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基于WEAP模型的河北省水资源供需平衡分析.pdf
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1、4水科学与工程技术2023年第4期基于WEAP模型的河北省水资源供需平衡分析赵霞1,杨柳1*,朱永楠,郝(1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京10 0 0 8 3;2.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京10 0 0 8 3)摘要:采用水资源评价和规划(WEAP)模型,从全省和流域尺度分析了河北省水资源供需平衡关系,在人口预案和节水预案下预测了2 0 3 0 年流域水资源供需变化趋势。结果表明:在不考虑外调水的情况下,2 0 18 年河北省缺水量为17.17 亿m其中农业缺水占9 4.18%;在流域经济、农业、生态水平保持现状基准年不变的基础上,仅考虑
2、人口发展政策情况下,到2 0 3 0年河北省需求量为2 0 6.53 亿m,与2 0 18 年相比增加了14.1%;在提高灌溉水有效利用系数、工业用水重复利用率和降低公共管网渗漏率的情况下,到2 0 3 0 年河北省可节省用水量为2 0 18 用水量的7.9 6%,节水预案可取得显著成效。对该地区进行水资源供需平衡分析研究,能够为水资源综合规划与有效利用、地区可持续发展提供科学依据与实践经验。关键词:水供需平衡;WEAP;节水政策;趋势预测中图分类号:TV213.9文献标识码:BD0I:10.19733/ki.1672-9900.2023.04.02Water resources supply
3、 and demand balance in Hebei Province based on(1.School of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Bejing),Bejing 100083,China,2.State Key Laboratory of Stimulation and Regulation of Water Cycles in River Basin,China Institute of WaterAbstract:This study used t
4、he Water Evaluation and Planning system(WEAP)to evaluate the balance between water resourcessupply and demand in Hebei Province in 2018 at the provincial and watershed scales.Under the population plan and watersaving plan,predicts the trend of water resource supply and demand change.The results show
5、ed that:Without considering theexternal water transfer,the water shortage in Hebei Province in 2018 was 1.717 billion m,of which the agricultural watershortage accounted for 94.18%.On the basis of keeping the economy,agriculture and ecology of each city in the basinunchanged in the current base year
6、,and only consider the population development policy,By 2030,the demand in HebeiProvince will be 20.653 billion m,an increase of 14.1%compared with 2018.0n the basis of improving the canal waterutilization coefficient,industrial water reuse rate and reducing the leakage rate of public pipe network,t
7、he water consumptionof Hebei Province can be saved by 2030 to 7.96%of the water consumption in 2018,and the water-saving plan can achieveremarkable results.The analysis of water supply and demand balance in this region can provide scientific basis and practicalexperience for comprehensive planning a
8、nd effective utilization of water resources and regional sustainable development.Key words:water supply and demand balance;WEAP;river basin;forecast河北省是我国水资源匮乏的省份之一,人均水收稿日期 2 0 2 3-0 2-10【基金项目】中央高校基本科研业务费(2 0 2 1YJSDC10)作者简介 赵霞(19 9 8),女(土族),青海人,硕士,主要从事水资源综合管理方向研究。E-mail:hao_XiiiT+New York,1989(6):3
9、13-337.3JShiono K,Knight D W.Turbulent open-channel flows withvariable depth across the channel J.Journal of FluidMechanics,1991,222(1):617-646.4 刘月琴,万艳春.弯道水流紊动强度J.华南理工大学学报(自然科学版),2 0 0 3,3 1:8 9-9 3.5吴华莉,蒋陶,张小峰,申红彬.弯曲型河道水流流速分布及阻力试验J.武汉大学学报(工学版),2 0 11,44(3):2 9 3-2 9 7.萌1,任文颖1文章编号:16 7 2-9 9 0 0(2
10、0 2 3)0 4-0 0 0 4-0 5WEAP modelZHAO Xia,YANG Liu,ZHU Yongnan,HAO Meng,REN WenyingResources and Hydropower Research,Beijing 100038,China)资源占有量3 0 7 m,亩均水资源占有量2 43 m,仅为+6Blanckaert K,De Vriend,H J.Nonlinear modeling of meanflow redistribution in curved open channels J.WaterResources Research,2003,39(1
11、2):ESG61-ESG614.7童朝锋.分汉口水沙运动特征及三维水流数学模型应用研究D.南京:河海大学,2 0 0 5.8吴迪,郭维东,刘卓也.复式断面河道“Y形交汇河口水流水力特性J.水利水电科技进展,2 0 0 7,2 7(3):2 1-2 3.(责任编辑:王艳肖)+2023年第4期全国平均水平的1/7 1。河北是京津冀协同发展中的重要地区,水资源短缺是经济社会可持续发展面对的现实问题,对河北省进行水资源供需平衡分析具有重要意义2 。目前国内对WEAP的研究较为广泛,从水质水量优化配置、水资源供需平衡多角度开展。杨明智3 等对WEAP模型应用方面的研究,综合考虑社会、经济、生态等指标,从
12、供给端与需求端两个方面分别进行计算,为研究区水资源优化配置提供最好的解决方案。李燕4 等根据WEAP模型,将研究区流域内污染物排放和河流水质变化互相联系,模拟污染物排放与水质变化过程,探讨水质安全保障方面的相关措施。喻立5 在对宁夏黄河流域进行水资源优化配置研究中,构建WEAP模型,为区域性水资源最优分配提供参考。沈矩龙6 将WEAP模型与GIS技术结合,使用ArcObject作为WEAP模型与GIS接口的开发工具,实现在ArcMap中对WEAP的调用,以及将WEAP模型相关运行结果输出至ArcMap中,实现模型结果的可视化。本研究以河北省为研究区,构建河北省WEAP模型,分别从全省尺度和流域
13、尺度对河北省及其不同用水部门在自然状态下的水资源供需平衡进行定量分析,探求河北省水资源短缺的主要特征,并对人口规划、节水政策两种不同发展条件下未来需水量和短缺量进行模拟预测分析,以期为河北省水资源优化配置提供参考。1研究方法与模型构建1.1WEAP模型介绍水资源评价和规划模型(WaterEvaluationAndPlanningsystem,WEAP)是由美国斯德哥尔摩环境研究院开发,可用于城市和农业系统、单个子集水盆地或复杂的河流系统的水资源综合规划工具7 。WEAP模型是通过划分流域,将每个子流域当成单独的系统,每个子系统内根据供给和需求设置节点,在每个节点由Q人=Q出+Q损失这一基本原则
14、进行计算。需求点赵霞,等:基于WEAP模型的河北省水资源供需平衡分析供给端水库水文1:250000地下水年废水处理年生活用水年年活动水平;年用水率工业用水年年活动水平;年用水率需求端年农业用水年活动水平;年用水率环境用水年年活动水平;年用水率人口数据年其他数据节水参数年(Ds)的需水量是该需求点所有下一级分枝(B,)的需水量的总和(公式1)。需求点(Ds)在某一个月(m)的需水量等于该月在全年总需水量中所占比例与年需求总量之积,该比例受月变化参数的影响(式2 和式3)。W E A P是以月为时间间隔,从现状基准年的第一个月计算到预案最后一年的最后一个月。年总需求Ds=ZB(年活动水平B,x用水
15、率B)(1)月需求Ds,m=月变化比例Ds,mx年需求Ds(2)要求的水量D-供到的水量D=需求短缺量Ds(3)1.2数据来源本研究主要数据包括供给端数据、需求端数据和其他数据,来源如表1。为了模拟自然状态下的供需平衡,本文未考虑南水北调等外调水。1.3WEAP模型构建1.3.1模型概化根据河北省DEM数据,利用ArcGIS中的Hydrology水文分析模块提取研究区的水系图;将河5表1河北省WEAP模型中所用数据来源数据类型尺度气象月河川径流(潮白河、滦河、河流径流月水库库量、年初蓄水量、死年库容(潘家口、西大洋、王快、黄壁庄和岗南水库)河流、水库分布情况地下水初始存储量每日容量;消耗量总人
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