多水庫聯(lián)合調節(jié)計算分析

于洪強，常宇峰

（吉林省水文水資源局四平分局 ,吉林 四平 136000）

多水庫聯(lián)合調節(jié)計算分析

于洪強，常宇峰

（吉林省水文水資源局四平分局 ,吉林 四平 136000）

文中以四平應急供水工程水資源論證為實例，采用兩個水庫聯(lián)合供水長系列法和攔河壩蓄水工程代表年法，對多個水庫聯(lián)合調度供水應用進行了計算方法探討，并分析在滿足保證率的前提下，提出了利用水資源并確定合理工程規(guī)模的目標。

多水庫；保證率；長系列法；代表年法；調節(jié)計算

1 工程設計概況

山門水庫建于1958 年，是為四平城區(qū)供水的一座中型水庫。設計標準為百年一遇設計，千年一遇校核，總庫容 2235 萬 m3，興利庫容 1398 萬m3。年可供水量為 707 萬 m3。2010 年實際供水量為545 萬 m3。

轉山湖水庫建于葉赫河上游，位于四平市區(qū)東南部，2010 年實際供水量為 40 萬 m3，用于水田灌溉。為解決四平市近年來隨著經濟快速發(fā)展，現(xiàn)有水源地供水能力嚴重不足的局面。將市郊區(qū)轉山湖水庫之水資源引到山門水庫，進而為四平城市生活、生產、生態(tài)供水。需要將山門和轉山湖水庫進行聯(lián)合調度給四平市區(qū)供水。

2 氣象水文特征

葉赫鎮(zhèn)屬于東部季風區(qū)北溫帶半濕潤大陸性氣候。無霜期 130~150d，年平均日照 2546h，凍結期由 11 月至翌年 3 月，長達 5 個月之久，最大凍結深度 1.48m。多年平均氣溫 6 ℃，7 月份月平均氣溫為 23.2 ℃。多年平均相對濕度 66%，多年平均降水量 658.7mm，但降水量年內分配不均，6—9 月份降水量占全年的 60%~70%。多年平均年水面蒸發(fā)量 772.1mm。

3 可供水量及供水保證率計算分析

3.1 計算方法

3.1.1 長系列法

長系列法的通用方法是根據(jù)水文的隨機原理，分析得出來水量的系列，要求不小于 30 年；對應分析提出 30 年系列的需水量，按年對年進行供需平衡計算分析，得出滿足要求的供水年份，得出供水保證率及供水量等值。

該方法計算根據(jù)各年分時段的水庫來水量及初步確定的同步用水量，按設定的調節(jié)庫容順序進行徑流調節(jié)計算計算公式為：

V月末=V月初+W來-W用-W損-W棄

式中：V月末、V月初分別為水庫月末蓄水量和月初蓄水量；W來水庫本月來水量；W用水庫綜合利用各部門本月用水量；W損水庫蒸發(fā)、滲漏等損失水量之和；W棄水庫本月棄水量。

正常供水保證率根據(jù)計算系列中水庫不放空的正常供水年數(shù)，按水利年度計與計算系列年數(shù)，按期望值經驗公式計算：

式中：P——供水保證率；m——正常供水年數(shù)；n——計算系列年數(shù)。

這次計算使用的轉山湖水庫和山門水庫調度供水計算，系列采用 1956—2010 年，水庫實測資料系列為 1982-2010 年，1956-1981 年為插補系列。資料系列為 55年。對轉山湖水庫的可供水量分析成果是以水庫建成后的下墊面條件按照《全國水資源規(guī)劃技術大綱》的要求，對水庫進行計算的成果，資料具有一致性。計算所采用的基礎資料系列為 55 年，所以資料系列的一致性、代表性和可靠性較好?？梢宰鳛閺搅鞣峙溆嬎愕囊罁?jù)。

3.1.2 代表年法

代表年法是對相當某一頻率的水文年份進行水資源供需平衡分析計算，并以該頻率作為此供水量下的供水保證率，由于枯水年的保證率應與供水設計保證率接近，所以應結合來水、用水情況進行選擇，且代表年的選擇具有一定的難度及偶然性，需盡可能多選典型年（特別是枯水年）進行比較，以提高計算精度。

3.2 單個水庫可供水量計算結果

城市供水保證率應根據(jù)城市性質、規(guī)模及水源條件，按近期、遠期分別分析確定。其中，大、中城市的生活供水保證率不低于 95%。由于四平市屬于中小型城市，確定四平市年供水保證率為 90%。

3.2.1 轉山湖水庫可供水量分析

年供水保證率為 90%的情況下，用轉山湖水庫興利庫容 1830 萬 m3為控制，按年供水 8 個月，滿足下游灌溉用水要求，扣除 5%的輸水損失，對水庫 1956-2010 年 55 年徑流系列資料進行逐月調節(jié)分析計算，推算出轉山湖水庫供水保證率為90%時，年可引水量為 1016 萬 m3。

3.2.2 攔河壩工程可供水量分析

由于攔河壩蓄水工程沒有實測資料，所以采用轉山湖徑流量為依據(jù)，采用面積倍比法計算，在1956-2010 年共 55 年的區(qū)間來水量資料系列中，選取年來水量接近保證率 90%的 2000 年作為典型年，以該年旬月來水量和攔河壩庫容 20 萬 m3進行旬調節(jié)計算，供水時間同為 4-11 月，其年可引水量為 162 萬 m3。

3.2.3 山門水庫可供水量計算

為了進行應急引水工程的最終引水量，首先對山門水庫的供水能力進行了復核調節(jié)計算，根據(jù)水庫來水量 1956-2010 年 55 年月年系列資料及水庫興利庫容 1398 萬 m3，參考設計年供水能力 707 萬 m3，進行逐月調節(jié)計算，其結果是在供水保證率 90%的情況下，月平均可供水 58.8 萬 m3，年可供水 705.6 萬 m3。

3.3 兩個水庫和攔河壩蓄水工程聯(lián)合調節(jié)計算

根據(jù)為四平市年供水保證率 90%的情況下，轉山湖水庫的可引水量及和攔河壩可引水量的總和作為山門水庫的引水量，進行山門水庫的調節(jié)計算，其結果是 55 年資料系列的調節(jié)計算，在 1，2，3，12 月供水為 59 萬 m3，4-11 月供水 190 萬 m3情況下，可保證 50 年，供水保證率為 91%，僅有 5年不能保證，考慮城市供水的破壞深度控制在20%，在不能保證的 5 年中，每年 4-11 月供水由190 萬 m3，減少到 152 萬 m3均可保證。

根據(jù)上述山門水庫的供水過程及來水過程，推算出需攔河壩及轉山湖水庫提供扣除 5%輸水損失的需水過程，每月需要轉山湖水庫及攔河壩提供總水量為 131 萬 m3，只有 1976 年到 1980 年每月需要轉山湖水庫及攔河壩提供總水量為 141萬 m3，即攔河壩采用典型年的供水過程，不足部分有轉山湖水庫供水，最大月需水量為 148 萬 m3，在轉山湖水庫滿足下游灌溉用水、生態(tài)用水、扣除輸水損失等需求進行調節(jié)計算，其結果是完全可以滿足山門水庫的需水要求。

4 結語

1）根據(jù)以上計算結果，轉山湖水庫應急引水工程最大月供水量 148 萬 m3，年最大可引水量為1184 萬 m3，可增加山門水庫年供水能力 1048 萬m3能夠緩解四平市區(qū)的用水壓力，為四平市的經濟發(fā)展提供了可靠保證。

2）由于該引水工程不是直接對城市供水，需經過山門水庫進行反調節(jié)后再為城市供水，因此建議在引水期對轉山湖水庫、攔河壩和山門水庫的供水方式進行科學合理調度。

3）對于具有水力聯(lián)系的水庫群,由于系統(tǒng)組成結構、水力聯(lián)系和水量平衡關系的復雜性,很難建立統(tǒng)一的聯(lián)合調節(jié)計算方法,并且 3 個以上水庫組成的水庫群,其調節(jié)計算規(guī)則將更復雜,這些都還有待于進一步深入研究。

4）通過工程實例的計算分析表明，對于多年調節(jié)且多個水庫的聯(lián)合調節(jié)計算，采用長系列法計算，需要長系列資料，并且來水資料的可靠性非常重要，在計算時應充分分析資料情況，可以使結果更加可靠；當水庫沒有實測資料時，也可使用代表年法，但僅適用于年調節(jié)計算。為保證計算的可靠性，可采用概率法、隨機模擬法等方法進行驗證，以提高規(guī)劃設計成果的可靠性，降低工程風險。

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［3］楊聰輝，游進軍.水庫聯(lián)合調度供水的探討［J］.南水北調與水利科技.2008（5）：60-62

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