第三节 可供水量分析与计算

一、可供水量的含义

可供水量是水资源供需平衡分析的基础，可供水量能反映区域水资源的余缺状况。在水资源规划中，可供水量的分析计算是水资源供需平衡的重要组成部分。

对于可供水量的定义，不同的参考文献有不同的描述。《水文基本术语和符号标准》定义为：考虑来水和用水条件，通过各种工程措施可提供的水资源量。《中国水资源利用》定义为：不同水平年、不同保证率（或不同频率），考虑需水要求的工程设施可提供的水量。《水利计算及水利规划》定义为：通过各种工程措施，可开发利用的水量。

一般公认的可供水量定义为：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、外流域调水、污水处理回用和海水利用等。它有别于工程实际的供水量，也有别于工程的最大供水能力，不同水平年意味着计算可供水量时，要考虑现状、近期和远期的几种发展水平情况，是一种假设的来水条件。不同保证率或不同频率条件表示计算可供水量时，要考虑丰、平、枯几种不同的来水情况，保证率是指工程供水的保证程度（或破坏程度），可以通过系列调算法进行计算求得。如供水保证率P=90%的涵义是：在长期的供水过程中，平均每100年可保证90年正常供水。按下式计算：

式中 m——保证正常供水的年数；

n——总供水年数。

频率一般表示来水的情况，在计算可供水量时，既可按来水系列的频率选择代表年，也可应用代表年法来计算可供水量。

二、可供水量的影响因素

影响可供水量的影响因素较多，主要有以下几方面。

1．与来水条件有关

由于水文现象的随机性，将来的来水是不能预知的，因而将来的可供水量是随不同水平年的来水变化，及其年内的时空变化而变化。水资源愈多，可供水量愈大，反之则小。由于水资源量随着来水频率的增大而减小，所以可供水量也相应减小。

2．与用水条件有关

由于不同年份用水结构、分布、规模不同，工农业发展水平的高低，以及水资源管理水平的高低等因素都会影响可供水量的大小。在以农业用水为主的地区，当保证率较高时，有效降雨减小，需水量随着保证率的提高而增加。因此，一般在水资源比较丰富或供水条件较好的地区，在设计保证率范围内，可供水量随保证率提高而增加，即：

3．工程条件

工程条件决定了供水系统的供水能力，现有工程参数的变化，不同的调度运行条件以及不同发展时期新增工程设施，都将决定出不同的供水能力。但供水设施的供水能力也不等于可供水量，还要从来水、用水和工程等条件统一考虑，才能确定可供水量。

4．水质条件

可供水量是指符合一定使用标准的水量，不同用户有不同的标准。在供需分析中计算可供水量时要考虑到水质条件，例如从多沙河流引水，高含沙量河水就不宜引用；高矿化度地下水不宜开采用于灌溉；对于城市的被污染的水、废污水在未经处理时也不能算作可供水量。

根据以上影响可供水量因素分析，来水条件、用水情况及工程设施与可供水量的关系如下：在一般地区，可供水量在保证率较低的情况下受用水控制，在设计保证率情况下，受工程设施规模控制，而在保证率较高时受水源条件约束；在水量丰富地区，水资源量对可供水量不起控制作用，可供水量主要取决于用水及工程设施；在水资源短缺地区，可供水量主要受水资源及用水条件影响，工程设施的作用不明显。可供水量与可利用水资源量、需水量和工程供水能力关系见表2-1。

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。一般情况下，可供水量小于天然水资源量，也小于可利用水资源量，它是和许多因素有关的预测供水量。

三、可供水量计算

可供水量一般分成地表水和地下水两大类，而每一类中分成许多种，如图2-2所示。

（一）地表水可供水量计算

地表水源可供水量可分为蓄水工程、引水工程和提水工程可供水量。

1．蓄水工程可供水量

蓄水工程包括大型水库、中型水库和小型水库及塘坝等。每种水库都有相应的计算方法，要根据不同的水库选择不同的计算方法。

（1）大型水库。在一个区域内，大型水库这类工程数量不多，但作用较大，一般都有实测资料，原则上应逐个进行调解计算，按其调节性能可分为年调节与多年调节两种。

大型水库可供水量的计算方法一般可概括为典型年法、数理统计法、长系列调节计算法三种。典型年法的概念清晰，一般适用于年调节水库；数理统计法实际也应属于长系列调节计算法，只不过它在计算长系列径流上进行了数据模拟，延长了径流系列；长系列调节计算法是大型水库计算可供水量的基本方法。

1）年调节水库。年调节水库可供水量的计算用典型年法。选择不同保证率的年份，按水库来水用水及当时能达到的调节库容，用列表法逐月进行调节计算，逐月计算方法如下。

以W入表示水库月来水量，W0表示时段初水库储蓄量（不包括死水库），M表示月需水量，ΔV表示时段内水库储蓄水变量。则：

a．当W入+W0≥M时，即水库供水量大于需水量，基本是“以需定供”，则可供水量：

当W入≥M时，水库来水完全满足需水要求，并有一部分水量调蓄于水库之内或弃水；当W入＜M时，水库不能满足需水要求，需要动用一部分库容。

b．当W入+W0＜M时，即水库供水量不能满足需水要求，基本上是“以供定需”，则可供水量：

全年可供水量等于各月可供水量之和或全年需水量与缺水量之差。

2）多年调节水库。多年调节水库可供水量的计算一般有长系列法和数理统计法两种。

数理统计法主要针对没有足够系列的多年调节水库。在多年调节中，由于调节循环长达数年，如果用水库水文系列不太长的情况下计算，就带有很大的偶然性，求得的保证率可靠性差，不能正确反映水库未来工作的一切可能情况。特别是当用水保证率和调节程度较高时，要用时历法考虑稀遇的径流变化和组合情况来计算就更为困难。河川径流的变化服从随机事件的统计规律，可以用适当的数学模型、线性和统计参数来描述。利用这些统计规律可求得水库的工作情况，如供水的保证率，以及弃水和水库蓄水量多年变化的情况等。在应用数理统计法时，先利用径流多年变化的一定规律性，对来水进行数理统计的概括，然后进行调节计算。目前，国内外常用的是先根据实测径流资料的统计参数，随机生成模拟长系列资料，再进行调节计算。

对多年调节水库而言，如果其系列具有足够的长度（一般30年以上），则可采用长系列调节计算法计算其可供水量。大型水库由于具有多年调节库容，因而其当年供水，不仅受当年来水的影响，还要受去年年底库存水量的影响。因此，大型水库的可供水量计算应当采用长系列径流调节计算，按国民经济各部门的需求，通过水库的蓄泄运用，重新分配河川径流。

长系列法直观易懂，但工作量大，在系列年限很短的情况下，计算求得的保证率可靠性差。短系列形成频率曲线，其代表性误差大，如某水库有29年的系列，按长系列法计算，灌溉面积4000hm2时保证率为21%。但按数理统计法，求得P=50%时灌溉面积为4000hm2。所以，一般对具有30～50年的系列采用长系列法较好。现有的水库若系列年限不长，为减少计算工作量，一般采用数理统计法为宜。

（2）中型水库。中型水库多为年调节水库，由于数量多，资料不足，逐一调节计算工作量大，往往先选择一些资料齐全、系列较长、有代表性的水库，利用数理统计的方法找出来水与供水关系，以推算其余水库的可供水量。

1）水量利用系数法。水量利用系数α是指水库年可供水量W年与水库多年平均来水量W-之比，即：

水库兴利库容与入库多年水量W-之比称为库容系数β，即：

一个水库β值是基本不变的，但不同代表年，水库的年供水量不同，因而水量利用系数也不一样。丰水年需水量少，水量利用程度低，即α值小；枯水年需水量大，水量利用程度高，α值大。

选择几个具有不同调节性能即库容系数β不同的水库，分别计算出不同代表年的水量利用系数α值，然后以β为纵坐标，α为横坐标，并以频率为参数，绘制一组β-α关系曲线，见图2-3。

根据水库的β值及选用频率P，可查出算出α值，按下式计算不同代表年可供水量：

式中 WP——不同代表年水库的可供水量。

2）水库调节系数（复蓄指数法）。水库调节系数K指水库年供水量W年与兴利库容V的比值，即：

则

W年=KV

（3）小型水库和塘坝。这类工程面广量大，缺乏实测资料，一般可根据典型工程调查，分析计算其水量利用系数或调节系数，然后推求可供水量。

2．引水工程可供水量计算

可供水量是区别于最大供水量和实际供水量的，在计算引水工程可供水量时，必须将来水和需水结合起来分析。

引水工程可供水量的计算，一般按选择的代表年逐一进行，对于某一选择代表年，引水工程枢纽的逐月来水过程线是一定的，则该引水工程可供水能力是引水渠道的过水能力，以及用户的要求等，还必须统筹安排上下游和左右岸的用水，以保护生态环境。对于从水量充沛的大江、大河中引水，上下游和左右岸用水以及生态用水可以不予考虑，仅考虑引水渠道的能力和用户要求。

逐月计算可供水量有以下几种情况。

（1）当河道月允许引用水量大于引水工程的月最大引水量，即：

当W≥M时，则

当W＜M时，则

上二式中 W——引水工程的月最大引水量；

M——月需水量；

W可供——引水工程月可供水量。

（2）河道月允许引水量W′小于引水工程最大引水量时，即：

当W′≥M时，则

当W′＜M时，则

当引水工程资料不全或数量多、工作量大时常用简化方法计算，即通过对有代表性的引水工程逐一调节计算，得到一些计算指标，如供水定额附表，来简化计算其他引水工程的可供水量，见表2-2。

对于面广量大的小型引水工程，需水量乘以供水系数反推引水工程可供水量，其计算公式为：

式中 W可供——某一水平年或某一典型年引水工程的可供水量；

A——某引水工程的灌溉面积；

η——某一典型年引水工程供水系数；

M——某一典型年毛灌溉定额。

3．提水工程可供水量计算

从河道中提水与引水工程相似，可供水量取决于所提河道的来水量、提水能力以及用户要求。具体计算方法参考引水工程可供水量的计算方法。

（二）地下水可供水量计算

1．多年平均可开采量

依据水资源评价成果提供的多年平均综合补给量确定。

2．可开采系数法

是不同水平年，各种水文气象情况的地下水补给量，在工农业需水要求的情况下，机井提水能力可以提供的水量。

在水资源评价中已经定出最大补给量和可开采量，可开采量是地下水的最大可供水量，即：

式中 α——可开采系数，根据开采条件而定。

现状地下水可供水量指现状实际开采用量，一般用机井提水能力为运行时间的乘积进行估算，不同水平年地下水可供水量预测一般依据机井发展规划来估算，以可开采量作为控制条件。

3．实际供水量调查法

利用实际供水调查的有关资料数据对地下水可供水量进行估算的方法称为实际供水量调查法。

（1）根据泵站的提水能力与开机时间计算。计算公式为：

式中 W可供——计算单元计算时段内地下水可供水量，m3；

qi——计算单元第i台泵站提水能力，m3/h；

Δti——计算单元第i台泵站计算时段内抽水总时间，h。

（2）根据耗电量或耗油量计算。根据试验可得知各种水泵消耗每千瓦小时电或每千克柴油的提水量，并通过调查访问确定用于为用户供水所消耗的总电量或总耗油量，用下式计算：

式中 c1、c2——总耗电量，kW·h，总耗油量，kg；

q′、q″——每千瓦小时电、每千克油的抽水量，m3/（kW·h）、m3/kg。

（3）根据灌水次数和灌水定额计算。通过调查求得计算单元内每亩的灌水次数和每次的灌水量（灌水定额）及各种不同灌溉情况下的灌溉亩数，用下式计算：

式中 ni——Ω亩地，每次灌水量为qi的次数；

qi——Ω亩地ni次灌水中的每次灌水量，m3/亩；

Ωi——ni次灌水每次灌水量为qi的亩数，亩。

（三）区域可供水量计算

区域水资源供需分析中所要计算的可供水量应当是整个区域（或计算单元）的可供水量。

1．计算单元可供水量计算

区域可供水量由若干个单项工程、计算单元的可供水量组成。

对某一个供需平衡计算单元，其可供水量的平衡式为：

式中 W可供=W区内供±W调出=W区地表水+W区地下水±W调+W污回+W海。

对山丘区的某一计算单元而言，其区域内地表水、地下水的可供水量进行统一平衡计算，其地表水、地下水的可供水量之和小于或等于水资源总量，即：

对各计算单元之间彼此有联系的供水系统而言，按照自上而下，先支流后干流逐个单元的进行演算，见图2-4。

其中：

W上退=（W上来—W可供）+βW可供=W上弃+βW上供

则

式中 β——工农业用水回归系数；

W区来——区间来水量；

W上弃——上单元弃水；

W上可供——上单元可供水量。

当区内缺乏灌水定额和灌区面积回归系数的测验资料，农业用水回归系数采用经验数取值0.2。城市工业生活用水回归系数是根据用水量与废水排放量的关系估算，采用0.5。对于山丘区城市的废污水进入河道与清水混在一起，无法区分，一般均参与下游各级计算单元的供需平衡。

平原灌区的灌溉回归水计入地下水资源量。计算中供水区内区灌水量的改变和渠系利用系数的提高对地下水资源量的影响可根据情况考虑。

2．区域综合可供水量计算

整个区域的可供水量用区内各计算单元可供水量相加求得，具体计算有以下两种情况。

（1）按区域内某一保证率选择典型年、用典型年来的时空分配，自上而下计算各计算单元的可供水量，各计算单元的可供水量作为区域的可供水量。

（2）按水资源系列或者生成系列逐年、逐月（7月、8月）进行各计算单元的可供水量计算，在大系统水资源分析计算中也采用了此方法。