第十章
水量供需平衡计算
10.1 河川径流量及地下潜水量计算
10.1.1 河川径流量的径流还原计算
所谓迳流还原,就是把实测径流量加减同期
人类活动耗损或增加的水量。
由于上游的引用水,使水文站实测的河川水
量只是降水形成地表河川径流的一部分,故必须
进行还原计算,才能得到自然状况下降水形成的
地表河川径流量 (RS),它在数量上应等于实测河川
径流量 (S)加上用水量 (W用 )减去回归水量 (W回 )。即:
RS =S + W用 - W回
水文测站所取得的河川径流量,经还原计算
后,可进行水资源时间变化的计算。它是水资源
供需平衡计算和开发利用决策的科学依据。
10.1.2 地下潜水量计算
地下水由两个部分组成,一是不参与水循环
部分,习惯上称静储量,它的平衡循环交替期约
1400年,难以在近期水循环周期中更新,不易为
人们所利用。另一部分是参与水循环的地下水,
习惯上称动储量,其平均循环交替期约一年,是
人们目前所利用的水资源,但其数量有限。根据
补与排的等量关系,可按地下水动力学法计算,
即按达西公式计算:
含水层均匀时,RS=KAI
含水层非均匀时,Rg= KiAiIi?
由于浅层地下水参与水循环运动,降水量与蒸
发量的年际年内变化,是影响地下水来源与消
耗 (指天然状况 )的主要因素。因此,地下水储量也
具有年际和年内变化的性质,这种变化特征集中地
反映在地下水位的变化上。通过地下水位的月变幅,
可预估其变动量,部分变动量习惯上称为调节水量,
即:
W调 =μ ·A·ΔH
式中,W调,地下储水量变动值 (m3);
μ,地下水给水度,它因土壤而异;
A:含水层断面积 (m2);
ΔH,地下水位变幅 (m)。
10.2 可供水量计算
10.2.1 概念
可供水量也称可利用水资源,是指天
然水体通过各类水利工程所能保证提供一
定质量的水量。它包括了一定质量前提下
的地表水和地下水的总开发利用量。因为
水质不好,,量, 也就没有实用的价值。
10.2.2 水库可用水量计算
大中型水库,一般均有实测径流系列,可根
据实测资料,计算其利用率,
10.2.3 中型水库
中型水库 (包括缺乏长系列计算资料的年调
节水库 )可供水量的计算采用以下方法:
W供 =K中 *WP-W损
W
W? ?


10.2.4 小型水库及塘坝
小型水库及塘坝可供水量采用下式
计算,W供 = K*WP
10.2.5 引水、提水工程可供水量计算
10.2.5.1 单项引水、提水工程
10.2.5.2 区间径流可供水量
水库以下至某一控制点的面积称为区间,主要工
程有筑坝引水,无坝引水和电灌站提水,这
类工程数量多规模小,难以逐项工程计算,为简化计
算可按下式估算。
W供 =K区 ·WP
式中,W供,某控制点以上区间可供水量 (万 m3);
K区,可利用系数,视工程合计供水能力
Wp:某控制点以上区间不同保证率的年
径流量 (万 m3)。
10.2.6 河道可用水量的计算
河道已建闸控制的河段,可按照大型水
库计算其可用水量。
中小河流未建闸坝的,可以其相应年分
的枯水季水量占年总量的百分比,作为各该
年分的水
量利用率;亦可用潜水层地下水补给量近似
表示河川可用水量。
10.2.7 地下水可开采量的计算
本章所指地下水可开采的水量,指使用提水机具
(或自溢出地面 )提取的地下水量,而不包含
补给河川基本流量的水量。
从地下抽取水量是指在连续抽水而不致造成不良后
果的前提下,所能取得的水量。这个提取量的极限的制
定,应受生态的、经济的和法律的限制。其计算方法很
多,以 Hill法最为简单。
按 Hill的假定,引进入渗补给量为参数,定出不同
入渗补给条件下的保证产水量,这样就可取得不同年分
的保证产水量。
丰、平、枯水年份的地表与地下水可用量求得后,
再按各地地表与地下水年内分配率计算其月分配。
10.3 需水量计算
10.3.1 概念
所谓需水量是指国民经济各部门实际需要的水
量,也称用水量。
10.3.2 需水部门与需水特点
10.3.2.1 农业用水
农业用水包含农、林、牧、渔和农村企业等各
部门及农村居民点的生活用水。
农业用水中的农村生活饮用水、渔业用水、牧
业用水等水质及其保证率均有严格要求。农作物灌
溉用水的水质及其保证率较低。
农业用水中以农作物灌溉用水为其主体,尤
以干旱地区,灌溉用水构成总开发供水量的绝大
部分。灌溉用水量受气候条件支配,它的年际、
年内变化很大。在同等气候条件下,取决于作物
品种、灌溉方式、灌溉技术、供水的管理等。它
的发展趋势是灌溉面积逐年增长扩大,它的需求
量也将随之相应增加;另一方面,随着农业生产
结构和作物组成的调整,喷灌、滴灌等新技术的
应用,森林等生态防护作用的加强,以及水利设
施管理水平的提高,单位面积所需的灌溉水量,
又将会大大下降。
10.3.2.2 工业用水
工业用水有:保证率高,水质要求严,供水稳
定 (生产规模不变,则年际、年内变化不大 ),重复
利用可能性大,对水源污染严重等特点。
工业用水,有以水为其原料的,如饮料、酒等
工业,这部分工业用水量消耗率最高,其废水可作
为农业灌溉水源;有以水为其生产资料的,如造纸、
印染等工业,其用水量很大,消耗量较少,但废水
一般含有毒物质,不经处理,不能用于灌溉;有的
以水为冷却降温,如火力发电等工业,其用水量相
当大,但消耗量即很少,经散热处理可重复循环利
用。
工业用水的用水量及耗水量大小,除
工种、品种不同相关甚大外,同一产品的
用水量,也因工艺水平、机具设备、管理
水平以及水的价格而异。
我国的工业用水,现阶段占农业用水
比重较小,随着, 四化, 的实施,工业用
水的比率将有较大的变化,用水量将有大
幅度的增长。在制定供需平衡时,应予考
虑。
10.3.2.3 城市供水
城市供水 (工业用水除外 )主要服务对象是为居
民生活、商业、医疗卫生、文化娱乐旅游、环境保
护及消防等部门的用水。
城市供水随城市规模、人口、人民的生活水平
而异。城市供水的总趋势是增长的,其增长率与城
市建设速度、人口增长率、人民生活水平增长等成
正比。城市供水的保证率高,水质要求严格。
城市供水年内变化其中生活用水日变显著,每
天均有两个用水高峰 (一在清晨到上午 8时,一在下
午 5时至入夜 ),总的变化是夏季最高,冬季最低,
秋高于春。
10.3.2.4 其他用水
上述以外的用水,如交通运输、基本建设、
环境保护与自然保护区等等用途的用水。其中环
境保护中用于稀释污水所需水量,应按污水治理
后的与未按趋势预估的分别计算其需水量,以强
调污染治理水质控制的重要性与不治的危害性。
10.3.2.5 不可预见用水
由于人们对未来的情况,难以一一预见。因
此,在总用水量中,增加一项不可见用水量 (例
如增加 20%),予以留有供水计划的必要余地。
10.3.3 需水量的计算
未来人类社会对水资源的需求,取决于国民
经济与人口的增长速度。在正常情况下 (战争、
技术革命、人为干扰等因素除外 )这一速度基本
上受经济规律与相应的政策的支配,可由计划部
门,提供各个发展阶段的相应水平,或通过水资
源调查取得的基本资料,经统计分析、数学处理、
数学模式、统计相关、趋势外延与经验判断等手
段,制定出未来情势下的国民经济与人民生活对
水资源需求的指标,用以计算各部门的需水量。
10.3.3.1
1.灌溉用水量计算
2.渔业用水量计算
渔业用水,按养殖水面面积乘以保证
水深求得。
W渔 =A*H
3.农业其他用水量计算
农业居民点生活、农村工业、林、牧业
等用水,按调查资料中的用水定额,预估发
展阶段可能达到的定额,计算发展阶段的用
水量。如无调查资料,可按下述指标估算生
活用水 (以每人每天计 ),现阶段 100升,中期
为 150升;牧业用水大牲畜 (每头每天计 )10升,
小牲畜 5升;家禽类每 10只每天 1升;林业与
农业企业用水,以其产值占农业生产总产值
的比率,作为它的用水量占农业灌溉用水的
比率,近似估算。
10.3.3.2 工业用水量计算
按计划部门提供的各阶段的规划指标,分别乘
以调查所得的用水定额,求出各项工业部门相
应所用水量,并预估各阶段由于技术革新及管理水
平的提高等而使用水定额下降,予以修正。
亦可根据典型工业城市的调查,按工业集约程
度、工业结构组成、工业生产水平等因素,分别制
定工业产值万元的需水量,以米 3/万元 ·年为单位。
为扩大指标,以此分类扩大指标,分别计算各工业
部门的用水量,再按各发展阶段单位用水定额调整
的可能,予以修定,具体计算方法如下:
(1)分行业需水指标法
(2)综合需水指标法
对不具备分行业用水资料或不具备分行业产值
指标预测的城市和地区,则采用综合万元产值
取水定额推算。
(3)趋势法
用历史和现状工业用水递增率来推算工业需水
量,不同水平年工业需水增长率的确定在分析历史
和现状工业用水结构的基础上,要考虑未来工业布
局、工业结构的变化,以及水资源紧缺的制约作用
和节水技术的采用等因素。
(4)人均需水总量控制法
用历史和现状人均工业用水总量框算不
同水平年人均工业需水量,并计算该水平年
工业需水总量。
(5)弹性系数法
弹性系数是指预测期内工业需水量的平
均年递增率同工业总产值的平均年递增率的
比值,它反映了工业生产内部结构的一种相
对稳定的发展模式。
10.3.3.3 城市生活用水量计算
一个城市生活用水定额、用水结构与城市的
特点和性质有关。具体地说,视城市规模、人口
密度、文教设施、交通运输及商业旅游等状况而
定。
考虑的因素是用水人口和用水定额。人口数
以计划部门预测数为准,而用水定额 (指全市常
住人口的生活用水综合定额 )以现状调查数字为基
础,分析定额的历年变化情况,或根据用水定额
与国民平均收入的相关分析,考虑不同水平年城
市的经济发展和人民生活改善及提高程度,拟定
本城市不同水平年的用水定额。
计算用水总量如下:
Wi=P0(1+ε) n·Ki
Ki=(q生, i + q公,i)
式中 Wi:某水平年城市生活用水总量 (m3);
P0:现状人口 (人 );
ε,城市人口计划增长率 (%);
n:起始年份至某一水平年份的时距 (年 );
Ki:某水平年份拟定的人均用水综合定额
(m3/人 ·年 );
q生,i:居民人均生活需水定额;
q公,i:居民人均市政公共需水定额。
10.3.3.4 其它部门用水量计算
除上述农业、工业、城市生活用水以
外的其他各部门用水,一般可按比例分配
法予以估算。即按调查资料中各项用水所
占的比例,用以估算未来这些部门的用水。
10.4 供需平衡计算
10.4.1 供需平衡计算原则
人类已进入科学用水、管水、养水阶段,自觉
地控制水质,维护自然界生态平衡,使水循环向着
有利于人类的方向发展,是今天水资源供需平衡方
案编制的原则。其目的是使一个地区、一 个流域
的水资源的开发利用的极限,与它的动态平衡能力、
环境容量、社会的经济技术水平等相适应。
10.4.2 供需平衡计算
可供水量和各种用水总需水量算出之后,
便可进行供需平衡计算。即一个地区的来水
可供水量 (W供 )与用水总需水量 (W需 )之差值,
便是这个地区的剩余或亏缺水量 (ΔW) 。即:
W供 - W需 =ΔW
式中 ΔW,正值为余水量,负值为亏
水量。
供需平衡计算分现阶段 (例如 1994年 )、中期 (如
2000年 )、远景 (2020年 )三个发展阶段。每个阶段均
须按偏丰水平年、平水年、偏枯水年、最枯水年等
四种不同年份,分别作来水量与需水量的供需平衡
计算。即组合成三个发展阶段四种不同年份的 12种
组合的供需平衡,以评价一个地区地表水与地下水
协同开发时的水资源的余缺程度。
由于来水与用水年度内变幅很大,用年总量框
算,难以真正反映余缺程度,必须以月为计算单位,
逐月计算累加,求得全年。同时按月评价,可以衡
量某一地区在何种年份,天然来水量可以实行年内
调节,以充分利用当地径流。