第5章 水资源供需平衡分析概要
水资源管理中的供需平衡分析
水资源管理中的供需平衡分析水资源是人类生产和生活的基础资源之一，是当今世界关注的焦点之一。
随着人口的增长，城市化进程的加快，全球面临着水资源供需矛盾的加剧，水资源管理也成为了各国政府和相关部门极为关注的问题。
本文将从供需平衡的角度对水资源管理进行分析。
一、水资源的供需情况据世界水资源管理机构的数据统计，全球每年的水资源总量约为1.4万立方千米，其中约有70%被用于农业生产，22%被用于工业生产，仅剩的8%用于城市居民的生活用水。
然而，由于全球的不平衡分布和污染问题，人类能够使用的水资源总量十分有限。
根据统计，全球有超过40个国家的水资源贫乏程度已经达到了非常严重的水平。
在我国的情况下，由于人口众多，水资源的总量相比一些北欧等国家要少很多。
统计数据显示，我国每年可用的水资源总量约为21000亿立方米，而却有70%的水资源被用于农业生产。
由于水资源的严格管控，近些年我国的城市居民用水采取了一系列措施，例如加强节水宣传，采用人工降雨等方式增加水资源供应，有效的保障了城市居民用水的需求。
二、供需平衡模型的构建针对水资源供需情况的特殊性，供需平衡模型的构建首先需要识别需要考虑的因素。
除了传统的经济生产力、人口增长等因素以外，在水资源管理的模型中还需要考虑生态环境、气候变化等诸多外部因素。
在模型的具体构建中，需首先对水资源的供需进行量化，水资源供应的量可以通过统计水资源总量和水污染的情况来计算，水资源需求则可以通过各个用水领域的需求，例如农业、工业和城市人口的需求来计算。
其次，我们可以考虑预测模型来对未来的水资源供需情况进行预测，预测模型的构建依据需要考虑各种不同的影响因素，例如气候变化和人口增长等。
最后，在模型构建的过程中，我们还可以采用模拟试验的方式来考虑水资源管理的应对策略。
例如在农业生产中可以通过精细化灌溉等方法增加灌溉效率，从而有效的降低农村领域对水资源的需求，不同的应对策略会对水资源的供需产生不同的影响因素。
第五章 水量供需平衡分析计算
第五章水量供需平衡分析计算第一节分析计算的原则与方法水量供需平衡分析计算，按现状（基准年）和近期、远期三个水平年进行。
规划可供水量在现状可供水量的基础上，考虑现有工程在不同供水情况下供水能力的增减和规划新建、配套、扩建工程增供的水量，同时注意水质变化对供应合格水能力的影响。
城镇需水量以最近批准的城市总体规划和供水规划计算的数值为主要参考，同时进行复核。
第二节不同供水工程可供水量分析一、供水工程温岭市各区域水库、堰坝、河网相互贯连和调节，已形成蓄、供、排相结合的一个较完整的灌溉供水系统。
但是，近年来由于平原河道淤积和水污染严重，造成了河道蓄、供水能力不断降低，水源利用功能减少，城乡生活用水和工业用水已无法就地从河道提取，并由此造成地下水超采和地面沉降现象。
因此，全市各区域仍然存在着亟待解决的城乡生活、工业用水水源工程和供水配套工程建设，以及水污染防治等问题。
1.蓄水工程温岭市供水水源主要来自蓄水工程，约占总供水量的90%左右，主要包括河道、水库以及长潭水库引水。
全市河道总长度为1284.44km，蓄水量3557万m3，主要担负境内灌溉用水。
水库山塘153座，总库容7668.5万m3，担负境内生活用水和一部分灌溉用水。
2.引水工程堰坝用来拦截水流，灌溉农田，为山区半山区群众所广泛采用。
目前，全市共有堰坝33座，其中灌溉千亩以上的有大溪镇的中牛头潭堰坝，原江厦乡的七一堂滚水坝，原交陈乡的小交陈拦水坝和岙环乡兰公岙坝等4座。
全市一般年份可引水234.31万m3，灌溉面积7413亩，旱年引水量为133.38万m3，灌溉面积6503亩，丰水年可引水334.91万m3，灌溉面积7473亩。
3.地下水工程地下水部分的可供水量主要计算机电井、民井供水，主要用于城市生活、农村生活和工业用水。
2000年有各类机井71眼，民井3701眼。
二、可供水量可供水量是不同水平年、不同保证率或不同频率不同需水要求下考虑来水、需水及水质情况，各项水利工程设施可提供的水量。
第五章 水资源供需平衡分析(2)
（2） 同频率法：其一般的步骤是，
①
根据实际情况先把整个区域划分为若干个流域， 每个流域根据各自的雨情、水情情况选择各自的代表年。 然后采用典型年法相同的方法，逐个进行计算单元水供需 分析并将同一流域的计算单元水供需分析成果相加，
②
③
④
最后，再把各流域同频率的计算成果汇总即得到整个区域 的水资源供需分析的成果。
3）从供需分析的深度，可划分为：
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。
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。
再利用，等等。
因此在这样庞大而又复杂的系统中有许多非线性关系和约束条件
在最优化模型中无法解决，而模拟模型具有很好的仿真性能，这
些问题在模型中就能得到较好地模拟运行。
为了使模拟给出的结果接近最优解，往往在模拟中规划好
运行方案，或整体采用模拟模型，而局部采用优化模型。
也常常采用这种两种方法的结合，如区域水资源供需分析 中的地面水库调度采用最优化模型，使地表水得到充分的 利用，然后对地表水和地下水采用模拟模型联合调度，来 实现水资源的合理利用。
Pi，Ei——分别为第i日的降雨量和作物耗水量，mm。
计算中可对根系层水量规定一个适宜的上下限 Wmax和Wmin，如果Wi+1<Wmin，则表明作物根 系层缺水，应按下式确定灌水量
Ii W max (Wi Pi Ei)
水资源学教程——05第五章水资源的基本理论
《水资源学教程》
（1）上游山丘区
山丘区为径流形成区，一般情况下人类的取用水活动较少， 且基本以水资源的天然转化为主，因此根据水量平衡原理， 在计算时段内流域上游山丘区的水量平衡方程式为：
P E R U g W
式中：P为计算时段内的降水量；E为计算时段内的总蒸发 量；R为计算时段内的河川径流量；Ug为计算时段内的地下 潜流量；△W为计算时段内蓄水变化量，包括地表水和地下 水的蓄水变化量。
；
为区R域 多R年r 平R均g 蒸E发量； 为区域多的区qu域多年平均耗水量； 为区域多年平均调
出水q量出 。
《水资源学教程》
5.1.2 水资源转化模型
根据图3-2，可将水资源转化关系表达成一个由降水、蒸 发、径流形成以及大气水—地表水—土壤水—地下水“四 水”转化的全过程，水资源转化模型则是用来描述各水资 源要素之间相互转化关系的数学工具。它清楚地表明了坡 面、包气带和地下水的补排关系，以及水资源的由来和组 成，并根据各要素间的水量平衡关系，对水资源进行定量 分析。 通常，天然流域是由上游山丘区和下游平原区组成，因此 也将水资源转化模型分为两部分来介绍。
《水资源学教程》
区域水量平衡方程式为：
P Rr Rg q入 E Rr Rg qu q出 W
就长期来说，其多年平均情况下的区域水量平衡方程为：
P R q入 E R qu q出
式中： 为P 区域多年平均降水量； 为R流入区域内的多年平均
径流量， R； R为r 流 出Rg区R域的多年平均径流量，
Wg Pg Eg Rg U g
由此可见，山丘区水量平衡方程为：
P Es Rs Pg
《水资源学教程》
根据区域水资源的概念，山丘区的多年平均水资源总量为：
水资源与能源供需平衡分析
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水资源供需平衡
第5章
5.3
水资源供需平衡分析
水资源供需平衡分析的方法 5.3.1 典型年法
总目录
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3、典型年和水平年的确定
（1）典型年来水量的选择 首先根据各分区的具体情况来选择控制站，以控制站的实际来水系列(年
天然径流系列或年降雨量系列) 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。
（1）来水条件
（2）用水条件
（3）工程条件
（4）水质条件
总之，可供水量不同于天然水资源量，也不等于可利用水资源量。一般， 可供水量是小于天然水资源量，也小于可利用水资源量。对于可供水量，要 分类、分工程、分区逐项逐时段计算，最后还要汇总成全区域的总供水量。
第5章 Q1 QC QD QR
需状况，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：
现状水平年（又称基准年，系指现状情况以该年为标准） 近期水平年（基准年以后５年或10年） 远景水平年（基准年以后15或20年） 远景设想水平年（基准年以后30～50年） 一般：可取前三个水平年即现状、近期、远景３个水平年进行分析，对 于重要的区域可取4个水平年，而资料条件差的一般地区，也有只取２个水 平年的。
第5章
5.3
水资源供需平衡分析
水资源供需平衡分析的方法 5.3.1 典型年法
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4、可供水量和需水量的分析计算
A: 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。可供水量的影响因素为：
② 今后五年内水资源供需分析，它是在现状水资源供需分析的基础上， 结合国民经济五年计划对供水与需求的变化情况进行供需分析；
水资源供需平衡
技术创新在水资源管理中的应用
智能水表
通过安装智能水表，实时监测家庭或企业的用水量，有助于提高用 水效率，减少浪费。
高效灌溉技术
采用滴灌、喷灌等高效灌溉技术，能够减少农业用水量，提高水资 源利用效率。
水处理技术
研发新型水处理技术，提高水质，满足不同用途的水质要求，同时降 低处理成本。
国际合作与水资源共享
差。
地表水
地表水是指河流、湖泊、水库 等地面水体的总称。
地表水的水量和水质受到水文 循环和人类活动等多种因素的
影响。
地表水的水量受季节影响较大 ，通常在雨季或汛期水量较多 ，而在旱季或枯水期水量较少 。
地表水的水质一般较好，但受 到工业废水和生活污水排放的 影响，某些地区的水质可能较 差。
地下水
跨国水资源项目
开展跨国水资源项目，共同开发、管理和保护跨界水资源，实现 互利共赢。
流域合作
加强流域国家之间的合作，共同制定水资源利用和保护政策，促进 水资源可持续利用。
水权交易
建立水权交易机制，鼓励通过市场手段优化水资源配置，提高水资 源的经济价值。
提高公众水资源保护意识
1 2
宣传教育
通过媒体、学校、社区等渠道，普及水资源知识， 提高公众对水资源重要性的认识。
废水处理与再利用
01
加强废水处理设施建设，将处理后的废水用于农业灌溉、工业
冷却等领域。
雨水收集与利用
02
建设雨水收集系统，将收集的雨水用于冲厕、浇花等家庭用途，
减少对新鲜水源的依赖。
灰水回收与再利用
03
将工业、建筑等产生的灰水进行适当处理后再次利用，提高水
资源利用率。
05
CHAPTER
水资源第5章
组成及计算： （1）河、湖、库可供水量
水量
W6
来水过程
用水过程 W4 W1 W2 W5 W3
时间（月）
需水 ： W需＝W1＋W2＋W3＋W4＋W5 缺水量 ：W缺水＝ W需－W供＝W4＋W5 全调节时：可供水量：W供＝W1＋W2＋W3＋W6 缺水量 ：W缺水＝ W需－W供＝ W4＋W5－W6
无调节时：可供水量：W供＝W1＋W2＋W3
年取水量
B、取水量增长率与工 业产值增长率相关法
年取水量
Q取
Q取
年份（年）
年产值（万元）
（2）万元产值取水×工业产值 Q需＝q×M （m3/年） q——万元产值取水量（m3/万元） M——规划年产值（万元）
万元产值 取水量 (m3/万元）
A、万元产值取水量与工业产值相关法 q
Q需
M
年产值（万元/年）
B、分行业重复利用率提高法 假设初始年、预测年万元产值用水量不变，重复利用率提高R1~R2 初始年 万元产值用水 重复利用率 万元产值取水 Q＝q1 ＋R1 Q Q＝q2 ＋R2 Q Q R1 q1 = < > 预测年 Q R2 q2
1 − R2 q1 q2 = 1 − R1
若万元产值用水年下降率α，重复利用率提高R1~R2，则 Q＝q1 ＋R1 Q Q(1-α)n＝q2 ＋R2 Q(1-α)n n——预测年限（年）
二水平年 三水平年 四水平年
二、可供水量确定 定义：不同水平年，不同来水频率下。通过工程施措，可提 供的符合一定标准的水量，包括区域地表水、地下水、调水、 回用水、海水等。 影响因素： ①来水条件：多少，时空分布。 ②用水条件：用水期与来水期的一致性。 ③工程条件：取水能力，调蓄能力。 ④水质条件：满足用户要求的程度
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第 5章
水资源供需平衡分析
（二） 典型年法中供水保证率 1、供水保证率：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，常用下式计算：
m p 100 % n 1
式中：p——供水保证率； m——保证正常供水的年数； n——供水总年数。
第 5章
水资源供需平衡分析
2、确定供水保证率的方法 (1)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。
ni——农村居民用水人数。
第 5章
水资源供需平衡分析
②牲畜用水 可通过调查到或实测到的牲畜用水定额，按 下式进行估算：
W居 0.365 ni mi
式中：W牲——全部的牲畜用水量，m3／a；
ni——各种牲畜或家禽头数或只数，头；
mi——各种牲畜或家禽用水定额(调查或实测值)， L／(头· d)。
第 5章
水资源供需平衡分析
③分行业重复利用率提高法： 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。
式中： q1，q2——分别为起始年和预测年的万元产值取 用水量，m3／万元； η 1，η 1节。——分别为起始年和预测年的工业 用水重复利用率，％。
1 1 q2 q1 1 2
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水资源供需平衡分析
2. 二次供需平衡分析
• 水资源二次供需分析，主要是在一次供需分析的 基础上，
– 在水资源需求方面通过节流等各项措施控制用水需求 的增长态势，预测不同水平年需水量； – 在水资源供给方面通过当地水资源开源等措施充分挖 掘供水潜力，给出不同水平年供水工程的安排；通过 调节计算，分析不同水平年的供需态势。
第 5章
水资源供需平衡分析
（三） 需水量 1．工业用水
(1)工业用水的计算
Q1 QC QD QR
式中:Q1——总用水量，m3/a； Qc——耗水量，m3／a； QD——排水量，m3／a； QR——重复用水量，m3／a。
第 5章
水资源供需平衡分析
(2)工业用水的预测 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。
第 5章
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三、典型年和水平年的确定 （一）不同频率典型年的确定 1．典型年来水量的选择 根据各分区的具体情况来选择控制站，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。 （1）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。 （2）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 5章
水资源供需平衡分析
2. 典型年法 • 选择代表性的系列，根据降水频率，选取典型年 进行供需分析。 • 一般地，平水年频率P=50%，枯水年（偏旱年） 频率P=75%；特枯水年（干旱年）频率P=90%或 P=95%。 • 北方干旱地区，一般要做平水年（P=50%）、偏 旱年（P=75%）二个典型年的供需分析。 • 南方湿润地区，则做平水年（P=50%）、偏旱年 （P=75%）、干旱年（P=95%）三个典型年的供需 分析。
第 5章
水资源供需平衡分析
③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：
W渔 [E P S ]
式中： ω ——养殖水面积，m2或km2； E——水面蒸发量，可通过实验求得，mm； α ——蒸发器折算系数； P——年降雨量，mm； S——年渗漏量，mm。
④村办企业用水
第 5章
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四、可供水量和需水量的分析计算 （一） 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。 1、供水系统分类 （1）按工程分类：包括蓄水工程、引水工程、提 水工程和调水工程。 （2）按水源分类：为地表水工程、地下水工程和 污水再生回用工程类型。 （3）按用户分类：为城市供水、农村供水和混合 供水系统。
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 5章
水资源供需平衡分析
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。
第 5章
水资源供需平衡分析
（二）水平年确定 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。 1、现状水平年：又称基准年，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。 注：一个地区的水资源供需平衡分析究竟取几个 水平年，应根据有关规定或当地具体条件以及供 需分析的目的而定。
第 5章
水资源供需平衡分析
• 是指在一定区域，一定时段内，对某一发 展水平年和某一保证率的各部门供水量和 需水量平衡关系分析。
第 5章
水资源供需平衡分析
§5-1 水资源供需平衡分析的目的、原则和方法 一、目的：
1、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、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；探讨水资源开发利用的途径 与潜力，
第 5章
水资源供需平衡分析
2．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。
Q生活=365qm/1000
式中:
Q生活——生活用水需求量，m3／a；
g——人均生活用水定额，L／(人· d)；
m——预测期用水人口数，人。
第 5章
水资源供需平衡分析
3．农业用水: 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。 (1)农业灌溉用水量的计算和预测
第 5章
水资源供需平衡分析
2、可供水量的影响因素 （1）来水条件； （2）用水条件； （ 3）工程条件； （4）水质条件。 注：可供水量不同于天然水资源量，也不等于可 利用水资源量，一般情况下，可供水量是小于天 然水资源量，也小于可利用水资源量。 对于可供水量，要分类、分工程、分区逐项逐 时段计算，最后还要汇总成全区域的总供水量。
①一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 5章
水资源供需平衡分析
②毛灌溉水量M毛 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(毛灌溉水量)必然大于田间的净灌溉水量。
第 5章
水资源供需平衡分析
三、方法 1、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； 2、典型年法(或称代表年法) 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。 3、动态模拟法：属系列法的一种。
第 5章
水资源供需平衡分析
1. 系列法 • 选择代表性的系列，进行逐年供需分析。 • 系列法要求资料多，工作量大，适用于大区域、 重要地区的供需平衡分析。 • 通过对长系列调节计算结果的统计分析，可以得 到不同来水频率下的各分区各部门的余缺水量。
水资源供需平衡分析
（二）计算时段的划分
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。 实际工作中划分计算时段一般以能客观反映计算地区 的水资源供需为准则。计算时段也可采用以年为单位，即 使是以旬或月为计算时段的分析，最后计算成果也应汇总 成以年为单位的供需平衡分析。
M毛
M净
水
式中：M净 ——净灌水量，m3； η
水——灌溉水利用系数，一般为0.45～0.6。
第 5章
水资源供需平衡分析
(2)农业的其他用水 ①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：
W居 0.365 ni mi
式中:W居——农村居民生活用水量，m3／a；
mi——人均生活用水标准，L／(人· d)；
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——工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 5章
水资源供需平衡分析
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 5章
水资源供需平衡分析
1. 一次供需平衡
• 水资源一次供需平衡分析就是在流域现状供水能力与外延 式增长的用水需求间所进行的供需平衡分析。 • 水资源一次供供需分析主要目的是：了解和明晰现状供水 能力与外延式用水需求条件下的水资源供需缺口。 • 主要回答三个问题： – 确定在无新的供水工程投资条件下，未来不同阶段的 供水能力和可供水量。 – 确定在无直接节水工程投资条件下，未来不同阶段的 水资源需求自然增长量。 – 确定现状开发状态下，未来不同阶段的水资源供需缺 口，为确定节水、治污和挖潜等措施提供依据。