第五节 流域水资源供需平衡实例分析

一、基本概况

蒲河流域属温带大陆性季风气候，亚洲季风气候区北缘，主要特点是春季多西南大风，蒸发量大，易春旱；夏季温热多雨，盛吹南风和东南风；秋季风小，天气晴朗；冬季寒冷干燥，雨雪稀少，盛吹北风和西北风。

流域多年平均降水量647.4mm，年最大降水量991.6mm，年最小降水量460.1mm。

本次研究的水资源分区依据《蒲河流域水资源评价》报告的分区成果，即按照行政分区边界所划分出的区域作为计算单元，并对于个别太小的单元予以合并：铁岭县和棋盘山风景区合并，农业高新区与沈北新区合并，于洪区、市区、铁西新区、东陵区合并。

根据上述方法，将蒲河流域所辖区域划分为5个计算分区，总计算面积2248km2，其中一般山丘区273.0km2，一般平原区1975km2，从上游至下游各分区具体情况依次为：

（1）棋盘山水库以上区间，称为分区Ⅰ，包括棋盘山水库区间，计算面积141.7km2，其中一般山丘区141.7km2；

（2）棋盘山水库～道义区间，称为分区Ⅱ，包括沈北新区和农业高新区，计算面积365.8m2，其中一般山丘区110.8km2，一般平原区255km2；

（3）道义～老什牛区间，称为分区Ⅲ，包括市区，于洪区和东陵区，计算面积599.5km2，其中一般山丘区20.5km2，一般平原区579km2；

（4）老什牛～马家套区间，称为分区Ⅳ，包括新民市，计算面积511km2，其中一般平原区511km2；

（5）马家套～河口区间，称为分区Ⅴ，包括辽中县，计算面积630km2，其中一般平原区630km2。

蒲河流域水资源供需平衡计算及开发利用方案以此为计算单元。

流域农业万元产值用水量为1400.02m3，流域内平均工业万元产值用水量为93m3。

本次需水预测及供需平衡分析的规划期限是以2005年为现状基准年，2010年为近期水平年，2020年为远期水平年。

二、供用水现状

（一）水利工程现状

某流域现有中型水库棋盘山1座、小型水库4座和团结大闸作为沿程的蓄水工程，其中棋盘上水库总库容8016万m3，控制面积133km2；4座小型水库总库容716万m3，详见表2-13。某流域现有堤防长度为222.39km，防洪标准辽中城市段为50年一遇，其余为20年一遇。

该流域另一蓄水工程为团结大闸，兴利库容1731×104m3，大坝为均质土坝，拦河坝全长1100m，坝顶宽10m，泄洪闸为钢筋混凝土结构桥闸，共有7孔，每孔净宽7m，闸门高2.8，配有QPJ2×5吨型手电两用启闭机。闸底高程为17.50m，坝顶高程为21.55m，非汛期保证水位19.00m。

（二）现状年供水量

作为现状年，2005年该流域总供水量53786.66万m3。其中地表水为21631.77万m3，占40.22%；地下水31664.69万m3，占59.78%。在地表水供水量中，蓄水工程供水量为5335.86万m3，引水工程供水量为241.92万m3，提水工程供水量为6354.498万m3，调水工程供水量为9699.487万m3。地下水供水量31664.69万m3。详见表2-14和图2-10。

（三）现状年用水量

现状年实际用水量为53784.51万m3。生活用水量为2327.796万m3，其中城镇生活用水量890.6655万m3，农村生活用水量1437.131万m3；生产用水量51456.72万m3，其中农业灌溉用水量46477.23万m3，林牧渔用水量3212.4万m3，工业生产用水量1634.01万m3，第三产业用水量为133.07万m3。根据实际调研资料显示，流域内需水强度较大，生态用水大部分已经被挤占，此处未列出。该流域2005年按计算分区用水量详见表2-15和图2-11。

1.居民生活用水

2005年流域内居民生活用水总量2327.79万m3。2005年城镇人口总数为240390人，用水量为890.66万m3；农村人口总数为835759人，用水量为1437.13万m3。具体情况见表2-16。

2.农田灌溉用水

2005年农业用水总量为40290.47万m3。水田灌溉用水27730.548万m3，其中地表水灌溉总面积为109648亩，用水量为9352.37万m3；地下水灌溉总面积为120867亩，用水量为9334.253万m3；外调水灌溉总面积为116225亩，用水量为9043.925万m3；菜田、水浇地、大棚全部取用地下水，各自取用水量分别为7303.517万m3、3109.8万m3、1569.5万m3。具体情况见表2-17和表2-18。

3.工业用水

2005年流域内工业总产值为34.04亿元，总用水量为1634.01万m3。重复利用水量为429.03万m3，工业用水重复利用率为30%。各分区详细情况见表2-19。

4.林牧渔及第三产业用水

2005年林牧渔用水总量为3212.408万m3，其中林地补水定额为280m3/亩，大牲畜用水定额为60L/（头·d），小牲畜为30L/（头·d），鱼塘补水定额为500m3/亩。第三产业用水量为133.07万m3，万元产值用水量为50m3。具体情况见表2-20。

三、社会发展预测

1.人口发展预测

根据《沈阳市社会事业发展与改革“十一五”规划》，2005年人口自然增长率为0.23‰，到2010年，人口自然增长率控制在0.45‰，城市化率达到70%。根据预测，2010年以后全市将进入自然人口将为零增长或负增长状态。据此将对2010年和2020年进行人口发展预测。

拟定高、中、低三个人口增长方案，高方案人口增长率为0.6‰，中方案人口增长率为0.5‰，低方案人口增长率为0.3‰。

中方案：到2010年，流域内人口将达到1079113人，其中城镇人口233688人，农村人口845425人。2010年以后人口增长率取值为零，所以到2020年人口总数保持不变。具体预测结果详见表2-21和表2-22。

2.工业生产总值预测

根据《沈阳市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，2005年生产总值年均增长率为13.8%；规模以上工业总产值年均增长23.5%。“十一五”期间经济增长年均保持13%，规模以上工业总产值年均增长20%以上。按2005年不变价格，预计到2010年流域内工业总产值将达到43.72亿元，到2020年将达到176.87亿元。具体预测结果详见表2-23。

四、需水预测

根据各分区的国民经济发展目标、社会发展要求、各地水资源条件以及生态环境保护对水资源的总体要求，分析预测各规划水平年经济社会发展指标及其对水资源需求的总量、结构和分布。充分考虑人口增长、城镇化进程、人民生活水平和质量的提高、经济合理布局与产业结构调整、水价调整、节约用水、水资源保护以及科技进步等因素对需水变化的影响，合理预测规划水平年的生活、生产和生态用水需求，提出需水预测方案。

（一）需水结构

流域水资源需求预测是指运用科学的预测技术与方法，根据流域所在区域的发展趋势和客观条件，在分析现状水资源的基础上，预测未来某水平年的需求状况。需水预测与该流域社会经济发展关系密切。需水量是某规划水平年各种典型水文保证率状况下，各部门各用水户对符合质量要求的水的需求量。根据需水部门的行业性质，可将用水分成三大类：生活需水、生产需水和生态环境需水。每大类用水部门按其组成情况又可分为若干类，详见图2-12。

需水对象的内部发展要求与其发展规模、速度、技术（生活）标准、经济实力、用水效率、用水定额等因素有关，其外部约束机制与市场机制要素、技术经济政策、科技发展水平等因素有关。对于流域需水对象则需要考虑研究经济发展速度、产业政策及产业结构变化、社会发展趋势、居民生活水准、生产技术标准等特性。如农业需水与农业种植作物种类、种植结构、灌溉制度、用水定额、用水效率、当地气候等有关，农业用水随着作物种植结构调整、节水设施的使用、灌溉设施的完善、作物品种的改良等将逐年降低。生态环境需水与河道内冲沙、自净等用水和城市绿化用水、防护林草、水土保持等有关，对生态环境质量要求的不断提高将使生态环境用水逐渐增加。

需水预测的主要工作步骤包括：对各子区进行现状用水调查，收集整理基础资料，分析用水定额，选择各类需水预测方法，预测规划水平年人口发展规模、城镇化程度、农业耕地发展规模、农业畜牧业发展预测、产业结构调整、产业发展规模、开源的可能性和程度、节水的潜力等。需水预测一般按生活需水、生产需水和生态环境需水分别对各用水户、各部门预测，最后总和可求得流域综合需水量。

（二）预测方法

1.生活需水预测

人民生活需水预测采用定额法。

2.生产需水预测

本次预测各产业需水量采用以下方法：

（1）第一产业需水预测。

1）农田需水预测。

采用灌溉定额与灌溉水利用系数方法进行预测。

2）林牧渔业需水量预测。

包括林果地灌溉（草场灌溉）、鱼塘补水。牲畜用水，考虑经济社会的发展，居民对肉类产品需求的增长，采用牲畜的数量和用水定额法计算确定。

（2）第二产业需水预测。

工业需水预测采用万元产值指标法。

（3）第三产业需水预测。

第三产业需水采用万元产值用水量法进行预测。

3.生态需水预测

河流基本的生态环境需水量主要用以维持水生生物的正常生长，以及满足部分的排盐、入渗补给、污染自净等方面的要求。对于常年性河流而言，维持河流的基本生态环境功能不受破坏，就是要求年内各时段的河川径流量都能维持在一定的水平上，不出现诸如断流等可能导致河流生态环境功能破坏的现象。基于这种考虑，以河流最小月平均实测径流量的多年平均值作为河流的基本生态环境需水量。计算公式为：

式中：Wb为河流基本生态需水量；Qij表示第i年第j个月的月均流量；T为换算系数，其值为31.536×106s；n为统计年数。

（三）预测水平年

本次需水预测及供需平衡分析的规划期限是以2005年为现状基准年，2010年为近期水平年，2020年为远期水平年。

（四）需水预测计算成果

预测内容分为三类：生活需水、生产需水和生态需水。

1.生活需水预测

未来生活需水包括城镇生活需水和农村生活需水两部分。

城镇生活需水预测采用定额法，用趋势法对定额和需水量进行校核。城镇生活需水预测中的重点是人均综合定额的选择。定额选取的是否恰当直接影响预测结果。随着城市化水平的发展和居民生活水平的提高，城镇居民生活人均用水量呈提高趋势。本次预测城镇居民生活用水定额2010年取为120L/（人·d），2020年为150L/（人·d）。

城镇生活需水量预测结果见表2-24和表2-25。流域内现状城镇居民生活用水量为890.6655万m3，根据预测到2010年用水量为1023.55万m3，2005～2010年平均年增长2.82%，到2020年用水量为1279.44万m3，2010～2020年平均年增长2.26%。

农村生活需水预测方法与城镇生活需水预测方法相同。农村人均生活用水定额随着自来水普及率的提高和生活的改善将有所增加。本次预测农村居民生活用水定额2010年取为55L/（人·d），2020年为60L/（人·d）。

农村生活需水量预测结果见表2-26和表2-27。流域内现状农村居民生活用水量为1437.13万m3，根据预测到2010年用水量为1697.19万m3，2005～2010年平均年增长3.38%，到2020年用水量为1698.04万m3，2010～2020年平均年增长0.005%。

2.生产需水预测

（1）农田灌溉需水量预测。

农田灌溉需水由水田、水浇地和菜田但部分需水组成（即有效灌溉面积由水田面积、水浇地面积和菜田面积组成）。灌溉需水量计算采用灌溉定额法。首先根据各地区不同水平年相关灌溉规划对有效灌溉面积进行预测，然后根据各地区不同的灌溉制度与灌溉定额对需水量进行预测。

通过节水和加强管理，流域内不同耕作类型的灌溉定额将有所变化。考虑不同天然降水条件下，农作物灌溉制度不同，不同种类农作物的灌溉定额应综合考虑制定。各个分区水稻的灌溉定额见表2-28。

其他作物灌溉定额各分区采用统一定额，详见表2-29。

结合《辽宁省各种作物灌溉制度分析》中水稻、菜田及水浇地灌溉定额月分配比例，见表2-30～表2-32，预测流域内各种作物需水量，其预测结果详见表2-33～表2-38。

大棚作物定额各月平均分配。其需水预测结果见表2-39～表2-42。

（2）林牧渔业需水量预测。

林、牧、渔业需水包括林果灌溉需水、畜牧业需水和鱼塘补水。林果灌溉需水采用定额法计算；牲畜需水与鱼塘补水，考虑经济社会的发展，居民对肉、鱼类产品需求的增长，采用定额法计算确定。参考辽宁省用水定额，2005年林地的用水定额为280m3/亩，大牲畜为60L/（头·d），小牲畜为30（L/头·d），鱼塘补水为500m3/亩。随着科技的进步，管理水平的提高，预测2010年和2020年林牧渔业用水定额如表2-43所示，需水预测结果见表2-44和表2-45。

（3）工业需水量。

根据前面的工业总产值预测（按2005年不变价格计算），结合工业用水定额预测便可得到未来规划水平年的工业需水量。2010年工业万元产值用水定额取为45m3/万元，2020年为24m3/万元。预测结果见表2-46。

预计2010年工业需水量将达到1967.39万m3。虽然工业产值持续增加，但由于节水水平的提高使得工业用水定额不断下降。预计到2020年工业需水量将达到4244.90万m3。

（4）第三产业。

第三产业需水量不同水平年用水定额基本相同，所以本次研究没有单独预测，该流域第三产业需水量表如表2-47所示。

3.生态需水预测

生态环境用水是指为维护生态与环境功能和进行生态环境建设所需要的最小蓄水量。按照修复和美化生态环境的要求，可按河道内和河道外两类生态环境需水分别进行预测。根据各地区不同情况，采用不同方法计算。具体预测结果见表2-48。

此处生态需水预测第二分区水量时未包括新城规划兴建的七星湖和两块湿地的生态需水量。

计算生态需水时，主要考虑为保持流域连续水面，在各个节点闸坝蓄满水的前提下，综合考虑蒸发、渗漏，作物消耗水量，拟采用Tennant法计算生态需水量。

这种方法不仅适用于有水文站点的季节性河流，而且适用于没有水文站点的河流，可通过水文技术来获得平均流量。用公式表示：

式中：W为河道生态环境需水量，m3；Qi为一年内第i个月多年平均流量，m3；Zi为对应第i月份的推荐基流百分比，%。

由于生态需水量不是一个固定值，而是在一个域值区间内变化，即应该在最小生态需水量和最佳生态需水量之间变化。故河道内的最小生态需水量为：一般用水期（10月～次年的5月）取多年平均月流量的10%作为河道内的最小生态需水量，鱼类产卵育幼期（6～9月）取多年平均月流量的30%作为河道内的最小生态需水量。各地河道内比较适宜的生态需水量为：一般用水期（10月～次年的5月）取多年平均月流量的20%作为河道内的适宜生态需水量，鱼类产卵育幼期（6～9月）取多年平均月流量的40%作为河道内的适宜生态需水量。

在考虑连续水面的情况下，以考虑每个闸坝蓄满水为前提，因此计算最小生态需水即可。

4.需水预测汇总

生活需水选取中方案需水量，与生产、生态需水量进行汇总，汇总结果见表2-49和表2-50。50%降水频率条件下，2010年需水量合计为55813.73万m3，比现状年72933.78万m3增长7.5678%；2020年将达到59845.75万m3，比现状年增长7.8015%。75%降水频率条件下，2010年需水量合计为59285.66万m3，比现状年72933.78万m3增长14.5049%；2020年将达到60115.93万m3，比现状年增长14.695%，需水预测图见图2-13、图2-14。

五、供水预测

水资源供给预测是对不同时段供水量进行判断。供水量预测是在供水现状的基础上，考虑不同保证率的可供水量，要预计不同规划水平年工程变化情况以及考虑现有工程更新改造和续建配套后新增的供水能力，要考虑工程老化、水库淤积和因上游用水增加造成的来水量减少等对工程供水能力的影响。各主要供水节点原则上要求采用水文长系列调算和系统优化调节计算的方法计算可供水量。供水预测要充分吸收和利用有关专业规划以及流域、区域规划（全国及各地的地下水开发利用规划、污水治理与回用规划、雨水集蓄利用规划、海水利用规划，以及各流域规划与区域水资源规划等）的成果。并根据本次规划要求和新的情况变化，对成果做适当调整。地表水可供水量计算，要以各河系各类供水工程以及各供水区所组成的供水系统为调算主体，进行自上游到下游，先支流后干流逐级调算。

中型水库和小型水库及塘坝工程可采用简化计算，中型水库一般采用典型年法，小型水库及塘坝采用兴利库容乘复蓄系数法估算。复蓄系数可通过对不同地区各类工程进行分类，采用典型调查方法，参照邻近及类似地区的成果分析确定。

引提水工程根据取水口的径流量、引提水工程的能力以及用户需水要求计算可供水量。引水工程的引水能力与进水口水位及引水渠道的过水能力有关；提水工程的提水能力则与设备能力、开机时间等有关。

规划工程要考虑与现有工程的联系，与现有工程组成新的供水系统，按照新的供水系统进行可供水量计算。对于双水源或多水源用户，联合调算要避免重复计算供水量。

地下水可供水量与当地地下水可开采量、机井提水能力和用户的需水量等有关。

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。不同水平年可供水量计算，要考虑现状、近期和远景的几种发展水平的情况；不同保证率可供水量计算，要考虑丰、平、枯几种不同的来水情况。可供水量和以下因素有关：

（1）来水条件。

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着不同水平年的来水变化及其年内的时空变化而变化。

（2）用水条件。

可供水量有别于天然水资源量，它随用水特性及合理用水节约用水等条件不同而变化。

（3）工程条件。

工程参数的变化，不同的调度运行条件及不同发展时期新增工程设施，供水系统的供水能力不同。虽然供水能力不等于可供水量，但工程的可供水量受工程条件影响。

（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。

1.地表水可供水量

地表水可供水量计算，要以各河系各类供水工程以及各供水区所组成的供水系统为调算主体，进行自上游到下游，先支流后干流逐级调算。

2.地下水可供水量

以矿化度不大于2g/L的浅层地下水资源可开采量作为估算地下水可供水量的依据。在确定地下水可供水量时，必须考虑相应水平年由于地表水开发利用方式和节水措施的变化所引起的地下水补给条件的变化，相应调整水资源分区的地下水资源可开采量，并以此作为估算地下水可供水量的控制条件。

本次研究中，地下水开采量维持在现状水平，不允许进一步扩大开采地下水。本次研究供水预测是根据一次平衡和流域水量平衡的基础上，通过对流域水资源进行优化配置，得出优化雨洪资源开发利用方案的基础上预测的，2010年、2020年具体预测结果详见表2-51～表2-54。

六、供需平衡分析

1.水资源供需平衡分析的意义

流域水资源的供需平衡关系，即人类对流域水资源的合理开发利用可以供给的水资源与社会经济环境对水资源的需求之间的平衡。通过供需分析原则与方法分析水资源供需缺口的大小，可以研究流域缺水的程度。合理预测规划水平年社会各行业各部门的需水要求，对有效开发、合理利用水资源具有重要意义。水资源的供需状况是制定研究流域长期规划的必要依据之一，是流域水资源优化配置的基础。因此，水资源的供需分析在一定程度上影响着各地区的经济发展与产业结构布局。

流域水资源利用已朝着多目标方向发展，对于需求水资源的质与量的要求都日益提高，但水资源供给不能无限制的满足需求。水资源供需矛盾需要从流域水资源系统整体进行。在考虑环境规划水平的同时，通过各种工程和非工程措施缓解水资源供需矛盾。

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、生态环境等方面，供需平衡应遵循以下原则：

（1）近期与远期结合。

水资源供需关系随着社会经济条件的不断发展变化而发生阶段性的变化。因此，水资源的供需必须有中长期的规划，既把现状的供需情况弄清楚，又要充分分析未来的供需变化，把近期和远期结合起来。

（2）综合利用与保护结合。

水资源具有多用途性，应对其进行综合开发利用，做到一水多用。水资源又是易污染的流动资源，供需分析中，用水系统需考虑各部门的交叉或重复利用，进行多种水源联合调度。

（3）宏观与微观结合。

分析的区域首先需要考虑大区域与小区域结合，大区域内平衡分析后，进行小区域的供需平衡分析，保证小区域内的供需平衡；单一水源与多水源结合，单一用水部门与多个用水部门结合，最大程度地调度当地水资源，提高供水效率和保证率。

3.水资源供需一次平衡

根据对流域需水发展和可供水量的分析，按水资源供需一次平衡原则，以现状供水能力去面对现状用水水平的用水增长需求，来进行流域的供需平衡分析，以便充分展示该流域的供需情况，为以后进行节水改造工程和治污挖潜工程提供定量基础。

从表2-55和表2-56可知，50%降水条件下，2010年该流域一次供需平衡缺水2027.066万m3，缺水率为3.63%。由于是用现状供水能力去面对未来增长，因此2020水平年的缺口将扩大到6059.092万m3。75%降水条件下，2010年该流域一次供需平衡现状年缺水8632.53万m3，2020年为9462.803万m3。在现状水平年情景下，需水保持在高水平，只能依靠挤占生态用水和超采地下水实现供需平衡。

4.水资源供需二次平衡

根据流域水利工程规划方案，2010年流域内污水处理回用量将达到3335.8万m3，2020年将达到5837.7m3；2010年可增加地下水回灌量631.32万m3，2020年可增加地下水回灌量1052.2万m3；2010年整治河道可增加供水1053.25万m3，2010年开发利用雨水可增加供水量210万m3，2020年可增加供水310万m3；2010年经过产业结构调整可减少农业用水量800万m3，到2020年可减少至1600 万m3；辽中县团结水库蓄水量可增加600万m3；赵家套闸改建可增加供水280万m3。

与一次供需平衡结果相比，在50%降水条件下，2010年该流域不缺水；75%降水条件下，2010年的缺水量为6687.05万m3，2020年为3278.458万m3。个别地区存在不缺水的情况，但是从全流域的角度看，缺水情况仍很严重。且从大伙房水库调来的水量仍维持在现状年的水平。但可以通过大力开展节约用水、需水控制、以供定需等措施，在保证国民经济快速增长的基础上有效地缓解了需水过快增长的势头。根据现有规划，到2020年已有水利工程供水量仍不能满足流域内生活、生产和生态需水的要求（表2-57、表2-58）。