第四節 水資源供需平衡計算與分析

天然狀態下的水資源在時間和空間上的分布是不均勻的，與人類社會經濟發展用水和生態環境用水的要求往往不相一致，為此需要建設水利工程，對天然狀態下的水資源進行調節，以滿足社會經濟發展和生態環境用水的需要。在特定的水資源條件和需水要求下，充分發揮水利工程的作用，通過水利工程的調節計算，可得到水利工程供水與需水之間的關系，這就是水資源供需分析。

一、供需平衡分析概述

水資源供需平衡是指在一定區域，一定時段內，對某一發展水平年和某一保證率的各部門供水量和需水量平衡關系分析。或：在特定的水資源條件和需水要求下，充分發揮水利工程的作用，通過水利工程的調節計算，可得到水利工程供水與需水之間的關系。供水量和需水量相近為平衡，供大于需的部分為余水量，供小于需的部分為缺水量。其目的是摸清區域內水資源供需現狀，預測未來，揭示區域內水資源供需關系的內在規律和主要矛盾，探討水資源開發利用的途徑與潛力，提出實現水的長期穩定供給方案，為加速工農業生產的發展和水利建設提供科學依據。

（一）水平年

區域水資源供需分析主要是為了掌握未來一段時期區域需水能夠滿足的程度。通常并不針對未來每一年去分析，而是選擇幾個代表年去分析，通過對代表年的分析，基本掌握區域水資源供給與需求的態勢。選擇出的代表年，要能夠反映區域發展不同階段社會經濟達到的水平、相應的需水水平和水資源開發水平，所以通常稱其為水平年。一般來說，需要研究三個階段的供需情況，即現狀情況、近期情況、遠期情況，也即三個水平年情況。現狀水平年又稱基準年，是指現狀供需情況以已過去的某一年為代表來分析，近期水平年為從基準年以后的5～10年，遠期水平年一般為從基準年以后的15～20年。供水的目的是為了促進區域社會經濟的持續發展，從而供需分析的水平年應盡可能與區域國民經濟和社會發展規劃的水平年相一致。

現狀情況是未來發展的基礎，因此要作多方面的調查和分析研究，力求反映實際情況。近期供需情況將可能直接為有關單位編制年度計劃、五年計劃提供依據，因此要求一定的精度，例如要求需水作合理性論證，增加的供水量要有工程規劃為依據，還要作必要的投入產出分析等。遠期供需情況將對未來發展態勢作出展望，要求的精度可低一些。

（二）代表年

在水資源供需平衡分析中，常常選擇有代表性的平水年、枯水年與特枯水年作為設計代表年。一般地，平水年頻率P=50%，枯水年P=75%，特枯水年P=90%或P=95%。在進行水資源供需分析時，北方干旱缺水地區一般要分析P=50%和P=75%兩種代表年的供需情況，南方濕潤富水地區一般要分析P=50%、P=75%和P=90%（或P=95%）三種代表年的供需情況。具體一個區域進行水資源供需分析時，選幾種代表年來分析，要根據分析的目的來定，例如北方干旱缺水地區，如想通過分析提出特枯年份的對策措施，則分析P=90%或P=95%代表年供需狀況是必不可少的；又如南方濕潤富水地區，已經覺得平水年的供需分析在決策中不能說明多大問題，在分析時，就不必進行P=50%的代表年的供需分析。

（三）分區單元

水資源供需關系分析，一般需要將一個大的區域劃分成若干分區。對每一分區單元進行供需分析，然后逐級匯總。

水資源供需分析在流域和省級行政區范圍內以計算分區進行，對城鎮和農村須單獨劃分，并對建制市城市單獨進行計算。現狀年的城市范圍為城市建成區，規劃水平年的城市范圍為城市規劃區。流域與行政區的方案和成果應相互協調，提出統一的供需分析結果和推薦方案，然后再進行全國匯總、分析和平衡。

（四）計算時段

水資源供需平衡計算時段的劃分，總的原則是：能夠突出不同時段的水資源量的余缺情況，不至于掩蓋水資源的供需矛盾。

（五）分析方法

1.系列法

在水平年確定后，要預測區域內各分區各部門不同水平年的需水量，綜合考慮區域內水資源條件、需水要求、經濟實力、技術水平等因素，作出近期和遠期水平年水利工程建設方案的初步安排。根據預測的需水量和相應的水利工程安排情況，按照可供水量計算方法，作水資源長系列的逐年分析計算，以掌握未來不同來水條件下區域水資源供需狀態。

一般來說，區域內各概化用戶要求的供水保證率是不同的。生活、工業用戶的保證率高，農業用戶的保證率可低一些等。在計算中要予以考慮。通過對長系列調節計算結果的統計分析，可得到不同來水頻率下的各分區各部門的余缺水量。

2.典型年法

按歷史長系列逐年進行分析計算，往往分析計算工作量大，而且在系列資料缺乏時，這種分析計算還難以進行。所以，在一般的區域水資源供需分析時，亦可采用典型年的方法。

與單項工程選擇典型年不同的地方是，區域供需分析中所要選擇的典型年是面上的典型年，其范圍包括整個區域或區域中的一大部分。由于不同地區不同年份的不同季節的降水、徑流及用水狀況差異很大，即使同一年，區域內各分區的降水頻率也不一定相同，這樣就給典型年的選擇帶來了一定的困難。所以，在選擇一個流域或一個區域的典型年時應考慮河流上、中、下游的協調與銜接，并從面上分析旱情的特點及其分布規律，找出有代表性的年份。

水資源供需分析計算一般采用長系列月調節計算方法，以反映流域或區域的水資源供需的特點和規律。《全國水資源綜合規劃技術細則》規定七大流域應采用長系列方法，主要水利工程、控制節點、計算分區的月流量系列應根據水資源調查評價和供水預測部分的結果進行分析計算。無資料或資料缺乏的區域，可采用不同來水頻率的典型年法。

（六）供需分析計算原則

（1）在時段單位（月或旬）內，不考慮時段內來水、需水等不均勻變化。逐時段計算時，認為面臨時段的需水、地表來水和降雨入滲補給量等已知，而未來時期的情況未知。

（2）對每一計算分區內的供水區，要結合供水工程實際情況，劃分出地表水源供水區和地下水源供水區，以及兩者相重疊部分。混合水供水區是地下水與地表水能夠進行相互補償的供水范圍。地域上以計算分區為單位，每個計算分區內不同需水要求所對應的純地下水供區、純地表水供區和混合水供區的比重預先給定。

（3）計算分區的當地徑流，只考慮其可利用量參與計算，供水對象限定于所在單元，并只能滿足農業需水要求。承壓水和海水利用不考慮其補給來源。

（4）每個計算分區的地下淡水層，視作一個地下水庫。不考慮地下水庫間的水力聯系。每個地下水庫均受到規定的允許埋深變幅的約束，超出上限埋深的地下水視為棄水。地下水庫的供水對象限定于所在單元。

（5）按照需水要求供水。在農業需水范圍內的供水所產生的地表回歸水依具體流域而定。在城鎮生活、工業需水范圍內供水所產生的地表回歸水中，只考慮其中經污水處理廠處理后的可利用部分參與計算。

（6）每個地表水工程只對其指定的供水區承擔供水任務。只有當滿足規定供水任務且在工程滿蓄后尚有余水時，多余水量依次為下游水庫所存蓄。水庫存蓄不下的多余水量，則按照計算分區的水流走向，依次由計算分區的河網調蓄庫容存蓄。余水的利用規定滯后一個時段。

（7）河網調蓄庫容所存蓄的水量只限于滿足所在單元農業需水要求。各單元的田間蓄水只限于存蓄跨流域引水工程在冬天非灌溉季節的引水，并只用于滿足汛前灌溉季節的需水要求。河網調蓄水量和田間蓄水的時段蒸發滲漏損失，按時段初蓄水量的某一百分比計算。

（8）地表水庫的時段蒸發滲漏損失按時段初水庫水位來計算；地下水庫時段潛水蒸發損失按時段初地下水埋深來計算。

（9）面臨時段各項供水對淺層地下水的補給量，規定滯后一個時段。

二、區域水資源供需平衡分析

供需分析計算一般進行二至三次水資源供需分析。一次供需分析是考慮人口的自然增長、經濟的發展、城市化程度和人民生活水平的提高，按供水預測的“零方案”，即在現狀水資源開發利用格局和發揮現有供水工程潛力的情況下，進行水資源供需分析。若一次供需分析有缺口，則在此基礎上進行二次供需分析，即考慮強化節水、污水處理再利用、挖潛配套以及合理提高水價、調整產業結構、合理抑制需求和保護生態環境等措施進行水資源供需分析。若二次供需分析仍有較大缺口，應進一步加大調整經濟布局和產業結構及節水的力度，具有跨流域調水可能的，應考慮實施跨流域調水，并進行三次供需分析。實際操作按流域或區域具體情況確定。水資源供需分析時，除考慮各水資源分區的水量平衡外，還應考慮流域控制節點的水量平衡。

1.一次平衡分析

水資源一次供需分析，就是在流域現狀供水能力與外延式增長的用水需求間所進行的供需分析。在水資源需求方面，考慮不同水平年人口的自然增長，經濟結構不因水的因素而變化，城市化程度和人民生活水平外延式提高，預測不同水平年各分區各部門需水量。在水資源供給方面，在不考慮新增供水投資來增加供水量的前提下，考慮生態環境要求進行區域可供水量調節計算。

水資源一次供需分析本身不是目的，而是希望通過一次供需分析來了解和明晰現狀供水能力與外延式用水需求條件下的水資源供需缺口。更為重要的是，水資源一次供需分析的缺口為水資源的開源、節流和污水處理回用安排提供了基礎。如當地水資源進一步挖潛，包括通過地表水和地下水的進一步開發、污水處理回用等提高區域供水能力，以及通過提高水價、工程性節水措施、量化管理等抑制用水需求增長，使缺口的上下包線同時向內收縮，以解決或緩解水資源供需矛盾。

水資源一次供需分析主要回答三個問題：一是確定在無新的供水工程投資條件下，未來不同階段的供水能力和可供水量；二是確定在無直接節水工程投資條件下，未來不同階段的水資源需求自然增長量；三是確定現狀開發狀態下，未來不同階段的水資源供需缺口，為確定節水、治污和挖潛等措施提供依據。

2.二次平衡分析

水資源二次供需分析，主要是在一次供需分析的基礎上，在水資源需求方面通過節流等各項措施控制用水需求的增長態勢，預測不同水平年需水量；在水資源供給方面通過當地水資源開源等措施充分挖掘供水潛力，給出不同水平年供水工程的安排；通過調節計算，分析不同水平年供需態勢。

通過供給與需求兩方面的調控，如果二次供需分析不存在缺口，則實現了區域水資源的供需平衡。如果還存在缺口，在抑制需求和增加供給共同作用下，一次供需分析的缺口將有較大幅度的下降，即得到二次供需分析的缺口。

在二次供需分析時，要進行供給與需求兩個方面調控的多種方案分析計算，從中選擇最好的方案。從而，二次分析的供需缺口，實質上是在充分發揮當地水資源承載力條件下仍不能滿足用水需求的缺口。對于這一缺口，在有外調水條件的地區，可以考慮實施外調水予以解決。

3.三次平衡分析

水資源三次供需分析，是在二次供需分析的基礎上，進一步考慮跨流域調水解決當地缺水問題，將當地水與外調水作為一個統一整體進行調配。將二次平衡的供需缺口作為需水項，以不同調水規模的方案作為新增供水項參加水資源供需平衡。通過不同方案的對比和分析，為確定調水工程的規模提供依據。

一次供需分析是初步摸一摸供需情況的底，并不要求供需平衡和提出實現平衡的方案計劃。若一次供需分析有缺口，則在此基礎上進行二次供需分析，即考慮進一步新建工程、強化節水、治污與污水處理再利用、挖潛等工程措施，以及合理提高水價、調整產業結構、抑制需求的不合理增長和改善生態環境等措施進行水資源供需分析。二次供需分析則要求努力平衡和提出實現平衡的方案計劃。若二次供需分析仍有較大缺口，應進一步加大調整產業布局和結構的力度，當具有跨流域調水可能時，應增加外流域調水并進行三次水資源供需分析。

三、供需平衡宏觀控制

進行區域水資源供需分析的最終目的，是要提出本區域在不同發展時期水的長期供給的措施、方案和計劃，其中的核心問題是要宏觀控制住水資源的供需平衡。

（1）選取的計算水平年要與國民經濟發展總目標協調一致。

（2）用某一來水頻率的典型年來控制水資源的供需平衡。

水資源的供需平衡是一種相對的平衡，具有一定的保證率概念。在某一保證率它平衡了，而在另一保證率時，又可能出現不平衡。一個區域究竟選擇哪一種保證率控制水資源的供需平衡，是個復雜的問題，嚴格來說應通過經濟效益等方面的論證來確定。一般，在水資源匱乏的地區，為了充分利用平水年份的水資源，選擇的保證率可以低些；相反，在水資源充沛、供水工程投資較低的地區，選擇的保證率可適當的提高。

（3）進行河道外用水和河道內用水的協調平衡。

按用水的性質分類，水資源供需平衡可分為河道外用水的供需平衡和河道內用水的供需平衡。河道外用水為工業、農業、生活等用水，河道內用水為水力發電、航運、沖沙以及維持河道生態用水等，兩者既相互聯系，又相互制約。在一個流域內，選擇一些有代表性的控制站，以河道內的用水要求作若干方案，然后進行整個流域的河道外用水的供需平衡分析，最后選擇一種認可的方案。

（4）為嚴重缺水區做出補水布局安排。

區域內水資源供需缺口較大的地區是缺水地區，必須要通盤規劃之后，統籌考慮做出合理補水布局安排，才可能保證實現地區之間的水資源供需的大致平衡。