摘要: 以水资源系统概化方法为基础, 提出分层水资源网络的理论和方法, 以不同水源运动过程为中心对实际中各类水源运动过程进行划分, 分割出包括地表供弃水、河网输水、污水排放、外调水传输和地下水等多层水源网络。通过分层网络系统可以描述不同物理意义的水力联系和水量平衡关系, 量化表达不同网络水源之间的相互转换和影响关系, 从而明晰不同水源运动转化过程, 以便于从方法上简化计算过程, 并以该方法为基础构建了水资源模拟模型并应用于海河流域的水量平衡模拟, 检验了其有效性。

关键词: 水资源系统; 模拟模型; 分层网络; 水量平衡

ed water resources network and its application//you jinjun, gan hong, wang zhongjing

abstract: the theory and method of ed water resources network is introduced d on the method of conceptualizing water resources system. the movement process of varied water sources is divided according to actual situation and multi - water resources network that separates the surface water waste, river network transportation, effluent discharge, outside water transportation and underground water etc. is worked out. it demonstrates the inter- transaction and influence of varied water sources in the network quantitatively by means of describing hydraulic connections of various physical meanings and relationship of water balance. it presents a clear transformation process of varied water sources that may simplify calculation process, which provide a for establishing and testing water balance simulation model applied in the hai river basin.

key words: water resources system; simulation model; ed network; water balance

中图分类号: 213.9 文献标识码: a 文章编号: 1000- 1123( 2008) 05- 0014- 04

一、水资源系统概化及其框架

水资源系统具有众多元素和相互关联过程, 对水资源系统进行概化处理是建立分析框架的必然途径。通过系统概化可以识别系统主要过程和影响因素, 建立从实际系统到数学描述的映射关系, 进而实现系统模拟。该过程包括对实际水资源过程中各类元素的选取和整合形成概化元素, 如计算单元及其用水户的划分,系统节点、连线的定义等。最终通过概化元素建立反映系统水量转换的总体框架, 该框架包括各种水量转换传输关系描述, 由此描绘的系统网络图可以对研究区域作整体性描述。

通过系统概化将水量供用耗排过程与流域水运动过程以概化元素为承载体关联起来, 可以描绘出各类元素之间所有可能的水力关系, 由此建立系统模拟的框架。分层水资源网络方法基于概化水资源系统框架定义, 将系统水量运动和转化划分为水平和垂直两个方向, 通过数学描述关系离散物理过程不可分割的不同水源运动轨迹, 以相关概化元素为承载体将不同类别的水源分解到不同层次的网络上, 并按照物理基础建立各层网络之间的转化关系。通过对各层网络水量过程的描述, 即可把握不同类别水源和系统总体水量的状态。

二、分层网络划分与水量平衡关系

1.划分原则

从水源运动转化过程可以看出,不同类别的水源总是通过不同的水力关系传输, 可以将各类水源的运动关系分别定义为该水源的网络层, 相应水力关系就是建立该类水源运动层的基础。不同网络层的水源通过单元、节点等对象可以完成水源属性的转换, 这些对象成为能调蓄和转化水量的枢纽, 对不同水源的平衡关系有重要影响。

根据上述分层网络划分, 同类水源在所属网络层内传播, 通过计算单元和节点等基本元素可以实现不同水源的汇集和转换。同类水源在其本网络的运动过程中可以因为垂直方向的蒸发渗漏损失而减少, 但不能转化为其他水源, 只能在单元等系统节点上才能完成水源属性转化。这样,就可以比较简便地建立各类水源网络及其之间的转换和影响关系, 分析各网络层和整个系统的水量平衡关系等。通过对水源的分层描述, 可以实现对不同水源的单独描述, 为建立其运移转化和平衡关系提供便利条件。

2.本地径流及河网水网络层

根据系统概化定义, 本地径流和河网水网络中包括单元、节点和水汇三类点元素, 水量传输关系线为河网水渠道, 该网络层的水量运动转换关系如图1。

河网水网络层的水量平衡方程如下:

wnetin-wnetout-wnv=0 (1)

式中:wnetin 为进入河网水网络层水量,wnetout 为排出河网水网络层的水量,wnv 为河网水网络层的蓄变量。

wnetin 包括不同层次网络进入河网水量:

wnetin=wlsin+wresd+wnsewin (2)

式中:wlsin 为本地径流进入河网的水量, wresd 为节点弃入河网水量,wnsewin为河网所在单元进入河网的污水退水量:wlsin 为河网所在单元地表径流经本地引提水工程供水后剩余的水量,wnsewin 为扣除所在单元污水处理再利用