耗水量表单位：
mm
年型
六月份
七月份
八月份
九月份
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
现状
11.03
9.16
7.49
10.12
9.59
9.79
7.74
7.86
9.19
6.54
7.00
5.79
50%
9.23
10.52
7.42
5.70
9.29
8.56
10.49
8.49
7.62
6.24
4.96
5.99
75%
10.20
6.61
5.86
12.96
10.43
7.35
8.95
7.53
7.89
6.36
6.54
7.36
95%
11.71
10.59
9.50
14.96
6.95
9.00
8.87
8.15
9.55
8.19
6.96
6.71
表8该县旱作物灌溉制度表单位：
m3/亩
代表年
灌水时间
灌水定额
灌溉定额
现状年
0
P=50%
11月
15
60
3月
15
4月
15
5月
15
P=75%
11月
15
75
3月
15
4月
15
5月
30
P=95%
10月
20
95
11月
15
3月
15
4月
15
5月
30
1.5可供水量及供需平衡
一、可供水量
可供水量是指在不同的频率或保证频率以下，为满足不同水平年的需水要求，工程设施可提供的水量。
从可供水量的定义出发，影响可供水量大小的因素有：
来水条件、用水条件、水质条件和工程条件。
其中，“不同频率”反映来水的丰、平、枯情况；工程的弃水和不能为用户所利用的水量不算“工程可提供的水量”，没有通过工程设施，为用户直接利用的水（如降水直接于农田）不算可供水量。
本设计中，选择计算不同代表年的来水，计算可供水量的大小。
对于引、提水工程，可供水量的计算公式为：
（1－11）
式中，
、
、
、
分别为t时段工程的可供水量、来水量、需水量和工程的供水能力（万m3）。
对于蓄水工程，除考虑时段t的来水、需水条件外，则要考虑水库蓄水量的大小，即水库或塘坝的调蓄作用。
二、用水次序
可利用水资源包括三部分：
当地地表水可利用水资源量、过境水可利用量和地下水资源可利用量。
本次评价中，地下水资源可利用量只计算现状水平年的实际开采量，即2010年的实际开采量。
用水次序为：
（1）先用当地地表水资源量，当地水资源可利用量大于用水量时，多余水由水库和塘坝进行调蓄。
计算时段初水库及塘坝有效库容可假设为相应兴利库容的一半。
（2）当地水资源可利用量小于需水量时，可由上时段水库及塘坝参与平衡，不足水量由过境水补充。
（3）地下水资源作为备用水源，只有当地表水资源量不足时，才考虑开采地下水，且开采时应注意不要超地下水的可利用量。
二、水资源供需平衡
平衡方法：
1、非汛期按月平衡，汛期按旬平衡。
2、片与片之间余缺水量不做进一步调整。
3、余缺程度评价时，采用代表年总余缺水量小于总用水量的10％，作为供需平衡片。
1.6规划水平年水资源供需预测
一、用水量预测
农业灌溉用水量预测：
2020年该县耕地面积不变。
取用现状水平年的净灌溉定额参加计算，渠系水利用系数是原来的1.1倍。
据预测，到2020年城镇人口为7.26万人，农村人口为66.0万人，2020年城乡用水定额分别为170l/人·日和100l/人·日。
到2020年，该县的工业产值将由2010年的6.0亿元上升到15.5亿元，万元产值耗水量按现状计算。
二、供水量预测
2020年，该县下垫面不会有太大变化，因而水资源总量和当地地表可利用量不另作计算。
由于用水量的变化，供水工程的增加和地下水的开发利用，可供水量为2010年各年型的1.1倍。
三、供需预测
2提供计算结果
1）代表年选择结果
2）降雨入渗补给量计算成果
3）水资源评价量成果表
4）各片需水计算汇总成果
5）各片灌溉制度
6）各片可供水量计算成果
7）现状水平年，P=50%，P=75%，P=95%供需平衡成果
8）2020年供需预测
附表1该县年、汛期降雨量统计表单位：
mm
年份
县水文站
县气象站
三河闸水文站
年雨量
汛期雨量
年雨量
汛期雨量
年雨量
汛期雨量
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
907.6
834.1
917.5
986.2
996.2
1206.6
947.4
1350
692.6
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