水利工程論文-梧桐河流域蓄水工程可供水量計算.doc

水利工程論文-梧桐河流域蓄水工程可供水量計算摘要：在分析蓄水工程可供水量計算方法和適用條件的基礎上，依據(jù)梧桐河流域蓄水工程的來水、用水條件和水庫觀測資料情況，分別采用長系列調(diào)節(jié)計算法、典型年法和簡化計算法計算了流域內(nèi)蓄水工程的可供水量，計算方法實用，可操作性較強。關(guān)鍵詞：梧桐河流域蓄水工程可供水量1基本情況梧桐河流域位于三江平原西北部，東經(jīng)1293513048，北緯47134805之間，流域面積4338km2。行政區(qū)劃屬鶴崗市市區(qū)、寶泉嶺農(nóng)管局和湯原縣，是黑龍江省重要的煤礦基地和和糧食主產(chǎn)區(qū)之一，總?cè)丝?7.4萬人，國內(nèi)生產(chǎn)總值41.2億元。梧桐河流域地處小興安嶺與三江平原的交接地帶，西北部為小興安嶺低山丘陵，海拔高程200700m，面積3140.7km2；東南部為三江沖積平原，海拔高程70140m，面積1197km2。流域?qū)俅箨懠撅L性氣候，春遲夏短，秋早夏長。多年平均氣溫2，極端最高氣溫零上36，極端最低氣溫零下42。多年平均降水量588mm。多年平均水面蒸發(fā)量728mm。梧桐河為松花江左岸一級支流，發(fā)源于小興安嶺南麓，河長498km，主要支流有西梧桐河、嘎拉基河、細鱗河及鶴立河等十余條大小河流，流域多年平均徑流量13.14108m3，地表水可利用量5.80108m3。梧桐河河各支流上游建有五號水庫、細鱗河水庫、小鶴立河水庫3座中型水庫，新一水庫、平原水庫等9座小型水庫，志誠塘壩1座，這些蓄水工程是流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活用水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的主要供水水源。2可供水量計算的基本方法可供水量是指在不同水平年、不同保正率情況下，考慮需水要求供水工程措施可能提供的能滿足一定水質(zhì)要求的水量。蓄水工程可供水量的計算，就是要求計算蓄水工程現(xiàn)狀水平年、不同保證率情況下的可供水量，預測未來水平年通過對現(xiàn)有工程挖潛配套和新建蓄水工程后所能提供的水量。目前，在水資源供需分析中，計算蓄水工程可供水量的計算主要有長系列調(diào)節(jié)計算法、代表年法和簡化計算法三種常用方法。長系列調(diào)節(jié)計算法是根據(jù)長系列來水和用水等資料逐年計算水庫可供水量，然后對可供水量系列進行頻率計算，求出不同水平年和不同保證率的可供水量。代表年法是根據(jù)實測和調(diào)查的來水用水等資料，從中選出代表不同保證率的典型年，對典型年進行調(diào)節(jié)計算求出對應于不同保證率的可供水量。對于小型水庫或塘壩，由于資料缺乏或不足而不能應用以上兩種方法計算可供水量時，通常采用簡化計算法。簡化計算法是參考相鄰流域和類似地區(qū)的計算成果，利用比擬法、經(jīng)驗公式法或其它方式估算可供水量的一種方法。本文針對梧桐河流域各蓄水工程的資料情況和供水對象的重要程度分別采用上述不同方法，計算了該流域蓄水工程的現(xiàn)狀可供水量。3現(xiàn)狀來水量和用水量計算現(xiàn)狀來水量是指工程控制點上游現(xiàn)有水利工程和實況下墊面條件下的實際來水量?，F(xiàn)狀條件下工程節(jié)點上游受各類水利工程的調(diào)節(jié)影響，由于不同年份上游水利工程數(shù)量和調(diào)節(jié)能力不同，故對各年來水量的影響也不一致，為使來水量系列具有一致性，滿足興利調(diào)節(jié)的需要，各年的水庫來水量需統(tǒng)一換算到現(xiàn)狀年（2000年）水利工程和下墊面條件的來水量水平。根據(jù)流域內(nèi)水文測站分布和水庫觀測資料情況，工程控制點來水量系列分別采用水量平衡法、代表站法和降水徑流關(guān)系法計算?，F(xiàn)狀用水量計算：工業(yè)用水量月際間變化不大，調(diào)查年用水量平均分配到各月即可求得逐月用水量；水庫各灌區(qū)農(nóng)作物均為水稻，其月灌溉用水量通過實際調(diào)查獲得，沒有實測資料的灌區(qū)，參考流域內(nèi)梧桐河水稻灌區(qū)灌溉定額，由灌區(qū)的實灌面積推算求得。4水庫可供水量計算4.1長系列調(diào)節(jié)計算法梧桐河流域各中型水庫均為多年調(diào)節(jié)水庫，且來水量、用水量和水庫觀測資料比較齊全，因此采用長系列時歷列表法逐月調(diào)節(jié)計算可供水量。(1)基本方法時歷列表法調(diào)節(jié)計算的基本原理是根據(jù)長系列的來水和用水資料，以月為計算時段，按水量平衡公式，計入損失水量，逐年計算水庫的調(diào)節(jié)過程和調(diào)節(jié)水量，然后根據(jù)水庫的供需關(guān)系和年調(diào)節(jié)水量確定水庫的可供水量。水庫的水量平衡公式如下：V月初+W來-W用-W損-W棄=V月末（5）式中：V月初為水庫月初庫容；W來為水庫本月來水量；W用為本月各用水戶的用水量；W損為水庫本月蒸發(fā)和滲漏損失水量；W棄為水庫本月棄水量；V月末為水庫月末庫容。根據(jù)上述水量平衡公式，以月為計算時段計算水庫逐年凈調(diào)節(jié)水量，對年凈調(diào)節(jié)水量系列進行排序，經(jīng)頻率分析計算求得不同保證率的可供水量。(2)約束條件蓄水方案：為簡化計算水庫的蓄水過程按早蓄方案考慮，即水庫在蓄水期有余水就蓄水，興利庫容蓄滿后還有多余再棄水。在調(diào)算時從來水量系列中選擇最豐水年中的最豐水月份為起調(diào)時段，先假定此時段水庫蓄滿，然后按早蓄方案向下循環(huán)調(diào)算到起始時段為止，如計算的月末蓄水量與假定的蓄水量相同則認為調(diào)算結(jié)果合理，如不一致應按計算的月末蓄水量再次調(diào)節(jié)計算，直至一致為止。供水順序：梧桐河流域各中型水庫均承擔著保障城鎮(zhèn)生活用水、城市工業(yè)用水和農(nóng)田灌溉用水的多重供水任務，其中城鎮(zhèn)生活用水和城市工業(yè)用水供水保證率為95%，農(nóng)田灌溉用水供水保證率為75%，按供水對象的重要程度，在調(diào)節(jié)計算時水庫的供水順序為先城鎮(zhèn)生活用水和城市工業(yè)用水后農(nóng)田灌溉用水，即在水庫供水調(diào)度時首先滿足城鎮(zhèn)生活用水和城市工業(yè)用水，使其達到供水保證率或?qū)崿F(xiàn)最大供水，然后再考慮農(nóng)田灌溉用水，在來水量不足的情況下，允許農(nóng)田灌溉用水保證率遭到破壞。水庫蓄水位：水庫最高蓄水位為興利水位，最低允許水位為死水位，對于有防汛任務的水庫汛期蓄水位按汛中限制水位控制。河道生態(tài)用水：當水庫不棄水或棄水量小于下游河道生態(tài)用水量時，為保證下游河道生態(tài)用水，水庫要為下游河道補水，月放水量按工程控制點最近10年最小月徑流量考慮。(3)調(diào)節(jié)計算根據(jù)水庫19562000年45個水文年現(xiàn)狀來水量和用水量系列，按照上述約束條件采用（5）式逐年逐月進行連續(xù)調(diào)節(jié)計算，調(diào)算時利用計算機設定步長和目標函數(shù)自動循環(huán)，直至城鎮(zhèn)生活用水和城市工業(yè)用水滿足供水保證率要求、農(nóng)田灌溉用水經(jīng)調(diào)整灌溉面積后達到設計供水保證率為止。(4)可供水量計算將經(jīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)計算的各月用水量相加求得逐年用水量，然后按由大到小的順序排列，用公式計算經(jīng)驗頻率，點繪用水量頻率曲線，根據(jù)頻率曲線即可查出水庫不同保證率的可供水量（用水量）。梧桐河流域中型水庫可供水量計算成果如表1。表1梧桐河流域中型水庫現(xiàn)狀年可供水量計算成果表單位：萬m34.2典型年法以伏爾基河水庫為例敘述典型年法計算可供水量的具體方法和步驟。伏爾基河水庫是一座為下游農(nóng)田供的年調(diào)節(jié)水庫，集水面積80km2，總庫容890萬m3，興利庫容500萬m3，死庫容390萬m3，水庫特性曲線、水量損失等資料為已知，設計灌溉面積0.8萬畝，設計供水保證率為75%。(1)來水量、用水量和可供水量三者間的關(guān)系以W來表示月進庫水量，W可供表示水庫的可供水量，M需表示用水戶月需水量，V表示由水庫調(diào)節(jié)庫容補充的月需水量，根據(jù)可供水量的定義，當W來M需時，水庫的可供水量按“以需定供”考慮，W可供=M需；當W來M需時，水庫的可供水量按“以供定需”考慮，W可供=W來+V。(2)不同保證率可供水量計算保證率p=50%可供水量：供水保證率50%，低于水庫設計供水保證率，灌區(qū)灌溉需水量低于設計保證率需水量，因此水庫不需要完全年調(diào)節(jié)，只動用水庫部分興利庫容就可滿足該保證率灌溉用水的要求，此時水庫的可供水量可按“以需定供”的原則確定，即保證率50%的可供水量等于相應保證率的灌區(qū)需水量，灌區(qū)設計灌溉面積0.8萬畝，毛灌溉定額632.8m3/畝，需水量505.6萬m3，則保證率為50%的可供水量為505.6萬m3。保證率p=75%可供水量：伏爾基水庫設計供水保證率為75%與可供水量計算的保證率一致，因此當水庫淤積量較小，水庫的興利庫容基本不變時，來水經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后能水庫名稱特征庫容可供水量總庫容興利庫容50%75%95%小鶴立河水庫488438232577.42422.81440五號水庫3063235513201320960細鱗河水庫320721291893.91893.91893.9夠滿足灌區(qū)的需水要求，此時供需平衡，水庫的可供水量等于灌區(qū)的需水量，保證率75%時灌區(qū)設計灌溉面積0.8萬畝，毛灌溉定額711.9m3/畝，需水量為569.5萬m3，則水庫保證率為75%的可供水量為569.5萬m3。保證率p=95%可供水量：保證率95%高于水庫供水設計保證率，此時的水庫的供水可能出現(xiàn)以下三種情況：一是當來水量大于用戶需水量且水庫具有足夠調(diào)節(jié)能力時，水庫供水雖然超過了設計保證率，但灌區(qū)的需水要求仍能得到全部保障，這說明該水庫供水能力較大，在保證率75%時水庫的供水潛力尚未完全發(fā)揮，這是一種極端的情況，在水資源比較貧乏的北方，此類現(xiàn)象并不多見；二是當水庫來水量小于用戶需水量時，受來水量的限制，灌區(qū)的需水無法全部滿足，水庫供水量只能保證設計灌溉面積的一部分，在水庫完全年調(diào)節(jié)的情況下，來水量將全部利用，此時水庫的可供水的大小取決于年來水量的多少；三是水庫年來量雖然小于年需水量，但由于來水量月際間變化較大，水庫調(diào)蓄能力有限，年來水量不能完全調(diào)節(jié)、全部利用，此時水庫的可供水量的大小既受來水量的制約又受水庫調(diào)節(jié)能力的影響，需要通過調(diào)節(jié)計算才能確定。綜上所述，保證率p=95%時，水庫的可供水量與來水、需水、工程供水能力之間的關(guān)系非常復雜，按簡單的“以需定供”和“以供定需”難以計算水庫的可供水量，須選擇典型年通過調(diào)節(jié)試算才能確定水庫的可供水量。具體步驟為：計算代表典型年的現(xiàn)狀逐月來水量；根據(jù)灌區(qū)毛灌溉用水定額推求逐月用水過程；假定灌溉面積，計入損失調(diào)節(jié)計算，求興利調(diào)節(jié)庫容，其值等于工程興利庫容或雖小于興利庫容但來水已全部利用時，假定的灌溉面積即為所求；對所求得灌溉面積進行判斷，當灌溉面積大于設計灌溉面積時取設計灌溉面積，當所求面積小于設計灌溉面積取保證灌溉面積；用通過試算法求得的保灌面積乘以年毛灌溉定額計算出灌區(qū)年用水量，此值即為水庫該保證率的可供水量。選擇1978年9月1979年8月為代表典型年調(diào)節(jié)計算伏爾基河水庫的可供水量，計算結(jié)果如表2。表2伏爾基水庫保證率95%可供水量調(diào)節(jié)計算成果表月凈來水量（萬m3）毛灌溉定額(m3/畝)保灌面積（萬畝）灌溉需水量（萬m3）余水（萬m3）缺水（萬m3）水庫蓄水量（萬m3）952.049.10.46222.729.3419.31041.60.46241.6460.91120.60.46220.6481.5124.60.4624.6486.010.50.4620.5486.520.00.462486.530.20.4620.2486.7466.70.46266.7553.4538.52810.462129.891.3462.1680.4162.30.46275.05.5467.6750.7179.70.46283.032.3435.389.8119.50.46255.245.4390.0合計365.6791.60.462365.7168.9169.0由表2可知，水庫供水屬第二種情況，水庫來水量小于灌區(qū)設計需水量，經(jīng)水庫完全年調(diào)節(jié)后來水量全部被利用，此時灌區(qū)的可保證灌溉面積為0.462萬畝，占灌區(qū)總面積0.8萬畝的58%，水庫的可供水量與來水量和用水量相等，為367萬m3。4.3簡化計算法流域內(nèi)各小型水利工程中除新一水庫、伏爾基水庫外其它水庫的集水面積都非常小，由于水庫上游沒有水文站控制，工程控制點的來水量的只能要通過移用相鄰流域的水文資料間接獲得，由于和代表站的集水面積相差太大，采用水文比擬法或降水徑流相關(guān)法計算的來水量勢必會存在較大的誤差，加上個別水庫又沒有實測的用水資料，因此采用興利調(diào)節(jié)的方法逐座計算水庫可供水量不但難于進行，而且并不提高精度，對于這些水庫采用簡化計算法估算可供水量即可。小型水庫中，天水湖水庫是為滿足城市的生態(tài)環(huán)境和庫區(qū)旅游的景觀用水的生態(tài)用水水庫，除相向庫區(qū)少量的生活用水外，水庫不為工業(yè)和農(nóng)業(yè)等用水戶提供河道外用水。庫區(qū)的水位觀測資料比較齊全，庫區(qū)生活用水量也容易調(diào)查統(tǒng)計。除天水湖水庫外，流域內(nèi)其它小型水庫僅為下游水稻灌區(qū)供水（保證率75%），因水庫負擔的灌溉面積較小，灌區(qū)逐年的實灌面積和灌溉定額易于調(diào)查獲得。本文根據(jù)以上水庫的供水情況和資料條件，采用實際用水量法估算可供水量，即用不同保證率代表年用水戶的實際用水量代替水庫相應保證率的可供水量。(1)農(nóng)業(yè)用水水庫的可供水量由于水庫的供水保證率為75%，可供水量保證率為50%和75%時，灌區(qū)的用水能夠得到保證，按照“以需定供”的原則，取設計用水量作為水庫的可供水量。灌區(qū)的設計用水量可根據(jù)設計灌溉面積、設計凈灌溉定額和渠系水利用系數(shù)，由下列公式計算求得：W用水=F設M設/（6）式中：W用水為保證率50%、75%的用水量(可供水量)；F實為灌區(qū)保證率50%、75%的設計灌溉面積；M設為保證率50%、75%的設計凈灌溉定額；為渠系水利用系數(shù)。計算保證率95%可供水量時，由于其保證率高于水庫的設計供水保證率，水庫供水遭到破壞，灌區(qū)的實際灌溉面積將小于設計灌溉面積，而且在非充分供水的情況下灌區(qū)的實際灌溉定額也會低于作物的設計灌溉定額，灌區(qū)的實灌面積通過調(diào)查獲得，在非充分供水條件實際灌溉定額按保證率95%的設計灌溉定額消減10%考慮，此時可供水量的計算公式如下：W用水=0.9F實M設/（7）式中：W為保證率95%時水庫用水量（可供水量）；