第五節 流域水資源供需平衡實例分析

一、基本概況

蒲河流域屬溫帶大陸性季風氣候，亞洲季風氣候區北緣，主要特點是春季多西南大風，蒸發量大，易春旱；夏季溫熱多雨，盛吹南風和東南風；秋季風小，天氣晴朗；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，盛吹北風和西北風。

流域多年平均降水量647.4mm，年最大降水量991.6mm，年最小降水量460.1mm。

本次研究的水資源分區依據《蒲河流域水資源評價》報告的分區成果，即按照行政分區邊界所劃分出的區域作為計算單元，并對于個別太小的單元予以合并：鐵嶺縣和棋盤山風景區合并，農業高新區與沈北新區合并，于洪區、市區、鐵西新區、東陵區合并。

根據上述方法，將蒲河流域所轄區域劃分為5個計算分區，總計算面積2248km2，其中一般山丘區273.0km2，一般平原區1975km2，從上游至下游各分區具體情況依次為：

（1）棋盤山水庫以上區間，稱為分區Ⅰ，包括棋盤山水庫區間，計算面積141.7km2，其中一般山丘區141.7km2；

（2）棋盤山水庫～道義區間，稱為分區Ⅱ，包括沈北新區和農業高新區，計算面積365.8m2，其中一般山丘區110.8km2，一般平原區255km2；

（3）道義～老什牛區間，稱為分區Ⅲ，包括市區，于洪區和東陵區，計算面積599.5km2，其中一般山丘區20.5km2，一般平原區579km2；

（4）老什牛～馬家套區間，稱為分區Ⅳ，包括新民市，計算面積511km2，其中一般平原區511km2；

（5）馬家套～河口區間，稱為分區Ⅴ，包括遼中縣，計算面積630km2，其中一般平原區630km2。

蒲河流域水資源供需平衡計算及開發利用方案以此為計算單元。

流域農業萬元產值用水量為1400.02m3，流域內平均工業萬元產值用水量為93m3。

本次需水預測及供需平衡分析的規劃期限是以2005年為現狀基準年，2010年為近期水平年，2020年為遠期水平年。

二、供用水現狀

（一）水利工程現狀

某流域現有中型水庫棋盤山1座、小型水庫4座和團結大閘作為沿程的蓄水工程，其中棋盤上水庫總庫容8016萬m3，控制面積133km2；4座小型水庫總庫容716萬m3，詳見表2-13。某流域現有堤防長度為222.39km，防洪標準遼中城市段為50年一遇，其余為20年一遇。

該流域另一蓄水工程為團結大閘，興利庫容1731×104m3，大壩為均質土壩，攔河壩全長1100m，壩頂寬10m，泄洪閘為鋼筋混凝土結構橋閘，共有7孔，每孔凈寬7m，閘門高2.8，配有QPJ2×5噸型手電兩用啟閉機。閘底高程為17.50m，壩頂高程為21.55m，非汛期保證水位19.00m。

（二）現狀年供水量

作為現狀年，2005年該流域總供水量53786.66萬m3。其中地表水為21631.77萬m3，占40.22%；地下水31664.69萬m3，占59.78%。在地表水供水量中，蓄水工程供水量為5335.86萬m3，引水工程供水量為241.92萬m3，提水工程供水量為6354.498萬m3，調水工程供水量為9699.487萬m3。地下水供水量31664.69萬m3。詳見表2-14和圖2-10。

（三）現狀年用水量

現狀年實際用水量為53784.51萬m3。生活用水量為2327.796萬m3，其中城鎮生活用水量890.6655萬m3，農村生活用水量1437.131萬m3；生產用水量51456.72萬m3，其中農業灌溉用水量46477.23萬m3，林牧漁用水量3212.4萬m3，工業生產用水量1634.01萬m3，第三產業用水量為133.07萬m3。根據實際調研資料顯示，流域內需水強度較大，生態用水大部分已經被擠占，此處未列出。該流域2005年按計算分區用水量詳見表2-15和圖2-11。

1.居民生活用水

2005年流域內居民生活用水總量2327.79萬m3。2005年城鎮人口總數為240390人，用水量為890.66萬m3；農村人口總數為835759人，用水量為1437.13萬m3。具體情況見表2-16。

2.農田灌溉用水

2005年農業用水總量為40290.47萬m3。水田灌溉用水27730.548萬m3，其中地表水灌溉總面積為109648畝，用水量為9352.37萬m3；地下水灌溉總面積為120867畝，用水量為9334.253萬m3；外調水灌溉總面積為116225畝，用水量為9043.925萬m3；菜田、水澆地、大棚全部取用地下水，各自取用水量分別為7303.517萬m3、3109.8萬m3、1569.5萬m3。具體情況見表2-17和表2-18。

3.工業用水

2005年流域內工業總產值為34.04億元，總用水量為1634.01萬m3。重復利用水量為429.03萬m3，工業用水重復利用率為30%。各分區詳細情況見表2-19。

4.林牧漁及第三產業用水

2005年林牧漁用水總量為3212.408萬m3，其中林地補水定額為280m3/畝，大牲畜用水定額為60L/（頭·d），小牲畜為30L/（頭·d），魚塘補水定額為500m3/畝。第三產業用水量為133.07萬m3，萬元產值用水量為50m3。具體情況見表2-20。

三、社會發展預測

1.人口發展預測

根據《沈陽市社會事業發展與改革“十一五”規劃》，2005年人口自然增長率為0.23‰，到2010年，人口自然增長率控制在0.45‰，城市化率達到70%。根據預測，2010年以后全市將進入自然人口將為零增長或負增長狀態。據此將對2010年和2020年進行人口發展預測。

擬定高、中、低三個人口增長方案，高方案人口增長率為0.6‰，中方案人口增長率為0.5‰，低方案人口增長率為0.3‰。

中方案：到2010年，流域內人口將達到1079113人，其中城鎮人口233688人，農村人口845425人。2010年以后人口增長率取值為零，所以到2020年人口總數保持不變。具體預測結果詳見表2-21和表2-22。

2.工業生產總值預測

根據《沈陽市國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》，2005年生產總值年均增長率為13.8%；規模以上工業總產值年均增長23.5%。“十一五”期間經濟增長年均保持13%，規模以上工業總產值年均增長20%以上。按2005年不變價格，預計到2010年流域內工業總產值將達到43.72億元，到2020年將達到176.87億元。具體預測結果詳見表2-23。

四、需水預測

根據各分區的國民經濟發展目標、社會發展要求、各地水資源條件以及生態環境保護對水資源的總體要求，分析預測各規劃水平年經濟社會發展指標及其對水資源需求的總量、結構和分布。充分考慮人口增長、城鎮化進程、人民生活水平和質量的提高、經濟合理布局與產業結構調整、水價調整、節約用水、水資源保護以及科技進步等因素對需水變化的影響，合理預測規劃水平年的生活、生產和生態用水需求，提出需水預測方案。

（一）需水結構

流域水資源需求預測是指運用科學的預測技術與方法，根據流域所在區域的發展趨勢和客觀條件，在分析現狀水資源的基礎上，預測未來某水平年的需求狀況。需水預測與該流域社會經濟發展關系密切。需水量是某規劃水平年各種典型水文保證率狀況下，各部門各用水戶對符合質量要求的水的需求量。根據需水部門的行業性質，可將用水分成三大類：生活需水、生產需水和生態環境需水。每大類用水部門按其組成情況又可分為若干類，詳見圖2-12。

需水對象的內部發展要求與其發展規模、速度、技術（生活）標準、經濟實力、用水效率、用水定額等因素有關，其外部約束機制與市場機制要素、技術經濟政策、科技發展水平等因素有關。對于流域需水對象則需要考慮研究經濟發展速度、產業政策及產業結構變化、社會發展趨勢、居民生活水準、生產技術標準等特性。如農業需水與農業種植作物種類、種植結構、灌溉制度、用水定額、用水效率、當地氣候等有關，農業用水隨著作物種植結構調整、節水設施的使用、灌溉設施的完善、作物品種的改良等將逐年降低。生態環境需水與河道內沖沙、自凈等用水和城市綠化用水、防護林草、水土保持等有關，對生態環境質量要求的不斷提高將使生態環境用水逐漸增加。

需水預測的主要工作步驟包括：對各子區進行現狀用水調查，收集整理基礎資料，分析用水定額，選擇各類需水預測方法，預測規劃水平年人口發展規模、城鎮化程度、農業耕地發展規模、農業畜牧業發展預測、產業結構調整、產業發展規模、開源的可能性和程度、節水的潛力等。需水預測一般按生活需水、生產需水和生態環境需水分別對各用水戶、各部門預測，最后總和可求得流域綜合需水量。

（二）預測方法

1.生活需水預測

人民生活需水預測采用定額法。

2.生產需水預測

本次預測各產業需水量采用以下方法：

（1）第一產業需水預測。

1）農田需水預測。

采用灌溉定額與灌溉水利用系數方法進行預測。

2）林牧漁業需水量預測。

包括林果地灌溉（草場灌溉）、魚塘補水。牲畜用水，考慮經濟社會的發展，居民對肉類產品需求的增長，采用牲畜的數量和用水定額法計算確定。

（2）第二產業需水預測。

工業需水預測采用萬元產值指標法。

（3）第三產業需水預測。

第三產業需水采用萬元產值用水量法進行預測。

3.生態需水預測

河流基本的生態環境需水量主要用以維持水生生物的正常生長，以及滿足部分的排鹽、入滲補給、污染自凈等方面的要求。對于常年性河流而言，維持河流的基本生態環境功能不受破壞，就是要求年內各時段的河川徑流量都能維持在一定的水平上，不出現諸如斷流等可能導致河流生態環境功能破壞的現象。基于這種考慮，以河流最小月平均實測徑流量的多年平均值作為河流的基本生態環境需水量。計算公式為：

式中：Wb為河流基本生態需水量；Qij表示第i年第j個月的月均流量；T為換算系數，其值為31.536×106s；n為統計年數。

（三）預測水平年

本次需水預測及供需平衡分析的規劃期限是以2005年為現狀基準年，2010年為近期水平年，2020年為遠期水平年。

（四）需水預測計算成果

預測內容分為三類：生活需水、生產需水和生態需水。

1.生活需水預測

未來生活需水包括城鎮生活需水和農村生活需水兩部分。

城鎮生活需水預測采用定額法，用趨勢法對定額和需水量進行校核。城鎮生活需水預測中的重點是人均綜合定額的選擇。定額選取的是否恰當直接影響預測結果。隨著城市化水平的發展和居民生活水平的提高，城鎮居民生活人均用水量呈提高趨勢。本次預測城鎮居民生活用水定額2010年取為120L/（人·d），2020年為150L/（人·d）。

城鎮生活需水量預測結果見表2-24和表2-25。流域內現狀城鎮居民生活用水量為890.6655萬m3，根據預測到2010年用水量為1023.55萬m3，2005～2010年平均年增長2.82%，到2020年用水量為1279.44萬m3，2010～2020年平均年增長2.26%。

農村生活需水預測方法與城鎮生活需水預測方法相同。農村人均生活用水定額隨著自來水普及率的提高和生活的改善將有所增加。本次預測農村居民生活用水定額2010年取為55L/（人·d），2020年為60L/（人·d）。

農村生活需水量預測結果見表2-26和表2-27。流域內現狀農村居民生活用水量為1437.13萬m3，根據預測到2010年用水量為1697.19萬m3，2005～2010年平均年增長3.38%，到2020年用水量為1698.04萬m3，2010～2020年平均年增長0.005%。

2.生產需水預測

（1）農田灌溉需水量預測。

農田灌溉需水由水田、水澆地和菜田但部分需水組成（即有效灌溉面積由水田面積、水澆地面積和菜田面積組成）。灌溉需水量計算采用灌溉定額法。首先根據各地區不同水平年相關灌溉規劃對有效灌溉面積進行預測，然后根據各地區不同的灌溉制度與灌溉定額對需水量進行預測。

通過節水和加強管理，流域內不同耕作類型的灌溉定額將有所變化。考慮不同天然降水條件下，農作物灌溉制度不同，不同種類農作物的灌溉定額應綜合考慮制定。各個分區水稻的灌溉定額見表2-28。

其他作物灌溉定額各分區采用統一定額，詳見表2-29。

結合《遼寧省各種作物灌溉制度分析》中水稻、菜田及水澆地灌溉定額月分配比例，見表2-30～表2-32，預測流域內各種作物需水量，其預測結果詳見表2-33～表2-38。

大棚作物定額各月平均分配。其需水預測結果見表2-39～表2-42。

（2）林牧漁業需水量預測。

林、牧、漁業需水包括林果灌溉需水、畜牧業需水和魚塘補水。林果灌溉需水采用定額法計算；牲畜需水與魚塘補水，考慮經濟社會的發展，居民對肉、魚類產品需求的增長，采用定額法計算確定。參考遼寧省用水定額，2005年林地的用水定額為280m3/畝，大牲畜為60L/（頭·d），小牲畜為30（L/頭·d），魚塘補水為500m3/畝。隨著科技的進步，管理水平的提高，預測2010年和2020年林牧漁業用水定額如表2-43所示，需水預測結果見表2-44和表2-45。

（3）工業需水量。

根據前面的工業總產值預測（按2005年不變價格計算），結合工業用水定額預測便可得到未來規劃水平年的工業需水量。2010年工業萬元產值用水定額取為45m3/萬元，2020年為24m3/萬元。預測結果見表2-46。

預計2010年工業需水量將達到1967.39萬m3。雖然工業產值持續增加，但由于節水水平的提高使得工業用水定額不斷下降。預計到2020年工業需水量將達到4244.90萬m3。

（4）第三產業。

第三產業需水量不同水平年用水定額基本相同，所以本次研究沒有單獨預測，該流域第三產業需水量表如表2-47所示。

3.生態需水預測

生態環境用水是指為維護生態與環境功能和進行生態環境建設所需要的最小蓄水量。按照修復和美化生態環境的要求，可按河道內和河道外兩類生態環境需水分別進行預測。根據各地區不同情況，采用不同方法計算。具體預測結果見表2-48。

此處生態需水預測第二分區水量時未包括新城規劃興建的七星湖和兩塊濕地的生態需水量。

計算生態需水時，主要考慮為保持流域連續水面，在各個節點閘壩蓄滿水的前提下，綜合考慮蒸發、滲漏，作物消耗水量，擬采用Tennant法計算生態需水量。

這種方法不僅適用于有水文站點的季節性河流，而且適用于沒有水文站點的河流，可通過水文技術來獲得平均流量。用公式表示：

式中：W為河道生態環境需水量，m3；Qi為一年內第i個月多年平均流量，m3；Zi為對應第i月份的推薦基流百分比，%。

由于生態需水量不是一個固定值，而是在一個域值區間內變化，即應該在最小生態需水量和最佳生態需水量之間變化。故河道內的最小生態需水量為：一般用水期（10月～次年的5月）取多年平均月流量的10%作為河道內的最小生態需水量，魚類產卵育幼期（6～9月）取多年平均月流量的30%作為河道內的最小生態需水量。各地河道內比較適宜的生態需水量為：一般用水期（10月～次年的5月）取多年平均月流量的20%作為河道內的適宜生態需水量，魚類產卵育幼期（6～9月）取多年平均月流量的40%作為河道內的適宜生態需水量。

在考慮連續水面的情況下，以考慮每個閘壩蓄滿水為前提，因此計算最小生態需水即可。

4.需水預測匯總

生活需水選取中方案需水量，與生產、生態需水量進行匯總，匯總結果見表2-49和表2-50。50%降水頻率條件下，2010年需水量合計為55813.73萬m3，比現狀年72933.78萬m3增長7.5678%；2020年將達到59845.75萬m3，比現狀年增長7.8015%。75%降水頻率條件下，2010年需水量合計為59285.66萬m3，比現狀年72933.78萬m3增長14.5049%；2020年將達到60115.93萬m3，比現狀年增長14.695%，需水預測圖見圖2-13、圖2-14。

五、供水預測

水資源供給預測是對不同時段供水量進行判斷。供水量預測是在供水現狀的基礎上，考慮不同保證率的可供水量，要預計不同規劃水平年工程變化情況以及考慮現有工程更新改造和續建配套后新增的供水能力，要考慮工程老化、水庫淤積和因上游用水增加造成的來水量減少等對工程供水能力的影響。各主要供水節點原則上要求采用水文長系列調算和系統優化調節計算的方法計算可供水量。供水預測要充分吸收和利用有關專業規劃以及流域、區域規劃（全國及各地的地下水開發利用規劃、污水治理與回用規劃、雨水集蓄利用規劃、海水利用規劃，以及各流域規劃與區域水資源規劃等）的成果。并根據本次規劃要求和新的情況變化，對成果做適當調整。地表水可供水量計算，要以各河系各類供水工程以及各供水區所組成的供水系統為調算主體，進行自上游到下游，先支流后干流逐級調算。

中型水庫和小型水庫及塘壩工程可采用簡化計算，中型水庫一般采用典型年法，小型水庫及塘壩采用興利庫容乘復蓄系數法估算。復蓄系數可通過對不同地區各類工程進行分類，采用典型調查方法，參照鄰近及類似地區的成果分析確定。

引提水工程根據取水口的徑流量、引提水工程的能力以及用戶需水要求計算可供水量。引水工程的引水能力與進水口水位及引水渠道的過水能力有關；提水工程的提水能力則與設備能力、開機時間等有關。

規劃工程要考慮與現有工程的聯系，與現有工程組成新的供水系統，按照新的供水系統進行可供水量計算。對于雙水源或多水源用戶，聯合調算要避免重復計算供水量。

地下水可供水量與當地地下水可開采量、機井提水能力和用戶的需水量等有關。

可供水量是指不同水平年、不同保證率或不同頻率條件下通過工程設施可提供的符合一定標準的水量，包括區域內的地表水、地下水、外流域的調水、污水處理回用和海水利用等。不同水平年可供水量計算，要考慮現狀、近期和遠景的幾種發展水平的情況；不同保證率可供水量計算，要考慮豐、平、枯幾種不同的來水情況。可供水量和以下因素有關：

（1）來水條件。

由于水文現象的隨機性，將來的來水是不能預知的，因而將來的可供水量是隨著不同水平年的來水變化及其年內的時空變化而變化。

（2）用水條件。

可供水量有別于天然水資源量，它隨用水特性及合理用水節約用水等條件不同而變化。

（3）工程條件。

工程參數的變化，不同的調度運行條件及不同發展時期新增工程設施，供水系統的供水能力不同。雖然供水能力不等于可供水量，但工程的可供水量受工程條件影響。

（4）水質條件。

可供水量是指符合一定使用標準的水量，不同用戶有不同的標準。

1.地表水可供水量

地表水可供水量計算，要以各河系各類供水工程以及各供水區所組成的供水系統為調算主體，進行自上游到下游，先支流后干流逐級調算。

2.地下水可供水量

以礦化度不大于2g/L的淺層地下水資源可開采量作為估算地下水可供水量的依據。在確定地下水可供水量時，必須考慮相應水平年由于地表水開發利用方式和節水措施的變化所引起的地下水補給條件的變化，相應調整水資源分區的地下水資源可開采量，并以此作為估算地下水可供水量的控制條件。

本次研究中，地下水開采量維持在現狀水平，不允許進一步擴大開采地下水。本次研究供水預測是根據一次平衡和流域水量平衡的基礎上，通過對流域水資源進行優化配置，得出優化雨洪資源開發利用方案的基礎上預測的，2010年、2020年具體預測結果詳見表2-51～表2-54。

六、供需平衡分析

1.水資源供需平衡分析的意義

流域水資源的供需平衡關系，即人類對流域水資源的合理開發利用可以供給的水資源與社會經濟環境對水資源的需求之間的平衡。通過供需分析原則與方法分析水資源供需缺口的大小，可以研究流域缺水的程度。合理預測規劃水平年社會各行業各部門的需水要求，對有效開發、合理利用水資源具有重要意義。水資源的供需狀況是制定研究流域長期規劃的必要依據之一，是流域水資源優化配置的基礎。因此，水資源的供需分析在一定程度上影響著各地區的經濟發展與產業結構布局。

流域水資源利用已朝著多目標方向發展，對于需求水資源的質與量的要求都日益提高，但水資源供給不能無限制的滿足需求。水資源供需矛盾需要從流域水資源系統整體進行。在考慮環境規劃水平的同時，通過各種工程和非工程措施緩解水資源供需矛盾。

2.水資源供需平衡分析的原則

水資源供需平衡分析涉及社會、經濟、生態環境等方面，供需平衡應遵循以下原則：

（1）近期與遠期結合。

水資源供需關系隨著社會經濟條件的不斷發展變化而發生階段性的變化。因此，水資源的供需必須有中長期的規劃，既把現狀的供需情況弄清楚，又要充分分析未來的供需變化，把近期和遠期結合起來。

（2）綜合利用與保護結合。

水資源具有多用途性，應對其進行綜合開發利用，做到一水多用。水資源又是易污染的流動資源，供需分析中，用水系統需考慮各部門的交叉或重復利用，進行多種水源聯合調度。

（3）宏觀與微觀結合。

分析的區域首先需要考慮大區域與小區域結合，大區域內平衡分析后，進行小區域的供需平衡分析，保證小區域內的供需平衡；單一水源與多水源結合，單一用水部門與多個用水部門結合，最大程度地調度當地水資源，提高供水效率和保證率。

3.水資源供需一次平衡

根據對流域需水發展和可供水量的分析，按水資源供需一次平衡原則，以現狀供水能力去面對現狀用水水平的用水增長需求，來進行流域的供需平衡分析，以便充分展示該流域的供需情況，為以后進行節水改造工程和治污挖潛工程提供定量基礎。

從表2-55和表2-56可知，50%降水條件下，2010年該流域一次供需平衡缺水2027.066萬m3，缺水率為3.63%。由于是用現狀供水能力去面對未來增長，因此2020水平年的缺口將擴大到6059.092萬m3。75%降水條件下，2010年該流域一次供需平衡現狀年缺水8632.53萬m3，2020年為9462.803萬m3。在現狀水平年情景下，需水保持在高水平，只能依靠擠占生態用水和超采地下水實現供需平衡。

4.水資源供需二次平衡

根據流域水利工程規劃方案，2010年流域內污水處理回用量將達到3335.8萬m3，2020年將達到5837.7m3；2010年可增加地下水回灌量631.32萬m3，2020年可增加地下水回灌量1052.2萬m3；2010年整治河道可增加供水1053.25萬m3，2010年開發利用雨水可增加供水量210萬m3，2020年可增加供水310萬m3；2010年經過產業結構調整可減少農業用水量800萬m3，到2020年可減少至1600 萬m3；遼中縣團結水庫蓄水量可增加600萬m3；趙家套閘改建可增加供水280萬m3。

與一次供需平衡結果相比，在50%降水條件下，2010年該流域不缺水；75%降水條件下，2010年的缺水量為6687.05萬m3，2020年為3278.458萬m3。個別地區存在不缺水的情況，但是從全流域的角度看，缺水情況仍很嚴重。且從大伙房水庫調來的水量仍維持在現狀年的水平。但可以通過大力開展節約用水、需水控制、以供定需等措施，在保證國民經濟快速增長的基礎上有效地緩解了需水過快增長的勢頭。根據現有規劃，到2020年已有水利工程供水量仍不能滿足流域內生活、生產和生態需水的要求（表2-57、表2-58）。