第五章 水资源供需平衡分析
第五章 水资源供需平衡分析
• 5.1 概述-目的、原则和方法 • 5.2 平衡分析的典型年法
• 5.3 水资源系统动态模拟分析
• 5.4水资源系统动态模拟实例
5.1 概述-目的、原则和方法
• 1949年以来，我国进行了规模空前的水利建设， 全国用水量从1949年的1000多亿m3增加到1997 年的5566×108m3。 • 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7000～8000×108m3。经分 析，全国实际可利用的水资源量约为8000— 9500×108 m3。 • 总体上，我国因缺水造成的经济损失超过洪涝 灾害。
5.1.2 水资源供需平衡分析的原则
• 水资源供需平衡分析涉及社会、经济、环境 生态等方面，牵涉面广且关系复杂，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
5.1.3 水资源供需平衡分析的方法
• 水资源供需平衡分析主要有两种分析方法。 的供需平衡分析计算；
5.2 平衡分析的典型年法
• 5.2.1 典型年法的涵义 • 5.2.2 计算分区和时段 • 5.2.3 典型年和水平年的确定 • 5.2.4 可供水量和需水量的计算
• 5.2.5 供需平衡分析和成果综合
5.4.2.1 可供水量
• 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。
污 水 再 利 用
外 流 域 调 水
浅 层 地 下 水
深 层 地 下 水
基 岩 裂 隙 水
岩 溶 水
• 可供水量计算项目汇总示意图
保证率
• 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，常用下
式计算：
m P 100 % n 1
• 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，
– 如：北方主要靠径流调节，则常用年经流系列。 – 南方湿润地区，全年需要灌溉，可选择降水。
• 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
• 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。
• 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。
累积频率（% ） 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96
洪水重现期
1/p
枯水重现期 1/（1-p）
5.2.2 计算分区和时段
• 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。
• 解决水资源问题，必须实施最严格的水资源管 理制度。 • 在管理观念上，不能走传统的以需定供的老路， 必须加快推进供水管理向需水管理转变。 • 对于稀缺资源，采取需求管理实现供需平衡， 是国际通行的道路。
5.1.1 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
2030 亿方 当地 松辽 海滦 淮河 黄河 746 352 644 443 135 130 85 30 调入 调出 可供 746 487 774 528 需水 759 539 815 535 缺水 13 52 41 7
长江
珠江 东南诸河 西南诸河 全国
2340
1005 344 126 6640 350
• 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。
• 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：
• 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；
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
排列 1064.5 998.0 964.2 883.5 789.3 769.2 732.9 709.0 687.3 663.2 641.5 624.9 615.5 606.7 591.7 587.7 586.7 567.4 557.2 546.7 538.3 509.9 417.1 341.1
– 特别枯水年=90％(或95％)。
• 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，一般要对P：50％、P：75％ 和P：90％(或95％)三种代表年的水供需进行分 析。
年份 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973
进行分配。
2 水平年 • 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，需要研究分析四个水平年：
• （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)。
• 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。
• ①工业用水的计算：
• 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，太大会掩盖供需
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。
• 对精度要求不高时，计算时段也可用年为单位。
• 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。 • 可供水量与来水条件、工程条件、用水条件、
可供水量
地表水
地下水
水 库 供 水
河 道 引 水
河 道 提 水
引湖 泊或 坑塘 提水
QR R 100% Qt
• 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。
(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， 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，％；
Qc—耗水量：QD—排水量 QR—重复用水量。
Qt
QW Qc QD
QR
• 工厂的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
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：
降水量（m m / a ） 538.3 624.9 663.2 591.7 557.2 998.0 641.5 341.1 964.2 687.3 546.7 509.9 769.2 615.5 417.1 789.3 732.9 1064.5 606.7 586.7 567.4 587.7 709.0 883.5
• 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， 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。
5.4.2.2 需水量分析
需水量的供求关系分析。
• 水资源开发长期规划、经济发展长期规划、生态
环境保护的必须。
• 目的是：
– 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； – 3、针对水资源供需矛盾，进行开源节流总体 规划，明确水资源综合开发利用保护的主要 目标和方向，以期实现水资源长期供求计划
5.2 平衡分析的典型年法