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1、水资源规划及管理大专业1、设计目的复习和巩固水资源规划及管理课程所学知识；培养分析问题和解决水资源供需预测、合理配置等问题的能力。2、作业内容（1）汉江流域经济社会发展指标预测；主要包括人口和经济发展预测。(2) 汉江流域规划水平年需水量预测。需水预测分为生活、生产和生态需水三部分，其中生活需水量、生产需水中第一产业和第三产业需水量采用定额法计算，第二产业需水量根据研究区内实际情况采用万元工业增加值法进行预测，河道外生态需水量按城镇和农村生态需水分别预测，河道内需水采用定流量法；（3）汉江流域可供水量预测。按地表水、地下水计算不同规划水平年不同保证率的可供水量；这部分作为已知，直接给出。（4）
2、按照三级分区，以年为单位，按常规方法进行分区水资源配置计算。3、作业安排每班按学号分任务，班长和学委负责统计全流域的资料，并出总报告。水平年A13（2010、2020、2030）来水保证率B14（50、75、90、95）计算区域C14（丹江口以上、唐白河、丹江口以下、全流域）计算成果组合表（A*B*C=2736方案） 水平年A保证率B201020202030班长学委50C1_C3C1_C3C1_C3C475C1_C3C1_C3C1_C3C490C1_C3C1_C3C1_C3C495C1_C3C1_C3C1_C3C44、设计要求1. 按时提交报告书；2. 有问题可相互讨论，可邮件（scgao）。
3、一、 汉江流域概况1.1 自然地理概况汉江是长江中游最大的支流，发源于秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，于武汉市注入长江，干流全长1577 km。襄樊以上流向总体向东，襄樊以下转向东南，支流延展于甘肃、四川、河南、重庆四省市。汉江流域水系概况见图1。汉江干流丹江口以上为上游，长925 km，占汉江总长的59%，控制流域面积9.52万km2，落差占汉江总落差的90%；丹江口至钟祥为中游，长270 km，平均比降0.19，区间流域面积4.68万km2；钟祥以下为下游，长382 km，河床平均比降为0.06，集水面积1.7万km2。1.2 水文气象特性汉江流域属东亚副热带季风气候区，冬季受欧亚大陆冷
4、高压影响，夏季受西太平洋副热带高压影响，气候具有明显的季节性，冬有严寒夏有酷热。流域多年平均降水量在7001800mm之间，年降水量呈现南岸大于北岸，上、下游大，中游小的地区分布规律。汉江上游年内降水有三个集中时段，4月下旬至5月下旬为春汛；6月下旬至7月下旬为夏汛；8月下旬至10月为秋汛，其中夏汛时段雨量最大，秋汛次之，但遇降雨天气有异时，秋汛雨量也会超过夏汛。1.3 人口2010年末，汉江流域内总人口为3841.15万人，其中城镇人口1495.24万人（占全流域总人口的38.93），农村人口2345.92万人。汉江流域现状水平年（2010年）人口统计见表1.1。从1980年至2000年，汉
5、江流域总人口由3000.70万人增加到3590.70万人，人口在20年内增加了590万人，年均增长率为9.0。其中，农业人口由2661.77万人减至2475.19万人，城镇人口由338.93万人增长至1115.50万人。汉江流域总人口增长率较高的时段在19851990年，年均增长率为18.1。从人口组成上分析，城镇人口一直呈增长态势，而农业人口在19801985年间基本持平，在19851990年间呈增长态势，随后开始迅速下降。表1.1 汉江流域现状水平年（2010年）人口统计三级区流域面积（万km2）总人口（万人）城镇人口（万人）城镇化率（%）丹江口以上9.481334.97408.5330.
6、60唐白河2.391049.14371.2435.39丹江口以下干流3.711457.05715.4649.10汉江流域15.483841.161495.2438.931.4 社会经济汉江流域2010年实现国内生产总值4751.44亿元，其中农业637.22亿元、工业2351.65亿元、第三产业1762.57亿元。2010年汉江全流域共有耕地面积4596.61万亩，农田有效灌溉面积2344.65万亩，占总耕地面积的51%；流域内共有鱼塘150.37万亩，大小牲畜共计2832.19万头。汉江流域2010年实现工业总产值7138.83亿元，工业增加值4751.44亿元。根据有关资料预测，2020年
7、汉江流域工业总产值将达到14429亿元，2020年工业总产值约为2010年的2倍；到2030年，汉江流域工业总产值将达到26209亿元，约为2020年的2倍，大致每十年实现工业总产值翻一番。现状水平年（2010年）汉江流域的主要社会经济指标统计见表1.2。表1.2 汉江流域主要经济社会指标（2010年）主要经济社会指标丹江口以上唐白河丹江口以下干流汉江流域GDP(万元)9675389138039232403509947514412一产增加值（万元）1684731251459921729176372246二产增加值（万元）447926572247431181246023516468三产增加值（万
8、元）351139340645811004972317625698耕地面积（万亩）1189.21380.42403.54751.4农田有效灌溉面积（万亩）水田294.01173.51605.741073.26水浇地111.32655.76359.751126.83菜田28.4625.1590.95144.56合计433.79854.421056.432344.64林牧渔用水面积（万亩）林果地灌溉16.094.4126.2646.76草场灌溉010010鱼塘补水8.4728.73113.17150.37牲畜（万头）大牲畜134.75288.37113.85536.97小牲畜773.19990.78
9、531.262295.23合计907.941279.15645.112832.21.5 水资源量将汉江流域划分为三个子区：丹江口以上，面积为9.38万km2；唐白河流域，面积为2.39万km2；丹江口以下干流（扣除唐白河流域），面积为3.71万km2。全流域多年平均地表水资源量566亿m3，地下水资源量188亿m3，两者重复水量172亿m3，水资源总量582亿m3。（1）地表水资源量汉江流域多年平均地表水资源量为554.6亿m3，折合径流深为358mm。其中，丹江口以上多年平均地表水资源量为373.7亿m3，折合径流深为399mm；唐白河多年平均地表水资源量为52.0亿m3，折合径流深为217
10、mm；丹江口以下多年平均地表水资源量为128.9亿m3，折合径流深为347mm。根据长江流域及西南诸河水资源公报（2010年），2010年汉江流域地表水资源量为745.79亿m3，折合径流深为469.1mm。 （2）地下水资源量汉江流域多年平均地下水资源量为161.5亿m3，其中，丹江口以上多年平均地下水资源量为90.4亿m3，产水模数为9.64万m3/km2；唐白河多年平均地下水资源量为24.7亿m3，产水模数为10.32万m3/km2；丹江口以下多年平均地下水资源量为46.4亿m3，产水模数为12.50万m3/km2。根据长江流域及西南诸河水资源公报（2010年），2010年汉江流域地下水
11、资源量为184.62亿m3。（3）水资源总量汉江流域的水资源总量由全流域的河川径流量和平原区的不重复地下水资源量组成。经分析计算，汉江流域多年平均水资源总量为573.2亿m3，产水系数为0.41，产水模数为37.03万m3/km2。其中，丹江口以上多年平均水资源总量为374.9亿m3，产水模数为39.99万m3/km2；唐白河多年平均水资源总量为60.2亿m3，产水模数为25.15万m3/km2；丹江口以下多年平均水资源总量为138.1亿m3，产水模数为37.20万m3/km2。根据长江流域及西南诸河水资源公报（2010年），2010年汉江流域水资源总量为771亿m3。图1 汉江流域水系图1.
12、6 供水工程汉江流域的供水任务分作两大部分：第一部分为本流域供水，即干流沿江直接从河道取用水；第二部分为跨流域供水南水北调中线工程和引汉济渭工程。（1）本流域供水工程全流域已建固定机、电排灌站7525处，共装机66.3万kW，排灌面积886万亩。汉江中下游沿干流共有城镇水厂和工业自备水源216座，农业灌溉引提水闸站241座，总引提水能力约1060 m3/s，总装机容量10.3万kW。汉江中下游干流范围内灌溉取水分三个区，皇庄以上为上区，为引提水灌区；皇庄至泽口为中区，为自流引水灌区，目前有罗汉寺、兴隆、谢湾、泽口等六大自流引水闸，今后还将增建王家营引水闸；孝感和武汉市的部分地区为下区，为提水灌
13、区，主要有沉湖提灌区，汉川二站提灌区，江尾引提水灌区。以上三区的灌溉面积目前已达到951万亩。（2）跨流域供水工程南水北调中线工程，是从丹江口水库引水到京、津、华北地区，是解决北方地区资源性缺水问题的重大战略举措。在丹江口大坝加高、汉江中下游兴建兴隆枢纽和引江济汉等工程实施后，近期2010水平年中线一期工程多年平均调水95亿m3、远期2030水平年南水北调中线二期工程调水120140亿m3。1.7 供水现状汉江流域的供水方式以地表水供水为主，地下水供水与其他形式供水补充。根据长江流域及西南诸河水资源公报（2010年），2010年汉江流域的总供水量为144.64亿m3，其中地表水供水126.63
14、亿m3，地下水供水17.79亿m3，其他形式供水0.22亿m3，地表水供水量约占总供水量的87.5左右。1.8 用水现状汉江流域河道外用水主要有非农业用水和农业用水，非农业需水量包括第二产业、第三产业、居民生活及生态用水。根据长江流域及西南诸河水资源公报（2010年），2010年汉江流域的总用水量为144.64亿m3，其中农业用水70.23亿m3，工业用水57.03亿m3，生活用水16.86亿m3，生态用水0.52亿m3。农业用水量最大，约占总用水量的48.5。二、 社会经济发展预测2.1 人口发展预测对汉江流域不同水平年的人口发展进行预测。不同规划水平年的人口预测采用统计趋势预测法，计算公式
15、为： (2.1)式中：pn为规划水平年预测人口总数；p0为基准年的人口总数；r为人口综合增长率；n为从起算年至预测终止年的年数。 城镇人口与农村人口预测 为城镇化率； 表2.1 汉江流域未来水平年人口增长率水资源分区水平年总人口增长率1/1000城镇化率（）丹江口以上201030.6020205-640-4220304-550-52唐白河201035.3920205-645-4720304-555-57丹江口以下201049.1020206-755-5720305-660-62汉江流域201038.9320205.5-6.550-5220304.5-5.555-57 2.2 社会经济发展预测根
16、据汉江流域所属各行政地区发展的总体规划和经济发展战略，分别对经济发展进行预测，其中工业、建筑业、第三产业年均增长率见下表2.2。农业发展相关指标预测值见表2.3。根据表2.2对第二产业、第三产业增加值发展进行预测。三、 需水预测根据全国水资源综合规划的技术要求，需水分为生活需水、生产需水和生态环境需水三大类，按城镇和农村两种供水系统分别进行统计与汇总。生活需水为城镇居民生活用水和农村居民生活用水。汉江流域需水预测以2010年为现状水平年，选取2020和2030年作为规划水平年，对不同规划水平年流域内各行业需水逐项进行预测。3.1 生活需水预测生活需水预测分为城镇生活需水预测和农村生活需水预测两
17、部分，采用人均日用水量定额法进行计算。生活需水量计算方法见公式（3.1） （3.1）式中：pn为规划水平年预测人口总数；ki为规划水平年拟定的城镇（农村）人均用水定额（L/(人日)）；Wi为规划水平年城镇（农村）生活用水量（万m3）。城镇生活用水定额在2010年基础上，逐年有所增加，但最大不超过180（L人日）。农村居民生活用水定额在在2010年基础上，逐年有所增加，且增长率要高于城镇，但不超过城镇用水定额，约低40-60（L人日）。注意：按式（3.1）计算的是净需水量，需要换算为从水体取水的毛需水量。水利用系数，同第三产业水利用系数，见表3.7。表2.2汉江流域现状年（2010年）和规划水平
18、年经济指标 （单位：万元）水资源分区水平年增加值第一产业第二产业第三产业增长率（%）农业工业增长率（%）建筑业增长率（%）丹江口以上2010404712943213635113932020888920307778.5唐白河20106643353581389406458120207.588920307778.5丹江口以下2010109884348240251004972320208.588.51020307.57.57.59汉江流域20102167891718375501762569820202030表2.3 现状水平年（2010年）和规划水平年农业发展和土地利用指标水资源分区水平年耕地面积（万
19、亩）灌溉面积（万亩）鱼塘面积（万亩）牲畜头数（万头）农田有效灌溉面积灌溉林果地灌溉草场大牲畜小牲畜水田水浇地菜田丹江口以上20101189.15294.01111.3228.4616.100.008.47134.75773.1920201160.98307.61107.6029.9520.040.008.66144.16848.5720301151.87313.53105.5230.9723.170.008.81154.77923.43唐白河20101571.60173.51655.7625.154.4110.0028.73288.37990.7820201569.46179.98697.03
20、30.545.2310.0031.11284.841087.0820301567.39179.98692.4235.155.9510.0032.92282.551139.20丹江口以下干流20101835.85605.74359.7590.9526.260.00113.17113.85531.2620201810.25632.44369.7296.5926.790.00113.57114.58538.6720301794.59632.44369.6396.6827.050.00113.95115.14543.53汉江流域20104596.611073.261126.83144.5646.771
21、0.00150.37536.972295.2220204540.701120.031174.35157.0852.0410.00153.34543.592474.3120304513.861125.941167.57162.8056.1410.00155.68552.462606.16表3.1 汉江流域规划水平年生活需水预测水资源分区水平年城镇生活农村生活合计（万m3）用水人口（万人）用水定额（L人日）需水量（万m3）用水人口（万人）用水定额（L人日）需水量（万m3）丹江口以上2010408.5313318305.89926.447620202030唐白河2010371.2412316705.
22、29677.897117611.0434316.3320202030丹江口以下干流2010715.4616543213.08741.598623147.2266360.3020202030汉江流域2010202020303.2 生产需水预测生产需水预测分为第一产业、第二产业和第三产业的需水预测。（1）第一产业需水预测第一产业需水预测包括种植业和林牧渔业需水预测。种植业需水主要指农作物灌溉需水，林牧渔业需水包括林果地和饲草料基地灌溉需水、牲畜需水、渔业养殖需水。农田、林果地和饲草料基地灌溉需水预测采用灌溉定额法，牲畜需水预测采用牲畜日用水定额法，渔业养殖需水预测采用单位养渔面积用水定额法。农业发
23、展指标预测见表2.3。1种植业灌溉需水预测农田有效灌溉面积包括水田、水浇地和菜地，其综合灌溉定额见表3.2。综合灌溉定额在现状基础上，每10年减少5-10m3/亩，灌溉水利用系数每10年提高0.03-0.04。2、林果地灌溉需水预测林果地灌溉保持现状年不变，灌溉水利用系数每10年有所提高，见表3.3。3牲畜需水预测现状牲畜用水定额见表3.4。规划水平年大牲畜用水定额在45-50（L人头）之间取值。小牲畜用水定额在25-30（L人头）之间取值。水利用系数比照生活用水的水利用系数取值。表3.2 汉江流域农田灌溉需水预测表一水资源分区水平年农田灌溉面积（万亩）农田综合灌溉定额（m3/亩）50%75%
24、90%95%灌溉水利用系数丹江口以上2010433.792983193533560.512020445.17每10年减少5-100.54每10年增加0.032030450.010.56唐白河2010854.421641972312340.572020907.55每10年减少5-100.61每10年增加0.042030907.550.65丹江口以下干流20101056.432492873233520.5220201098.75每10年减少5-100.56每10年增加0.0420301098.750.60汉江流域20102344.6520202451.4720302456.31表3.3 汉江流域林
25、果地灌溉需水预测水资源分区水平年林果地灌溉面积（万亩）林果地灌溉净定额（m3/亩）林果地灌溉水利用系数丹江口以上201016.09620.52202020.02保持不变10年增加0.03203023.14唐白河20104.41670.7720205.23保持不变10年增加0.0120305.95丹江口以下干流201026.26250.52202026.79保持不变10年增加0.02203027.05汉江流域201020202030表3.4 汉江流域牲畜需水预测水资源分区水平年大牲畜（万头）大牲畜用水定额L（头日）大牲畜需水量（万m3）小牲畜（万头）小牲畜用水定额L（头日）小牲畜需水量（万m3）
26、合计（万m3）丹江口以上2010134.7543773.19212020144.16848.572030154.77923.43唐白河2010288.3749990.78202020284.841087.082030282.551139.2丹江口以下干流2010113.8544531.26262020114.58538.672030115.14543.53汉江流域2010536.972295.222020543.592474.312030552.462606.164渔业养殖需水预测渔塘补定额见表3.5，水利用系数每10年增加0.01-0.02。表3.5 汉江流域各规划水平年渔业养殖需水预测水资
27、源分区水平年鱼塘面积（万亩）用水定额（m3/亩）净需水量（万m3）水利用系数毛需水量（万m3）丹江口以上20108.47593.610.6420208.66保持不变每10年增加0.0120308.81唐白河201028.73533.160.67202031.11保持不变每10年增加0.01203032.92丹江口以下干流2010113.17211.120.522020113.57保持不变每10年增加0.022030113.95汉江流域2010202020305、生产需水预测汇总（1）第一产业需水预测汇总根据以上对汉江流域现状水平年以及各规划水平年种植业、林果地和饲草料基地灌溉需水以及牲畜和渔业
28、养殖需水预进行会汇总。（2）第二产业需水预测第二产业分为工业和建筑业，其中工业又可分为高用水工业、一般工业和火（核）电工业。本次仅将工业作为整体，进行需水预测。工业和建筑业的增加值预测见表2.2，万元增加值用水量的年均递减率见表3.6。综合工业需水预测和建筑业需水预测，可得汉江流域第二产业需水预测成果。（3）第三产业需水预测第三产业包括商饮业、服务业两个行业，汉江流域第三产业需水预测采用城镇人均用水定额法。表3.6 汉江流域第二产业需水预测表分区水平年工业建筑业工业用水定额建筑业用水定额工业需水量建筑业需水量万元（m3/万元）万m3丹江口以上20104047129432136103.12620
29、206-6.2递减2%20305.5-5.72.5唐白河2010664335358138975.44720206.5-6.7递减4%20305.6-5.83%丹江口以下干流201010988434824025251.41720206-6.21.5%20305.8-61%汉江流域2010384208018375503642920202030表3.7 汉江流域第三产业需水预测水资源分区水平年第三产业增加值（万元）万元增加值用水定额M3/万元第三产业净需水量（万m3）水利用系数第三产业毛需水量（万m3）丹江口以上20104780.9213.60.882020每年递减5%每10年增加0.012030每
30、年递减4%唐白河20105200.7612.80.892020每年递减5%每10年增加0.032030每年递减4%丹江口以下干流201013471.8313.40.862020每年递减5%每10年增加0.022030每年递减4%汉江流域2010202020303.3 生态需水预测生态环境需水可分为河道内和河道外两类需水口径分别进行预测。根据各分区水系不同情况，分别计算河道外和河道内生态环境需水量。（1）河道外生态环境需水预测河道外生态环境需水分为城镇生态环境美化、水土保持和其它生态环境建设需水等。城镇绿化、防护林草等以植被需水为主体的生态环境需水量，根据城镇绿化或植被面积与相应的灌溉定额进行计
31、算。本次设计汉江流域河道外生态环境需水预测结合长江流域规划及汉江流域规划的成果，汉江流域现状水平年及未来规划水平年河道外生态需水预测成果见表3.8。表3.8 汉江流域规划水平年河道外生态环境需水量预测水资源分区水平年生态环境需水量 （万m3）丹江口以上20102669.3220205421.4620309829.76唐白河20101401.0420202038.1420302847.80丹江口以下20104275.34202019324.93203020116.20（2）河道内生态环境需水预测河道内生态环境用水一般分为维持河道基本功能和河流生态环境的用水。汉江干流河道内主要的生态环境问题是汉江
32、中下游的“水华”。“水华”的发生对沿岸生产和生活产生了重大影响。通过监测，汉江水体“水华”发生的时间在2月下旬至4月上旬，发生的河段为潜江至汉口河段。汉江河道内生态环境需水以汉江仙桃断面为控制节点，在2月至3月期间流量不小于500m3/s。航运为河道内用水，不消耗水量，但需根据航道条件保持一定流量，以维持必要的航深和航宽。初步以规划航道等级和通航条件，采用最低通航水深保证率90%95%对应的流量作为航运河道内用水基流。丹江口水库以下汉江干流航运基流采用南水北调中线一期规划成果,拟定丹江口水库最小下泄流量为490m3/s，控制泽口河段流量不小于500m3/s，汉口入长江河段流量不小于300 m3
33、/s。河道内生态环境需水量可认为在不同规划水平年保持不变。表3.9给出了规划水平年河道内生态环境需水量。表3.9汉江流域规划水平年河道内生态环境需水量预测丹江口以上56.0151.1591.40179.04495.02536.791062.20788.72959.40643.88150.1275.14唐白河8.257.0810.2815.7422.3532.3194.0196.3649.6332.0517.2610.89丹江口以下干流97.70500.00500.00259.72610.67660.831312.991042.241124.44772.10124.28602.38四、可供水量预
34、测可供水量是指在一定开发利用水平下，不同计算水平年在不同来水保证率下各类工程设施提供的设计供水量。根据汉江流域目前的实际供水能力，结合汉江流域河流水系、地形地貌、社会发展状况及新增供水工程规划与实施等因素，进行未来水平年不同保证率下的可供水量预测。根据可供水量的来源，分地表水可供水量、地下水可供水量可供水量进行预测计算，不同分区可供水量预测结果见表4.1、表4.2。表4.1 地表水可供水量预测水资源分区水平年地表水可供水量（万m3）50%75%90%95%丹江口以上20103210722869852712062701302020递增22030递增1.5唐白河201030984927129826
35、30082627012020递增12030不变丹江口以下干流20108986708322708145227980192020递增1.52030递增1汉江流域2010152959213905541348736133085020202030表4.2 地下水可供水量预测水资源分区水平年地表水可供水量（万m3）50%75%90%95%丹江口以上2010371283698936908368712020维持现状不变2030唐白河2010738807362273384731882020递减2%2030丹江口以下干流2010615846158461584615842020维持现状不变2030汉江流域20101
36、7259117219417187617164220202030五、汉江流域水资源配置计算分区与计算模型为进行水资源配置计算，将汉江流域进行水资源计算分区划分：根据长江流域水资源综合规划，采用全国统一的三级水资源分区，汉江流域属于水资源二级分区，汉江流域分为丹江口以上、唐白河、丹江口以下干流三个水资源三级区。在本次设计中，以水资源三级区为基本分配单元。以汉江流域作为建立水资源配置模型的范围，以划分的3个三级区计算分区为最小供需平衡单元，按汉江干流、主要支流等河流水系联结计算分区的上下游关系从而建立水资源配置模型。每个计算单元用水分生活用水（分为城镇生活与农村生活）、生产用水（分为农业用水、工业用
37、水、建筑业用水、第三产业用水等）、生态用水三部分，建立各计算单元水利工程和城市供水工程对各部门供水关系，以计算单元各用水户需水过程、供水工程的特性、径流过程等即可进行供需平衡计算。地表水源在模型中主要为水库节点和河流取水节点，根据水库库容和河流提水站能力与用水户之间的连接进行供需计算；地下水的利用根据各地可利用总量及提取能力，在有地下水供水的城市用水节点、当地很少地表水源供农业的地区或农业用水高峰时使用；污水回用作为非传统水源，根据各地实际情况分别拟定污水处理率和中水回用率，在城市环境用水中使用。对于干流河道内用水（如航运、生态），在控制断面设立节点，通过统计节点流量验证是否满足干流河道内用水
38、要求。生态控制断面1个，为仙桃断面。图5.1 汉江流域水资源配置概化图水资源常规配置就是根据分区计算单元供水量与需水量之间的关系，考虑上下游的水力联系，利用水量平衡原理进行不同计算单元的供需分配。表5.1给出了汉江流域不同产业耗水量表，各分区可按不同行业耗水率计算得到各分区的回归水量。表5.1 长江流域水资源二级区耗水量表水资源二级区工业城镇生活农村生活农田灌溉林牧渔合计消耗量（万m3）消耗率()消耗量（万m3）消耗率()消耗量（万m3）消耗率()消耗量（万m3）消耗率()消耗量（万m3）消耗率()消耗量（万m3）消耗率()汉江119661.828.516560.024.272791.190.5448603.059.425514.554.5683130.349.8
