長(zhǎng)系列時(shí)歷法興利調(diào)節(jié)計(jì)算中供水保證率問(wèn)題探討

陳 靜

（上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院 上海 200434)

1 前言

在現(xiàn)行《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》（SL104-95)附錄A年及多年徑流調(diào)節(jié)計(jì)算方法中，水庫(kù)興利調(diào)節(jié)采用長(zhǎng)系列時(shí)歷法計(jì)算時(shí)，A2.1.3規(guī)定：“正常供水保證率應(yīng)根據(jù)計(jì)算系列中水庫(kù)不放空的正常供水年數(shù)（按水利年度計(jì))與計(jì)算系列年數(shù)，按期望值經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算”，A2.1.4規(guī)定：“當(dāng)推求的P與規(guī)劃設(shè)計(jì)所要求的正常供水設(shè)計(jì)保證率P設(shè)一致時(shí)，則可以設(shè)定的水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容及各部門(mén)用水量作為采用值”。在本規(guī)范“9綜合利用水庫(kù)工程的水利計(jì)算”中9.1.4又規(guī)定：“當(dāng)各用水部門(mén)設(shè)計(jì)保證率以不同方式表示時(shí)，宜先進(jìn)行換算，統(tǒng)一以年保證率表示”。

目前，灌溉供水保證率定義為年保證率，城鎮(zhèn)供水保證率通常定義為歷時(shí)保證率，一般以月、旬或日為單位。當(dāng)綜合利用水庫(kù)供水的對(duì)象既有灌溉，又有城鎮(zhèn)工業(yè)和生活供水，且兩者的需水量相當(dāng)時(shí)，將城鎮(zhèn)供水歷時(shí)保證率和灌溉年保證率換算成一個(gè)年保證率存在理論上的缺陷和操作上的困難，既使換算到年保證率，這個(gè)保證率往往也不能直觀準(zhǔn)確的代表水庫(kù)真正要滿(mǎn)足的供水目標(biāo)，因此，如何比較合理的運(yùn)用供水對(duì)象的設(shè)計(jì)保證率就值得討論和研究了。

2 現(xiàn)行采用供水保證率方法及存在問(wèn)題

2.1 現(xiàn)行采用供水保證率的方法

目前需要新建的灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)中，一般城鎮(zhèn)供水保證率要求比灌溉保證率高。在采用長(zhǎng)系列時(shí)歷法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)時(shí)，按現(xiàn)行規(guī)范要求，部分地區(qū)對(duì)超過(guò)灌溉保證率要求的枯水年份的灌溉需水按徑流豐枯程度進(jìn)行折扣，將城鎮(zhèn)供水保證率作為年保證率取用，當(dāng)按水利年統(tǒng)計(jì)的供水滿(mǎn)足需求的年數(shù)達(dá)到城鎮(zhèn)供水保證率要求時(shí)，即得到我們需要的興利庫(kù)容和供水量。或者按調(diào)節(jié)流量比例對(duì)設(shè)計(jì)保證率作線性?xún)?nèi)插，計(jì)算出一個(gè)介于灌溉與城鎮(zhèn)供水保證率之間的一個(gè)保證率，且當(dāng)作年保證率運(yùn)用。按此換算保證率及較大的調(diào)節(jié)流量進(jìn)行單級(jí)調(diào)節(jié)計(jì)算，求出需要的調(diào)節(jié)庫(kù)容。

2.2 現(xiàn)行供水保證率采用方法存在的問(wèn)題

（1)將供水保證率統(tǒng)一按年保證率運(yùn)用，不符合城鎮(zhèn)供水保證率定義的本質(zhì)

供水保證率的定義，主要是反映供水對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水需求的保證程度，更是反映供水破壞可能對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)造成的損失影響。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，若某月、旬或數(shù)天灌溉破壞，則會(huì)影響作物的正常生長(zhǎng)甚至干死，從而影響當(dāng)年的全部收益，因此灌溉保證率為年保證率是合理的。但是城鎮(zhèn)供水保證率是歷時(shí)保證率的概念，某日、旬或月供水破壞時(shí)，并不會(huì)影響城鎮(zhèn)居民全年的生活或工業(yè)企業(yè)全年的經(jīng)濟(jì)效益，因此將此保證率當(dāng)作年保證率運(yùn)用，不能客觀反映城鎮(zhèn)供水破壞影響。

（2)換算保證率沒(méi)有嚴(yán)格的理論根據(jù)，且在灌溉用水量變動(dòng)的情況下無(wú)法換算

按調(diào)節(jié)流量比例對(duì)灌溉與城鎮(zhèn)供水保證率作線性?xún)?nèi)插，到目前為止仍沒(méi)有嚴(yán)格的理論根據(jù)，無(wú)法判明其結(jié)果是屬于保守或冒進(jìn)，直觀上是一種折中的方案。

當(dāng)灌溉用水為變動(dòng)用水情況下，灌溉調(diào)節(jié)流量不是唯一值，則無(wú)法按調(diào)節(jié)流量比例進(jìn)行保證率內(nèi)插，此時(shí)便無(wú)法求出換算保證率，從而影響調(diào)節(jié)計(jì)算。

（3)事先對(duì)灌溉用水折扣，與實(shí)際運(yùn)行情況不符

采用長(zhǎng)系列時(shí)歷法進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)時(shí)，雖然已經(jīng)知道整個(gè)系列，但是確定某時(shí)段的供水量時(shí)，只能根據(jù)該時(shí)段的來(lái)水、用水及庫(kù)容情況等進(jìn)行判斷，是不能將下一個(gè)時(shí)段或今后多年的徑流當(dāng)作已知條件來(lái)運(yùn)用的。當(dāng)對(duì)超過(guò)灌溉保證率要求的枯水年份的灌溉需水按徑流豐枯程度進(jìn)行折扣，將城鎮(zhèn)供水保證率作為年保證率取用，然后再進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)，就違反了徑流調(diào)節(jié)的基本原則，與實(shí)際運(yùn)行情況不符合。一方面在實(shí)際運(yùn)行中，我們是無(wú)法準(zhǔn)確知道下一個(gè)時(shí)段及今后數(shù)年的來(lái)水情況的。另一方面，當(dāng)來(lái)水與灌溉用水不在同一個(gè)流域時(shí)，來(lái)水與用水之間負(fù)相關(guān)的關(guān)系可能不成立，當(dāng)來(lái)水為超過(guò)灌溉保證率要求的枯水年份時(shí)，或許這年灌溉用水量并不大，來(lái)水能滿(mǎn)足灌溉用水需求，此時(shí)將灌溉用水進(jìn)行折扣，造成人為的灌溉破壞，也是不合理的。

（4)把城鎮(zhèn)供水保證率作為年保證率加以應(yīng)用，加大了水庫(kù)規(guī)模，造成投資浪費(fèi)

把城鎮(zhèn)供水保證率作為年保證率加以應(yīng)用，將夸大供水破壞帶來(lái)的負(fù)面影響，增加水庫(kù)的興利庫(kù)容需求及相應(yīng)水庫(kù)規(guī)模，造成投資明顯增大。以水庫(kù)的城鎮(zhèn)供水保證率取為95%為例。規(guī)范要求徑流調(diào)節(jié)的年限不得低于30年，此處取30年，按年保證率統(tǒng)計(jì)是不允許任何城鎮(zhèn)供水破壞的，此時(shí)95%的保證率要求與100%的效果是一樣的。若在一年內(nèi)破壞了一天、一旬或一月，則供水保證率就達(dá)不到95%，必須明顯加大水庫(kù)興利庫(kù)容以保證供水不遭遇破壞，但事實(shí)上這種程度的供水破壞并不會(huì)給城鎮(zhèn)供水帶來(lái)嚴(yán)重的后果，若按照日、旬或月的時(shí)段統(tǒng)計(jì)是完全滿(mǎn)足甚至超過(guò)了95%保證率要求的。因?yàn)榻▏?guó)后才逐漸建立起系統(tǒng)的水文氣象觀測(cè)站網(wǎng)，即使選擇的時(shí)間系列超過(guò) 30年，最多也只能達(dá)到五、六十年，將城鎮(zhèn)供水的時(shí)段保證率按年保證率應(yīng)用，仍然會(huì)造成庫(kù)容明顯增大、投資增大的后果。

3 現(xiàn)行供水保證率采用方法及問(wèn)題產(chǎn)生的根源

新建灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)采用長(zhǎng)系列時(shí)歷法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)時(shí)，供水保證率統(tǒng)一采用年保證率的方法已指導(dǎo)我們的工程設(shè)計(jì)幾十年，在《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》（SL104-95)編制時(shí)也主要是吸取了此前的經(jīng)驗(yàn)。這種方法在90年代及之前，是能夠有效指導(dǎo)我們的工程設(shè)計(jì)行為的。當(dāng)時(shí)水庫(kù)供水的主要對(duì)象一般是灌溉，城鎮(zhèn)供水量所占的比例較小，將灌溉與城鎮(zhèn)供水的保證率統(tǒng)一到年保證率，計(jì)算結(jié)果并不影響大局。隨著 90年代我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)供水的重要性逐漸提升，有些地區(qū)城鎮(zhèn)生活和工業(yè)供水的需水量甚至已超過(guò)了灌溉，以前的計(jì)算方法與現(xiàn)行新的供水的要求存在不適應(yīng)。

另外，當(dāng)時(shí)計(jì)算手段不發(fā)達(dá)，在沒(méi)有計(jì)算機(jī)程序幫助的情況下，對(duì)每一個(gè)興利庫(kù)容的簡(jiǎn)單試算，其計(jì)算量也是非常大的，且容易出錯(cuò)。如果興利調(diào)節(jié)時(shí)段取得較短一些，計(jì)算任務(wù)甚至無(wú)法完成。

因此，灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)以前采用年保證率進(jìn)行長(zhǎng)系列時(shí)歷法興利調(diào)節(jié)確定興利庫(kù)容是合理的，但是隨著時(shí)代的發(fā)展，存在的不足也將逐步顯現(xiàn)。

4 推薦改進(jìn)供水保證率運(yùn)用的方法

現(xiàn)在采用計(jì)算程序進(jìn)行水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)已經(jīng)相當(dāng)方便省時(shí)，城鎮(zhèn)供水的重要性及保證程度也高于灌溉，在新建水庫(kù)興利調(diào)節(jié)時(shí)，非常有必要也有條件恰當(dāng)調(diào)整灌溉與城鎮(zhèn)供水保證率運(yùn)用的方法，合理安排興利庫(kù)容。

建議在灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)供水對(duì)象及其保證率確定的情況下，按供水對(duì)象保證程度高低，安排供水優(yōu)先順序。假定一興利庫(kù)容進(jìn)行長(zhǎng)系列時(shí)歷法徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，對(duì)城鎮(zhèn)供水和灌溉滿(mǎn)足程度分別統(tǒng)計(jì)，當(dāng)推求的城鎮(zhèn)供水與灌溉的保證率滿(mǎn)足規(guī)劃設(shè)計(jì)所要求的各自的保證率，則以假定的水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容及相應(yīng)供水量作為采用值。城鎮(zhèn)供水保證率采用歷時(shí)保證率，計(jì)算時(shí)段可取日、旬或月，灌溉保證率采用年保證率。經(jīng)以上改進(jìn)后，保證率概念清楚，沒(méi)有歧義。不需要進(jìn)行理論并不成熟的保證率換算，還原城鎮(zhèn)供水保證率是短于“年”的歷時(shí)保證率的概念，更重要的是可避免水庫(kù)規(guī)模明顯偏大，造成資金的浪費(fèi)。

5 結(jié)論

（1)在灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)采用長(zhǎng)系列時(shí)歷法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)時(shí)，將灌溉年保證率與城鎮(zhèn)供水歷時(shí)保證率兩種保證率強(qiáng)行換算到年保證率，存在理論上的缺陷，并可能導(dǎo)致加大水庫(kù)規(guī)模的客觀后果。

（2)隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，即將新建的灌溉與城鎮(zhèn)供水綜合利用水庫(kù)，往往城鎮(zhèn)供水需求量較灌溉大，且保證程度較灌溉高，水庫(kù)供水任務(wù)與傳統(tǒng)的以灌溉為主相比，已發(fā)生了明顯的變化。

（3)目前計(jì)算手段已非常發(fā)達(dá)，完全能支撐較精細(xì)的水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算。在新建灌溉與供水綜合利用水庫(kù)長(zhǎng)系列時(shí)歷法興利調(diào)節(jié)計(jì)算中，灌溉應(yīng)以年為時(shí)段、城鎮(zhèn)供水以小于年的更精細(xì)的時(shí)段分別統(tǒng)計(jì)，以滿(mǎn)足各自相應(yīng)的年保證率和歷時(shí)保證率要求確定水庫(kù)規(guī)模及相應(yīng)供水量。