水利工程論文-淺論灌溉水庫設(shè)計的典型年法和長系列法.doc

水利工程論文-淺論灌溉水庫設(shè)計的典型年法和長系列法摘要：通過分析，說明了灌溉水庫設(shè)計時徑流典型年選擇中需注意的問題：年、灌溉期徑流實測值及經(jīng)驗頻率要與設(shè)計值相近，同時徑流的分配過程也要與設(shè)計保證率相匹配，還得出了不同調(diào)節(jié)性能不同保證率典型年法興利調(diào)節(jié)計算中年內(nèi)虧水的處理方法，以及不同調(diào)節(jié)性能水庫設(shè)計庫容的變化規(guī)律，對工程設(shè)計有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：灌溉水庫典型年長系列年內(nèi)虧水1前言在工程規(guī)劃設(shè)計中，隨著計算機的廣泛應(yīng)用，多以長系列法進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計算，但有時或因工作周期短，或因進(jìn)行多方案比較，中小設(shè)計流域可能還受資料條件的限制等，典型年法還是有其獨到的作用。在供水水庫的興利調(diào)節(jié)計算和水電站的水能計算中，由于供水過程是較為均勻的，典型年法和長系列法的成果較為接近，而對灌溉水庫來說，由于其需水過程是不均勻的，有其相對的需水高峰，因此，選擇不同的典型年份求得的灌溉庫容與長系列成果可能差異較大。本文以貴州省遵義縣水泊渡水庫為例，說明典型年選擇中應(yīng)注意的問題。2工程概況遵義縣水泊渡水庫地處貴州省的北部，位于烏江的二級支流上，工程壩址以上集水面積241km2。流域多年平均降水量1040mm，多年平均徑流量1.13億m3，是一座以灌溉為主兼顧供水的中型水庫，總庫容6550萬m3，設(shè)計灌溉面積11646.5hm2，城鎮(zhèn)日供水4萬t。灌區(qū)位于遵義縣南部，是貴州的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，作物組成以水稻為主，兼有小麥、油菜、玉米、茶園等糧食和經(jīng)濟(jì)作物，復(fù)種指數(shù)1.82.0，灌區(qū)多年平均干旱指數(shù)0.75，為一般干旱區(qū)，以夏旱為主，特別是伏旱影響最大。變化規(guī)律為三年一小旱，五年一中旱，十年一大旱。流域?qū)贌o資料地區(qū)，其徑流計算以鄰近的湘江站為參證站，采用水文比擬法結(jié)合降水修正來推求，用水過程則根據(jù)歷年各種作物的設(shè)計節(jié)水灌溉定額推求。在所選用的19711996年資料系列中，豐平枯年份分別占9年、8年、9年，且包含了1975、1986、1993年等中等干旱年及1972、1981、1990年等大旱年，以及1977、1991年等豐水年，因此，其來、用水過程代表性較好，這為以下的分析研究打下了堅實基礎(chǔ)。水庫P=75%設(shè)計年來水量8840萬m3，P=85%設(shè)計年來水量7800萬m3。3典型年比較根據(jù)規(guī)范要求，該灌區(qū)位于南方多雨區(qū)，作物以水稻為主，其設(shè)計保證率的范圍為75%95%，本文主要針對P=75%和P=85%進(jìn)行分析；調(diào)節(jié)性能的研究范圍為不完全年調(diào)節(jié)至完全多年調(diào)節(jié)。灌區(qū)作物以種植中稻為主，并且以中稻的需水量為最大，其灌溉期為58月。根據(jù)湘江水文站水文年及（58）月平均流量系列，%P=75%典型年選擇1975、1979、1980、1993年進(jìn)行比較，P=85%典型年選擇1972、1981、1986、1990年進(jìn)行比較，各典型年的年及（58）月平均流量和經(jīng)驗頻率見表1、表2。表1P=75%典型年比較表ComparisonoftherunofffortypicalyearswithP=75%年徑流（58月）徑流年份Q(m3/s)P(%)Q(m3/s)P(%)19757.4174.0712.462.9619796.6885.1911.170.3719807.6566.6710.477.7819937.1377.7811.666.67設(shè)計值6.8775.0010.975.00表2P=85%典型年比較表ComparisonoftherunofffortypicalyearswithP=85%年徑流（58月）徑流年份Q(m3/s)P(%)Q(m3/s)P(%)19726.9881.488.3888.8919815.1792.598.1392.5919865.5088.8910.481.4819904.0396.305.8396.30設(shè)計值6.0985.009.1485.00由表可見，對P=75%來說，1979年全年及（58）月實測流量與設(shè)計值最為接近，其它年份來水均比設(shè)計值豐沛；而對P=85%來說，1981、1990年的經(jīng)驗頻率均高于設(shè)計頻率，實測流量均小于設(shè)計值，1972、1986年的經(jīng)驗頻率和實測流量與設(shè)計值相近，另外，1990年干旱是建國以來最嚴(yán)重的干旱，其重現(xiàn)期為50年一遇，1972年干旱排第二位。單從年和（58）月平均流量來說，P=75%典型年份選擇1979年較好，P=85%典型年份選擇1972年較好。典型年年內(nèi)徑流分配過程以湘江水文站實測徑流過程進(jìn)行同頻率修正，用水典型按長系列用水量進(jìn)行選定，灌區(qū)P=75%年用水量6060萬m3，P=85%年用水量6540萬m3。為進(jìn)行不同調(diào)節(jié)性能的比較，假定不同的年用水量放大系數(shù)(即表3、表4中的K)，求得各個用水量相應(yīng)的用水過程，進(jìn)行長系列和典型年法興利調(diào)節(jié)計算，長系列法求得的庫容作為設(shè)計庫容，成果見表3、表4。從表中可見：(1)在P75%的4個典型年中，以1975年為典型求得的庫容與設(shè)計值最為接近，而以最理想的1979年為典型求得的庫容為最小。各典型年年庫容與設(shè)計庫容的比值，最大為1.42倍，最婿為0.36倍。(2)在P85%的4個典型年中，以干旱最嚴(yán)重的1990年為典型求得的庫容與設(shè)計值最為接近，而以比較干旱的1972年為典型求得的庫容為最大，其它年份的庫容均小于設(shè)計值，特別是年及(58)月平均流量的經(jīng)驗頻率均達(dá)92.6%的1981年為典型求得的庫容遠(yuǎn)小于設(shè)計值。各典型年年庫容與設(shè)計庫容的比值，最大為1.41倍，最婿為0.13倍。表3P=75%不同典型年的年庫容比較及年內(nèi)虧水折算系數(shù)成果表ComparisonofyearlystoragecapacityofeverytypicalyearandconversioncoefficientofyearlydeficientwaterwithP=75%項目K=0.54K=1.00K=1.08K=1.28K=1.46K=1.58K=1.67K=1.761975年65215991813237629733452383541761979年24082193615442320285932933679V年(萬m3)1980年1868681029166324392979341337981993年6162037227729153456383241354403長系列V興(萬m3)5201435173324343137378842444635年內(nèi)虧水量0000313110717302288虧水庫容折算系數(shù)00000.5240.3040.2370.201調(diào)節(jié)性能不完全不完全不完全不完全不完全不完全不完全完全年調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)那么為什么不同的典型年求得的庫容差異如此之大，而且與典型年選擇的結(jié)論完全相悖呢？可以從歷年的徑流過程及灌區(qū)干旱特性來分析原因。雖然各個典型年的全年和（58）月的平均流量和經(jīng)驗頻率與設(shè)計值較為接近，但其分配過程各異，因此，求得的庫容千差萬別。各典型年58月逐旬平均流量過程線見圖1。圖中可見：表4P=85%不同典型年的年庫容比較及年內(nèi)虧水折算系數(shù)成果表ComparisonofyearlystoragecapacityofeverytypicalyearandconversioncoefficientofyearlydeficientwaterwithP=85%項目K=0.50K=1.00K=1.19K=1.35K=1.46K=1.55K=1.63V年(萬1972年877277134984114454249055231m3)1981年86.61029199327833332379742141986年443954192427143263372841451990年737204025382959345439194336長系列V興(萬m3)646196727313573433653466473年內(nèi)虧水量002711389218028773508虧水庫容折算系數(shù)000.7140.4430.4040.4960.609調(diào)節(jié)性能不完全不完全不完全不完全不完全不完全完全年調(diào)節(jié)年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)多年調(diào)節(jié)(1)P=75%：1975年屬中等干旱年，68月較干旱；而1979年用水關(guān)鍵時期78月來水均勻；1980年干旱月份較少，6、7月份來水較豐沛；1993年徑流分配過程較惡劣，57月來水較枯，其年庫容為最大。因此，P=75%典型年選擇1975年為宜。(2)P=85%：1990年伏旱自7月份持續(xù)到8月底；而1972年的徑流分配過程相當(dāng)惡劣，5月下旬的徑流量占（58）月徑流總量的40%以上；1981年的來水豐枯交替出現(xiàn)，徑流分配過程則較為均勻；1986年雖5月和8月來水較少，但5月份的用水也少。因此，P=85%典型年選擇1990年為宜。圖1各典型年58月逐旬平均流量及均值過程線ThetendaymeanflowdischargeanditsaveragevalueintheperiodfromMaytoAugustineverytypicalyear總之，由于典型年法要進(jìn)行同頻率修正，移用的是其徑流分配率，因此，在選擇典型年時，除了注意年、灌溉期實測流量和經(jīng)驗頻率與設(shè)計值相近外，還應(yīng)注意徑流過程的代表性及灌區(qū)的干旱特性，可選擇多個典型年分析、比較，以期選擇最合適的典型年份，既經(jīng)濟(jì)又合理地確定水庫規(guī)模。4典型年法年內(nèi)虧水的處理方法當(dāng)水庫調(diào)節(jié)性能高于完全年調(diào)節(jié)時，當(dāng)年來水不能滿足需求，需進(jìn)行多年調(diào)節(jié)。一般認(rèn)為，水庫的興利庫容由年庫容和多年庫容所組成。年庫容由所選典型年推求；多年庫容攔蓄豐水年的多余水量以補充枯水年的年水量的不足，多年庫容一般用線解圖法推求，這里提出一種較為簡便的方法，就是將年內(nèi)虧水按系數(shù)折算到興利庫容中。對于供水水庫，年內(nèi)虧水可全部作為興利庫容；對灌溉水庫而言，因其用水過程不均勻，有相對集中的灌溉季節(jié)，水庫可進(jìn)行多回運用，因此不可能將年內(nèi)虧水100%地計入庫容，根據(jù)分析，從表3、表4可以看出，設(shè)計保證率愈高，年內(nèi)虧水折算系數(shù)愈大，P=75%為0.200.50，P=85%為0.400.60；對于同一保證率來講，以剛剛跨入多年調(diào)節(jié)時為最大。在省內(nèi)其它地區(qū)，當(dāng)流域的徑流特性和灌區(qū)的作物組成、灌溉制度、復(fù)種指數(shù)等差別不大時，也可能存在著上述的變化規(guī)律。另外，在現(xiàn)場踏勘或成果框算時，如果已知每畝田所需的灌溉庫容，就能較快知道設(shè)計灌面所需的灌溉庫容，從而確定水庫的大致規(guī)模。對本灌區(qū)而言，P=75%時，完全年調(diào)節(jié)到完全多年調(diào)節(jié)每畝田所需的灌溉庫容為190240m3；P=85%時，則為210360m3。當(dāng)灌區(qū)的干旱特性及流域徑流特性基本一致時，每畝田所需的灌溉庫容相差不大。如：黔東灌區(qū)的道塘水庫，P=85%每畝田所需的灌溉庫容為220m3；獨山南部灌區(qū)的譚堯水庫，P=75%每畝田所需的灌溉庫容為183m3（兩庫均屬完全年調(diào)節(jié)性能）。5幾點結(jié)論1.在灌溉水庫的徑流典型年選擇中除了要求年、灌溉期徑流實測值及經(jīng)驗頻率與設(shè)計值相近外，同時徑流的分配過程也要與設(shè)計保證率相匹配，可結(jié)合灌區(qū)的干旱特性選擇多個典型年份進(jìn)行分析、比較，以合理、準(zhǔn)