第四节 水资源供需平衡分析

一、概述

（一）水资源供需平衡分析的目的和意义

水资源供需平衡分析是水资源配置的重要内容。它是指在一定范围内（行政、经济区域或流域）不同时段的可供水量与需水量的供求关系分析。一般情况下，水资源供需分析关系见图2-5。目的是以水的供求现状、国民经济和社会发展计划与国土整治为依据，以江河流域规划和水资源评价为基础，按供需原理和综合平衡原则来测算今后不同时期的可供水量和用水量，制定水资源长期供求计划和水资源开源节流的总体规划，以实现或满足一个地区可持续发展对淡水资源的需求。其目的主要有以下几方面。

（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，了解水资源余缺的时空分布。

（3）针对水资源供需矛盾，进行开源节流的总体规划，明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向，以期实现水资源的长期供求计划。

因此，水资源供需平衡分析的目的是国家和地方政府制定社会经济发展计划和保护生态环境必须进行的行动，也是进行水源工程和节水工程建设，加强水资源、水质和生态系统保护的重要依据。对于水资源合理开发利用和保护，促进经济社会发展具有重要意义。

（二）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，应遵循以下原则。

1．近期和远期相结合

水资源供需关系，不仅与自然条件密切相关，而且受人类活动的影响，即和社会经济发展阶段有关。同一个地区，在经济不发达阶段，水资源往往供大于求；随着经济不断发展，特别是城市经济的发展，水资源供需矛盾逐渐突出，有的城市在供水不足时不得不采取应急措施和修建应急工程；水资源供需平衡必须有中长期规划，要做到未雨绸缪，不能临渴掘井。供需平衡一般分为现状、中期和远期几个阶段，既要把现阶段的供需情况调查清楚，又要充分分析未来的供需变化，把近期和远期结合起来。

2．流域和区域相结合

水资源具有按流域分布的规律，然而用水部门有明显的地区分布特点，经济或行政区域和河流流域往往是不一致的。因此，在进行水资源供需平衡时，要认真考虑这些因素，划好分区，把小区和大区，区域和流域结合起来。20世纪80年代以来，我国在全国范围内按流域和行政区域都做过水资源评价。在进行具体的水资源供需分析时，要和水资源评价合理衔接。在牵涉到上、下游分水和跨地区跨流域调水时，更要注意大小区域的结合。

3．节流与开源并举，综合利用与保护并重

为了满足未来经济发展对供水不断增长的需求，根据各区域社会经济发展和水资源需求，以及生态环境建设状况等具体情况，在进一步强化节约用水和现有工程配套改造挖潜的前提下，适当建设当地水资源开发利用工程，以保持供水量的适度增长。做到新建工程与现有工程配套改造并进，节流与开源并举，利用与保护并重。

水资源是具有多种用途的资源，应尽可能做到综合利用。在供需分析中，对有条件的地方，供水系统应实施多种水源的联合调度，用水系统应考虑各部门交叉或重复使用，排水系统应注意各用水部门的排水特点和排污、排洪要求。更值得注意的是，在发挥最大经济效益而开发利用水资源的同时，应十分重视水资源的保护。例如地下水的开采要做到采补平衡，不应盲目开采；作为生活用水的水源地则不宜开发水上旅游点和航运；在布置工业区时，对其排放的有毒有害物质，应作妥善处理，以免污染水源。

4．可持续发展

基于可持续发展的原则，兼顾满足国民经济需水和生态环境需水要求，水资源配置应立足于水资源的持续利用。从保持人与自然和谐关系的观念出发，协调发展进程中的人—地关系和人—水关系。兼顾除害与兴利、当前与长远、局部与全局，在社会经济发展与生态环境保护两个方面进行权衡，合理分配社会经济用水与生态环境用水。根据自然规律和经济规律，在社会经济发展需求和资源环境承载能力之间寻求平衡，在水资源高效持续利用的资金需求和社会经济的承受能力之间寻求平衡。

（三）水资源供需平衡分析的方法

水资源供需分析的方法一般采用长系列法按月调节计算，以反映流域或区域水资源供需特点和规律。对无资料或资料缺乏的区域，可采用不同来水频率的典型年法。系列法按水文的历史系列资料进行逐年的供需平衡分析计算，要求系列资料长，工作量大。而典型年法仅根据水文具有代表性的几个不同年份进行分析计算，不必逐年计算。目前，国内在水资源供需平衡分析时，常采用典型年法。

典型年（又称代表年）法，是指对某一范围的水资源供需关系，只进行典型年份平衡分析计算的方法。水资源条件不同的地区，选择典型年的范围应有所不同。我国规范规定：平水年频率P=50%，一般枯水年P=75%，特别枯水年P=90%（95%）。在进行区域水资源供需平衡分析时，北方干旱和半干旱地区一般要对P=50%和P=75%两种代表年的水供需进行分析，而在南方湿润地区，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。具体对一个区域进行水资源供需分析时，选几种典型年来分析，要根据分析的目的来确定。例如北方干旱缺水地区，如想通过分析提出特枯年份的对策措施，则分析P=90%或P=95%典型年供需状况是必不可少的；又如南方湿润富水地区，如果觉得平水年的供需分析没有实质性意义，就不必进行P=50%的典型年供需分析。

二、水资源供需平衡分析

（一）水资源供需平衡分析的分类

一个区域水资源供需分析的内容是相当丰富和复杂的，需要从以下几个方面进行。

1．从分析的范围划分

（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。

计算单元是供需分析的基础，属于区域或流域内的一个面积最小的小区。区域往往是一个行政区域。流域则属某水系的流域范围。

2．从可持续发展观点划分

（1）现状的供需分析。

（2）不同发展阶段（不同水平年）的供需分析。

现状的供需分析仅仅是针对当前的情况，而不同发展阶段的供需分析是对未来情况，含有展望和预测的性质，但要做好不同发展阶段（不同水平年）的供需分析，必须以现状的供需分析的成果为依据。因此，现状的供需分析是不同发展阶段供需分析的基础。

3．从供需分析的深度划分

（1）不同发展阶段（不同水平年）的一次供需分析。

（2）不同发展阶段（不同水平年）的二次供需分析。

（3）不同发展阶段（不同水平年）的三次供需分析。

水资源一次供需分析是指在区域（或流域）现状供水能力与外延式增长用水需求间所进行的平衡分析。水资源需求考虑不同水平年人口的自然增长、经济的发展、城市化程度和人民生活水平的提高，按供水预测提出的“零方案”，在现状水资源开发利用格局和发挥现有供水工程潜力情况下，进行水资源供需分析。

通过一次供需平衡分析来明晰现状供水能力与外延式用水需求间的缺口，充分暴露发展进程中的水资源供需矛盾，清晰的量化无直接投入下的未来水资源供需情势，用以说明加强控制区域人口增长、进行工农业结构调整、节水改造等措施的必要性，为合理配置节水、防污、挖潜及其他新增供水措施的分析工作奠定基础，为区域水资源的开源和节流措施提供切入点。

二次平衡是在一次平衡的基础上，立足于当地水资源，在需求侧：通过各项节流措施进一步压缩需求增长速度，通过水价调整和管理措施抑制需求的增长等；在供给侧：通过污染治理等改善水质、增加可利用的当地水量，通过当地水资源的开源建设进一步挖掘区域内供水潜力。通过供给与需求两个方面的调控，如果二次供需分析不存在缺口，则实现了区域水资源的供需平衡。如果还存在缺口，在抑制需求和增加供给的共同作用下，一次平衡下的供需缺口将有较大幅度的降低。

二次平衡实质上是暴露充分发挥当地水资源承载力后仍存在的供需缺口。二次供需平衡的结果反映在未来某一水平年，以该时间段面上水资源预期的社会经济技术发展水平为依据，区域内所能实现的最小供需缺口。据此确定有外调水条件的单元，可考虑实施外调水来解决供需缺口。

三次平衡是在二次平衡分析的基础上，既充分考虑节水和当地水、治污挖潜，进一步考虑跨流域调水补充当地缺水后，将当地水与外调水作为一个整体进行合理配置后的平衡分析。通过三次供需平衡的结果可以考察流域剩余缺水程度及地区分布，还可以判别基于受水区所计算出来的需调水量在流域层面上的合理性，为调水工程的规模提供依据。

4．按用水的性质划分

（1）河道外用水的供需分析。

（2）河道内用水的供需分析。

河道外用水主要指农业、牧业灌溉、林业苗圃、工业及城市生活用水、农村人畜用水等；河道内用水则指水力发电、航运、放木、河道冲淤及维持生态环境用水等。河道内用水为非消耗性用水，河道外用水为消耗性用水。河道外用水是供需分析的重点对象，在分析过程中应分别进行考虑或综合在一起协调考虑。

（二）计算单元的供需分析

计算单元的供需分析应包括以下几方面内容。

（1）调查统计现阶段年份计算单元内各水源的实际供水量和各部门的实际用水量。许多水源工程，如水库工程，引水工程和供水水源工程，都有供水记录，可以收集整理，但有许多分散的水源工程，如农村的机井和各单位的自备井等，往往没有用水记录或记录不全，需做典型调查和分析。对实际用水项，一般城市各用水户多数有数据。但农村各用水户往往实测数据很少，也要做典型调查和分析。另外该年的水文、气象和国民经济资料也要进行收集和整理。

（2）进行水量平衡校核。对于某一计算单元、某一水平年、某种保证率的供需平衡计算式为：

式中 W供i——计算单元内的分项供水量，m3/a；

n1——计算单元内可供水量的分项数；

W需i——计算单元内的分项需水量，m3/a；

n2——单元计算内需水量的分项数；

±ΔW——余缺水量，“+”为余，“-”为缺，m3/a。

（3）现状供需状况及分析。对现状年的实际供、用水情况和不同频率来水情况下的供需平衡状况可进行如下的列表分析，见表2-3、表2-4。

实际使用中，表2-3、表2-4可根据实际需要增加或减少项目。例如用水项目可进一步按工业、农业、生活等项进行细分，有地面水库的可列出专项进行分析。平衡情况一栏，可根据现阶段不同频率来水的条件，从可供水水量和需水量对比分析中作出分析评价；也可从地下水位和水库贮水变化等方面分析其平衡状况。

计算单元之间往往存在着水力关系，对于有水力联系的计算单元进行供需分析时，应按照自上而下、先支流后干流的原则，逐个单元逐个单元地进行，上单元的弃水退水或供水应传递到下单元参加供需计算，应根据具体情况进行分析。

（三）整个区域的水资源供需分析

整个区域的水资源供需分析是在计算单元供需分析的基础上进行的，应该汇总和协调所有计算单元供需分析的成果，能够全面地反映出整个区域的水资源供需分析关系和供需平衡矛盾的状况，以及该范围内供水的规模及其相应的水资源利用程度和效果。汇总和协调各计算单元供需分析的方法有典型年法和同频率法两种。

（1）典型年法。先根据全区域的雨情和水情情况，选定代表年，然后根据该代表年的来水情况，自上而下，先支流后干流逐个计算各个单元的供需情况，最后将各个单元的供需成果进行汇总，即得整个区域的水资源供需情况。

（2）同频率法。其一般的步骤是，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，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。

（四）不同发展阶段（水平年）的供需分析

对今后不同发展阶段的可供水量进行分析时，要注意研究区域上游用水的变化，如上游新建水库或河道引水工程，则会减少来水流量，必然造成可供水量的减少。因此，计算今后的可供水量要和水源工程的长远规划结合起来。在需水预测的分析中，则要和研究区域的社会经济的可持续发展规划配合，做出切合实际的需水预测，既要满足可持续发展对水的长期要求，又要做到水资源不受到破坏。

分析不同来水保证率条件下的水资源供需情况，应分别计算出余缺水量和各项水资源开发利用的指标，并作出相应的评价。在供需分析不平衡的情况下，要反馈分析实现平衡的措施、方案和计划。

供需平衡分析列表和现状年分析类似，见表2-5。

（五）水资源供需平衡分析案例——以陕西省西安市为例

长安大学周维博应用三次平衡原理对西安市水资源供需平衡进行了分析，可供参考。案例在对西安市基准年（2005年）、2020年和2030年供水总量与需水总量计算和预测的基础上，采用三次平衡分析的方法，对西安市不同规划水平年的供需平衡情势进行了分析。

1．西安市一次水资源供需平衡分析

根据对西安市需水发展分析，按水资源供需一次平衡原则，以现状供水能力去面对不考虑节水条件下的用水增长需求，来进行西安市的供需平衡分析，以便充分展现各分区的供需情况，为以后进行节水改造、治污挖潜提供定量基础。在P=75%条件下，西安市2020年和2030年水资源一次供需平衡缺水分别为111404万m3和147181万m3，缺水率分别为38.0%和44.8%，见表2-6。

2．西安市二次水资源供需平衡分析

水资源二次平衡，就是指在采取了节水措施的前提下充分发挥和挖掘现有水利工程措施的供水潜力，并考虑规划建设当地水源工程，对未来各水平年的水资源供需平衡进行分析。即分析在充分利用当地水资源的前提下，是否存在缺水问题。

从西安市各行政区看，2020年75%保证率条件下，西安市各个区县均有不同程度的缺水，西安市水资源总缺水率为32.2%。2030年75%保证率条件下，西安市各个区县具有不同程度缺水，西安市总缺水率为36.9%，见表2-7。

3．西安市三次水资源供需平衡分析

根据二次平衡的结果，可以得出2020年和2030年西安市各分区缺水情况。在二次平衡的基础上进一步有针对性地提出区内优化引水措施。西安市是引汉（江）济渭（河）调水工程的主要受水区，除蓝田县全部区域及长安区、临潼区、户县、周至县部分乡镇外，其他区域都需要引汉济渭配水。调水水量重点补充受水区范围内的工业、生活用水缺口。

2020年，全市需调水量平水年（P=50%）为5.12亿m3，中等干旱年（P=75%）为5.35亿m3，干旱年（P=95%）为6.22亿m3。2030年全市需调水量平水年（P=50%）为6.48亿m3，中等干旱年（P=75%）为6.78亿m3，干旱年（P=95%）为7.82亿m3。进行三次供需平衡分析，P=75%条件下，2020年西安市总缺水量由9.43亿m3减少到2.5亿m3，西安市水资源总缺水率由32.2%减少到9.0%，2030年总缺水量由12.1亿m3减少为2.67亿m3，水资源总缺水率由36.9%减少到8.8%，基本实现供需平衡。其缺量仍主要在农业，可由节约用水及当地地下水解决。三次平衡见表2-8。