人工湖设计需水量分析与计算

宋　亮

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司,辽宁 沈阳 110003)

人工湖设计需水量分析与计算

宋亮

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司,辽宁 沈阳 110003)

摘要：根据昌图县工业园区发展规划，拟建一座人工湖，设计并计算人工湖需水量，结合实地调查，选取北洼子与王家油房两座水库为水源。因地区缺乏实测径流资料，采用参数等值线法计算北洼子水库与王家油房水库多年平均及75%保证率下的来水量，根据水库调节方法与原则，进行两座水库供水调节计算，根据水库实际供水量，以定供需，确定人工湖用水量，从而为人工湖设计提供有力的保证。

关键词：参数等值线法；需水量；保证率；水库调节计算；人工湖

昌图县工业园区位于昌图县老四平镇，根据区域发展规划，需要修建一座人工湖，为此需要解决人工湖需水量，通过实地调查，可供选取的水源主要有两座水库,其中，北洼子水库位于昌图县老四平镇，建于辽河三级支流太平河中上游，水库上游河长10.39 km，河道平均比降1.8‰，水库控制面积35.8 km2，是一座小(Ⅰ)型水库[1]；王家油房水库位于昌图县老四平镇王家油房村，坝址以上集水面积7.02 km2，坝址以上河长2.46 km，河道平均比降1.80‰，是一座小(Ⅱ)型水库[2]。为了保证水源的充足，将两座水库水量联合调度供给人工湖，通过计算水库来水量、人工湖设计蓄水量，进行水库调节，分析在人工湖设计蓄水量的情况下，水库能够供给的水量，以定供需，确定人工湖实际需水量。

1来水量分析计算

根据实地调查水库所处河流情况，由于该地区缺乏实测径流资料，设计年径流量无法直接求出，因此采用参数等值线法对水库多年平均年来水量进行推求计算。

1.1多年平均年径流量

根据《辽宁省水文手册》，当流域面积较小，位于两根等值线之间时，可用比例内插法求出重心处的径流深，无资料地区采用式(1)计算多年平均年径流量。

(1)

根据《辽宁省水文手册》中“多年平均年径流深等值线图”查得水库所在河流多年平均径流深为85 mm。北洼子水库集水面积为35.8 km2，王家油坊水库集水面积为7.02 km2，由式(1)计算得到北洼子水库多年平均来水量为304.3万m3；王家油坊水库多年平均来水量为59.67万m3。

1.2不同频率下多年平均年径流量

根据《辽宁省水文手册》，不同保证率下多年平均年径流量采用式(2)计算。

(2)

结合水库所在区域，根据《辽宁省水文手册》中“年径流变差系数Cv等值线图”查得水库所在河流年径流变差系数Cv=0.6,Cs=2Cv。

由式(2)推求出水库不同频率下多年平均年来水量，主要计算了5种不同频率下年径流量，计算结果见表2。同时，计算了75%保证率下的水库来水过程，详见表3。

表1　不同频率对应的Kp值

表2　不同保证率下年径流量计算表

表3　水库75%保证率下来水过程计算表

2人工湖需水量设计

2.1损失量计算

因人工湖渗漏条件不明确，在此只考虑蒸发损失。根据《辽宁省水文手册》，查得区域多年平均降水量为620 mm，多年平均水面蒸发量(20 cm口径)为1524 mm，水文分区Ⅲ7对水体蒸发折算系数为K=0.62。因此，年蒸发损失量为410 mm。蒸发损失量月分配见表4。

表4　蒸发损失量月分配

2.2需水量计算

拟建的人工湖湖面面积40 hm2，设计水深1.5 m，经计算一次性蓄满人工湖，需水量为60万m3。拟定在5月1日蓄水，假定人工湖已存有一定蓄水量，为需水量的1/3，即20万m3，为此需要补水40万m3。为保证湖水水质清洁，每年换水4次，换水量为需水量的50%。

2.3人工湖总用水量

人工湖总用水量计算结果见表5。

表5　人工湖总用水量

3水库调节计算

3.1损失量计算

因水库所在区域为无资料地区，采用经验公式计算水库损失量，首先确定兴利库容70%相应库容为水库计算库容，计算见式(3)。

(3)

式中：V计为兴利库容70%相应库容，万m3；V死为水库死库容，万m3；V兴为水库兴利库容，万m3。

北洼子水库死水位为95.5 m，死库容为16.5万m3，正常蓄水位为97.0 m，兴利库容为18.5万m3；王家油房水库死水位为95.5 m，死库容为4.5万m3，正常蓄水位为97.3 m，兴利库容为13.2万m3。按照式(3)计算得到北洼子水库计算库容为29.45万m3；王家油坊水库计算库容为13.74万m3。

根据水库H～V曲线查得H，再以H～A曲线得到A(V死+0.7 V兴)，根据《昌图县老四平镇北洼子水库除险加固工程初步设计报告》和《昌图县王家油房水库重点调查复核报告》，查得北洼子水库对应的库面面积为15.4万m2，王家油坊水库对应的库面面积为9万m2。根据水库所在区域，年蒸发损失深度为410 mm，按照中等地质条件，水库年渗漏损失深度为500 mm。

水库损失量计算见式(4)。

(4)

式中：W损失为水库年总损失量，万m3；W蒸发为水库年蒸发损失深度，mm；W渗漏为水库年渗漏损失深度，mm；A为水库水面面积，万m2。

由式(4)计算得，北洼子水库年损失量为14万m3，各月平均损失量为1.2万m3；王家油坊水库年损失量为8.2万m3，各月平均损失量为0.7万m3。

3.2调节计算

水库调节计算原则：

(1)根据水量平衡原理，逐月进行调节计算[3]。

(2)以水库死水位作为调节水位下限，以水库正常蓄水位作为调节水位上限，起调水位为正常蓄水位即满库开始，北洼子水库调节库容18.5万m3，王家油房水库调节库容为13.2万m3，满库起调。

(3)北洼子水库在王家油坊水库上游，两座水库为串联水库，首先对北洼子水库进行调节计算，如果出现水库不能满足人工湖需水量要求，则由王家油坊水库作为补给，再对王家油坊水库进行调节计算。

(4)北洼子水库弃水量作为王家油坊水库来水量。

根据水库调节计算原则，对水库进行调节，计算结果见表6、表7。

通过对北洼水库调节计算，北洼水库年可供水量133.76万m3，北洼水库供水后人工湖年缺水量38.08万m3，需要再由王家油坊水库供水，补给人工湖所缺需水量。

表6　75%保证率下北洼子水库调节计算结果　 万m3

表7　75%保证率下王家油坊水库调节计算结果 　 万m3

由表7可知，根据两座水库调节计算结果，在75%保证率下不能完全满足人工湖总用水量需求，人工湖拟设计需水总量为171.84万m3，实际可供水量167.02万m3，缺水量为4.82万m3。

4结论

通过对人工湖设计需水量及水库调节计算，水库能够供给人工湖的水量不能满足设计的需水量要求，存在一定的缺水量，为此以定供需，按照水库实际供水量来设计人工湖。同时本文计算人工湖未考虑渗漏损失、无来水量资料(采用无资料地区进行的计算)、水库上游用水资料、人工湖设计需水量制度及水库实际运行状况等因素影响，根据经验分析，人工湖实际可用水量要小于本次计算结果。

参考文献：

[1]昌图水利勘测设计院.昌图县老四平镇北洼子水库除险加固工程初步设计报告[R].昌图:昌图水利勘测设计院，2008.

[2]辽宁江河水利水电新技术设计研究院.昌图县王家油房水库重点调查复核报告[R].沈阳：辽宁江河水利水电新技术设计研究院，2013.

[3]周毅.水库联合调度中长系列与典型年调节计算方法探讨与应用[J].中国水能及电气化，2011( 7):35-39.

Analysis and calculation of artificial lake design water demand

SONG Liang

(LiaoningriverwaterresourcesandhydropowerengineeringconstructionsupervisionCo.,Ltd.Shenyang110003,China)

Abstract：According to Changtu county industrial park development, an artificial lake will be built, whose capacity is needed to design and calculate. In the paper, combined with field surveys, two reservoirs were selected to supply water, which is respectively Beiwazi reservoir and Wangjiayoufang reservoir. Due to lack of area measured runoff data, the parameter contour method was applied to calculate the inflow between annual average rate and 75% guaranteed rate. According to the methods and principles of regulating reservoir, the two reservoirs supply adjustment calculation is concluded. Referred to the actual water supply of reservoirs, make sure the capacity of artificial lake determined by water supply and demand, which can provide a stong guarantee for the design of the artificial lake.

Key words：parameter contour method; water demand; guaranteed rate; reservoir regulation computing; artificial lake

作者简介：宋亮(1983-),男，工程师,主要从事水利工程管理工作。

中图分类号：TV213.9

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)06-0038-04