四水转化、水资源与水土资源平衡

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水资源是区域社会经济发展的支撑和保证条件。水土资源平衡分析在区域水资源配置的分析中具有十分重要的作用，而区域的四水转化问题的研究是水土资源平衡分析的科学基础和依据。区域的四水指的是大气水——降水与蒸发、地表水、土壤水和地下水。一个区域的四水转化关系可概化如图1所示。

图1　区域四水转化概念图

进行区域四水转化与水土资源平衡分析时，可将区域划分为农业灌溉（灌溉的耕地、草地、林地）、城乡生活、工业用水、环境用水（主要为河湖塘库的用水）及自然生态等用水耗水单元。

如图1所示，地表水来源于从区外引用的地表径流WSA和由区域当地降水P产生的地表径流。地表水在输水过程中有水量损失，即部分水量转化为大气水（蒸发）、土壤水和地下水。引用的地表水灌溉农田，转化为土壤水和地下水。土壤水来源于降水与灌溉水（地表水一渠灌、地下水一井灌）的入渗、在地下水埋深较小的情况下还有潜水蒸发对土壤水的补给。土壤水除部分下渗补给地下水外，通过地表蒸发与植物（作物）蒸腾转化为大气水而消耗掉。地下水来源于地表水的入渗补给、降水的入渗补给和区域外的侧渗WGA。地下水通过井灌与潜水蒸发转化为土壤水，通过农田排水转化为地表水，部分地下水WGB通过侧渗排出区外。区域排出区外的水量WSB的组成较为复杂，有地表水输水过程中的退水（含当地降水无法拦蓄的地表径流）、农田的排水、城乡生活与工业的排水等。区域的水量最终消耗于蒸发蒸腾、即ET。

以年为单位、不考虑地下水的超采，忽略土壤水与地下水储水量的变化，区域年消耗的总水量ET为：

ET＝P＋（WSA－WSB）＋（WGA－WCB）（1）

式中（WSA－WSB）可称为区域的地表水的引排差，（WGA－WGB）可称为地下水的侧渗差。

2 区域的水资源量、水资源可利用量

2.1 水资源量

2.1.1 区域的水资源量

区域的地表水资源REWS包括从区外取用的地表水水量WSA与当地降水产生的地表径流PWS，即：

REWS＝WSA＋PWS （2）

区域的地下水资源即地下水的总补给量REWG的组成有：区域外的侧渗WGA、当地的降水入渗补给PWG、河道（穿行于本区域的外流河道）的入渗补给RWG、区内的地表水（渠系、田间、湖库等）的入渗补给IWG等。地下水的总补给量为：

REWG＝WGA＋PWG＋RWG＋IWG （3）

区域内的地表水的入渗补给量IWG来源于地表水（WSA＋PWS），与地表水资源的计算相重复，可称为“重复补给量”，相应的补给量（WGA＋PWG＋RWG）可称为“天然补给量”。因此，区域的水资源总量REW为：

REW＝（WSA＋PWS）＋（WGA＋PWG＋RWG）（4）

以宁夏青铜峡灌区为例，现状年平均引黄水量为66.4亿m3，当地降水产生的地表径流1.25亿m3，当地降水的入渗补给与山前（区外）的侧渗补给地下水量0.99亿m3，故该灌区现状水资源总量为68.64亿m3。

1.1.2 降水水资源与土壤水资源的讨论

以上关于水资源的定义与计算是目前水资源规划与利用中广泛应用的。地表水与地下水均来源于降水，因而也有将降水P定义为水资源的。此时区域的水资源总量为：

REW＝WSA＋P＋WGA＋RWG （5）

区域内的降水量P，除形成地表径流PWS与入渗补给地下水PWG外，其余均为直接消耗量PET。直接消耗量中，很少的一部分采用集雨技术与工程可以作为水源调蓄利用，大部分不能作为水源进行调蓄和分配使用。增加降水的有效利用是十分重要和必要的，不过农田与自然植被的雨水利用量的增加，其地表径流与地下水的补给量相应地将减少。从资源的可调度及配置而言，作者认为将降水作为水资源意义不大。

在讨论水资源问题时，也有提出将土壤水作为水资源的。土壤类似水库可以对降水及灌溉水进行调蓄，但本身并不产生水量。有的提出将降水在土壤中的利用量作为土壤水资源量，其值即农田的蒸发蒸腾量PET，若同时计入降水的地表径流和入渗补给地下水量，总和即是降水量，这和定义降水为水资源没有差别。

因此，是否定义降水、土壤水为水资源尚需进一步研究讨论。

2.2 水资源可利用量

区域的水资源可利用量是区域可消耗的资源量。由式（4）表示的区域水资源总量并不是区域的水资源可利用量。由于与区域外相联系的流域的水资源配置、或由于本区域生态环境的要求，要有一定的水量WSB排出区外；地下水的侧渗排出量WGB一般也不可避免。因此，区域的水资源可利用量较水资源总量为少。若不计降水的直接消耗，区域的水资源可利用量REWU为：

REWU＝REW－（WSB＋WGB） （6）

以青铜峡灌区为例，现状排入黄河的水量（WSB＋WGB）为41亿m3（引排差25.4亿m3），现状的水资源可利用量为27.64亿m3。

3 区域的可供水量

区域的可供水量是水源工程可为国民经济各部门提供的水量。可供水量应根据水源工程的来水工程、取水能力与用水工程综合确定。区域的地表水可供水量SWS有区域外水源工程的可供水量SWS0和区域内的水源工程的可供水量SWSI。

SWS＝SWS0＋SWSI （7）

在前述的水资源量与水资源可利用量中，区域外的水量WSA已考虑了供水因素，因而区域外的可供水量SWS0即WSA。区域内的可供水量SWSI取决于对区域内地表径流的调蓄与引水能力，在干旱半干旱地区、当地的地表径流量少且多为汛期的集中产流，多数情况下难以利用。

区域的地下水可供水量SWG是地下水水源工程能提供的水量（按井口计量），或称为地下水的可开采量。一般情况下由于受开采条件、水质等因素的限制，可开采量较地下水的总补给量REWG为小，常用可开采系数Kg表示：

SWG＝KgREWG（8）

与水资源可利用量不同，水资源的重复量是可供水量的组成部分，区域的可供水量一般较水资源可利用量为大。在干旱半干旱地区，地表水的入渗补给量在地下水的总补给量中占有极大的比例，地下水的总补给量和可开采量与地表水的可供水量（或地表水的资源量）有关。

以青铜峡灌区为例，地下水的补给量与地下水的可开采量与灌区的引黄量的关系初步分析的结果如图2。

由以上所述，区域的可供水量SW可表示为：

SW＝SWS＋KgREWG （9）

图2 青铜峡灌区地下水总补给量可开采量与引黄量的关系

4 区域的水土资源平衡分析

根据上述区域的四水转化的特点与水资源配置规划的要求，本文提出区域的水土资源平衡要进行三个水资源的平衡分析：即区域的水资源供需平衡；区域的引水—耗水—排水平衡；区域的耗水平衡。

4.1 区域水资源供需平衡

区域的水资源供需平衡是水资源利用规划中常规进行的平衡分析，其目标是调整国民经济各部门用水的水资源供求关系。

4.2 区域的引水—耗水—排水平衡分析

此处的用水是指从区域外的引水量WSA，排水是指排出区外的水量WSB，耗水并不是区域的全部耗水、而是指引排差（WSA－WSB）。排水量小或引排差大，表明本区域耗用区域外（全流域）的水资源多。因此，区域的引水—耗水—排水的平衡分析的目标是调整局部（区域）与整体（流域）的水资源配置关系。

4.3 区域的耗水平衡分析

在水资源供需平衡分析中，可供水量并不是区域的可消耗的水资源量，各部门的需水量也不是各部门实际消耗的水资源量。自然生态的用水不是由人工引水来供给的，在水资源的供需平衡中未能计入。因此，水资源的供需平衡分析并不是真正意义的水资源配置分析，补充进行水资源的耗水平衡分析是必要的。

区域的水资源耗水平衡分析的目标是调整区域内国民经济各部门之间、国民经济与自然生态之间的耗水或资源配置的关系。

关于区域水土资源平衡的水资源三个平衡分析、将另文进行讨论。