5水资源可利用量估算方法(试行)43712.pdf
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1、 11 水资源可利用量估算方法(试行)一、基本要求 1.本次水资源综合规划要求进行地表水资源可利用量和水资源可利用总量的分析估算。地表水资源可利用量和水资源可利用总量估算应与地表水资源量及水资源总量评价成果以及相关成果等相互协调。在水资源综合规划调查评价阶段,对地表水资源可利用量和水资源可利用总量进行初步估算。2.水资源可利用量是从资源的角度分析可能被消耗利用的水资源量。本次规划中地表水资源可利用量是指在可预见的时期内,在统筹考虑河道内生态环境和其它用水的基础上,通过经济合理、技术可行的措施,在流域(或水系)地表水资源量中,可供河道外生活、生产、生态用水的一次性最大水量(不包括回归水的重复利用
2、)。水资源可利用总量是指在可预见的时期内,在统筹考虑生活、生产和生态环境用水的基础上,通过经济合理、技术可行的措施,在流域水资源总量中可资一次性利用的最大水量。3.地表水资源可利用量以流域或独立水系为计算单元,以保持成果的独立性、完整性。在进行地表水资源可利用量估算时,全国初步划分为 90 个水系,然后对全国 10 个水资源一级区进行汇总。各水资源一级区水系划分见附件 2。具体控制节点由流域机构商相关省(自治区、直辖市)确定。在估算地表水资源可利用量的基础上,对不同的计算区(根据实际需要划定的区域),估算水资源可利用总量。在供水预测和水资源配置时,地表水资源可利用量、水资源可利用总量用于对流域
3、开发利用的总量控制。4.各水系水资源可利用量估算及协调与汇总工作要以流域机构为主进行。对于全部或绝大部分在某一省(自治区、直辖市)范围内的水系,可以该省(自治区、直辖市)为主进行估算,流域机构进行协调平衡与合理性分析;对于涉及省际之间上下 22 游关系的水系,分析计算工作应在相关省(自治区、直辖市)协助下以流域机构为主进行。5.本规划仅要求估算多年平均情况下的地表水资源量可利用量和水资源可利用总量。二、技术路线 (一)计算原则 水资源可利用量计算遵循以下原则:1水资源可持续利用的原则 水资源可利用量是以水资源可持续开发利用为前提,水资源的开发利用要对经济社会的发展起促进和保障作用,且又不对生态
4、环境造成破坏。水资源可利用量分析水资源合理开发利用的最大限度和潜力,将水资源的开发利用控制在合理的范围内,充分利用当地水资源和合理配置水资源,保障水资源的可持续利用。2统筹兼顾及优先保证最小生态环境需水的原则 水资源开发利用遵循高效、公平和可持续利用的原则,统筹协调生活、生产和生态等各项用水。同时为了保持人与自然的和谐相处,保护生态环境,促进经济社会的可持续发展,必须维持生态环境最基本的需水要求。因此,在统筹河道内与河道外各项用水中,应优先保证河道内最小生态环境需水要求。3以流域水系为系统的原则 水资源的分布以流域水系为特征。流域内的水资源是具有水力联系,它们之间相互影响、相互作用,形成一个完
5、整的水资源系统。水资源量是按流域和水系独立计算的,同样,水资源可利用量也应按流域和水系进行分析,以保持计算成果的一致性、准确性和完整性。4因地制宜的原则 由于受地理条件和经济发展的制约,各地水资源条件、生态环境状况和经济社会 33 发展程度不同,水资源开发利用的模式也不同。因此,不同类型、不同流域水系的水资源可利用量分析的重点与计算的方法也应有所不同。要根据资料条件和具体情况,选择相适宜的计算方法,计算水资源可利用量。(二)地表水资源可利用量的分析计算方法 1不可以被利用水量与不可能被利用水量 地表水资源量包括不可以被利用水量和不可能被利用的水量。不可以被利用水量是指不允许利用的水量,以免造成
6、生态环境恶化及被破坏的严重后果,即必须满足的河道内生态环境用水量。不可能被利用水量是指受种种因素和条件的限制,无法被利用的水量。主要包括:超出工程最大调蓄能力和供水能力的洪水量;在可预见时期内受工程经济技术性影响不可能被利用的水量;以及在可预见的时期内超出最大用水需求的水量等。2倒算法与正算法(倒扣计算法与直接计算法)多年平均水资源可利用量计算可采用倒算的方法或正算的方法。所谓倒算法是用多年平均水资源量减去不可以被利用水量和不可能被利用水量中的汛期下泄洪水量的多年平均值,得出多年平均水资源可利用量。可用(21)式表示:W地表水可利用量W地表水资源量W河道内最小生态环境需水量W洪水弃水 (21)
7、倒算法一般用于北方水资源紧缺地区 所谓正算法是根据工程最大供水能力或最大用水需求的分析成果,以用水消耗系数(耗水率)折算出相应的可供河道外一次性利用的水量。可用(22)式或(23)表示:W地表水可利用量k用水消耗系数W最大供水能力 (22)或 W地表水可利用量k用水消耗系数W最大用水需求 (23)正算法用于南方水资源较丰沛的地区及沿海独流入海河流,其中(22)式一般 44 用于大江大河上游或支流水资源开发利用难度较大的山区,以及沿海独流入海河流,(23)式一般用于大江大河下游地区。(三)类型划分 地表水资源可利用量估算要分类型进行,根据水系的特征划分为:大江大河、沿海独流入海诸河、内陆河及国际
8、河流等 4 种类型。根据各类型水系的特点和具体情况确定地表水资源可利用量的估算方法。1.大江大河及其支流采用倒扣计算法,从多年平均地表水资源量中扣除非汛期河道内最小生态环境用水和生产用水,以及汛期难于控制利用的洪水量,剩余的水量可供河道外用水户利用,该部分水量即为地表水资源可利用量。图一、图二为地表水资源可利用量估算示意图。1234567891011120100200300400500600 图一 北方河流地表水资源可利用量计算示意图 地表水资源可利用量河道内生态环境需水量难于控制利用的洪水量地表水资源量Q(m3/s)月份 55 12345678910111205001000150020002
9、500300035004000 图二 南方河流地表水资源可利用量计算示意图 河 道 内 需 水 量河 道 内 需 水 量地表水可利用量难于控制利用的洪水量地表水资源量 Q(m3/s)月份 2.独流入海诸河及长江、珠江上游部 分支流,由于建设控制工程的难度较大,水资源的利用主要受制于供水工程的建设及其供水能力的大小。可利用量计算一般采用正算的方法,通过对现有工程和规划工程供水能力及水资源开发利用程度的分析,估算地表水资源可利用量。3.内陆河上游出山口以上为产水区,其所产水量经过中下游河道外用水消耗及河道内水量消耗,全部被消耗掉。内陆河地表水与地下水转换关系复杂,宜直接进行水资源可利用总量的分析估
10、算。内陆河水资源可利用总量的估算,采用水资源总量扣除河道内生态环境需水量的方法。河道内生态环境需水主要为维护天然生态保护目标所需的水量。4.国际河流分为出境河流、入境河流和国际界河。国际河流涉及面广,情况特殊,宜作为个例,单独进行分析估算。(四)技术途径 地表水资源可利用量估算应采用以下技术途径:66 1.定性分析与定量计算相结合 地表水资源可利用量是宏观层次的估算成果,在定性分析方面要进行全面和综合的分析,以求定性准确;在定量计算方面计算方法不宜过于繁琐,力求计算的内容简单明了,计算方法简捷、可操作性强。2.以现状水资源开发利用综合分析为基础 现状水资源开发利用的综合分析对地表水资源可利用量
11、的分析计算至关重要。现状(近 10 年)水资源开发利用的综合分析包括水资源开发利用条件、程度、模式、存在问题及潜力分析等。3.计算成果要进行合理性分析与协调平衡 对于各水系地表水资源可利用量计算成果要进行合理性分析,并在流域和全国的层面上进行反复协调平衡,最终确定成果。要进行现状开发利用及开发利用潜力综合分析与比较;水资源利用率及水资源消耗利用率综合分析与比较;未来发展趋势,生产布局及水资源开发利用模式与配置格局分析等。4.选择典型水系进行实例估算 各流域选择若干典型水系进行估算,典型的选择要有足够的数量和代表性。通过实例估算取得经验,并进一步改进和完善估算方法,推广到其他水系进行分析估算。三
12、、河道内需水量估算 河道内需水量包括河道内生态环境需水量和河道内生产需水量。由于河道内需水具有基本不消耗水量、可满足多项功能以及水量重复利用等特点,因此应在河道内各项需水量中,选择最大的,作为河道内需水量。(一)河道内生态环境需水分类及其估算 河道内生态环境需水量主要有:1)维持河道基本功能的需水量(包括防止河道断流、保持水体一定的自净能力、河道冲沙输沙以及维持河湖水生生物生存的水量等);2)通河湖泊湿地需水量(包括湖泊、沼泽地需水);3)河口生态环境需水量(包 77 括冲淤保港、防潮压咸及河口生物保护需水等)。1维持河道基本功能需要的水量(1)河道基流量 河道基流量是指维持河床基本形态,保障
13、河道输水能力,防止河道断流、保持水体一定的自净能力的最小流量,是维系河流的最基本环境功能不受破坏,必须在河道中常年流动着的最小水量阈值。通常可供选用的估算方法:a.以多年平均径流量的百分数(北方地区一般取 1020%,南方地区一般取2030%)作为河流最小生态环境需水量。计算公式为:KWnWniir)(11 (31)式中,Wr为河流最小生态环境需水量;Wi表示第 i 年的地表水资源量;K为选取的百分数;n为统计年数。b.根据近 10 年最小月平均流量或 90%保证率最小月平均流量,计算多年平均最小生态需水量。计算公式为:Wr=12Min(Wij)(32)或 Wr=12Min(Wij)P90%(
14、33)式中,Wr为河流最小生态环境需水量;Min(Wij)表示近 10 年最小的平均月径流量;Min(Wij)P90%表示 90%保证率最小月径流量。c.典型年法 选择满足河道基本功能、未断流,又未出现较大生态环境问题的某一年作为典型年,将典型年最小月平均流量或月径流量,作为满足年生态环境需水的平均流量或月平均的径流量。公式为:Wr=12W最小月径流量 (34)或 Wr=365243600Q最小月平均流量 (35)88(2)冲沙输沙水量 冲沙输沙水量是为了维持河流中下游侵蚀与淤积的动态平衡,必须在河道内保持的水量。输沙需水量主要与输沙总量和水流的含沙量的大小有关。水流的含沙量则取决于流域产沙量
15、的多少、流量的大小以及水沙动力条件。一般情况下,根据来水来沙条件,可将全年冲沙输沙需水分为汛期和非汛期输沙需水。对于北方河流而言,汛期的输沙量约占全年输沙总量的 80%左右。但汛期含沙量大,输送单位泥沙的用水量比非汛期小得多。根据对黄河的分析,汛期输送单位泥沙的用水量为 3040m3/t,非汛期为 100m3/t。汛期输沙需水量计算公式为:max11/CSWm (36)或 111wsmCSW (37)式中,Wm1为汛期输沙需水量,S1为多年平均汛期输沙量,CWS1为多年平均汛期输送单位泥沙用水量,Cmax为多年最大月平均含沙量的平均值,可用下式计算:niijjCnCMax1121max1 (3
16、8)式中,Cij为第 i 年 j 月的平均含沙量,N为统计年数。非汛期输沙需水量计算公式为:222wsmCSW (39)式中,Wm2为非汛期输沙需水量,S2为多年平均非汛期输沙量,CWS2为多年平均非汛期输送单位泥沙用水量。全年输沙需水量 Wm为汛期与非汛期输沙需水量之和。21mmmWWW (310)(3)水生生物保护水量 维持河流系统水生生物生存的最小生态环境需水量,是指维系水生生物生存与发展,即保存一定数量和物种的生物资源,河道中必须保持的水量。99 水生生物保护需水量可按照河道多年平均年径流量的比例估算,比例应不低于30%。此外,还应考虑河道水生生物及水生生态保护对水质和水量的一些特殊要
17、求,以及稀有物种保护的特殊需求。对于这些河段,其水生生物保护需水量的取值百分数应适当提高。对于较大的河流,不同河段水生生物物种及对水质、水量的要求不一样,可分段设定最小生态需水量。2维持通河湖泊湿地生态环境需要的水量 通河湖泊湿地生态环境需水是指与河流相连通湖泊湿地保持一定的生态环境功能需要水量。由于通河湖泊湿地这些水量是靠天然河道的水量自然补给的,可以作为河道内需水考虑。但其又与其它类型河道内生态环境需水有所不同,应单独考虑,而不宜与其它与其它河道内需水量综合取外包。(1)维持通河湖泊生态环境需水 根据湖泊的功能确定满足其生态功能的最低水位,具有多种功能的应进行综合分析确定。根据最低水位,确
18、定相应的水面面积和容量,推算维持该最低水位,湖泊蒸发与渗漏损失的水量,以此作为湖泊的生态环境需水量。(2)维持通河湿地生态环境需水 此处所指的湿地主要是通河的沼泽地。沼泽湿地生态环境需水量是指维持沼泽湿地自身存在和发展以及发挥其应有的环境效益所需要的水量。沼泽湿地生态环境需水量包括湿地植物需水量、土壤需水量、野生生物栖息地需水量等。植物需水量根据植物种类、组成结构、植被面积及覆盖度、各种植物的耗水强度等影响因素进行计算。土壤需水量通过土壤水量平衡关系,根据土壤饱和持水量的要求进行计算。生物栖息地需水量计算,要找出关键物种,分析确定对保护物种和生物多样性最佳的水面面积与沼泽植被面积的比例,据此计
19、算需水量。湿地各项生态环境需水量具有兼容性,在各项需水量计算的基础上,综合确定湿 1010 地生态环境需水量。也可根据湿地的功能和面积,结合当地的降水和蒸发状况,计算需水量。或选择典型年份湿地耗用的水量作为生态环境需水量。3.河口生态环境需水量(1)冲淤保港水量 冲淤保港水量是指用于入海口河段排沙,防止港口泥沙淤积所需要的水量,与入海水量关系密切。丰水和平水年份利用汛期的排水及灌溉回归水冲淤,枯水年份需要保持一定的入海水量,满足冲淤保港的需要。(2)防潮压咸水量 感潮河流为防止枯水期潮水上溯,保持河口地区不受海水入侵的影响,必须保持河道一定的防潮压咸水量。可根据某一设计潮水位上朔可能造成的影响
20、,分析计算河流的最小入海压咸水量。也可在历史系列中,选择河口地区未受海水入侵影响的最小月入海水量,计算相应的入海月平均流量,作为防潮压咸的控制流量。(3)河口生物保护需水量 河口生物保护需水主要指河口栖息地保护的需水量。河口栖息地不同于一般通河湿地栖息地,它受河流和海洋动力的双重制约,河口栖息地保护是要维持河口入海水量与海水入侵的动态平衡,维持这种平衡所需的河流入海水量既为河口生物保护(生态环境)需水量。一般通过典型年入海水量的分析,确定其需水量。(二)河道内生产需水量 河道内生产需水量主要包括航运、水力发电、旅游、水产养殖等部门的用水。河道内生产用水一般不消耗水量,可以“一水多用”,但要通过
21、在河道中预留一定的水量给予保证。河道内生产需水量要与河道内生态环境需水量综合考虑,其超过河道内生态环境需水量的部分,要与河道外需水量统筹协调。1航运需水量 航运需要通航河段保持一定的水位和流量,以维持航道必要的深度和宽度。在设计航运基流时,根据治理以后的航道等级标准及航道条件,计算确定相应设计最低通 1111 航水深保证率的流量,以此作为通航河段河道内航运用水的控制流量。通航河段设计最小通航流量,可采用 内河航道与港口水文规范(JTJ214-2000)中的保证率频率法及综合历时曲线法计算。2水力发电需水量 水力发电用水一般指为保持梯级电站、年调节及调峰等电站的正常运行,需要向下游下泄并在河道中
22、保持一定的水量。水力发电一般不消耗水量,但要满足在特定时间和河段内保持一定水量的要求。在统筹协调发电用水与其他各项用水的基础上,计算确定水力发电需水量。3旅游用水 旅游业用水主要有两个方面:一是依赖于水体的休闲娱乐业,包括游泳、游艇、滑水等水上运动与娱乐项目;二是改善旅游景观环境,需要河湖水体保持一定的水量和流动性。对于休闲娱乐用水可按景区水面面积大小估算旅游用水;对于景观环境用水,可根据旅游景观环境保护的要求,估算河道需要保持的流量和湖泊需要补充和替换的水量。(三)河道内总需水量 河道内总需水量是在上述各项河道内生态环境需水量及河道内生产需水量计算的基础上,逐月取外包值并将每月的外包值相加,
23、由此得出多年平均情况下的河道内总需水量。计算公式如下:W河道内总需水量 WijnjmiMax11 (311)式中,Wij表示上述 i 项 j 月河道内需水量,n1,12。1212 四、汛期难于控制利用洪水量分析计算(一)汛期难于控制利用洪水量的概念 1汛期难于控制利用洪水量是指在可预期的时期内,不能被工程措施控制利用的汛期洪水量。汛期水量中除一部分可供当时利用,还有一部分可通过工程蓄存起来供今后利用外,其余水量即为汛期难于控制利用的洪水量。对于支流而言是指支流泄入干流的水量,对于入海河流是指最终泄弃入海的水量。汛期难于控制利用洪水量是根据最下游的控制节点分析计算的,不是指水库工程的弃水量,一般
24、水库工程的弃水量到下游还可能被利用。2.由于洪水量年际变化大,在总弃水量长系列中,往往一次或数次大洪水弃水量占很大比重,而一般年份、枯水年份弃水较少,甚至没有弃水。因此,要计算多年平均情况下的汛期难于控制利用洪水量,不宜采用简单的选择某一典型年的计算方法,而应以未来工程最大调蓄与供水能力为控制条件,采用天然径流量长系列资料,逐年计算汛期难于控制利用下泄的水量,在此基础上统计计算多年平均情况下汛期难于控制利用下泄洪水量。(二)汛期难于控制利用洪水量计算方法 将流域控制站汛期的天然径流量减去流域调蓄和耗用的最大水量,剩余的水量即为汛期难于控制利用下泄洪水量。汛期难于控制利用下泄洪水量的计算方法与步
25、骤:1.确定汛期时段 各地进入汛期的时间不同,工程的调蓄能力和用户在不同时段的需水量要求也不同,因而在进行汛期难于控制利用下泄洪水量计算时所选择的汛期时段不一样。一般来说,北方地区,汛期时段集中,78 月是汛期洪水出现最多最大的时期,89 月汛后是水库等工程调蓄水量最多的时期,而 56 月份是用水(特别是农业灌溉用水)的高峰期。北方地区汛期时段选择 79 月为宜。南方地区,汛期出现的时间较长,一般在 410 月,且又分成两个或多个相对集中的高峰期。南方地区中小型工程、引 1313 提水工程的供水能力所占比例大,同时用水时段也不同北方地区那样集中。南方地区汛期时段宜分段选取,一般 46 月为一汛
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