水文分析计算：水资源可利用量估算

在水资源基础评价中给出的水资源量，通常以河川径流量为其主要组成或就把河川径流量作为水资源量的代表，其多年平均值包括各种年份的洪水径流和内涝水在内。但发生洪水时常常唯恐泄之不及，尽快排流入海，因此对这部分水量，即使修一定的蓄水工程，也很难全部蓄存待用，因此其很大一部分是无法利用的。此外，对河道水环境的维护以及水资源其他功能要求的需要，也不可把河川径流全部引到河道外为供水的目的来利用。因此，从供水的角度看，只能有一部分河川径流被利用，这一部分河川径流就是可利用量。而可利用水量必然要小于前述的水资源量。

可利用量是从资源的角度分析可能被消耗利用的水资源量。其定义是指在预见的时期内，在统筹考虑河道内生态环境和其他用水的基础上，通过经济合理、技术可行的措施，可供河道外生活、生产、生态用水的一次性最大水量（不包括回归水的重复利用）。

13.10.2.1　估算方法思路

根据各类型水系特点，估算方法略有差异，可分为外流河和内陆河两类。

（1）外流河，包括大江大河的支流，估算方法可采用倒扣法，即从多年平均地表水资源量中扣除非汛期河道内最小生态环境用水和生产用水，以及汛期难于控制利用的洪水量，剩余的水量可供河道外用水户利用，该部分水量即为地表水资源可利用量。

北方、南方地表水资源可利用量估算示意图如图13.23、13.24所示。

图13.23　北方河流地表水资源可利用量计算示意图

图13.24　南方河流地表水资源可利用量计算示意图

（2）内陆河，上游出山口以上为产水区，其所产水量经过中游河道外用水消耗及河道内水量消耗，全部被消耗掉。内陆河地表水与地下水转换关系复杂，宜直接进行水资源可利用总量的分析估算。内陆河水资源可利用总量的估算，采用水资源总量扣除河道内生态环境需水量的方法。河道内生态环境需水主要为维护天然生态保护目标所需的水量。

13.10.2.2　河道内生态环境需水量

河道内生态环境需水量主要有：

①维持河道基本功能的需水量（包括防止河道断流、保持水体一定的自净能力、河道冲沙输沙以及维持河湖水生生物生存的水量等）。

②通河湖泊湿地需水量（包括湖泊、沼泽地需水）。

③河口生态环境需水量（包括冲淤保港、防潮压咸及河口生物需水等）。

（1）维持河道基本功能需水量。

1）河道基流量。河道基流量是指维持河床基本形态，保障河道输水能力，防止河道断流、保持水体一定的自净能力的最小流量，是维系河流的最基本环境功能不受破坏，必须在河道中常年流动着的最小水量阀值。河道基流量估算方法如下。

①多年平均径流量的百分数（北方地区一般取10%～20%，南方地区一般取20%～30%）作为河流最小生态环境需水量。

②根据近10年最小月平均流量或90%保证率最小月平均流量，计算多年平均最小生产需水量。

③典型年法。选择满足河道基本功能、未断流，又未出现较大生态环境问题的某一年作为典型年，将典型年最小月平均流量或月径流量，作为满足年生态环境需水的平均流量或月平均的径流量。

2）冲沙输沙水量。冲沙输沙水量是为了维持河流中下游侵蚀与淤积的动态平衡，必须在河道内保持的水量。输沙需水量主要与输沙总量和水流的含沙量的大小有关。水流的含沙量则取决于流域产沙量的多少、流量的大小以及水沙动力条件。一般情况下，根据来水来沙条件，可将全年冲沙输沙需水分为汛期和非汛期输沙需水。对于北方河流而言，汛期的输沙量约占全年输沙总量的80%左右。但汛期含沙量大，输送单位泥沙的用水量比非汛期小得多。根据对黄河的分析，汛期输送单位泥沙的用水量为30～40m3／t，非汛期为100m3／t。

3）水生生物保护水量。维持河流系统水生生物生存的最小生态环境需水量，是指维系水生生物生存与发展，即保存一定数量和物种的生物资源，河道中必须保持的水量。

水生生物保护需水量可按照河道多年平均年径流量的比例估算，比例应不低于30%。

此外，还应考虑河道水生生物及水生态保护对水质和水量的一些特殊要求，以及稀有物种保护的特殊需求。对于这些河段，其水生生物保护需水量的取值百分数应适当提高。

对于较大的河流，不同河段水生生物物种及对水质、水量的要求不一样，可分段设定最小生态需水量。

（2）通河湖泊湿地生态环境需水量。通河湖泊湿地生态环境需水一般为维护湖泊湿地生态和环境功能所消耗的、需补充的水量。由于通河湖泊湿地这些水量是靠天然河道的水量自然补给的，可以作为河道内需水考虑。

1）通河湖泊生态环境需水。根据湖泊的功能确定满足其生态功能的最低水位，具有多种功能的应进行综合分析确定。根据最低水位，确定相应的水面面积和容量，推算维持该最低水位、湖泊蒸发与渗漏损失的水量，以此作为湖泊的生态环境需水量。

2）通河湿地生态环境需水。通河的沼泽地生态环境需水量是指维持沼泽湿地自身存在和发展以及发挥其应有的环境效益所需要的水量。

沼泽湿地生态环境需水量包括湿地植物需水量、土壤需水量、野生生物栖息地需水量等。

植物需水量根据植物种类、组成结构、植被面积及覆盖度、各种植物的耗水强度等影响因素进行计算。土壤需水量通过土壤水量平衡关系，根据土壤饱和持水量的要求进行计算。生物栖息地需水量计算，要找出关键物种，分析确定对保护物种和生物多样性最佳的水面面积与沼泽植被面积的比例，据此计算需水量。

湿地各项生态环境需水量具有兼容性，在各项需水量计算的基础上，综合确定湿地生态环境需水量。也可根据湿地的功能和面积，结合当地的降水和蒸发状况，计算需水量。或选择典型年份湿地耗用的水量作为生态环境需水量。

（3）河口生态环境需水量。

1）冲淤保港水量。冲淤保港水量是指用于入海口河段排沙、防止港口泥沙淤积所需要的水量。其与入海水量关系密切。丰水和平水年份利用汛期的排水及灌溉回归水冲淤，枯水年份需要保持一定的入海水量，满足冲淤保港的需要。

2）防潮压咸水量。感潮河流为防止枯水期潮水上溯，保持河口地区不受海水入侵的影响，必须保持河道一定的防潮压咸水量。可根据某一设计潮水位上溯可能造成的影响，分析计算河流的最小入海压咸水量。也可在历史系列中，选择河口地区未受海水入侵影响的最小月入海水量，计算相应的入海月平均流量，作为防潮压咸的控制流量。

3）河口生物保护需水量。河口生物保护需水主要指河口栖息地保护的需水量。河口栖息地不同于一般通河湿地栖息地，它受河流和海洋动力的双重制约，河口栖息地保护是要维护河口入海水量与海水入侵的动态平衡，维持这种平衡所需的河流入海水量即为河口生物保护（生态环境）需水量。一般通过典型年入海水量的分析，确定其需水量。

13.10.2.3　河道内生产需水量

河道内生产需水量主要包括航运、水力发电、旅游、水产养殖等部门的用水。河道内生产用水一般不消耗水量，可以一水多用，但要通过在河道中预留一定的水量给予保证。河道内生产需水量要与河道内生态环境需水量综合考虑，其超过河道内生态环境需水量的部分，要与河道外需水量统筹协调。

（1）航运需水量。航运需要通航河段保持一定的水位和流量，以维持航道必要的深度和宽度。在设计航运基流时，根据治理以后的航道等级标准及航道条件，计算确定相应设计最低通航水深保证率的流量，以此作为通航河道内航运用水的控制流量。

通航河段设计最小通航流量，可采用《内河通航标准》（GBJ139－90）中的保证率（频率）法及综合历时曲线法计算。

（2）水力发电需水量。水力发电用水一般指为保持梯级电站、年调节及调峰等电站的正常运行，需要向下游下泄并在河道中保持一定的水量。水力发电一般不消耗水量，但要满足在特定时间和河段内保持一定水量的要求。在统筹协调发电用水与其他各项用水的基础上，计算确定水力发电需水量。

（3）旅游用水。旅游业用水主要有两个方面：一是依赖于水体的休闲娱乐业，包括游泳、游艇、滑水等水上运动与娱乐项目；二是改善旅游景观环境，需要河湖水体保持一定的水量和流动性。对于休闲娱乐用水可按景区水面面积大小估算旅游用水；对于景观环境用水，可根据旅游景观环境保护的要求，估算河道需要保持的流量和湖泊需要补充和替换的水量。

13.10.2.4　河道内总需水量

河道内总需水量是在上述各项河道内生态环境需水量及河道内生产需水量计算的基础上，逐月取外包值并将每月的外包值相加，由此得出多年平均情况下的河道内总需水量。

式中：Wij为上述i项j月河道内需水量。

13.10.2.5　汛期难于控制利用洪水量分析计算

（1）汛期难于控制利用洪水量的概念。汛期难于控制利用洪水量是指在可预期的时期内，不能被工程措施控制利用的汛期洪水量。汛期水量中除一部分可供当时利用，还有一部分可通过工程蓄存起来供以后利用外，其余水量即为汛期难于控制利用的洪水量。对于支流而言是指支流泄入干流的水量，对于入海河流是指最终泄弃入海的水量。汛期难于控制利用洪水量是根据最下游的控制节点分析计算的，不是指水库工程的弃水量，一般水库工程的弃水量到下游还可能被利用。

（2）由于洪水量年际变化大，在总弃水量长系列中，往往一次或数次大洪水弃水量占很大比重，而一般年份、枯水年份弃水较少，甚至没有弃水。因此，要计算多年平均情况下的汛期难于控制利用洪水量，不宜采用简单的选择某一典型年的计算方法，而应以未来工程最大调蓄与供水能力为控制条件，采用天然径流量长系列资料，逐年计算汛期难于控制下泄的水量，在此基础上统计计算多年平均情况下汛期难于控制利用下泄洪水量。

（3）汛期难于控制利用下泄洪水量的计算方法与步骤。将流域控制站汛期的天然径流量减去流域调蓄和耗用的最大水量，剩余的水量即为汛期难于控制利用下泄洪水量。

1）确定汛期时段。各地进入汛期的时间不同，工程的调蓄能力和用户在不同时段的需水量要求也不同，因而在进行汛期难于控制利用下泄洪水量计算时所选择的汛期时段不一样。一般来说，北方地区，汛期时段集中，7～8月是汛期洪水出现最多最大的时期，8～9月汛后是水库等工程调蓄水量最多的时期，而5～6月是用水（特别是农业灌溉用水）的高峰期。北方地区汛期时段选择7～9月为宜。南方地区，汛期出现的时间较长，一般在4～10月，且又分成两个或多个相对集中的高峰期。南方地区中小型工程、引提水工程的供水能力所占比例大，同时用水时段也不像北方那样集中。南方地区汛期时段宜分段选取，一般4～6月为一汛期时段，7～9月为另一汛期时段，分别分析确定各汛期时段的难于控制利用洪水量Wm。

2）计算汛期最大的调蓄和耗用水量Wm。对于现状水资源开发利用程度较高，在可预期的时期内没有新控制性调蓄工程的流域水系，可以根据近10年来实际用水消耗量（由天然径流量与实测径流量之差计算）中选择最大值，作为汛期最大用水消耗量。

对于现状水资源开发利用程度高，但尚有新控制性调蓄工程的流域水系，可在对新建工程供水能力和作用的分析基础上，对根据上述原则统计的近10年实际出现的最大用水消耗量，进行适当地调整，作为汛期最大用水消耗量。

对于现状水资源开发利用程度较低，潜力较大的地区，可根据未来规划水平年供水预测或需水预测的成果，扣除重复利用的部分，折算成用水消耗量。对于流域水系内具有调蓄能力较强的控制性骨干工程，分段进行计算，控制工程以上主要考虑上游的用水消耗量、向外流域调出的水量以及水库的调蓄水量；控制工程以下主要考虑下游区间的用水消耗量。全水系汛期最大调蓄及用水消耗量为上述各项相加之和。

3）计算多年平均汛期难于控制利用下泄洪水量W泄。用控制站汛期天然径流系列资料W天减Wm得逐年汛期难于控制利用洪水量W泄（若W天－Wm＜0则W泄＝0），并计算其多年平均值。

式中：W泄为多年平均汛期难于控制利用洪水量；Wi天为第i年汛期天然径流量；Wm为流域汛期最大调蓄及用水消耗量；n为系列年数。

13.10.2.6　地表水资源可利用量估算

多年平均地表水资源量减去非汛期河道内需水量的外包值，再减去汛期难于控制利用的洪水量的多年平均值，得出多年平均情况下地表水资源可利用量。

上述计算的河道内生态环境需水量一般为水量的年值。南方河流汛期河道内生态环境及生产需水量与汛期下泄的洪水具有兼容性，汛期一般不考虑河道内生态环境及生产需水量。北方河流大部洪水集中出现在7月下旬至8月上旬不足一个月的时间里，且枯水年份没有洪水下泄。从多年平均情况看，出现难于控制利用洪水的时间很短。因此，北方河流汛期也要考虑河道内生态环境需水。

13.10.2.7　内陆河水资源可利用总量估算

（1）内陆河地表水与地下水转换关系复杂，不宜单独估算地表水资源可利用量，可直接进行水资源可利用总量的分析估算。

（2）内陆地区有不少独立的小河，其水量无法利用，并且这些小河对天然生态保护有作用，这部分水量应扣除，不作为可利用量。内陆河还有些河流或河段，天然水质较差，不能满足用水户的要求，这部分水量也要扣除。

（3）内陆河水资源可利用总量估算，采用从水资源总量中扣除河道内生态环境需水量（天然生态需水量）的方法，剩余水量为水资源可利用总量。河道内生态环境需水包括中游区维护天然生态保护目标所需的河道内生态需水量，以及下游区维持天然生态景观的最小河道内生态需水量。

（4）内陆河一般划分为3段：上游出山口以上为产水区；中游人工绿洲集中的地区为主要用水区；下游以荒漠天然景观植被为主的地区为径流消耗消失区。

（5）在内陆河区很难严格分河道内生态需水量和河道外生态环境需水量，一般认为维持天然植被的生态环境需水量为河道内生态环境需水量，人工绿洲建设所需的生态需水量为河道外生态环境需水量。