水资源平衡分析

1、实验二 水资源平衡分析一、实验目的水是农业的命脉，水资源对于农业生产的依赖是不严而喻的。现阶段农村土地开发整理，主要的一个任务就是解决农业基础设施配套的问题即农田水利工程。因此水资源是否能满足需求是土地整理开发项目日后能否正常运行发挥应有效益的前提条件，一般在可研阶段我们首先要考虑水资源的供需问题，特别是对于缺水的干旱地区，水资源是决定土地开发整理面积大小的主要因素。在项目可行性研究中，要摸清项目区的各种来水量和可供水量，根据农业、工业、生活远景的需水要求，进行水资源供需分析计算，以求得水土资源平衡，达到合理利用的目的。二、实验方法水资源供需平衡分析必须根据一定的雨情、水情来进行分析计算，主要

2、有二种分析方法。一种为系列法，一种为典型年法(或称代表年法)。系列法：按雨情、水情的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算；典型年法：仅根据雨情、水情具有代表性的几个不同年份进行分析计算，而不必逐年计算。通常情况下，由于系列法涉及的历史气象、水文资料较多，而我国大部分地区长系列连续气象、水文观测资料缺乏，因此实践中水资源平衡分析通常采用典型年法，计算时选取的年份标准一般有三种即：平水年份（50%）、偏枯年份（设计典型年）、特枯年份（90%），分别计算这三种年份下的水资源盈余情况，然后对评价区域的水资源状况进行综合评判，为区域开发及水利设施规划、改造提供指导性意见。三、实验步骤水资源供需分析计算

3、，包括来水和用水两个方面。来水包括项目区内可以利用的一切水源；用水主要包括农业灌溉用水、工业用水、生活用水等，把用水总量与来水总量相比较，即可看出水量的余缺情况，据此考虑工程措施规划。如来水量不足，可采取措施挖掘水源的潜力，或调整用地结构、作物比例等，以求来水与用水平衡。对于土地整理项目，来水主要是整理区域内可利用的水资源量，此量和选用的一定频率的水文年份关系密切，因此不同频率水文年份可用的水量差异较大，计算时必须依据水文统计知识结合对于的设计保证率获取；用水主要是整理区域内水消耗量，和用水保证率关系密切，不同保证率下用水量是不同的，因此需结合一定的保证率确定。（一）计算水资源可利用量（Sp）

4、水资源总量和水资源可利用量有本质的区别。水资源总量是指灌区内降水形成的地表径流和地下产水量。其中地表径流量包括坡面流和壤中流，而不包括河川基流量；地下产水量指降水入渗对地下的补给量，应为河川基流、潜水蒸发、河床潜流和山前侧渗等。而水资源可利用量是指在自然、技术、经济条件的限制下以及满足生态环境用水的基础上，可以利用的水资源量。 灌区来水主要是降雨径流（本地径流）和过境水。而水资源可利用量是指在经济合理、技术可行和生态环境容许的条件下，通过各种措施可控制利用的水量。一般而言灌区可利用水量主要由降雨产生的地表径流、渠首工程引水（过境水）、农业灌溉回归水，以及取用的地下水四部分组成。依据水文学基础知

5、识我们可知，不同的水文频率年份下对应的来水量是不同的，因此确定水资源可利用量时必须先确定对应的设计保证率。1、灌区降雨径流可利用量（Swp）降雨径流可利用量是指在流域的水资源未被作任何利用的情况下，在地表产生的地表径流量。如果没有实测径流资料，可以根据年降雨量资料用年降雨径流关系推求径流量。依据适配线法做水平频率分布线型，一般选用皮尔逊型，一种方案直接查出不同频率水平年份相应的径流量；或者先查出不同频率水平年份的年降雨量，再计算出年径流量。 2、过境水可利用量（Sqp）过境水就是利用各种灌区建筑物引用灌区以外用来灌溉的水资源量。一般来说其引水量的大小受季节和年份影响，各种频率年份的可引用水量一

6、方面受到可引河流水量和渠系建筑物引水能力的限制，另一方面还受到取水许可及地方水资源平衡分配的限制，当引水能力大于取水许可量及水资源平衡分配量时，过境水可利用量为取水许可量和水资源平衡分配量中的较小量，当引水能力小于取水许可量及水资源平衡分配量时，过境水可利用量为实际可引量。取决于具体地区和季节年份。由于土地整理项目区相对水利上的灌区而言往往面积较小，因此过境水可利用量往往是主要的水源之一，计算时应根据项目区实际情况进行核实。3、地下水资源可利用量（Sxp）地下水资源可利用量不同于地下水资源量，可利用量是指在经济合理、技术可行且不引起生态环境恶化条件下的可开采量。可根据具体地区的地下水允许开采模

7、数计算地下水资源可利用量。地下水的过量开采会引起盐碱化、地表下沉、海水倒灌等一系列问题，因此地下水的可利用量确定，应依据当地的农业灌溉习惯。4、农业灌溉、工业回归水可利用量（Sh）在灌溉过程中有渠道和农田渗漏、输水损失等损失水量，尤其是水稻灌区基本为渠灌区，这些损失占灌溉引水量的70。因此，应将灌区改造为能利用回归水的渠系，充分利用损失水量。为了全面考虑水资源量，工业回归水也是不可缺少的一部分。对于单个土地整理项目而言，因面积较小该部分水量相对较小，一般可忽略不计。综上所述，整理项目区可利用水资源总量可用下式表述：Sp= Swp+ Sqp+ Sxp+ Sh （式2-1）其中：Sp为某一水文频率

8、p年份下整理项目区可利用水资源量；Swp为某一水文频率p年份下整理项目区可利用径流量；Sqp为某一水文频率p年份下整理项目区可利用过境水量；Sxp为某一水文频率p年份下整理项目区可利用地下水量；Sh整理项目区可利用回水量；（二）、计算需水量总量计算（Dp）区域不同保证率需水量是指在某种生产条件下，遇到不同频率的雨情、水情、旱情情况下需要的水量。灌区需水量考虑农业灌溉需水量和非农业灌溉需水量（主要包括灌区内工业用水、环境用水、村镇居民生活用水及牲畜用水）。而农业需水为其主成份，农业需水则与自然界的水文气象条件有密切的联系。农业灌溉需水根据灌溉制度、灌溉面积、灌溉水利用系数计算。 1、农业灌溉需水

9、量（Dap）农业灌溉需水量可由灌溉面积和灌溉定额计算。农田灌溉定额，可选择具有代表性农作物的灌溉定额，结合农作物播种面积预测成果或复种指数加以综合确定。有关部门或研究单位大量的灌溉试验所取得的有关成果，可作为确定灌溉定额的基本依据。对于资料条件比较好的地区，可采用彭曼公式计算农作物蒸腾蒸发量、扣除有效降雨并考虑田间灌溉损失后的方法计算而得。有条件的地区可采用降雨长系列计算方法设计灌溉定额，若采用典型年法，则应根据不同地区和灌溉保证率提出不同频率年份的灌溉定额。灌溉定额可分为充分灌溉和非充分灌溉两种类型。对于水资源比较丰富的地区，一般采用充分灌溉定额；而对于水资源比较紧缺的地区，一般可采用非充分

10、灌溉定额。预测农田灌溉定额应充分考虑田间节水措施以及科技进步的影响。对于整理项目而言一般农业灌溉用水为主要需水，因此测算时应结合当地的种植制度及对的设计保证率详细计算，确保准确。2、非农业灌溉需水量（Di）非农业灌溉需水量主要是灌区内的工业用水、环境用水、村镇居民生活用水及牲畜用水。工业用水的计算方法有趋势线法、万元产值指标法、相关法、重复利用率提高法、弹性系数法等。城镇居民生活用水及牲畜用水均以现状生活用水为基础，由人口增长率和未来的用水定额预测未来用水量。改善生态环境，根据生态环境状况，结合当地的生态环境要求，来决定环境用水量。一般而言整理项目区非农业需水相对较少主要为村镇居民生活用水及牲

11、畜用水，计算时应依据项目区实际情况采用定额指标法计算。综上所述，整理项目区总需水量可表示为：Dp= Dap+ Di （式3-2）Dp为某一设计保证率p下整理项目区总需水量；Dap为某一设计保证率p下整理项目区农业灌溉需水量；Di项目区设计年份非农业需水量；（三）、计算水量供需平衡分析1、计算供需余量（p）依据设计典型年份里总可利用水量及总需水量按下式：p= Sp-Dp （式3-3）计算待整理项目区水资源供需余量，如p大于等于0，则说明设计典型年份水资源有盈余或基本平衡，如p小于零则说明设计典型年项目区水资源短缺。2、结果分析供需余量结果无非三种，供过于求、基本平衡、供不应求，对于不同的结果我们

12、应认真分析其原因，找出对于土地整理规划工程相关的部分，为土地整理工程规划提供相关的指导，使整理区水资源的利用更加合理。四、实验结果1.水资源平衡分析计算结果，要求（1）基础数据选取准确、计算过程清晰，首先所选用的典型年份应与设计保证率相对应，参数和指标的估计应符合相关标准（如土地开发整理标准、各省市自行制定的土地开发整理工程建设标准），选用的数据应和当地实际情况对应，如无法直接获取相关水文、气象资料应与当地水利部门协商参考当地水利设计部门认可的水文、气象资料测算方法。计算过程应分门别类、理清顺序、调理清晰，因该计算过程涉及到的指标和相关参数较多，尽量将计算过程通过表格、图形的形式展现出来，便于

13、理解。2.水资源平衡分析报告要求内容：水资源平衡分析是土地整理项目可研阶段的重要工作直接关系到项目后期规划、实施、运行的成功与否，准确的水资源分析可以为工程布局和规划提供明确的方向。（1）项目片区灌溉存在的主要问题，从灌排规划、管排体系、灌排工程设施、灌溉制度、灌水技术等；（2）满足项目片区灌溉的合理建议：灌溉建筑物系统完善方面、输水环节、农业措施、田间灌水技术、管理措施。要求分析的结果应客观明确，建议应具有针对性，否则将失去其应有的意义和作用。五、实验安排目前土地整理项目中的水资源平衡分析主要安排在可研和初步设计两个阶段。可行性研究阶段水资源平衡分析主要侧重与水源保证率方面的分析计算，即项目

14、区在既定的设计保证率下水资源是否平衡，如果不平衡，能否通过相关措施得到解决，主要为项目的可行性提供支撑。初步设计阶段的水资源平衡分析主要是在项目可行的基础上进一步详细分析，了解项目区内的水资源在时空上平衡情况，更为具体，主要为项目工程类型选取、布局提供指导性意见，同时为工程设计、定型提供基础性数据。根据第三章土地整治工程项目可行性研究内容进行具体安排4学时。六、实验作业完成水资源平衡分析计算过程及水资源平衡分析报告。七、附件（一）、数据准备水资源平衡分析中涉及数据主要为可利用水量数据和需水量数据两个方面：1、可利用水量数据：（1）、设计典型年份可利用径流量数据包括区内水库供水量数据、区内塘堰供

15、水量数据、区内沟渠蓄积水量数据等；（2）、设计典型年份可利用过境水量数据，包括过境沟渠可利用水量、过境河流可利用水量数据、区外水库可引水量数据等；（3）、设计典型年份地下水可开采量数据，包括入渗补给量数据、侧向补给量数据、灌溉回水量数据等。2、需水量数据：（1）、农业需水量数据：整理区域农业生产结构数据、农作物种植制度、复种指数、水田区作物灌溉制度、旱作区作物灌溉制度、区内灌溉水利用系数、设计保证率水平主要作物灌溉定额；（2）、非农业灌溉需水量数据：项目区工业企业耗水量数据、常住人口数、主要牲畜头数、人均用水定额指标、牲畜用水定额指标等。项目区实例以*省*县*乡农用地整治项目为例，该项目位于*

16、县西北部的*乡，属*灌区，项目区土地总面积1992.04公顷，其中耕地面积1391.60公顷，占项目区土地总面积的69.86%；园地面积352.34公顷，占项目区土地总面积的17.69%；其他农用地169.63公顷，包括沟渠、农村道路、田坎及打谷场，占项目区土地总面积的8.52%；建设用地8.66公顷，主要是废弃的农村宅基地和工矿用地，占项目区土地总面积的0.43%；未利用地69.81公顷，主要是一些荒草地和沙地；占项目区土地总面积的3.50%。项目区地处*余脉陡坡黄土丘陵区，由西北向东南缓斜地势，坡降在百分之一至五米。降雨多集中在夏季，年平均降雨量555.6mm，可满足农作物一年两熟的要求。

17、项目区地下水在2050米以下；历年配套兴修*干支渠24条，每年向项目区供水900万方，建成顺涧、柴河、龙台、北沟、西孟庄沟、张洼、汤庙沟7座水库，13处提灌站，19个蓄水池。项目区农作物有小麦、玉米、棉花、大豆、花生、蔬菜等，还有苹果树、柿树、梨树等林果木。项目区人口10930人，牲畜1261头。表格资料见附件。（二）、相关参数的选取1、典型年的选取与灌溉保证率水资源平衡分析包括供水量分析和需水量分析，由于不同灌溉保证率下供水量和需水量差异均较大，一般分别取平水年（即 P=50%年份）、偏枯年（P=75%年份）、特枯年（P=95%年份）三种典型年的水资源供需状况进行分析，其对应的灌溉保证率分别

18、为50%、75%、95%。考虑到项目区降雨季节分配不均，且灌溉主要依靠天然降雨，塘堰蓄水，渠系引水等，同时根据土地开发整理项目规划设计规范和灌溉与排水工程设计规范，项目区灌溉保证率设计标准应在7595之间。结合当地农业、水利人员的意见，确定灌溉保证率设计标准为75%。2、典型作物的选取与灌溉定额项目区内耕地主要为旱地，种植的农作物有小麦、玉米等，以一麦一玉米为主。结合项目区现有耕地的作物构成情况、当地农民耕作习惯以及今后种植业的调整方向，本规划中以小麦和玉米作为典型作物进行分析。3、水资源可利用量界定 项目区可利用水量主要由土壤水（直接利用的降雨量，有效降雨量）、地表水（引水工程的过境水、地表

19、径流）、地下水（农业灌溉回归水、降雨入渗补给、可取用的地下水）。（1）土壤水资源计算（直接利用的降雨量，有效降雨量）：土壤水资源即为有效降雨量或为田间作物直接利用的降雨量。项目区小麦生育期土壤干旱，降雨少，所有降雨全部为作物直接利用；玉米生育期正值雨季，降雨量比较大，作物直接利用只是其中一部分，另外径流、补给地下水也用去了一部分。根据“*省夏玉米需水量等值线图及灌溉用水量评价”资料，结合*省部分测站实测成果，夏玉米生育期的有效雨量系数为0.75 。土壤水计算式如下：WP=（P麦 +玉P 玉）A 式中：WP-年土壤水，万方 ；P麦-冬小麦生育期降雨量，mm ；P玉-夏玉米生育期降雨量， mm；玉

20、-夏玉米生育期有效雨量系数，0.75；A-项目区面积，公顷（2）地表水资源计算（引水工程的过境水、地表径流）可用的引水工程的过境水：*供水工程每年向项目区供水W*=900.0万方。地表径流量计算：由于本地区无径流资料，计算中采用了降雨径流关系方法。根据刘昌明的研究成果，本区的径流系数接近于0.13。小麦生育期的降雨均被有效利用，无径流量，玉米生育期计算其径流量。W表= W引 + W径W径=P玉A 式中：W表-地表水，万方；W引-引水工程的可用供水量，万方；W径-地表径流量，万方；P玉-夏玉米生育期降雨量，mm；-夏玉米生育期径流系数，0.13；A-项目区面积，公顷（3）地下水资源计算（农业灌溉回归水、降雨入渗补给、可取用的地下水）本项目区内地表水丰富，地下水埋藏过深，不易开采，且坡度较大，农业灌溉回归循环利用成本较高，不考虑取用地下水和农业灌溉回归水。因此，地下水的主要来于是降雨入渗补给。小麦生育期的降雨均被有效利用，无径流量，玉米生育期计算其降雨入渗补给量。Ws= P玉A式中：Ws-地下水资源量，万方；-降雨入渗补给系数，本区采用0.12 。P玉-夏玉米生育期年降雨量，mm；A-项目区面积，公顷4、需水量考虑范围不同保证率需水量是指在某种生产条件下，遇