數(shù)理統(tǒng)計(jì)法在麻武水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算中的應(yīng)用分析

摘要：規(guī)劃新建水庫(kù)時(shí)，根據(jù)用水要求確定興利庫(kù)容是水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的重要內(nèi)容。本文以平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)麻武水庫(kù)為例，針對(duì)擬建水庫(kù)壩址無(wú)實(shí)測(cè)徑流系列的情況，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的興利庫(kù)容進(jìn)行了詳細(xì)地分析，計(jì)算結(jié)果表明，考慮蒸發(fā)滲漏損失后麻武水庫(kù)的興利庫(kù)容為249.61萬(wàn)m3。該計(jì)算方法庫(kù)容系數(shù)已制有現(xiàn)成的圖可供查用（普列什柯夫線(xiàn)解圖），計(jì)算方法簡(jiǎn)便，成果可靠，可為類(lèi)似工程計(jì)算工程規(guī)模提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)徑流系列 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法 興利庫(kù)容計(jì)算 多年調(diào)節(jié)水庫(kù)

1 概述

規(guī)劃設(shè)計(jì)水庫(kù)時(shí)進(jìn)行的徑流調(diào)節(jié)計(jì)算具有預(yù)報(bào)工程未來(lái)工作情況的性質(zhì)，調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果一般用P設(shè)、Q調(diào)、V興三者的關(guān)系表示。采用時(shí)歷法進(jìn)行計(jì)算，概念清晰，方法簡(jiǎn)便。但當(dāng)徑流系列較短時(shí)，多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的蓄放循環(huán)周期少，代表性差，影響計(jì)算成果的可靠性。尤其對(duì)于相對(duì)庫(kù)容較大、調(diào)節(jié)周期很長(zhǎng)的多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，時(shí)歷法徑流調(diào)節(jié)結(jié)果的精度難以滿(mǎn)足要求，常用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算。本文以麻武水庫(kù)為例，對(duì)多年調(diào)節(jié)水庫(kù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算興利庫(kù)容的方法進(jìn)行闡述，通過(guò)分析可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供重要的參考價(jià)值。

2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法水利調(diào)節(jié)計(jì)算的原理

當(dāng)年用水量超過(guò)設(shè)計(jì)枯水年年水量時(shí)，一般即需進(jìn)行多年調(diào)節(jié)。多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的作用是既可以存蓄豐水年多余的水，又可以根據(jù)用水過(guò)程重新分配年內(nèi)徑流[1]。目前，國(guó)內(nèi)外計(jì)算多年調(diào)節(jié)水庫(kù)庫(kù)容的常用方法為數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，其庫(kù)容由年庫(kù)容和多年庫(kù)容兩部分組成。年調(diào)節(jié)庫(kù)容通過(guò)采用典型年法對(duì)年內(nèi)徑流重新調(diào)節(jié)，從而算得所需的庫(kù)容;多年庫(kù)容用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算，參數(shù)可從普列什柯夫線(xiàn)解圖中查取[2]。將算得的年庫(kù)容和多年庫(kù)容相加可得興利庫(kù)容，即：V興=V年+V多。

根據(jù)《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》（SL104-2015）[3] 附錄A3.1.1 條：計(jì)算年調(diào)節(jié)庫(kù)容時(shí)，可選取若干個(gè)年來(lái)水量接近年需水量的代表年，按典型年法求得年調(diào)節(jié)庫(kù)容，對(duì)多年調(diào)節(jié)程度較高的情況，年調(diào)節(jié)庫(kù)容可選擇平均值或略偏大值，對(duì)多年調(diào)節(jié)程度較低的情況，年調(diào)節(jié)庫(kù)可選擇偏大值。多年調(diào)節(jié)庫(kù)容計(jì)算固定供水情況時(shí)：當(dāng)年徑流過(guò)程為P-Ⅲ型分布且年徑流系列獨(dú)立時(shí)，可根據(jù)已知的P設(shè)、變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs、調(diào)節(jié)系數(shù)α，從普列什柯夫線(xiàn)解圖中查得多年庫(kù)容系數(shù)β多，從而可算得多年調(diào)節(jié)庫(kù)容，計(jì)算公式如下：

3 計(jì)算實(shí)例分析

3.1工程概況

麻武水庫(kù)壩址位于月明村下游澗溝河溝道內(nèi)，距上游月明村3.5km，距下游澗溝河與策底河交匯口13.75km。壩址處多年平均徑流量為467.09萬(wàn)m3，P=95%設(shè)計(jì)年徑流量為158.81萬(wàn)m3，規(guī)劃水平年需水量為279.10萬(wàn)m3，來(lái)水量小于需水量，水庫(kù)要滿(mǎn)足需水要求只能進(jìn)行多年調(diào)節(jié)。本次興利調(diào)節(jié)采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行計(jì)算，將算得的V年和V多相加，再考慮水庫(kù)的蒸發(fā)和滲透損失，即可求得V興。

3.2徑流分配過(guò)程

澗溝河徑流主要來(lái)源于大氣降水，由于缺乏徑流觀測(cè)資料，麻武水庫(kù)斷面徑流年內(nèi)分配根據(jù)崆峒區(qū)1956—2017年降水量資料統(tǒng)計(jì)后，按各月多年平均降水量占多年平均年降水量的比例進(jìn)行分配。麻武水庫(kù)徑流年內(nèi)分配成果見(jiàn)表l。

3.3計(jì)算成果分析

3.3.1不計(jì)水量損失時(shí)的興利庫(kù)容計(jì)算

（1）年庫(kù)容計(jì)算。

麻武水庫(kù)壩址處來(lái)水量較小，且來(lái)水年內(nèi)變化極大，為保證溝道地表徑流不斷流，本次設(shè)計(jì)生態(tài)流量均按溝道壩址處天然徑流量的10%作為設(shè)計(jì)值。在枯水期，最小下泄流量不應(yīng)小于0.015m3/s。年庫(kù)容采用典型年法計(jì)算，典型年的選取原則為： 第一，年來(lái)水量不小于年需水量的年份;第二，典型年年內(nèi)分配采用多年平均的年內(nèi)分配情況[4]。根據(jù)典型年法分析年內(nèi)調(diào)節(jié)V年為71.88萬(wàn)m3。計(jì)算成果見(jiàn)下表2。

（2）多年庫(kù)容的計(jì)算。

麻武水庫(kù) =0.088m3/s， =0.148m3/s， =（0.088m3/s）/（0.148m3/s）=0.5975，在設(shè)計(jì)保證率P=95%，水庫(kù)入流參數(shù)Cv=0.5的情況下查普列什柯夫線(xiàn)解圖得 =0.34，則多年調(diào)節(jié)庫(kù)容 =0.34×467.09萬(wàn)m3=156.48萬(wàn)m3。

（3）數(shù)理統(tǒng)計(jì)法興利庫(kù)容 。

根據(jù)典型年調(diào)節(jié)和多年庫(kù)容計(jì)算結(jié)果，麻武水庫(kù)年調(diào)節(jié)庫(kù)容為71.88m3，多年庫(kù)容為156.48萬(wàn)m3，則興利庫(kù)容為228.36萬(wàn)m3。

3.3.2考慮水量損失時(shí)的興利庫(kù)容計(jì)算

（1）水庫(kù)蒸發(fā)和滲漏損失量。

水庫(kù)的蒸發(fā)損失按照水庫(kù)各月（水面蒸發(fā)量-陸面蒸發(fā)量）×各月平均水面面積的公式計(jì)算[5-6]。20cm口徑蒸發(fā)器折算為水面蒸發(fā)折算系數(shù)為0.53。根據(jù)崆峒區(qū)氣象站多年平均蒸發(fā)量為1561.02mm，蒸發(fā)量為直徑20cm蒸發(fā)皿觀測(cè)資料，則水面蒸發(fā)量為827.33mm。采用多年平均降雨量和多年平均徑流深之差作為陸面蒸發(fā)的估算值，多年平均降雨量為516.5mm，徑流深為130mm，陸面量為386.5mm，算得水庫(kù)蒸發(fā)損失量為440.83mm。

水庫(kù)的滲漏損失量通過(guò)查滲漏計(jì)算經(jīng)驗(yàn)數(shù)值表得出，麻武水庫(kù)的滲漏損失量按水文地質(zhì)條件中等考慮其滲漏損失深度取500mm，平均分配到月，則麻武水庫(kù)的蒸發(fā)滲漏損失量為940.83mm。

（2）水庫(kù)平均水面面積計(jì)算。

在設(shè)計(jì)中小型水庫(kù)時(shí)，可按照簡(jiǎn)化的方法計(jì)算水庫(kù)的平均水面面積[7]：將不計(jì)水量損失時(shí)算出的興利庫(kù)容之半加上死庫(kù)容，作為水庫(kù)的全年平均蓄水量，再?gòu)乃畮?kù)的特性曲線(xiàn)上查得蓄水量對(duì)應(yīng)的水面面積。根據(jù)該方法計(jì)算出年損失水量，平均分配到月。考慮水量損失后的V興為不計(jì)損失時(shí)的興利庫(kù)容加上供水期總損失水量。根據(jù)水位庫(kù)容曲線(xiàn)查得，麻武水庫(kù)多年平均水面面積為22.59萬(wàn)m2。

由于蒸發(fā)與溫度、濕度飽和差及風(fēng)速等有關(guān)，在各年各月是變化的，因此，按月計(jì)算較為合理，經(jīng)水利計(jì)算，95%保證率下麻武水庫(kù)供水期蒸發(fā)滲漏損失為21.25萬(wàn)m3。綜合考慮年調(diào)節(jié)庫(kù)容、多年調(diào)節(jié)庫(kù)容、供水期蒸發(fā)滲漏損失3項(xiàng)，正常供水情況下水庫(kù)興利庫(kù)容為249.61萬(wàn)m3。興利庫(kù)容計(jì)算成果見(jiàn)表3。

4 結(jié)語(yǔ)

利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行興利庫(kù)容計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是：第一，僅需有年徑流的概率分布便可進(jìn)行計(jì)算，特別適用于資料短缺情況;第二，考慮了徑流的各種可能組合情況，對(duì)于多年調(diào)節(jié)水庫(kù)來(lái)講，數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際;第三，可求得庫(kù)空、庫(kù)滿(mǎn)、各種蓄水情況、不足水量、多余水量等的概率;第四，該方法計(jì)算簡(jiǎn)便，成果可靠，可解決較復(fù)雜的徑流多年調(diào)節(jié)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]王丹.數(shù)理統(tǒng)計(jì)法在清河水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算中的應(yīng)用[J].水與水技術(shù)，2021（00）：196-199.

[2]涂顯江. 概率法（庫(kù)容相加法）在水利調(diào)節(jié)計(jì)算中的應(yīng)用分析[J].吉林水利，2018（8）：39-40，48.

[3]王平.《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》中供水與灌溉調(diào)度圖編制探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2018（6）：37-41.

[4]周方.基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)水庫(kù)興利庫(kù)容計(jì)算復(fù)核實(shí)例分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2019（3）：39-41.

[5]周婷，劉曉麗，朱梅.基于團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式的教學(xué)改革實(shí)踐及評(píng)價(jià)——以水利水能規(guī)劃課程為例[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2020（3）：259，261.

[6]張浩斐.基于非一致性哈拉沁小流域水文頻率分析及水庫(kù)特征值校驗(yàn)研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[7] 左蕓.合成庫(kù)容法分析小型水庫(kù)多年調(diào)節(jié)的興利庫(kù)容[J].甘肅水利水電技術(shù)，2015，51（1）：31-33.

作者簡(jiǎn)介：劉慧榮（1988—），女，碩士，工程師，主要從事水文及水資源工程工作。