- 水資源保護與管理
- 付強 何俊仕 劉繼龍主編
- 10021字
- 2021-10-25 20:02:27
第三節 可供水量預測
隨著國民經濟的持續穩定發展,工農業各部門用水量的不斷增加,有些地區由于水資源的不足而制約了工農業的進一步發展。為了利于工農業生產的規劃與發展,對區域水資源進行評價與管理就顯得尤為重要,而可供水量計算是水資源供需分析的重要環節。
一、可供水量的概念與影響因素
水資源供需分析,應著重分析清楚在各種保證率情況下的水資源供需現狀,同時也要分析近期和遠景水平年在各種保證率情況下的水資源供需情況。從供水的角度講,不僅要摸清現狀水利工程系統實際的供水量,而且要分析清楚現狀、近期、遠景不同水平年在各種保證率情況下的可能供水量。經過多年的實踐摸索,這種現狀和不同水平年在各種保證率情況下,供水系統可能提供的水量,常以“可供水量”命名。
1.可供水量的定義
1982~1986年“全國水資源合理利用與供需平衡分析”開展以來,在全國趨近統一的理解是:可供水量是指在不同水平年、不同保證率情況下,考慮需水要求,供水工程設施可能提供的水量。
為何這樣定義可供水量呢?從區域水資源分析的內容和目的來看,引進的可供水量概念要滿足如下要求。
(1)能在區域水資源供需分析計算中,反映出水資源的余缺程度。
(2)有別于工程的實際供水量和工程的最大供水能力。
(3)工程的棄水和不能為用戶所利用的水量都不能作為工程可能提供的水量。
(4)能適應現狀、近期和遠景各種不同水平年的供需分析。
(5)能適應于全國范圍(南方和北方)以及不同的計算方法。
上述可供水量的定義,可以滿足此五條要求。下面對“可供水量”定義進行如下詳細的解釋。
(1)可供水量加上“可”字,意味著所算出的供水量是某種計算條件下的供水工程設施所“可能”或“可以”提供的水量。供水工程設施的可供水量有別于工程的實際供水量,也有別于工程的最大供水能力。工程實際供水量是指工程沒有考慮需水要求而實際提供的水量,其中未必全部被用水部門利用。而最大供水能力是指工程充分發揮作用時可提供的水量,同樣沒有考慮需水要求,其可供水量只是最大供水能力中為用戶利用了的那部分供水量。
例,某一引水樞紐,在逐日來水過程線給定時,考慮河道下泄流量的要求,當河道日平均可引流量小于和等于引水渠道的最大過水能力時,全引;當河道日平均可引流量大于引水渠道的最大過水能力時,只引渠道的最大過水流量。將渠道逐日引用的水量相加,即為渠道全年最大可引水水量,也即引水工程的供水能力。顯然,工程的供水能力指的是工程措施充分發揮作用時可提供的水量。
但這樣算得的渠道最大可引水量,并不是許可供給的水量,因為年最大可引水量可能有一部分是沒有用的,例如農業灌溉,在非灌溉期的那部分引水量是毫無用處的。因此,許可的引水量必須從年最大可引水量中減去用戶不用的水量,剩余部分才是引水工程可以供給的水量,簡稱可供水量。可供水量與工程的供水能力是不同的,供水能力未考慮需水限制。可供水量大小取決于來水過程、下游河道流量要求、渠道過水能力以及用戶的需水要求等。
(2)“不同水平年”的水平年,是指水資源開發利用的程度,表現在各類供水工程設施的多少、工程狀況和管理水平等方面。在計算可供水量時,要考慮分析現狀、近期、遠景幾種發展水平的情況。
(3)“不同保證率”即表示在計算可供水量時要考慮豐、平、枯幾種不同來水情況,又表示供水工程設施對用戶供水保證程度的一種概念。同一供水工程設施在不同的豐、平、枯水年可能提供的水量是不同的。
(4)“考慮需水要求”是指計算可供水量時,需要把供水和需水(用水)結合起來考慮,棄水和不能為用戶利用的水量(用戶不需要的水)不能算作可供水量。
(5)“供水工程設施提供的”是指計算的可供水量一定是供水工程設施為用戶提供的。供水工程設施包括正常的蓄、引、提、調水工程,也包括臨時工程設施;既包括地表地下水供水工程,也包括再生水利用工程。沒有通過供水工程設施直接為用戶利用的水量,如農作物利用的天然降水量、農作物根系吸收的包氣帶土壤水分和地下水,都不能算作可供水量。這部分水量已經通過農作物在供水和用水之間達到了自身平衡,再參加供需分析已失去意義,而且也無法計算這部分用水究竟有多大。所以,供水工程設施未控制的集水面積上的水資源量不能成為可供水量。
2.可供水量的影響因素
從可供水量的定義出發,影響可供水量的因素主要有以下幾個方面。
(1)供水工程條件。
由于天然水資源年際、年內變化大,且與用水需求的變化不一致,水土資源的配置不相適應,天然水資源很難直接滿足各類用戶的需要。因此,要修建各類供水工程設施,調節水資源的時空分布,或遠處引水,或蓄豐補枯,或提高水位,以滿足用戶需求。供水量(利用的水資源量)總是與供水工程設施相聯系的。一般說來,供水工程設施有:蓄水工程(水庫、塘壩)、引水工程(有壩引水、無壩引水)、提水工程(抽水站)和再生水工程等。
供水工程設施的改變,如現有工程參數的變化,不同的調節運用方式以及不同發展時期新增工程設施等情況,都會使得算出的可供水量有所不同。
(2)來水條件。
我國大部分地區受季風影響,水資源的年際、年內變化大。我國南方地區最大年徑流量與最小年徑流量的比值為2~4倍,北方可達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。而可供水量的計算與年來水量及年內變化有著非常密切關系。不同年的來水變化,以及年內的時間和空間變化,都會使可供水量的計算結果不一致。
(3)用水條件。
因為不同年的用水特性(包括用水結構、分布、性質、要求、規模等)和合理用水節約用水情況是不相同的,所以不同年計算出的可供水量也是不相同的。另外,用水條件也往往相互影響,如河道的沖淤、河口生態用水要求,可能直接影響河道外直接供水的可供水量;河道上游的用水要求可能影響到下游的可供水量等。
除了上述三個影響可供水量的主要因素外,水質條件對可供水量也有一定影響。不同年的水源泥沙和污染程度等情況直接影響所提供可供水量的大小。如高礦化度地下水,未經改良和處理是不能供工農業使用,更不能供城鄉人畜飲用。
二、水利工程可供水量計算
可供水量包括地表水可供水量、淺層地下水可供水量、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調入的水量。在向外流域調出水量的地區(跨流域調水的供水區)不統計調出的水量,相應其地表水可供水量中不包括這部分調出的水量。其他水源可供水量包括深層承壓水可供水量、微咸水可供水量、雨水集蓄工程可供水量、污水處理再利用量、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長系列的供水量外,還需提出不同水平年P=50%、P=75%、P=95%三種保證率的可供水量;淺層地下水資源可供水量一般只需多年平均值。
可供水量的計算時段應取得比較適中,不能過大,也不能過小。劃得過大,往往會掩蓋供需之間的矛盾,因為一個地區的缺水,往往只是幾個關鍵時期,甚至是很短的一段時間,所以只有把計算時段劃小,才能把供需之間的矛盾暴露出來。但劃得太小,則分析計算工作量大,有時還受資料的限制。所以,計算時段的劃分應以能客觀反映供需矛盾為準則。一般來說,北方供需矛盾突出的地區按月進行分析可能滿足要求,南方供需矛盾突出的地區在作物灌溉期甚至要按旬或按周進行分析才可能滿足要求;對一些供需矛盾不突出地區,則可能按主要作物灌溉期和非灌溉期進行分析,甚至可能按年進行分析等。
(一)地表水可供水量計算
1.蓄水工程
蓄水工程能在時間上對水資源重新分配,在來水多時把水蓄起來,在來水少時根據用水要求適時適量地供水。這種把來水按用水需求在時間上和數量上重新分配的過程,稱為水庫調節。
(1)大、中型水庫。
一般而言,年調節水庫為一年一次調蓄過程。為簡單起見,設年初、年末庫容均為水庫的死庫容。Yt表示t時段來水流量,Dt表示t時段需水量,Qt表示t時段可供水量,單位均為m3/s。Vt表示t時段初水庫蓄水量,單位為m3/s·Δt。時段長Δt=90天,一年劃分為4個時段。有關計算情況見表2-11,不同計算模式如圖2-4所示。
表2-11 水庫調節計算表

1)“有水就用模式”。如果有水,只要需要就給予供給。
按如下水量平衡方程計算:

Q1=200m3/s,Q2=200m3/s,Q3=0,Q4=0。這種結果顯然是不合理的,缺水集中在后兩個計算時段,不便于生活與生產的安排。
2)“過程相似”模式。供水總量雖不能滿足需水總量要求,但其過程應盡可能與需水一致,這樣便于生活與生產的安排。
如果水庫期初、末不蓄不放水,維持庫容不變,總來水恰好用完。總來水為400m3/s·Δt,總需水為800m3/s·Δt,來水總量為需水總量的1/2。按過程相似,每時段應供水流量100m3/s。水庫蓄水變化過程,如圖2-4所示。

圖2-4 不同計算模式示意圖
Q1=Q2=Q3=Q4=100m3/s
V0=0,V1=200,V2=200,V3=100,V4=0
3)如水庫庫容有限,V有效=100m3/s·Δt。
第一時段末,水庫最多能蓄100m3/s·Δt水量。這時Q1=100m3/s·Δt,就要棄水100m3/s·Δt。這顯然是不合適的,實際上Q1=200m3/s·Δt,它也能蓄至庫滿。
第二時段,后三個時段需水600m3/s·Δt,現有水量200m3/s·Δt,一是來水100m3/s·Δt;二是水庫蓄水100m3/s·Δt。按過程相似,每時段應供流量200/3m3/s·Δt,但這樣做第二時段末要蓄水200~200/3m3/s,超過水庫有效庫容又要棄水,顯然也是不合適的。水庫最多能蓄100m3/s·Δt,從而Q2=100m3/s·Δt。

圖2-5 庫容有限時的供水過程示意圖
第三、四時段,共有水100m3/s·Δt,從而兩時段各供水50m3/s。Q3=Q4=50m3/s。水庫供水過程如圖2-5所示。
(2)小型蓄水工程。
小型蓄水工程的特點是數量多而且缺乏實測資料,所以往往采用“復蓄系數”法來估算可供水量。
所謂的“復蓄系數”,就是水庫、塘壩年可供水量與有效庫容之比值。復蓄系數與水庫的集雨面積、來水多少、有效庫容大小、擔負的灌溉面積等多種因素有關,一般通過典型工程分類實地調查分析來確定。由于小型水庫、塘壩庫容較小,從而來水可使有效庫容多次充蓄,復蓄系數可大于1.0。
按小型蓄水工程的不同類別,把實際調查到的復蓄系數和相應年份的來水頻率繪在幾率格紙上,通過適線法求得復蓄系數和來水頻率之間的相關線。在應用時,可根據來水的頻率查出相應的復蓄系數。
當小型水庫、塘壩的復蓄系數確定以后,利用下面公式可算出可供水量。

式中:W供為小型水庫、塘壩的可供水量;n為復蓄系數;V為水庫塘壩的有效庫容。
2.引水工程
引水工程是指從河道或其他地表水體能夠自流取水的水利工程。一般按典型年逐年計算。引水工程可供水量的大小與河道天然來水量、下游河道過水流量要求、引水工程過水能力、用戶的用水要求有關。

式中:W引為引水工程可供水量;D為用戶需水量;Qmax為引水工程供水能力;Yup為河道來水量;Ydown為河道下游要求下泄水量。
(1)一用戶情形。
有一河流引水工程向某地區供水,引水渠道過水能力為Qmax=70m3/s,取水口流量過程與需水量過程見表2-12,設下泄流量要求不低于60m3/s。試計算該工程的年可供水量。
表2-12 取水口徑流量過程與需水量過程 單位:m3/s

可供水量受到過水能力、需求和可引水量的制約,即:

據此可計算可供水量為1.7×109m3。

圖2-6 兩用戶情形(單位:m3/s)
(2)兩用戶情形。
有一河流向兩個用戶供水,設引水渠道的過水能力和取水口下泄流量不受限制,河流來水與用戶需水情況如圖2-6所示,試計算可供水量。
按照不同的計算原則,有不同的計算方法。
第一種方法,自上而下計算,按“屬地優先權”原則,先盡量滿足第1用戶要求,然后再進行第2用戶的分析計算。

第二種方法,按兩用戶“均衡受益”原則進行分析計算。“均衡受益”是指,如果在資源緊缺的條件下,兩用戶供水量與需水量之比應相等。因無調節能力,以一個時段為例說明,其他時段類似計算。
設Q1代表向用戶1供水量,Q2代表向用戶2供水量,則有方程式:

聯立求解得:,
)。
(3)考慮用戶重要性不同。
為方便計,在兩用戶情形,如圖2-6所示,可建立優化模型:

求最優解,得到:

如果用戶2較用戶1重要,這樣供水就是不合理的,因為它使兩用戶的缺水率相等,未能考慮用戶重要性的不同。設ΔQ1=D1-Q1,ΔQ2=D2-Q2,下面用權重來考慮用戶的重要性。設用戶1權重為α1,用戶2權重為α2,把目標函數修改為:

通過求解,可得到:

如果選用戶1為參考用戶,用戶2作為比較用戶,假定用戶2的重要性是用戶1的2倍,即α1=1,α2=2,則:

兩用戶用水情況下可供水量計算方程式變為:

求解得:Q1=80/1.8=44.44(m3/s),Q2=260/1.8=144.44(m3/s)。
這是理論上分析結果,實際問題中,由于受到約束條件制約,不可能完全達到理論解,但結果將是靠近理論解的情形。一般地,以農業部門用戶為參考,對其他部門進行加權,形成相對重要性權重系數,如生活∶工業∶農業=4∶2∶1等。
3.提水工程
地表提水工程可供水量是指通過動力機械設備從江河、湖泊中提取的水量。
從河道提水,其最大可提水量取決于河道來水情況、下游河道的水流要求以及提水設備能力,如圖2-7所示。

圖2-7 河道最大可提水量示意圖
圖2-7中,Qt為某取水點的年逐日流量過程線;Q設為提水設備能力;Q下為下游河道的水流要求。
那么,全年最大可提水量可用下式計算:

這樣算出的可能最大提水量,并不是提水工程可供水量,因為不是全年任一時刻都需要提如此計算的水量,要根據水情況進行提水;另外提水設備不可能全年開機,它需要維護、檢修。因此,提水工程的可供水量必定小于可能最大提水量。
(二)地下水可供水量的計算
地下水可供水量是指通過提水設備從地下提取為用戶所用的水量。不同年降雨情況各異,地下水補給狀況也是不同的,因而地下水年提取水量是不同的,豐水年補給條件好,可以多提取,枯水年補給條件差,提取量要少。地下水多年平均可供水量的控制極限一般為多年平均綜合補給量。地下水可供水量計算,一般應以不致造成不良后果為前提,具體計算方法有水均衡法,原理與地表水庫的相同,或利用地下水動力模型進行調節計算。在計算時,要受到地下水開采井的設備能力限制。
地下水可供水量與當地地下水資源可開采量、機井提水能力、開采范圍和用戶的需水量等有關。地下水可供水量計算公式為:

式中:Hi、Wi、Xi分別為i時段機井提水能力、地下水資源可開采量及用戶的需水量;t為計算時段數。
(三)其他水源開發利用
其他水源開發利用主要指參與水資源供需分析的雨水集蓄利用、微咸水利用、污水處理再利用、海水利用和深層承壓水利用等。
1.雨水集蓄利用
雨水集蓄利用主要指收集儲存屋頂、場院、道路等場所的降雨或徑流的微型蓄水工程,包括水窖、水池、水柜、水塘等。通過調查、分析現有集雨工程的供水量以及對當地河川徑流的影響,提出各地區不同水平年集雨工程的可供水量。
2.微咸水利用
(1)微咸水(礦化度2~3g/L)一般可補充農業灌溉用水,某些地區礦化度超過3 g/L的咸水也可與淡水混合利用。在北方一些平原地區,微咸水的分布較廣,可利用的數量也較大,微咸水的合理開發利用對緩解某些地區水資源緊缺狀況有一定的作用。
(2)通過對微咸水的分布及其可利用地域范圍和需求的調查分析,綜合評價微咸水的開發利用潛力,提出各地區不同水平年微咸水的可利用量。
3.污水處理再利用
(1)城市污水經集中處理后,在滿足一定水質要求的情況下,可用于農田灌溉及生態環境。對缺水較嚴重城市,污水處理再利用對象可擴及水質要求不高的工業冷卻用水,以及改善生態環境和市政用水,如城市綠化、沖洗馬路、河湖補水等。
(2)污水處理再利用于農田灌溉,要通過調查,分析再利用水量的需求、時間要求和使用范圍,落實再利用水的數量和用途。現狀部分地區存在直接引用污水灌溉的現象,在供水預測中,不能將未經處理、未達到水質要求的污水量計入可供水量中。
(3)對污水處理再利用需要新建的供水管路和管網設施實行分質供水的,或者需要建設深度處理或特殊污水處理廠的,以滿足特殊用戶對水質的目標要求,要計算再利用供水管路、廠房及有關配套設施的投資,單列統計并附說明。
(4)估算污水處理后的入河排污水量,分析對改善河道水質的作用。
(5)調查分析污水處理再利用現狀及存在的問題,落實用戶對再利用的需求,制定各規劃水平年再利用方案。要求不同水平年各提出兩種方案:一為正常發展情景下的再利用方案,簡稱“基本再利用方案”;二為根據需要和可能,加大再利用力度的方案,簡稱“加大再利用方案”。污水處理再利用要分析再利用對象,并進行經濟技術比較(主要對再利用配水管道工程的投資進行分析),提出實施方案所需要滿足的條件和相應的保障措施與機制。
4.海水利用
海水利用包括海水淡化和海水直接利用兩種方式。
(1)對沿海城市海水利用現狀情況進行調查。海水淡化和海水直接利用要分別統計,其中海水直接利用量要求折算成淡水替代量。
(2)分析海水利用的潛力,除要摸清海水利用的現狀、具備的條件和各種技術經濟指標外,還要了解國內外海水利用的進展和動態,并估計未來科技進步的作用和影響,根據需求和具備的條件分析不同地區、不同時期海水利用的前景。各地可根據需要和可能,提出規劃水平年兩套海水利用的方案:一為按正常發展情景下的海水利用量,簡稱“基本利用方案”;二為考慮科技進步和增加投資力度加大海水利用力度的情景下的利用量,簡稱“加大海水利用方案”。海水利用以有條件的城市為單位分析計算,按計算分區進行匯總。
5.深層承壓水利用
深層承壓水利用應詳細分析其分布、補給和循環規律,做出深層承壓水的可開發利用潛力的綜合評價。在嚴格控制不超過其可開采數量和范圍的基礎上,提出各規劃水平年深層承壓水的可供水量。
三、區域可供水量的計算
區域可供水量與工程的數量、類型、各水利工程的運行調度、用戶需水要求等因素有關,需要對整個區域水利工程系統進行分析,從而確定區域可供水量。計算時,遵循如下原則: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;先用離用戶較近的水,后用遠處的水;先用地表水,后用地下水;先用本流域的水(包括過境水),后用外流域調水;自來水用于生活和一部分工業,其他水用于水質較低的農業和部分工業。
(一)系統概化
水資源系統是以水為主體構成的一種特定系統,這個系統是指處在一定范圍或環境下,為實現水資源開發利用目標,由相互聯系、相互制約、相互作用的若干水資源工程單元和管理技術單元所組成的有機體。從邏輯關系上,水資源系統一般由水源、調蓄工程、輸配水系統、用水戶、排水系統等部分組成。從水源、調蓄工程系統通過輸水系統將水分配到用水系統使用,然后由排水系統排放。其過程可用圖2-8描述。
1.用戶概化
在一個較大區域,往往包含多種多樣的水利工程,包含許多具體的用水戶。區域可供水量的計算,就是在各種用水戶需水要求下,對區域內部所有水利工程的可供水量進行計算。
一個區域內部,具體用水戶的數量是非常大的,為了便于計算,可把地域相近的用水戶進行歸類合并。即把研究區域進行分區,每一分區作為一個供水對象。分區的大小應根據需要,因地制宜來定,不宜過大,也不宜過小。如果分區過大,把幾個流域、水系或供水系統拼在一起進行調算,往往會掩蓋地區之間的供需矛盾,造成“缺水”是真,“余水”是假象;如果分區過小,則工作量將成倍增加。如果研究區域很大,可以逐級劃區,即把要研究的整個區域劃為若干個一級區,每一個一級區又可劃為若干二級區,以此類推,最后一級區稱為計算單元。分區的主要方法如下。

圖2-8 水資源系統組成要素圖
(1)按行政區劃分區。有利于資料的搜集和統計。
(2)按自然地理單元分區。如按流域、水系結構劃分,有利于算清水賬。
(3)按社會經濟單元劃分。如按特定經濟圈、開發區等,有利于突出分析的重點。
(4)按流域水資源分區與區域行政分區相結合的方法進行劃分。考慮區域不同自然特點和自然分區(流域、水系、水文地質單元等)及行政區劃的界限,并盡可能地保持自然分區的完整性,對區域進行水資源分區。分區的要求是:有利于展示區域水資源需求在空間上的分布;有利于資料的收集、整理、統計、分析;有利于計算成果的校核、驗證等。
一個分區內部的用水戶也有各種類型,其用水性質也不盡相同。根據用水性質的不同,劃分成幾類,如城市生活、農村生活、工業和建筑業及第三產業、農業、河道外生態環境、河道內生態環境等。
2.水源劃分
作為供水來源的區域內的水源,可劃分成當地水和外來水。當地水又可分為當地地表水、當地地下水及再生水等。外來水可分為流入本地的河流等客水,以及跨區域調水。當地地表水是指區域內的河流、湖泊等,按照流域水系進行劃分。當地地下水是指區域內的地下含水層等,按含水層所屬的地質單元劃分。再生水等按照不同的收集、處理與供給系統劃分。客水是指流入區域內的河流、含水層跨界補給等。調水是指從研究區域外通過工程措施調人本區域的水量,按照不同的調水系統劃分。
3.工程安排
由于天然條件下水資源的時空分布不能滿足需水要求,從而需要建立水利工程進行水資源在時間和空間上的調配。為此,依據需水情況和自然條件等,需要進行每一個水源的開發利用布局和工程安排。供水工程主要類型有:蓄水工程、引水工程、地表提水工程、地下提水工程、輸水工程、水處理工程等。在需水調控方面,相應有節水工程等布局。
4.系統網絡圖
水源與分區分類型用戶之間,通過各種供水工程相聯系。按照供水工程、概化用戶在流域水系上和自然地理上的拓撲關系,把水源與用戶連接起來,形成系統網絡圖。圖2-9為一區域水資源系統的概化網絡圖的示例。
系統網絡圖是對真實系統的抽象概化,主要由水資源開發、利用、轉化的概化元素構成。概化元素包括計算單元、水利工程、分匯水節點以及各種輸水通道等。計算單元是劃分的最小一級計算分區,是各類資料收集整理的基本單元,也是水資源利用的主體對象;在網絡圖上用長方形框表示,屬于“面”元素。水利工程是網絡圖上標明的水庫及引提水工程等。分匯水節點包括天然節點和人為設置的節點兩類,前者是重要河流的交匯點或分水點,后者主要是對水量水質有特殊要求或希望掌握的控制斷面,在網絡圖上屬于“點”元素。輸水通道是對不同類別輸水途徑的概化,包括河流水系、水利工程到計算單元的供水傳遞關系、計算單元退水的傳遞關系、水利工程之間或計算單元之間的聯系等,在網絡圖上屬于“線”元素。
以概化后的點、線、面元素為基礎,構筑天然和人工用水循環系統,動態模擬逐時段多水源向多用戶的供水量、耗水量、損失量、排水量及蓄變量過程,實現真實水資源系統的仿真模擬。
(二)基于模擬的可供水量計算
區域中的各項供水工程組成一個體系,共同為用戶供水,彼此既相互聯系,又相互影響。按概化系統網絡圖,有串聯、并聯、混聯多種情況,比較復雜。在計算區域總可供水量時,應根據系統具體情況分析,但總的要求是統籌兼顧各分區各種類型的用水需求,合理安排各種水源各類工程的供水策略,以利于系統供需平衡。
基于模擬的可供水量計算方法,是以概化的系統網絡圖為基礎,以事先擬定的各種調配規則為依據,按一定次序,對各水源、各計算單元進行各水利工程調節計算的方法。區域水資源一般性的調配規則主要有以下幾方面。
1.計算程序
可供水量計算程序為:自上而下,先支流后干流,逐單元計算。每一單元的計算遵循水量平衡的原則。計算時,可把水源劃分為本計算單元內部分配和多個單元間聯合分配兩種情形。前者包括對當地地表水及地下水等水源的分配,這類水源原則上只對所在計算單元內部各類用戶進行供水,不跨單元利用。后者包括大型水庫、外流域調水、處理后污水等水源或水量的分配與傳遞,這類水源可為多個計算單元所使用,其水量的傳遞和利用關系由系統網絡。
圖傳輸線路確定:根據事先制定的調配規則,將水量合理分配到相關單元。如一條河流上有上下兩個計算單元,可以應用“分散余缺”方式進行計算等。后者也是系統模擬的重點和難點。
2.供水次序
通常的調節計算原則為: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(包括過境水),后用外流域調水;水質優的水用于生活等用戶,其他水用于水質要求較低的農業或部分工業用戶。此外,應充分考慮各類水源之間存在的相互影響關系。

圖2-9 水資源系統網絡圖
3.用水次序
在水資源緊缺時,各類用戶的用水次序為:先盡量滿足生活需水,再依次是河道內最小生態需水、工業和第三產業需水、農業需水、河道外生態需水等。
在一條河流上的計算單元,對某一計算單元來說,上下單元對這一單元的計算有影響。上一單元的退水:

式中:W退為上單元的退水量;W棄為上單元的棄水量;W回為上單元可供水量回歸到本單元的水量。

式中:β為上單元可供水的回歸水系數;W可供為供上一單元的可供水量。
生活、工業、農業灌溉等各種類型的供水的回歸系數是不一樣的,一般通過典型區的具體調查分析確定。
本單元來水:

式中:W來為本單元的整個來水;W上退為上一單元的退水;W區水為本單元的區間來水;W調入為外單元調人本單元的水量。
本單元棄水:

式中:W可供為本單元可供水量;W棄水為本單元的棄水。
區域可供水量除了用模擬的方法進行計算外,還可以通過優化理論來確定。這兩種方法計算精度較高,但也存在計算復雜,難度大等缺點。一般情況下,可以通過確定區域內各類水利工程的可供水量,而后累加確定區域可供水量。此方法的優點是簡單易于操作,缺點是計算結果精度相對較低。