[发明专利]一种多层水资源管理的水量分配方法

摘要

本发明涉及一种基于多层水资源管理的水量分配方法。该方法主要根据不同作物不同生长时期的实际水资源消耗量来计算灌溉单元的需水量，然后，根据渠道输水过程计算出每一级渠道（干渠、支渠、斗渠）渠口的引水量，其次，计算工业、生活、生态需水量，最后，根据计算的水资源供需比，计算不同用水部门和用水单元的水资源分配量。本发明应用于干旱和半干旱灌溉农业区域。实现不同层次的输水口水量的分配时间和分配量的计算，对匮乏的水资源进行合理安排。本发明在实施过程中，利用有效参数使计算精度高，经济实用，尤其在观测站点稀疏和经济欠发达地区更能发挥水量分配作用。

主权项

一种基于多层水资源管理的水量分配方法，具体步骤是：第一步：根据作物的种植结构，利用作物需水计算不同灌溉单元作物需水量，得到不同时间段内作物的实际需水量；（1）作物耗水计算：ETP为日蒸发能力（mm/d），R_a为天文辐射日总量（MJ/(m²·d)），T_c为日平均气温（℃），T_d为日最高气温与最低气温之差（℃），K_c为作物耗水系数，C0是转换系数，当Ra以mm/d为单位时，C₀=2.3×10^‑3，而当Ra以MJ/( m²·d)为单位时，C₀=9.93×10^‑4，；其中，G_SC为太阳常数，0.0820MJ/( m²·d)，d_r为日地相对距离的倒数，ω_s为日没时角，rad；Φ为纬度，rad；δ为太阳赤纬，rad；J为1年中日序数（1‑365）；（2）不同空间尺度的作物需水计算：基于水权面积和毛灌溉定额的作物的需水:其中，Q为灌溉定额，m³/(亩·d)，A为作物种植面积，亩；第二步：根据灌溉网络，利用网络渠道计算不同时间不同级别引水口、或管道分叉口处流量，最终计算出总供水口处流量；（3）基于农渠渠口作物耗水流量计算:其中，W_n为农渠渠口流量，m³/s，为农渠水利用率；（4）基于水权面积和毛灌溉定额的农渠渠口流量计算:（5）两种耗水的斗渠渠口流量计算:其中，W_d为斗渠渠口流量，m³/s，为第i条农渠的渠口流量，m³/s，为斗渠水利用率；（6）两种耗水的支渠渠口流量计算:W_b为支渠渠口流量，m³/s，为第i条斗渠的渠口流量，m³/s，为支渠水利用率；（7）两种耗水模型的干渠渠口流量计算:W_m为干渠渠口流量，m³/s，为第i条支渠的渠口流量，m³/s，为干渠水利用率；第三步：利用基于植被蒸腾与潜水位之间的关系，计算区域生态需水量：其中，E为蒸发强度，mm/d，E₀为某时段内日平均水面蒸发量，mm/d，H为某时段内地下水平均埋深，m，H_max为潜水蒸发停止时的地下水埋深，又称潜水蒸发极限深度，m，b为与包气带土质、气候有关的指数，一般取1‑3；第四步：根据工业发展规模和生成制造耗水量以及水利用率，利用工业需水模型计算区域不同时段的工业需水量：其中，为C区域工业需水量，m³，为第i个工业生产需水量，m³，α为工业废水循环利用率；第五步：根据区域人口规模、经济发展水平、人均收入以及水价，利用生活需水计算不同时段不同区域的生活需水量：其中，Q_L为城镇居民家庭生活需水量，m³，P为生活供水价格，元/ m³，S为居民收入数据，元/年；Y供水人口，α、β、γ、c为常数，分为价格需求弹性系数、工资需求弹性系数、人口需求弹性系数；第六步：根据地表水与地下水位，计算时段区域可供给总水资源量，扣除生活和工业刚性需水量之后，计算农业供水比例；（8）最上一级水管理部门可调控总有效用水量计算：其中，为最上一级水管部门可调控有效用水量，m³，为区域总有效供水量，m³，为调控系数；(10) 配水比例计算：其中，δ为配水比例，Q_s为区域需水量，m³，Q_m为区域供水量，m³；第七步：根据可供水量，不同级别引水口流量，利用多层水分配可计算出多级引水口供水量，田间供水量和区域生活供水量以及生态供水量；(12) 各级渠口供水流量计算：其中，为第x级渠道第i个引水口门的引水流量（m³/s），为第x级渠道第i各引水口门的需水量（m³），n为第x级渠道的引水口门数量，Q_Total为第x级渠道可供引水总流量（m³/s），(13) 各级渠口供水时间计算；其中，为第i级渠口引水时间，h，为第i级渠口引水量，m³，为第i级渠口流量，m³/s。