六模型的耦合及功能.ppt

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1、1,水资源配置与水循环模型的开发与应用,裴源生中国水利水电科学研究院水资源所 2010 年 10 月,（六）,2,六、模型的耦合及功能,3,模型的耦合研究,4,WACM（广义水资源合理配置模型）是水资源配置、水循环和水环境模拟耦合模型。根据不同水资源配置方案，在天然系统和人工系统分配广义水资源，将水资源配置结果传递给水循环模拟过程，模拟天然和人工系统“四水”循环转化过程和水环境状况，得到不同水资源配置情景下水资源、水环境和水循环响应，提供水资源配置参数，检验水资源配置的合理性，反馈并修正配置方案，得到合理的水资源结果。,5,水资源配置与水循环单元耦合关系,水资源配置单元,水循环水文响应单元,6

2、,广义水资源合理配置信息耦合示意图,7,水资源配置模拟模型和水循环模拟模型的信息传递是双向的、交互式的，两模型之间存在着时间和空间尺度上的耦合。水资源配置模型通常以月或旬为时间尺度，以大空间尺度为配置单元。水循环模拟以日为时间尺度，以配置单元套灌域、土地利用和种植结构为空间尺度。因此，二者之间存在着信息分解、耦合与交互的过程。,（一）信息交互,8,水资源配置模型将大尺度的生活、工业、农业和生态供水量、不同类型水源的用水量、污水排放量等信息分解到小尺度的水循环模拟模型；水循环模拟模型需要将小尺度耗水量、土壤水变化量、河道径流量、天然湖泊水量、地下水位等信息聚合到大尺度的水资源配置模型。,9,（二

3、）信息分解,广义水资源合理配置信息分解主要是大时空尺度配置结果向小时空尺度水循环模拟模型的分解过程，以模拟水资源配置结果的水循环响应。主要数据信息为水资源配置的供用水信息和污水排放信息，其中，农业供用水历史信息的分解是根据历史实际灌溉水量和灌溉制度分解离散到每个水循环单元，未来年份通过水循环模拟不同作物灌溉需水分解离散到每个水循环单元。,10,（1）生活供用水生活用水分为城镇生活用水和农村生活用水，生活用水空间分布与人口分布直接相关，将研究区城市人口和农村人口空间化，根据城市和农业人口数量和用水定额，得到每个计算单元内的城市人口和农村人口数量，得到该网格单元的生活用水量。生活耗水量也是根据城镇

4、生活和农村生活分别计算，认为农村生活用水全部消耗，城镇生活耗水根据生活耗水率计算。,11,（2）工业供用水工业用水分为一般工业用水和重点工业用水，重点工业用水将在水循环计算单元明确标明，单独计算。一般工业用水将根据实际或规划水平年水资源配置中各行政区的工业用水量分解水循环单元。,12,工业耗水根据工业耗水率计算，未来随着工业用水情况变化而调整。工业地下水的使用考虑深层承压水和潜水开采。工业地表水使用将根据调查和未来规划的工业地表水集中供水量分解到水循环单元。,13,（3）农业供用水水循环模拟需要将实际灌溉使用的地表地下使用量真实客观的分配到每一个计算单元上，才能够真实可靠的进行水循环过程模拟。

5、在进行研究区历史水循环模拟时，采用引水干渠逐日实际引水资料，以及各灌域对应计算单元的实际灌溉面积、种植结构、灌溉制度等信息，得到水循环单元作物日尺度的灌溉水量。,14,规划水平年水资源合理配置方案的日尺度灌溉分解，根据水循环模拟土壤墒情信息，预测田间需灌水量，根据灌域对应计算单元的实际灌溉面积和种植结构等信息，分解到水循环单元日尺度的灌溉水量。农田灌溉地下水使用量实际和规划地下水开采量，根据灌区农用机井分布分解到各个网格单元。,15,（三）信息聚合,信息耦合主要是将小空间、短时段尺度的水循环模拟信息结果聚合到大空间、长时段的水资源合理配置上去，主要是将水循环模拟的详细结果，如计算单元的耗水、排

6、水、各类蒸散发、河道径流等小尺度的信息聚合到水资源合理配置模型中，以供水资源合理配置参数检验和模型调控。例如，水循环尺度的计算单元耗水量采用下式积分到水资源配置尺度上。,16,模型的功能,17,广义水资源合理配置模型（WACM）具有多种功能，以下对目前已开发的功能进行描述，模型主要可应用于水资源评价、水资源开发利用、水资源节约保护、水资源高效利用、水资源规划管理方面。,18,（一）水资源评价方面,模型不但可用于传统狭义的水资源评价（地表、地下水），还可应用于广义水资源评价（地表、地下水和土壤水），以及考虑人类活动对水循环演变机理的影响进行定量评价。,19,狭义水资源评价的口径与传统水资源评价口

7、径一致，指当地降水形成的地表、地下产水总量（不包括区外来水量）。,水资源评价新方法,狭义水资源量,20,广义水资源量,水资源评价新方法,能为社会经济和生态系统利用的大气降水，既包括地表水和地下水，又包括植被、作物等生态系统利用的土壤水以及冠层与地表的降水截留。,21,广义水资源组成示意图,22,水资源评价新方法与国内现行方法对比,23,通过WACM可以模拟流域/区域内（已建、在建和未来规划的）不同水利工程对水资源配置方案产生的影响，进而通过比较确定合理配置方案，确定地区适宜的工程规模和布局。流域内水利工程：水库、电站、引水工程、提水工程、灌区、地下水开采井、节水工程等 流域内调水工程 跨流域调

8、水工程 其他工程节水、水土保持、流域综合治理等工程,（二）水资源开发利用方面,24,大面积、高强度人类活动干预下，人工与天然复合作用下的区域引排耗水及水资源演变规律；全部水源在各用水部门的全方面合理配置，其中水源项增添土壤水，实现地表水、土壤水和地下水的统一调配，用水项纳入天然生态用水，实现经济系统和生态系统的一体化用水配置；未来不同水资源配置情势下，部门及区域缺水形势及发展变化，确定地区适宜工程配置规模和布局；,25,(1)生态稳定性评判和预测 评判“水生态”的相互作用机理，尤其是干旱半干旱地区水与生态的强烈敏感度的变化，对现状及未来绿洲生态环境演变趋势及生态稳定性评判和预测。,（三）水资源

9、节约保护方面,26,（2）资源节水与灌溉节水的定量化关系 模型可用于研究不同节水方案下、水资源开发利用方式下，水资源调配和水循环过程变化，及由此引起的灌溉水量和资源消耗性水量的增减，确定二者定量关系。,27,通过模型可以模拟节水后供、用、耗、排、补、转化关系，因此，能够更加准确的描述节水对水资源配置的影响。,资源节水是节水量中所消耗的不可回收的水量，包括蒸发蒸腾量、无效流失量以及作物增产部分所增加的净耗水量。,28,（3）区域水资源高效利用不同节水方案和节约保护条件下，水分的消耗及其对经济、生态产量的贡献率，定量计算不同分区、不同行业的水资源利用效率。微观部门水量变化的工程经济效益变化，宏观耗

10、水对国民经济的投入产出影响以及宏观区域水资源利用效益评价。不同水资源开发利用方式下、不同节水工程组合方案下，区域水循环及伴生过程变化，水与经济、生态作用机制变化，区域适宜的水资源高效利用方案选择。,29,（4）区域节水潜力及阈值分析 通过模型可以模拟：不同节水方式下，区域水循环转换规律及水资源演变过程，区域经济系统和生态系统贡献产出状况。部门不同节水方式变化对其它用水部门及整个区域的影响作用，包括经济影响和生态影响。确定作物、田间、灌区和流域不同尺度的资源节水潜力和灌溉节水潜力以及二者之间的定量关系；节水对区域生态影响的定量分析；水分胁迫情况下区域植被干物质重和作物产量的时空变化规律。,30,

11、（5）灌区水资源利用率核算及其阈值确定 在全国范围内，分析现状用水水平下，灌区不同水源利用效率，如地表水、地下水、土壤水等分类核算，灌区内不同作用水资源利用效率，如旱作和水田，其中旱作可进一步细化到各个作物。研究灌区用水方式改变后，上述水资源利用效率变化，确定水资源利用效率其阈值。,31,（6）生态环境保护,通过模型，可以模拟不同水资源配置方案、不同开发利用条件、不同节约保护措施下，流域/区域水系及陆地系统的生态状况和水环境状况，寻求区域水生态环境保护的方案。,32,（四）水资源规划管理方面,实现总量控制和定额管理，WACM模型可以用于解决：区域分层次总量控制方法和调控过程。用水户定额的科学制定和调控，包括各具体行业以及行业内部细化。不同来水条件下，如何实现总量控制和定额管理的具体操作。宏观总量控制与微观定额管理的科学衔接。,33,2009年，水利部部长陈雷在全国水资源工作会议上提出“要实行最严格的水资源管理制度”。这一制度核心是建立水资源管理三条“红线”：水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制；用水效率红线，坚决遏制用水浪费；水功能区限制纳污红线，严格控制入河排污总量。通过以上对模型功能的介绍，WACM 模型在三条“红线”的具体内容上均有很好的表现，也肯定了WACM模型在实际工作中的应用价值。,