第5章水资源供需平衡分析

第五章水资源供需平衡分析概述水资源供需平衡分析方法水资源系统的动态模拟分析水资源系统动态模拟分析实例主要介绍供需平衡分析的原则和方法；平衡分析的典型年法；计算分区和计算时段、典型年和水平年的确定，可供水量和需水量的计算。重点：可供水量和需水量的计算原理与计算方法；供需平衡分析的典型年法。第一节概述全国用水量从1949年的1000多亿m3增加到1997年的5566×108m3，这些巨大成就为我国社会经济的发展起到了很好的保证作用。据中国工程院《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》(2000)分析估计，全国按目前的正常需要和不超采地下水条件下，缺水总量约为300×108～400×108m3。总体上，因缺水造成的经济损失超过洪涝灾害。据有关专家预测，我国用水高峰将在2030年前后出现，用水总量为7000×108～8000×108m3。经分析，全国实际可利用的水资源量约为8000X108m3—9500×108m3，可见需水量已接近可能利用水量的极限。一、水资源供需平衡分析的目的和意义定义：水资源供需平衡分析，是指在一定范围内(行政、经济区域或流域)不同时期的可供水量和需水量的供求关系分析。其目的是：1、是通过可供水量和需水量的分析，弄清楚水资源总量的供需现状和存在的问题；2、是通过不同时期不同部门的供需平衡分析，预测未来，了解水资源余缺的时空分布；3、是针对水资源供需矛盾，进行开源节流的总体规划，明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向，以期实现水资源的长期供求计划。也是“三条红线”的要求。第一节概述二、水资源供需平衡分析的原则

水资源供需子衡分析涉及社会、经济、环境生态等方面，不管是从可供水量是需水量方面分析，牵涉面广且关系复杂。因此，供需平衡应遵循以下原则：(1)近期和远期相结合(2)流域和区域相结合(3)综合利用和保护相结合第一节概述三、水资源供需平衡分析的方法

水资源供需平衡分析必须根据一定的雨情、水情来进行分析计算，主要有二种分析方法：系列法：按雨情、水情的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算；典型年法(或称代表年法)：仅根据雨情、水情具有代表性的几个不同年份进行分析计算，而不必逐年计算。第一节概述注意：不管采用何种分析方法，所采用的基础数据(如水文系列资料、水文地质的有关参数等)的质量是至关重要的，其将直接影响到供需分析成果的合理性和实用性，以下将主要介绍两种方法：一种叫典型年法，另一种叫水资源系统动态模拟法(属系列法的一种)。三、水资源供需平衡分析的方法第一节概述第二节水资源供需平衡分析的典型年法典型年(又称代表年法)：是指对某一范围的水资源供需关系，只进行典型年份平衡分析计算的方法。优点：是可以克服资料不全(如系列资料难以取得时)及计算工作量太大的问题。一、典型年法的涵义首先，根据需要来选择不同频率的若干典型年。我国规范规定：特别丰水年频率=5%丰水年频率=25%平水年频率＝50％，一般枯水年＝75％，特别枯水年90％(或95％)。在进行区域水资源供需平衡分析时，北方干旱和半干旱地区一般要对：50％和：75％两种代表年的水供需进行分析，在南方湿润地区，一般取：P：50％、P：75％和P：90％(或95％)第二节水资源供需平衡分析的典型年法一、典型年法的涵义水资源供需分析，就某一区域来说，其可供水量和需水量在地区上和时间上分布都是不均匀的。分区进行水资源供需分析研究，便于弄清水资源供需平衡要素在各地区之间的差异，以便对不同地区的特点采取不同的措施和对策。另外，将大区域划分成若干个小区后，可以使计算分析得到相应的简化，便于研究工作的开展。第二节水资源供需平衡分析的典型年法二、计算分区和计算时段1区域划分在分区时，一般应考虑以下的原则：

(1)尽量按流域、水系划分，对地下水开采区应尽量按同一水文地质单元划分，这样便于算清水账。

(2)尽量照顾行政区划的完整性。这样便于资料的收集和统计，另外，按行政区划更有利于水资源的开发利用和保护的决策和管理。(3)尽量不打乱供水、用水、排水系统。第二节水资源供需平衡分析的典型年法二、计算分区和计算时段1区域划分区域水资源计算时段可分别采用年、季、月、旬和日，选取的时段长度要适宜，划得太大往往会掩盖供需之间的矛盾，缺水期往往是处在时间很短的几个时段里，因此只有把计算时段划分得合适，才能把供需矛盾揭露出来。但划分时段升非越小越好，时段分得太小，许多资料无法取得，而且会增加计算分析的工作量。对精度要求不高的，计算时段也可采用以年为单位。第二节水资源供需平衡分析的典型年法二、计算分区和计算时段2计算时段的划分不同频率系指水文资料统计分析中的不同频率。前面已经提到，通常可选取如下几种频率，即P：50％，P：75％，P：90％或95％，以代表不同的来水情况。第二节水资源供需平衡分析的典型年法三、典型年和水平年的确定1不同频率典型年的确定首先：根据各分区的具体情况选择控制站，以控制站的实际来水系列进行频率计算，选择符合某一设计频率的实际典型年份；然后：求出该典型年的来水总量。可以选择年天然径流系列或年降雨量系列进行频率分析计算。如：北方干旱半干旱地区，降雨较少，供水主要靠径流调节，则常用年经流系列来选择典型年。南方湿润地区，降雨较多，缺水既与降雨有关，又与用水季节径流调节分配有关，故可以有多种的系列选择。第二节水资源供需平衡分析的典型年法三、典型年和水平年的确定1不同频率典型年的确定常采用的一种方法是按实际典型年的来水量进行分配，但地区内降雨、径流的时空分配受所选择典型年所支配，具有一定的偶然性。为了克服这种偶然性，通常选用频率相近的若干个实际年份进行分析计算，并从中选出对供需平衡偏于不利的情况进行分配。第二节水资源供需平衡分析的典型年法三、典型年和水平年的确定2．典型年来水量的分配水资源供需分析是要弄清研究区域现状和未来的几个阶段的水资源供需状况，这几个阶段的水资源供需状况与区域的国民经济和社会发展有密切关系，并应与该区域的可持续发展的总目标相协调。一般情况下，需要研究分析四个发展阶段的供需情况，即所谓的四个水平年的情况，分别为：（1）现状水平年(或基准年，系指现状情况以该年为标准)，（2）近期水平年(基准年以后5年或10年)，（3）远景水平年(基准年以后15或20年)，（4）远景设想水平年(基准年以后30～50年)。第二节水资源供需平衡分析的典型年法三、典型年和水平年的确定3

水平年供水系统：一个地区的可供水量来自该区的供水系统。供水系统从工程分类，包括蓄水工程、引水工程、提水工程和调水工程。按水源分类可分为地表水工程、地下水工程和污水再生回用工程类型；按用用户分类可分为城市供水、农村供水和混合供水系统。可供水量：可供水量是指不同水平年、不同保证率或不同频率条件下通过工程设施可提供的符合一定标准的水量，包括区域内的地表水、地下水、外流域的调水，污水处理回用和海水利用等。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算1

可供水量可供水量计算项目汇总示意图第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算1

可供水量在供水规划中，按照供水对象的不同，应规定不同的供水保证率，例如居民生活供水保证率P：95％以上，工业用水P：90％或95％，农业用水P＝50％或75％等等。供水保证率的概念，是指多年供水过程中，供水得到保证的年数占总年数的百分数：第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算2

典型年法中供水保证率的概念P——供水保证率；m——保证正常供水的年数；n——供水总年数。正常供水：通常按用户性质，能满足其需水量的90％一98％(即满足程度)，视作正常供水。两种确定供水保证率的方法：(1)上述的在今后多年供水过程中有保证年数占总供水年数的百分数。今后多年是一个计算系列，在这个系列中，不管那一个年份，只要有保证的年数足够，就可以达到所需保证率。(2)规定某一个年份(例如2000年这个水平年)，这一年的来水可以是各种各样的，现在把某系列各年的来水都放到2000这一水平年去进行供需分析，计算其供水有保证的年数占系列总年数的百分数，即为2000年这一水平年的供水遇到所用系列的来水时的供水保证率。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算2

典型年法中供水保证率的概念200019902005P：50％的来水就是指年来水总量大于或等于那一年(P：50％)的年数占统计样本总年数的50％。既然来水总量等于那一年(P＝50％)的能保证，则大于那一年(P：50％)的一般也应该能保证(当然还有来水的时间分配问题)，所以，在典型年法中，若P：50％供需能平衡，则其供水保证率为P=50％。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算2

典型年法中供水保证率的概念对于P：95％的年份，供需分析得出不平衡，还缺水，说明其供水保证率不足95％。但这样的结论太笼统，并不说明各用水部门供需的矛盾，实际上对生活、工业、农业供水应区别对待，有时生活工业部门仍可保证供水(只要供水系统有保证)，而所缺水主要应由农业等部门来承担。因此，应具体分析区域内哪些用水部门真正缺水及其缺水程度和影响，然后做出科学的分析评价及提出解决的具体措施。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算2

典型年法中供水保证率的概念需水量分析是供需平衡的主要内容之一。需水量可分为河道内用水和河道外用水两大类。河道内用水：包括水力发电、航运、放木、冲淤、环境、旅游等。河道内用水一般并不耗水，但要求有一定的流量、水量和水位，其需水量应按一水多用原则进行组合计算。河道外用水：包括城市用水和农业用水。城市用水又分工业用水、生活用水和环境用水。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量①工业用水的计算：工业用水一般指工矿企业在生产过程中，用于制造、加工、冷却、空调、净化、和洗涤等方面的用水，是城市用水的一个重要的组成部分。根据1993年统计，我国工业用水量占总用水量的17.4％。由于工业部门内不同的行业的用水量相差很大，所以工业用水要按行业划分，利用水平衡法进行统计和计算：第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-----(1)工业用水Qt=QC+QD+QR式中Qt——总用水量，在设备和工艺流程不变时，为一定值，m3／a；第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-----(1)工业用水QtQcQDQRQWQc——耗水量，工矿企业生产过程中消耗掉的水量，包括蒸发、渗漏等损失水量，以及产品带走的水量，m3／a；：QD——排水量，经过工矿企业使用后，向外排放的水，多指未重复利用的废污水量，QR——重复用水量，生产过程中二次以上的用水，包括循环用水量和二次以上的用水量，m3／a。耗水量和排水量必须加以补充，二者之和称为补充水量，又称为取用水量，以Qw。故总用水量Qt又可表示为补充水量和重复用水量之和：Qt=Qw+QR第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-----(1)工业用水工业用水重复利用率及越高，表示工业用水的有效利用程度越高。工业用水水平一般以单位产量或产值所需的补充水量和重复利用率这两个指标来衡量，重复利用率R以重复利用水量QR。占总用水量Qt的百分数表示：第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-----(1)工业用水①趋势法：用历年工业用水量增长率来推算未来工业用水量，按下式进行计算，Si=S0(1+d)n式中Si——某一年所预测的工业需水量，m3；S0——起始年的工业用水量，m3；d——业用水量年平均增长率，％；n——从起始年份到预测年份所间隔的时间，a。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量---(2)工业用水的预测②相关法：工业用水的统计参数(如单位产值耗水量、工业用水增长率等)与工业产值有一定的相关关系，常用以下两种方法进行预测：建立工业用水增长率和工业产值增长率的相关关系来推求工业发展用水；建立工业产值和万元产值用水量的相关关系来推求工业发展用水。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量---(2)工业用水的预测③分行业重复利用率提高法：对于资料比较齐全的地方，一般采用按冶金、电力、煤炭、石化、化工、机械、建筑、食品、纺织、缝纫、皮革、造纸、文教、木材等14个行业或部门推算工业用水量，该法采用万元产值用水量和重复利用率这二个指标来推算工业发展用水，用下式计算：式中q1q2——分别为起始年和预测年的万元产值取用水量，m3／万元；η1η2——分别为起始年和预测年的工业用水重复利用率，％。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量---(2)工业用水的预测随着生产水平发展、设备工艺的改进、更新，万元产值的总用水量会逐渐减少，故上式可修改为：式中。α——考虑到设备工艺改进使得万元产值的总用水量平均下降率(％)。α值愈大，则万元产值用水量愈少；n——起始年与预测年的相距的时间，a。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量---(2)工业用水的预测（参考P111表5-2）生活用水：在城市中扣除工业用水(包括生产区的生活用水)之外所有的用水，它包括城市居民住宅用水，公共建筑用水，市政用水，环境、景观与娱乐用水，供热用水及消防用水。在地域间我国的人均日生活用水量差异较大:最高：我国南方海南三亚，人均日生活用水量高达522L／(人.d);最低：我国北方的内蒙额尔古纳，人均日生活用水量仅为20．55L／(人．d)，两者相差达25倍之多。根据1993年统计，我国城市生活用水约占总用水量的9.2％。城市用水要求供水的保证率不低于95％。城市用水量一般可根据实际调查求得，其大小与城市有关。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量----(3)生活用水城市生活用水量的预测常用人均生活用水定额法推算，其计算公式为：Q生活=365qm/1000式中Q生活——生活用水需求量，m3／a；q——人均生活用水定额，L／(人·d)；m——预测期用水人口数；人。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(3)生活用水(参考P113表5-3）农村用水:包括农、林、牧、副、渔业的用水，农村居民的生活用水、农村工业、企业用水等。农业用水是我国主要的用水大户，而农业灌溉用水又是农业用水的主体，其包括种植业灌溉用水、林业和牧业灌溉用水，是通过水利工程设施输送到农田、林地和牧场以满足作物需水的水量。与城市工业和生活用水相比，具有面广量大、一次性消耗的特点，而且受气候的影响较大，同时也受作物的组成和生长期的影响。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水①农业灌溉用水量的计算和预测Ⅰ作物需水量：作物在全生育期或某一时段内正常生长所需的水量，它包括消耗于作物蒸腾量和株间蒸发量(合称为腾发量)。农作物需水量可以通过田间实验来确定。Ⅱ灌溉制度：是指作物播种前及全生育期内的进行适时适量灌水的一种制度，它包括灌水定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。灌水定额为一次灌水在单位面积上的灌水量(m3／亩)，灌溉定额则是全生育期内多次灌水定额之和。

第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水①农业灌溉用水量的计算和预测Ⅲ灌溉用水量：是指灌溉面积上需要提供给作物的水量，其大小及其在年内的变化情况，与各种作物的灌溉制度、灌溉面积以及渠系水利用系数等因素有关。一种作物一次田间灌水量(称净灌溉用水量)M净可用下式求得：M净=mω式中

m——作物某次灌水的灌水定额，m3／亩；·ω——该作物的灌溉面积，亩第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水①农业灌溉用水量的计算和预测Ⅳ毛灌溉水量（P116表5-5，弄懂！）灌溉水要经过各级渠道输送到田间，由于在渠道输水过程中的各种损失(渗漏、蒸发等)，因此引水量(亦可称作毛灌溉水量)必然大于田间的净灌溉水量。式中M净——净灌水量，m3；η——灌溉水利用系数，它的大小与各级渠道的长度、沿线的土质和水文地质条件，渠道工程状况(配套、衬砌等)以及灌溉管理的水平等有关。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水②农业的其他用水除了农业灌溉用水外，还包括农村居民生活用水、牲畜用水、渔业用水以及乡镇企业用水。这些用水虽然在整个农业用水中所占的比例不大，但一般都要求保证供水。一般采用下述的方法进行估算：第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水②农业的其他用水Ⅰ农村居民生活用水可通过典型调查人均生活用水标准，按下式进行估算式中——农村居民生活用水量，m3／a——人均生活用水标准，L／(人，d)；——农村居民用水人数。

第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水②农业的其他用水Ⅱ牲畜用水同理，可通过调查到或实测到的牲畜用水定额，按下式进行估算：第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水②农业的其他用水（还应考虑换水量）Ⅲ渔业用水渔业用水指养殖水面蒸发和渗漏所消耗水的补充量，按下式估算：式中ω——养殖水面积，m2或km2E—水面蒸发量，α——蒸发器折算系数，P——年降雨量，S——年渗漏量β——单位换算系数，视具体情况而定

第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水②农业的其他用水Ⅳ村办企业用水村办企业包括小型工厂、小加工作坊等，其用水量的估算与工业用水的估算方法相类似，在调查的基础上，分行业进行估算。第二节水资源供需平衡分析的典型年法四、可供水量和需水量的分析计算3

需水量-------(4)农业用水(参考P115表5-4）第二节水资源供需平衡分析的典型年法五、供需平衡分析和成果综合(一)水资源的供需平衡分析的分类1．从分析的范围考虑，可划分为：(1)计算单元的供需分析；(2)整个区域的供需分析；(3)河流流域的供需分析。计算单元:可视为一小的区域)是供需分析的基础，属于区域或流域内的一个面积最小的小区。第二节水资源供需平衡分析的典型年法五、供需平衡分析和成果综合(一)水资源的供需平衡分析的分类2．从可持续发展观点，可划分为(1)现状的供需分析；(2)不同发展阶段(不同水平年)的供需分析。现状的供需分析：是针对当前的情况，而不同发展阶段的供需分析是对未来情况的，含有展望和预测的性质，但要做好不同发展阶段(不同水平年)的供需分析，必须以现状的供需分析的成果为依据，因此，现状的供需分析是不同发展阶段供需分析的基础。第二节水资源供需平衡分析的典型年法五、供需平衡分析和成果综合(一)水资源的供需平衡分析的分类3．从供需分析的深度，可划分为：(1)不同发展阶段(不同水平年)的一次供需分析；(2)不同发展阶段(不同水平年)的二次供需分析。一次供需分析：初步地进行供需分析，不一定要进行供需平衡和提出供需平衡分析的规划方案。二次供需分析：要求供需平衡分析和提出供需平衡分析的规划方案。特别是当供需不平衡时，对解决缺水的途径，要进一步分析论证并作出规划方案。第二节水资源供需平衡分析的典型年法五、供需平衡分析和成果综合(一)水资源的供需平衡分析的分类4．按用水的性质，可划分为：(1)河道外用水的供需分析；(2)河道内用水的供需分析。河道外用水为消耗性用水，河道内用水为非消耗性用水，在分析过程中应分别进行考虑或综合在一起协调考虑。第二节水资源供需平衡分析的典型年法五、供需平衡分析和成果综合(一)水资源的供需平衡分析的分类计算单元的供需分析应包括上述的几方面的内容，简要分述如下