多水库联合调节计算分析

于洪强，常宇峰

（吉林省水文水资源局四平分局 ,吉林 四平 136000）

多水库联合调节计算分析

于洪强，常宇峰

（吉林省水文水资源局四平分局 ,吉林 四平 136000）

文中以四平应急供水工程水资源论证为实例，采用两个水库联合供水长系列法和拦河坝蓄水工程代表年法，对多个水库联合调度供水应用进行了计算方法探讨，并分析在满足保证率的前提下，提出了利用水资源并确定合理工程规模的目标。

多水库；保证率；长系列法；代表年法；调节计算

1 工程设计概况

山门水库建于1958 年，是为四平城区供水的一座中型水库。设计标准为百年一遇设计，千年一遇校核，总库容 2235 万 m3，兴利库容 1398 万m3。年可供水量为 707 万 m3。2010 年实际供水量为545 万 m3。

转山湖水库建于叶赫河上游，位于四平市区东南部，2010 年实际供水量为 40 万 m3，用于水田灌溉。为解决四平市近年来随着经济快速发展，现有水源地供水能力严重不足的局面。将市郊区转山湖水库之水资源引到山门水库，进而为四平城市生活、生产、生态供水。需要将山门和转山湖水库进行联合调度给四平市区供水。

2 气象水文特征

叶赫镇属于东部季风区北温带半湿润大陆性气候。无霜期 130~150d，年平均日照 2546h，冻结期由 11 月至翌年 3 月，长达 5 个月之久，最大冻结深度 1.48m。多年平均气温 6 ℃，7 月份月平均气温为 23.2 ℃。多年平均相对湿度 66%，多年平均降水量 658.7mm，但降水量年内分配不均，6—9 月份降水量占全年的 60%~70%。多年平均年水面蒸发量 772.1mm。

3 可供水量及供水保证率计算分析

3.1 计算方法

3.1.1 长系列法

长系列法的通用方法是根据水文的随机原理，分析得出来水量的系列，要求不小于 30 年；对应分析提出 30 年系列的需水量，按年对年进行供需平衡计算分析，得出满足要求的供水年份，得出供水保证率及供水量等值。

该方法计算根据各年分时段的水库来水量及初步确定的同步用水量，按设定的调节库容顺序进行径流调节计算计算公式为：

V月末=V月初+W来-W用-W损-W弃

式中：V月末、V月初分别为水库月末蓄水量和月初蓄水量；W来水库本月来水量；W用水库综合利用各部门本月用水量；W损水库蒸发、渗漏等损失水量之和；W弃水库本月弃水量。

正常供水保证率根据计算系列中水库不放空的正常供水年数，按水利年度计与计算系列年数，按期望值经验公式计算：

式中：P——供水保证率；m——正常供水年数；n——计算系列年数。

这次计算使用的转山湖水库和山门水库调度供水计算，系列采用 1956—2010 年，水库实测资料系列为 1982-2010 年，1956-1981 年为插补系列。资料系列为 55年。对转山湖水库的可供水量分析成果是以水库建成后的下垫面条件按照《全国水资源规划技术大纲》的要求，对水库进行计算的成果，资料具有一致性。计算所采用的基础资料系列为 55 年，所以资料系列的一致性、代表性和可靠性较好。可以作为径流分配计算的依据。

3.1.2 代表年法

代表年法是对相当某一频率的水文年份进行水资源供需平衡分析计算，并以该频率作为此供水量下的供水保证率，由于枯水年的保证率应与供水设计保证率接近，所以应结合来水、用水情况进行选择，且代表年的选择具有一定的难度及偶然性，需尽可能多选典型年（特别是枯水年）进行比较，以提高计算精度。

3.2 单个水库可供水量计算结果

城市供水保证率应根据城市性质、规模及水源条件，按近期、远期分别分析确定。其中，大、中城市的生活供水保证率不低于 95%。由于四平市属于中小型城市，确定四平市年供水保证率为 90%。

3.2.1 转山湖水库可供水量分析

年供水保证率为 90%的情况下，用转山湖水库兴利库容 1830 万 m3为控制，按年供水 8 个月，满足下游灌溉用水要求，扣除 5%的输水损失，对水库 1956-2010 年 55 年径流系列资料进行逐月调节分析计算，推算出转山湖水库供水保证率为90%时，年可引水量为 1016 万 m3。

3.2.2 拦河坝工程可供水量分析

由于拦河坝蓄水工程没有实测资料，所以采用转山湖径流量为依据，采用面积倍比法计算，在1956-2010 年共 55 年的区间来水量资料系列中，选取年来水量接近保证率 90%的 2000 年作为典型年，以该年旬月来水量和拦河坝库容 20 万 m3进行旬调节计算，供水时间同为 4-11 月，其年可引水量为 162 万 m3。

3.2.3 山门水库可供水量计算

为了进行应急引水工程的最终引水量，首先对山门水库的供水能力进行了复核调节计算，根据水库来水量 1956-2010 年 55 年月年系列资料及水库兴利库容 1398 万 m3，参考设计年供水能力 707 万 m3，进行逐月调节计算，其结果是在供水保证率 90%的情况下，月平均可供水 58.8 万 m3，年可供水 705.6 万 m3。

3.3 两个水库和拦河坝蓄水工程联合调节计算

根据为四平市年供水保证率 90%的情况下，转山湖水库的可引水量及和拦河坝可引水量的总和作为山门水库的引水量，进行山门水库的调节计算，其结果是 55 年资料系列的调节计算，在 1，2，3，12 月供水为 59 万 m3，4-11 月供水 190 万 m3情况下，可保证 50 年，供水保证率为 91%，仅有 5年不能保证，考虑城市供水的破坏深度控制在20%，在不能保证的 5 年中，每年 4-11 月供水由190 万 m3，减少到 152 万 m3均可保证。

根据上述山门水库的供水过程及来水过程，推算出需拦河坝及转山湖水库提供扣除 5%输水损失的需水过程，每月需要转山湖水库及拦河坝提供总水量为 131 万 m3，只有 1976 年到 1980 年每月需要转山湖水库及拦河坝提供总水量为 141万 m3，即拦河坝采用典型年的供水过程，不足部分有转山湖水库供水，最大月需水量为 148 万 m3，在转山湖水库满足下游灌溉用水、生态用水、扣除输水损失等需求进行调节计算，其结果是完全可以满足山门水库的需水要求。

4 结语

1）根据以上计算结果，转山湖水库应急引水工程最大月供水量 148 万 m3，年最大可引水量为1184 万 m3，可增加山门水库年供水能力 1048 万m3能够缓解四平市区的用水压力，为四平市的经济发展提供了可靠保证。

2）由于该引水工程不是直接对城市供水，需经过山门水库进行反调节后再为城市供水，因此建议在引水期对转山湖水库、拦河坝和山门水库的供水方式进行科学合理调度。

3）对于具有水力联系的水库群,由于系统组成结构、水力联系和水量平衡关系的复杂性,很难建立统一的联合调节计算方法,并且 3 个以上水库组成的水库群,其调节计算规则将更复杂,这些都还有待于进一步深入研究。

4）通过工程实例的计算分析表明，对于多年调节且多个水库的联合调节计算，采用长系列法计算，需要长系列资料，并且来水资料的可靠性非常重要，在计算时应充分分析资料情况，可以使结果更加可靠；当水库没有实测资料时，也可使用代表年法，但仅适用于年调节计算。为保证计算的可靠性，可采用概率法、随机模拟法等方法进行验证，以提高规划设计成果的可靠性，降低工程风险。

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2014-03-20