水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法改進(jìn)

王 平，邱玉懷，陳香朋，蘇愛平

(1.上海市水利工程集團(tuán)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，上海 200093；2.安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088；3.上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434)

水庫群對(duì)流域徑流時(shí)空分配改變較大，水庫設(shè)計(jì)規(guī)模和運(yùn)行方式的確定需要考慮水庫之間的關(guān)系；水庫群的水量時(shí)空調(diào)配對(duì)各方面產(chǎn)生的影響也需要通過水庫群聯(lián)合計(jì)算反映，開展水庫群徑流調(diào)節(jié)計(jì)算是實(shí)現(xiàn)水庫群合理運(yùn)行和提高整體供水量的重要措施。由于水庫群的具體情況差別很大，涉及的因素繁多復(fù)雜，需要研究和待解決的問題還不少，目前還沒有關(guān)于水庫群徑流調(diào)節(jié)計(jì)算較為成熟的方法。2014年修編的《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版)[1]缺少水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算內(nèi)容。其它主要工具書[3- 6]和專業(yè)教材[7- 10]關(guān)于水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算方法或沒有涉及或僅提出簡單的基本原則，沒有可操作的具體計(jì)算方法。雖然水庫群優(yōu)化計(jì)算方法很多，但一般只能獲取最優(yōu)結(jié)果，無法有效指導(dǎo)水庫運(yùn)行調(diào)度[2]；其它有關(guān)水庫群時(shí)歷法徑流調(diào)節(jié)方法的研究也很少[11- 14]。本文分析SL104—2015《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》[2]等為代表的常規(guī)方法存在的問題，介紹一種水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)改進(jìn)方法，提出方法改進(jìn)的具體措施和內(nèi)容，形成完整的、易于實(shí)用的改進(jìn)計(jì)算方法。

1 水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法的問題

1.1 規(guī)范缺少完整的供水或灌溉水庫群常規(guī)徑流調(diào)節(jié)方法

SL104—2015 中13.0.1-13.03、13.0.6條提出了水庫群水利計(jì)算的范圍、目標(biāo)、內(nèi)容，但規(guī)范沒有提出完整具體的、能夠用于水庫設(shè)計(jì)或?qū)嶋H運(yùn)行的供水或灌溉水庫群興利調(diào)節(jié)計(jì)算方法。

1.2 計(jì)算規(guī)范中尚未列入水庫群優(yōu)化計(jì)算方法

SL104—2015條文說明中13.0.8(3)“水庫群優(yōu)化計(jì)算方法很多，大致分為純數(shù)值優(yōu)化和具有一定物理意義尋優(yōu)兩種。純數(shù)值優(yōu)化的代表性算法有動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、遺傳算法等，其特點(diǎn)是只能獲取最優(yōu)結(jié)果，但無法有效指導(dǎo)水庫運(yùn)行調(diào)度。具有一定物理意義尋優(yōu)算法的代表性算法主要是與蓄供水控制線相結(jié)合的判別式算法，其特點(diǎn)是尋優(yōu)后，可以優(yōu)化出水庫調(diào)度控制線，能夠指導(dǎo)水庫實(shí)際調(diào)度”。而據(jù)《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二卷第5章可知，上述判別式算法僅適用水力發(fā)電水庫群，所以SL104—2015和《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》都沒有列入供水或灌溉水庫群優(yōu)化計(jì)算方法。

1.3 現(xiàn)有常規(guī)計(jì)算方法存在的具體問題

(1)SL104—2015中13.0.7條提出了水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)宜采用不少于30年系列長度的時(shí)歷法計(jì)算，但缺少可操作的具體方法，規(guī)范所指時(shí)歷法計(jì)算公式主要適用于單庫，并不能解決水庫群的問題。

(2)SL104—2015中13.0.8條“水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算的方法可根據(jù)參與計(jì)算的水庫群組成特征情況確定”，但并沒有明確如何根據(jù)水庫群組成特征確定何種計(jì)算方法。

(3)SL104—2015條文說明13.0.8(1)“根據(jù)計(jì)算目標(biāo)，將各水庫劃分為補(bǔ)償水庫和被補(bǔ)償水庫兩大類。一般把調(diào)節(jié)性能較低、規(guī)模較小，或綜合利用要求復(fù)雜的水庫劃分為被補(bǔ)償水庫；把調(diào)節(jié)庫容大、調(diào)節(jié)性能好、綜合利用約束條件較少的控制性水庫劃分為補(bǔ)償水庫”。但由于實(shí)際水庫群內(nèi)水庫規(guī)模和綜合利用約束條件差別不一定大、實(shí)際調(diào)節(jié)性能差別在一定情況下互相轉(zhuǎn)化，簡單地把水庫劃分為固定的補(bǔ)償水庫或被補(bǔ)償水庫，并不符合水庫群運(yùn)行中的全過程情況，依此計(jì)算的水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)就不一定全部合理。

(4)SL104—2015條文說明13.0.8(2)“水庫群水利計(jì)算的常規(guī)方法是不改變各水庫原定的各自調(diào)度方式，自上而下逐級(jí)進(jìn)行計(jì)算，考慮上游對(duì)下游水庫的調(diào)蓄或者攔洪作用”。水庫群中的單個(gè)水庫可能并不一定有“各水庫原定的各自調(diào)度方式”，此處所述的“自上而下逐級(jí)進(jìn)行計(jì)算”也僅適用部分情況，并不能涵蓋全部的“水庫群水利計(jì)算的常規(guī)方法”。

(5)SL104—2015中13.0.9條“水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算可采用逐級(jí)補(bǔ)償或聯(lián)合一次補(bǔ)償方法進(jìn)行”，但并沒有明確采用逐級(jí)補(bǔ)償或聯(lián)合一次補(bǔ)償方法的條件。其它常規(guī)計(jì)算方法[3，6- 7，9- 10]提出了適用不同條件的逐級(jí)從上游至下游計(jì)算、從下游到上游逐級(jí)反推、聯(lián)合補(bǔ)償、按比例分水等計(jì)算方法，其計(jì)算模式繁雜，反推入流法甚至不能在合理?xiàng)l件下得出唯一解。

2 水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法改進(jìn)思路

2.1 徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法應(yīng)是具體可操作的長系列時(shí)歷法

供水或灌溉水庫群徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)，應(yīng)在選定的水庫群和組合方案基礎(chǔ)上，制定聯(lián)合興利調(diào)節(jié)的原則與方式，進(jìn)行聯(lián)合徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，提出各水庫的興利庫容、蓄放水次序和水庫群運(yùn)行成果，為確定水庫特征指標(biāo)和運(yùn)用方案提供依據(jù)。以供水或灌溉為主的水庫群水利計(jì)算，主要考慮有水力聯(lián)系的相關(guān)水庫，進(jìn)行水文補(bǔ)償和庫容補(bǔ)償，水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)宜采用不少于30年系列長度的時(shí)歷法計(jì)算，計(jì)算方法應(yīng)是具體可操作的。

2.2 徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法應(yīng)能通用于各種水庫群

供水或灌溉水庫群水利計(jì)算應(yīng)包括設(shè)計(jì)水平年已建、在建和擬建，承擔(dān)共同供水或灌溉任務(wù)或有水力聯(lián)系的全部水庫。水庫群按照各水庫的位置分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、混聯(lián)型等，為便于水庫群實(shí)際水利計(jì)算，供水或灌溉水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算的改進(jìn)中應(yīng)統(tǒng)一計(jì)算方法，能適用于不限水庫數(shù)量的串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等各種復(fù)雜水庫群。

2.3 徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)改進(jìn)方法應(yīng)統(tǒng)一計(jì)算模式

改進(jìn)方法應(yīng)在方法合理、結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，簡化計(jì)算模式、提高實(shí)用效率。常規(guī)方法有多種計(jì)算模式，改進(jìn)方法將利用計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)一改為逐時(shí)段試算模式，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)模式的多項(xiàng)目的。

2.4 補(bǔ)償水庫和被補(bǔ)償水庫應(yīng)是動(dòng)態(tài)變化的

常規(guī)計(jì)算方法進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，一般多將水庫群中調(diào)節(jié)性能差、綜合用水要求多的水庫定為被補(bǔ)償水庫，令其按各自最有利的方式(即單獨(dú)運(yùn)行中的最佳方式)運(yùn)行；而以調(diào)節(jié)性能好、水利任務(wù)較單純的水庫作為補(bǔ)償水庫，按對(duì)其它各水庫的供水量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞竭\(yùn)行[2,5- 6]。但實(shí)際水庫群的情況是多變的，特別是各水庫調(diào)節(jié)能力和綜合利用約束條件相差不大時(shí)，隨著水庫蓄水和供水灌溉情況變化，補(bǔ)償與被補(bǔ)償水庫的條件也可能是動(dòng)態(tài)互相轉(zhuǎn)化的，改進(jìn)方法應(yīng)動(dòng)態(tài)確定補(bǔ)償與被補(bǔ)償水庫，動(dòng)態(tài)判斷確定各水庫的最優(yōu)蓄水、供水次序，這樣才能符合庫群實(shí)際運(yùn)行條件，避免固定補(bǔ)償?shù)膯栴}。

2.5 徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法應(yīng)符合水庫實(shí)際運(yùn)行條件

供水或灌溉水庫群水利計(jì)算應(yīng)在滿足水庫承擔(dān)任務(wù)要求前提下，以水庫群整體效益最優(yōu)為計(jì)算目標(biāo)。梯級(jí)水庫群補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算可以自上而下依次進(jìn)行，下梯級(jí)水庫入庫流量等于上梯級(jí)水庫調(diào)節(jié)后的下泄量和區(qū)間來水量之和；對(duì)于水庫相距較遠(yuǎn)的梯級(jí)，上梯級(jí)水庫下泄量和區(qū)間來水量可以考慮分別進(jìn)行水流演進(jìn)后再相加。對(duì)于單純供水或灌溉串聯(lián)的梯級(jí)水庫，按常規(guī)方法的補(bǔ)償原則，最有利的運(yùn)行方式是上游水庫先蓄水、下游水庫先供水[4- 5，7- 8]，即下游水庫作被補(bǔ)償水庫、上游水庫作為補(bǔ)償水庫。這往往會(huì)發(fā)生供水或蓄水過于集中，下游水庫可能較快放空、上游水庫可能較快蓄滿，水庫放水過程可能變化較大。但實(shí)際工程中單純供水或灌溉的串聯(lián)水庫幾乎是不存在的，各水庫都可能還牽涉到防洪、發(fā)電、庫區(qū)淹沒、庫區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖、上下游防汛、工程安全等諸多問題。實(shí)際工程運(yùn)行管理過程中，非特殊情況一般是不允許出現(xiàn)下游水庫處于較低水位或放空、上游水庫同時(shí)處于較高水位或蓄滿棄水的狀況。實(shí)際工程運(yùn)行中必須考慮各水庫工程的綜合效益和不利影響，一般以要求各水庫相對(duì)均衡供水、穩(wěn)定運(yùn)行更為普遍。所以，在供水或灌溉水庫群徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法改進(jìn)中，不再追求不符合工程實(shí)際運(yùn)行條件的數(shù)學(xué)意義上的單庫最優(yōu)方式，而改以各水庫相對(duì)均衡供水為基礎(chǔ)，以各庫總棄水量最小為直接目標(biāo)。

2.6 聚合分解法的思路

水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法改進(jìn)，主要采用聚合分解法，其主要思路是把水庫群各水庫的重要指標(biāo)進(jìn)行聚合，把入庫徑流、調(diào)節(jié)庫容進(jìn)行算術(shù)相加，得出一個(gè)能近似代表水庫群的單一聚合水庫；然后，對(duì)聚合水庫采用單一水庫計(jì)算方法作徑流調(diào)節(jié)計(jì)算；最后，再按照各庫同時(shí)間動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)盡量相等為原則，把聚合水庫計(jì)算的結(jié)果分解到各個(gè)水庫中。

3 改進(jìn)方法的計(jì)算步驟

3.1 基本資料準(zhǔn)備

水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)所需要的資料應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和格式、同步時(shí)間。主要資料有：各水庫庫容與水位關(guān)系、發(fā)電尾水河道水位與流量關(guān)系、徑流系列年各時(shí)段入庫徑流、總城鎮(zhèn)供水或灌溉需水系列、水庫正常蓄水位及庫容、水庫汛期限制水位及庫容、汛期開始和終止時(shí)間、水庫死水位及庫容、水庫水量損失、生態(tài)環(huán)保等用水、各水庫放水建筑物最大和最小放水能力、發(fā)電裝機(jī)容量、供水和灌溉及發(fā)電設(shè)計(jì)保證率、引水系統(tǒng)水頭損失、水輪發(fā)電機(jī)組出力限制條件、綜合出力系數(shù)等。

3.2 確定起止時(shí)段和庫容

一般可從長系列第一個(gè)時(shí)段開始，根據(jù)對(duì)水文情勢(shì)的分析，選擇從死庫容、汛限水位對(duì)應(yīng)庫容、正常蓄水位對(duì)應(yīng)庫容等適當(dāng)?shù)膸烊萜鹫{(diào)，系列年各時(shí)段應(yīng)連續(xù)計(jì)算。如起調(diào)庫容難以準(zhǔn)確確定，也可根據(jù)初步徑流調(diào)節(jié)過程分析，重新確定起調(diào)時(shí)段和庫容。計(jì)算系列末庫容是系列連續(xù)計(jì)算的結(jié)果，由于已遠(yuǎn)離起點(diǎn)，系列中一般已經(jīng)歷了豐、枯水時(shí)段，結(jié)束時(shí)段末庫容一般已不受起始庫容的影響。如要求最后一個(gè)時(shí)段水庫調(diào)節(jié)末庫容結(jié)束于起調(diào)庫容或其它某一特定庫容，可以在系列年的計(jì)算過程中尋找符合條件的終點(diǎn)時(shí)段。

3.3 水庫群的聚合

由于水庫群內(nèi)水庫非單獨(dú)運(yùn)行，水庫之間串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)結(jié)構(gòu)多樣，組成的水庫群系統(tǒng)可能復(fù)雜多變，同時(shí)直接對(duì)各單庫進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算可能較困難，難以準(zhǔn)確、快速協(xié)調(diào)各水庫供蓄水的過程并同時(shí)實(shí)現(xiàn)庫群總體棄水最小。為解決這一問題，利于庫群運(yùn)行控制，首先簡化次要因素，把多個(gè)水庫組合為一個(gè)簡單的聚合水庫。在形成聚合水庫過程中，只保留水庫群與主要供水或灌溉任務(wù)相關(guān)的因素(徑流、調(diào)節(jié)庫容等)，而暫時(shí)忽略水庫群其它非主要因素(如水位、水力發(fā)電等)，把庫群內(nèi)各水庫獨(dú)立的入庫徑流同期相加形成聚合水庫的入庫徑流過程，把庫群內(nèi)各水庫獨(dú)立的調(diào)節(jié)庫容相加作為聚合水庫的調(diào)節(jié)庫容。因聚合水庫人為地避免了各水庫徑流、調(diào)節(jié)庫容的分配不均，為供水灌溉徑流調(diào)節(jié)提供了最理想的條件。

3.4 聚合水庫的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

聚合水庫形成后，水庫群的補(bǔ)償調(diào)節(jié)就暫時(shí)轉(zhuǎn)化為單一聚合水庫的調(diào)節(jié)計(jì)算。單一水庫的供水或灌溉徑流調(diào)節(jié)計(jì)算有較為成熟的方法?？梢圆捎脝螏斓某Ｒ?guī)方法[2]及其改進(jìn)方法[15- 16]或者其它合適的方法進(jìn)行供水或灌溉徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。如總供水任務(wù)中還涉及水庫群以外的供水或灌溉設(shè)施，如抽水補(bǔ)給站、其它小水庫或反調(diào)節(jié)水庫等，還要通過聚合水庫與其它供水或灌溉設(shè)施的聯(lián)合水資源分配計(jì)算。聚合水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的目的，是要得出聚合水庫理想的供水或灌溉過程，為下步再分解到各水庫中做準(zhǔn)備。

3.5 聚合水庫的分解計(jì)算

3.5.1分解調(diào)節(jié)的原理與目標(biāo)

聚合水庫的分解計(jì)算主要采用水庫空閑庫容系數(shù)，判別確定各水庫的蓄放水次序。即以水庫群各水庫同一時(shí)間段內(nèi)空閑庫容系數(shù)盡可能相等為原則，調(diào)節(jié)各水庫運(yùn)行狀態(tài)，分配聚合水庫的供水量，以實(shí)現(xiàn)水庫群棄水量最小、供水或灌溉水量最大的目的。

動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空:

Β空=(V興-W)/W總

式中，V興—單一水庫的興利調(diào)節(jié)庫容；W—計(jì)算時(shí)段初(末)的水庫蓄水量；W總—單一水庫多年平均徑流量，或分期年均入庫水量

動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空的大小反映了水庫某時(shí)刻的蓄水和剩余興利調(diào)節(jié)庫容的相對(duì)大小，Β空值越大表示水庫已蓄水量相對(duì)越少、承蓄新來水的能力相對(duì)越大，其發(fā)生棄水的可能性就越小。容易推斷或證明，在庫群運(yùn)行的全過程中，水庫空閑庫容系數(shù)Β空在各庫之間動(dòng)態(tài)相等時(shí)，各水庫的可能棄水之和是最小的。水庫群分解調(diào)節(jié)的原則為:水庫空閑庫容系數(shù)Β空小者多供水， 水庫空閑庫容系數(shù)Β空大者少供水或不供水。在各水庫分解調(diào)節(jié)的供蓄水過程中， 盡可能保持同一時(shí)間各水庫的空閑庫容系數(shù)Β空相等，即可使水庫群盡可能減小棄水， 增加供水或灌溉水量。

3.5.2調(diào)節(jié)計(jì)算的約束條件

在調(diào)節(jié)計(jì)算的過程中應(yīng)已知或假定各水庫參數(shù)(如正常蓄水位、死水位、防洪限制水位、興利庫容、放水和棄水設(shè)施規(guī)模等)，在調(diào)節(jié)計(jì)算的全部過程中都要遵守各項(xiàng)約束條件。主要約束條件有水庫群總有效蓄水量、各水庫最大和最小有效蓄水量、各水庫最大和最小放水量(含發(fā)電流量)、各水庫水量平衡、需水庫群總供水量、調(diào)節(jié)期各水庫的來水量、水庫其它用水和水量損失等。

3.5.3分解調(diào)節(jié)計(jì)算的具體內(nèi)容

分解調(diào)節(jié)計(jì)算過程中，要先根據(jù)每時(shí)段的變化情況和約束條件，把依據(jù)約束條件可以直接計(jì)算確定水庫蓄水或放水的調(diào)節(jié)計(jì)算內(nèi)容直接確定，把不能依據(jù)約束條件直接確定的時(shí)段進(jìn)一步采用動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空進(jìn)行分解試算，確定各水庫實(shí)際供水量。一般內(nèi)容有以下幾類：

(1)無供水或灌溉需水：即面臨時(shí)段水庫無供水任務(wù)，各水庫此時(shí)只需自然蓄放，無專門放水任務(wù)，其它符合各水庫約束條件即可。

(2)水庫棄水可以滿足用水之需：各水庫按約束條件運(yùn)行產(chǎn)生的棄水已足以滿足供水需要，各水庫不需要再為供水或灌溉目的放水。

(3)發(fā)生供水或灌溉破壞：入庫徑流和各水庫有效調(diào)節(jié)庫容內(nèi)蓄水全部放完仍滿足不了供水或灌溉要求，發(fā)生供水或灌溉破壞，此時(shí)段各水庫放水至水庫允許最低水位。

(4)棄水不足，部分供水需要分配：水庫有部分棄水，但棄水量較小，尚不足以滿足供水或灌溉之需，不足供水部分不能僅依約束條件簡單確定，需要用動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空進(jìn)行試算分配確定。

(5)無棄水，不破壞，供水量需分配：該時(shí)段水庫無棄水，水庫來水加蓄水可以滿足用水需要，不發(fā)生供水破壞，各水庫供水量需要用動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空進(jìn)行試算分配。

對(duì)于(4)按不足供水部分、對(duì)于(5)按水庫群全部需水(即聚合水庫計(jì)算的供水)逐時(shí)段對(duì)全部水庫用動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空進(jìn)行試算分配各水庫放水量。試算時(shí)假定時(shí)段末各水庫空閑庫容系數(shù)Β空為某一初始值，計(jì)算各庫可供水量，如計(jì)算得各水庫總可供水量與需供水量不符時(shí)，修正空閑庫容系數(shù)再重復(fù)上述計(jì)算，直至各水庫總可供水量與需供水量之差小于允許值，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)時(shí)段繼續(xù)完成全部系列計(jì)算。

3.5.4分解調(diào)節(jié)計(jì)算的其它問題說明

(1)動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)計(jì)算

Β空=(V興-W)/W總

W總一般用水庫多年平均徑流量，如有必要，也可以分期計(jì)算和使用，如用汛期、非汛期等時(shí)間段分別計(jì)算，但不宜分期過多，以保證合理性、穩(wěn)定性。

(2)來水預(yù)報(bào)問題

計(jì)算中不考慮來水的中長期預(yù)報(bào)，一般按時(shí)段末控制水位和流量，實(shí)質(zhì)是假定已知面臨時(shí)段的入庫水量，有部分短期來水預(yù)報(bào)的因素；也可以按時(shí)段初水庫蓄水量就分配各水庫供水量，這樣完全沒有來水預(yù)知預(yù)報(bào)的問題。水庫群水利計(jì)算時(shí)段一般按月(旬)計(jì)算，實(shí)際水庫運(yùn)行過程中還可以根據(jù)實(shí)際來水逐步修正運(yùn)行方式、細(xì)化運(yùn)行方案，計(jì)算時(shí)預(yù)知一個(gè)時(shí)段的來水是基本符合水庫實(shí)際條件的。

(3)串聯(lián)水庫注意問題

采用聚合分解法進(jìn)行水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)方法，可以適用于串、并、混聯(lián)水庫群。但對(duì)串聯(lián)水庫應(yīng)注意：串聯(lián)水庫中的上游水庫獨(dú)立供水量是否受到下游水庫過水能力限制；上游水庫的棄水是下游水庫的部分來水，而不是水庫群真正的棄水?？臻e庫容系數(shù)計(jì)算時(shí)，實(shí)際的串聯(lián)水庫一般直接以各水庫單獨(dú)的徑流參與計(jì)算，對(duì)于上游水庫很小而下游水庫較大的情況，空閑庫容系數(shù)計(jì)算時(shí)可用上下游水庫調(diào)節(jié)庫容占比分配多年平均入庫徑流，這可以促進(jìn)均衡供水、加快計(jì)算收斂速度，分解計(jì)算過程中仍以各庫實(shí)際入流過程計(jì)算。

(4)供水灌溉水庫數(shù)量

用動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)Β空進(jìn)行試算分配各水庫放水量，初始參與分配的一般是全部水庫，但可能因各水庫面臨時(shí)段Β空相差較大，最后分配的結(jié)果不一定全部水庫都實(shí)際供水，可能只有部分水庫實(shí)際供水。因庫容蓄水來水等情況差別限制，部分時(shí)段沒有條件達(dá)到Β空相等，只能是盡可能相等。

(5)分解計(jì)算的結(jié)果

因分解調(diào)節(jié)計(jì)算中各水庫的庫容和徑流是實(shí)際的，計(jì)算條件不如聚合水庫理想，所以分解水庫的實(shí)際供水量應(yīng)該是等于或小于聚合水庫供水量。

3.6 確定水庫群徑流調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果

通過水庫群供水或灌概全系列先聚合再分解的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，確定了計(jì)算方案中水庫群及各水庫的運(yùn)行方式、供水或灌溉水量，即可對(duì)徑流調(diào)節(jié)的全過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選擇輸出各水庫供水灌溉過程和多年運(yùn)行特征值，選擇統(tǒng)計(jì)、輸出各水庫其它指標(biāo)(如水位、水頭、發(fā)電指標(biāo)等)。如需要分析確定水庫的設(shè)計(jì)特征值、不同水庫特征值變化與供水或灌溉之間的關(guān)系，需要擬定更多的計(jì)算方案重復(fù)計(jì)算類似方案。

3.7 繪制各水庫的調(diào)度圖

SL104—2015中13.0.6條“水庫群供水(或灌概)水利計(jì)算的主要內(nèi)容應(yīng)包括:分析各水庫的供水(或灌溉)水量、運(yùn)行方式及設(shè)計(jì)供水(或灌溉)保證率的關(guān)系，確定新建水庫的興利特征水位，繪制各水庫調(diào)度圖，編制水庫群應(yīng)急供水調(diào)度方案”。水庫水利計(jì)算中一般習(xí)慣把未編制調(diào)度圖之前，按照一定運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行的水量平衡計(jì)算稱之為徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，而把編制水庫調(diào)度圖后按調(diào)度圖再進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算稱之為水庫調(diào)度。對(duì)單純供水或灌溉水庫群，如沒有加大供水任務(wù)，只需要進(jìn)行庫群及各水庫的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，不需要再編制各水庫的調(diào)度圖；對(duì)于有其它綜合利用或需要加大供水量、也允許加大供水的水庫，可以同一般單獨(dú)水庫一樣編制水庫調(diào)度圖，在不減小水庫主要供水灌溉任務(wù)的前提下增加其它綜合利用或加大供水效益。關(guān)于供水、灌溉或以供水灌溉為主的單一水庫調(diào)度圖的編制及調(diào)度可參見文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[17- 18]。水庫群中直接向下游供水的并聯(lián)水庫、串聯(lián)水庫中的最下游水庫可以按前述方法與一般水庫一樣編制和使用調(diào)度圖；而串聯(lián)水庫的上游水庫、其它對(duì)下游水庫入庫徑流有影響的水庫，其編制調(diào)度圖后的水庫調(diào)度可能會(huì)改變下游水庫的徑流過程，可能會(huì)影響前述的水庫群的水量分配，應(yīng)分析調(diào)度方案利弊大小，一般情況下水庫非主要供水任務(wù)不應(yīng)影響主要供水任務(wù)，應(yīng)通過綜合比較后，再確定水庫調(diào)度圖。

4 計(jì)算實(shí)例

4.1 計(jì)算條件

水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)改進(jìn)方法已數(shù)次應(yīng)用于不同水庫群，在2000年編制《安徽省淠史杭灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃報(bào)告》中，作者用改進(jìn)方法完成了淠河灌區(qū)佛子嶺、磨子潭、白蓮崖、響洪甸四座大型水庫組成水庫群的灌溉供水徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)計(jì)算。水庫群集水面積共3240km2，總庫容38.2億m3，興利庫容共17.6億m3，多年平均來水量共26.8億m3。下游淠河灌區(qū)面積660萬畝，還有合肥市、六安市等城鎮(zhèn)供水任務(wù)，各大水庫均有防洪、供水、灌溉、發(fā)電等綜合效益。水庫群及灌區(qū)相對(duì)位置如圖1所示，其中磨子潭水庫與白蓮崖水庫并聯(lián)后與佛子嶺水庫串聯(lián)，響洪甸水庫與佛子嶺水庫并聯(lián)，四個(gè)水庫組成一混聯(lián)水庫群。計(jì)算系列為1951—1998年，城市供水保證率98%、灌溉保證率80%、發(fā)電保證率85%。

4.2 計(jì)算內(nèi)容及結(jié)果

淠河水庫群以灌溉和供水為主，發(fā)電服從灌溉和供水，不允許其加大供水。首先將四座水庫聚合為一座聚合水庫；然后進(jìn)行聚合水庫、灌區(qū)反調(diào)節(jié)水庫、灌區(qū)抽水補(bǔ)給站之間的聯(lián)合徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，確定灌區(qū)內(nèi)多種水源之間的水量調(diào)配和平衡，求出聚合水庫理想的灌溉、供水過程(本例聚合水庫與其它水源之間的水量分配不是本文研究的對(duì)象，詳細(xì)內(nèi)容省略)；最后對(duì)聚合水庫供水過程進(jìn)行分解計(jì)算，以同一時(shí)段各水庫動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)盡量相等為準(zhǔn)則，合理分配聚合水庫各時(shí)段的灌溉、供水量到各個(gè)水庫，各水庫水電站僅利用灌溉供水和水庫棄水發(fā)電。計(jì)算采用長系列時(shí)歷法，補(bǔ)償水庫和被補(bǔ)償水庫在不同時(shí)段依據(jù)具體條件動(dòng)態(tài)變化，全部計(jì)算過程中都受水位、庫容、水量、時(shí)間、放水能力等條件的約束。主要計(jì)算結(jié)果見表1。

圖1 淠河灌區(qū)水庫群及灌區(qū)相對(duì)位置示意圖

表1 水庫群供水灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)主要結(jié)果表

4.3 結(jié)果分析比較

根據(jù)對(duì)計(jì)算結(jié)果分析，在聚合水庫過程中，將灌區(qū)上游四座大型水庫有效蓄水庫容和入庫的水量分別相相加，暫時(shí)忽略各水庫水量、庫容、調(diào)節(jié)性能的差別，暫不考慮發(fā)電用水需要，最大限度地滿足了本灌區(qū)灌溉、供水的要求，以此方法計(jì)算的灌溉供水過程是一理想的供水結(jié)果。再考慮各水庫的實(shí)際條件進(jìn)行分解計(jì)算，求出各水庫實(shí)際的供水過程。分解調(diào)節(jié)后實(shí)際的供水量比聚合水庫理想的供水量僅減小0.3%，這說明水庫群改進(jìn)的徑流調(diào)節(jié)方法是合理的。

本例計(jì)算中的常規(guī)方法采用的是簡單固定的補(bǔ)償水庫和被補(bǔ)償水庫的聯(lián)合調(diào)節(jié)，雖然由于水庫群總水量充足、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，可以基本滿足灌溉和供水需要，但其各水庫供水量集中，過程變化較大，對(duì)其它綜合利用任務(wù)不利。而用改進(jìn)方法是在各水庫相對(duì)均衡供水的前提下，以盡量減小各水庫可能棄水為目標(biāo)，各水庫供水過程相對(duì)穩(wěn)定，水庫群總灌溉供水量比常規(guī)方法增加0.2%，總發(fā)電量增加2.1%，電站總保證發(fā)電量增加22.4%。

5 結(jié)語

本文介紹的水庫群供水或灌溉徑流補(bǔ)償調(diào)節(jié)改進(jìn)方法，是以解決供水或灌溉水庫群在設(shè)計(jì)或運(yùn)行中的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算實(shí)際問題為目的，改正或避免了常規(guī)方法部分不合理問題，提出了逐時(shí)段動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、聯(lián)合補(bǔ)償分配水量、動(dòng)態(tài)空閑庫容系數(shù)作為判別條件等改進(jìn)措施，形成了完整、具體、通用的改進(jìn)方法，統(tǒng)一了常規(guī)方法中等多種計(jì)算模式。改進(jìn)方法實(shí)現(xiàn)了水庫均衡供水、總棄水最小的目標(biāo)，可以提高水庫灌溉供水量并有利于水庫的穩(wěn)定運(yùn)行和其它綜合利用。改進(jìn)方法提高了水庫群時(shí)歷法徑流調(diào)節(jié)計(jì)算技術(shù)理論上的合理性和實(shí)用價(jià)值，改進(jìn)方法水庫群聯(lián)合徑流調(diào)節(jié)規(guī)則明確、合理，能夠?qū)崿F(xiàn)水庫間的水文和庫容合理補(bǔ)償調(diào)節(jié)。改進(jìn)方法及其徑流調(diào)節(jié)規(guī)則可以普遍適用于串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等復(fù)雜水庫群，但因水庫群組成情況多變，其具體計(jì)算軟件尚難以做到全部通用，要依具體水庫群組成情況進(jìn)行一定的調(diào)整。