水利工程論文-梧桐河流域蓄水工程可供水量計(jì)算.doc

水利工程論文-梧桐河流域蓄水工程可供水量計(jì)算摘要：在分析蓄水工程可供水量計(jì)算方法和適用條件的基礎(chǔ)上，依據(jù)梧桐河流域蓄水工程的來水、用水條件和水庫(kù)觀測(cè)資料情況，分別采用長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算法、典型年法和簡(jiǎn)化計(jì)算法計(jì)算了流域內(nèi)蓄水工程的可供水量，計(jì)算方法實(shí)用，可操作性較強(qiáng)。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(guó)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(fēng)性氣候，春遲夏短，秋早夏長(zhǎng)。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(jí)支流，發(fā)源于小興安嶺南麓，河長(zhǎng)498km，主要支流有西梧桐河、嘎拉基河、細(xì)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(hào)水庫(kù)、細(xì)鱗河水庫(kù)、小鶴立河水庫(kù)3座中型水庫(kù)，新一水庫(kù)、平原水庫(kù)等9座小型水庫(kù)，志誠(chéng)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(jì)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(jì)算，就是要求計(jì)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(yù)測(cè)未來水平年通過對(duì)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(jì)算蓄水工程可供水量的計(jì)算主要有長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算法、代表年法和簡(jiǎn)化計(jì)算法三種常用方法。長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算法是根據(jù)長(zhǎng)系列來水和用水等資料逐年計(jì)算水庫(kù)可供水量，然后對(duì)可供水量系列進(jìn)行頻率計(jì)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(shí)測(cè)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(duì)典型年進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算求出對(duì)應(yīng)于不同保證率的可供水量。對(duì)于小型水庫(kù)或塘壩，由于資料缺乏或不足而不能應(yīng)用以上兩種方法計(jì)算可供水量時(shí)，通常采用簡(jiǎn)化計(jì)算法。簡(jiǎn)化計(jì)算法是參考相鄰流域和類似地區(qū)的計(jì)算成果，利用比擬法、經(jīng)驗(yàn)公式法或其它方式估算可供水量的一種方法。本文針對(duì)梧桐河流域各蓄水工程的資料情況和供水對(duì)象的重要程度分別采用上述不同方法，計(jì)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(jì)算現(xiàn)狀來水量是指工程控制點(diǎn)上游現(xiàn)有水利工程和實(shí)況下墊面條件下的實(shí)際來水量?，F(xiàn)狀條件下工程節(jié)點(diǎn)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(duì)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(kù)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(cè)站分布和水庫(kù)觀測(cè)資料情況，工程控制點(diǎn)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(jì)算。現(xiàn)狀用水量計(jì)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(kù)各灌區(qū)農(nóng)作物均為水稻，其月灌溉用水量通過實(shí)際調(diào)查獲得，沒有實(shí)測(cè)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(shí)灌面積推算求得。4水庫(kù)可供水量計(jì)算4.1長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算法梧桐河流域各中型水庫(kù)均為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，且來水量、用水量和水庫(kù)觀測(cè)資料比較齊全，因此采用長(zhǎng)系列時(shí)歷列表法逐月調(diào)節(jié)計(jì)算可供水量。(1)基本方法時(shí)歷列表法調(diào)節(jié)計(jì)算的基本原理是根據(jù)長(zhǎng)系列的來水和用水資料，以月為計(jì)算時(shí)段，按水量平衡公式，計(jì)入損失水量，逐年計(jì)算水庫(kù)的調(diào)節(jié)過程和調(diào)節(jié)水量，然后根據(jù)水庫(kù)的供需關(guān)系和年調(diào)節(jié)水量確定水庫(kù)的可供水量。水庫(kù)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(kù)月初庫(kù)容；W來為水庫(kù)本月來水量；W用為本月各用水戶的用水量；W損為水庫(kù)本月蒸發(fā)和滲漏損失水量；W棄為水庫(kù)本月棄水量；V月末為水庫(kù)月末庫(kù)容。根據(jù)上述水量平衡公式，以月為計(jì)算時(shí)段計(jì)算水庫(kù)逐年凈調(diào)節(jié)水量，對(duì)年凈調(diào)節(jié)水量系列進(jìn)行排序，經(jīng)頻率分析計(jì)算求得不同保證率的可供水量。(2)約束條件蓄水方案：為簡(jiǎn)化計(jì)算水庫(kù)的蓄水過程按早蓄方案考慮，即水庫(kù)在蓄水期有余水就蓄水，興利庫(kù)容蓄滿后還有多余再棄水。在調(diào)算時(shí)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(shí)段，先假定此時(shí)段水庫(kù)蓄滿，然后按早蓄方案向下循環(huán)調(diào)算到起始時(shí)段為止，如計(jì)算的月末蓄水量與假定的蓄水量相同則認(rèn)為調(diào)算結(jié)果合理，如不一致應(yīng)按計(jì)算的月末蓄水量再次調(diào)節(jié)計(jì)算，直至一致為止。供水順序：梧桐河流域各中型水庫(kù)均承擔(dān)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(wù)，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(duì)象的重要程度，在調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)水庫(kù)的供水順序?yàn)橄瘸擎?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(kù)供水調(diào)度時(shí)首先滿足城鎮(zhèn)生活用水和城市工業(yè)用水，使其達(dá)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(kù)蓄水位：水庫(kù)最高蓄水位為興利水位，最低允許水位為死水位，對(duì)于有防汛任務(wù)的水庫(kù)汛期蓄水位按汛中限制水位控制。河道生態(tài)用水：當(dāng)水庫(kù)不棄水或棄水量小于下游河道生態(tài)用水量時(shí)，為保證下游河道生態(tài)用水，水庫(kù)要為下游河道補(bǔ)水，月放水量按工程控制點(diǎn)最近10年最小月徑流量考慮。(3)調(diào)節(jié)計(jì)算根據(jù)水庫(kù)19562000年45個(gè)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(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)計(jì)算，調(diào)算時(shí)利用計(jì)算機(jī)設(shè)定步長(zhǎng)和目標(biāo)函數(shù)自動(dòng)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(dá)到設(shè)計(jì)供水保證率為止。(4)可供水量計(jì)算將經(jīng)優(yōu)化調(diào)節(jié)計(jì)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(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，點(diǎn)繪用水量頻率曲線，根據(jù)頻率曲線即可查出水庫(kù)不同保證率的可供水量（用水量）。梧桐河流域中型水庫(kù)可供水量計(jì)算成果如表1。表1梧桐河流域中型水庫(kù)現(xiàn)狀年可供水量計(jì)算成果表單位：萬m34.2典型年法以伏爾基河水庫(kù)為例敘述典型年法計(jì)算可供水量的具體方法和步驟。伏爾基河水庫(kù)是一座為下游農(nóng)田供的年調(diào)節(jié)水庫(kù)，集水面積80km2，總庫(kù)容890萬m3，興利庫(kù)容500萬m3，死庫(kù)容390萬m3，水庫(kù)特性曲線、水量損失等資料為已知，設(shè)計(jì)灌溉面積0.8萬畝，設(shè)計(jì)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(jìn)庫(kù)水量，W可供表示水庫(kù)的可供水量，M需表示用水戶月需水量，V表示由水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容補(bǔ)充的月需水量，根據(jù)可供水量的定義，當(dāng)W來M需時(shí)，水庫(kù)的可供水量按“以需定供”考慮，W可供=M需；當(dāng)W來M需時(shí)，水庫(kù)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(jì)算保證率p=50%可供水量：供水保證率50%，低于水庫(kù)設(shè)計(jì)供水保證率，灌區(qū)灌溉需水量低于設(shè)計(jì)保證率需水量，因此水庫(kù)不需要完全年調(diào)節(jié)，只動(dòng)用水庫(kù)部分興利庫(kù)容就可滿足該保證率灌溉用水的要求，此時(shí)水庫(kù)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(yīng)保證率的灌區(qū)需水量，灌區(qū)設(shè)計(jì)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(kù)設(shè)計(jì)供水保證率為75%與可供水量計(jì)算的保證率一致，因此當(dāng)水庫(kù)淤積量較小，水庫(kù)的興利庫(kù)容基本不變時(shí)，來水經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)后能水庫(kù)名稱特征庫(kù)容可供水量總庫(kù)容興利庫(kù)容50%75%95%小鶴立河水庫(kù)488438232577.42422.81440五號(hào)水庫(kù)3063235513201320960細(xì)鱗河水庫(kù)320721291893.91893.91893.9夠滿足灌區(qū)的需水要求，此時(shí)供需平衡，水庫(kù)的可供水量等于灌區(qū)的需水量，保證率75%時(shí)灌區(qū)設(shè)計(jì)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(kù)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(kù)供水設(shè)計(jì)保證率，此時(shí)的水庫(kù)的供水可能出現(xiàn)以下三種情況：一是當(dāng)來水量大于用戶需水量且水庫(kù)具有足夠調(diào)節(jié)能力時(shí)，水庫(kù)供水雖然超過了設(shè)計(jì)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(kù)供水能力較大，在保證率75%時(shí)水庫(kù)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(dāng)水庫(kù)來水量小于用戶需水量時(shí)，受來水量的限制，灌區(qū)的需水無法全部滿足，水庫(kù)供水量只能保證設(shè)計(jì)灌溉面積的一部分，在水庫(kù)完全年調(diào)節(jié)的情況下，來水量將全部利用，此時(shí)水庫(kù)的可供水的大小取決于年來水量的多少；三是水庫(kù)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(kù)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(shí)水庫(kù)的可供水量的大小既受來水量的制約又受水庫(kù)調(diào)節(jié)能力的影響，需要通過調(diào)節(jié)計(jì)算才能確定。綜上所述，保證率p=95%時(shí)，水庫(kù)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(fù)雜，按簡(jiǎn)單的“以需定供”和“以供定需”難以計(jì)算水庫(kù)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(kù)的可供水量。具體步驟為：計(jì)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(jì)入損失調(diào)節(jié)計(jì)算，求興利調(diào)節(jié)庫(kù)容，其值等于工程興利庫(kù)容或雖小于興利庫(kù)容但來水已全部利用時(shí)，假定的灌溉面積即為所求；對(duì)所求得灌溉面積進(jìn)行判斷，當(dāng)灌溉面積大于設(shè)計(jì)灌溉面積時(shí)取設(shè)計(jì)灌溉面積，當(dāng)所求面積小于設(shè)計(jì)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(jì)算出灌區(qū)年用水量，此值即為水庫(kù)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(jì)算伏爾基河水庫(kù)的可供水量，計(jì)算結(jié)果如表2。表2伏爾基水庫(kù)保證率95%可供水量調(diào)節(jié)計(jì)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(kù)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(jì)365.6791.60.462365.7168.9169.0由表2可知，水庫(kù)供水屬第二種情況，水庫(kù)來水量小于灌區(qū)設(shè)計(jì)需水量，經(jīng)水庫(kù)完全年調(diào)節(jié)后來水量全部被利用，此時(shí)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(kù)的可供水量與來水量和用水量相等，為367萬m3。4.3簡(jiǎn)化計(jì)算法流域內(nèi)各小型水利工程中除新一水庫(kù)、伏爾基水庫(kù)外其它水庫(kù)的集水面積都非常小，由于水庫(kù)上游沒有水文站控制，工程控制點(diǎn)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(jì)算的來水量勢(shì)必會(huì)存在較大的誤差，加上個(gè)別水庫(kù)又沒有實(shí)測(cè)的用水資料，因此采用興利調(diào)節(jié)的方法逐座計(jì)算水庫(kù)可供水量不但難于進(jìn)行，而且并不提高精度，對(duì)于這些水庫(kù)采用簡(jiǎn)化計(jì)算法估算可供水量即可。小型水庫(kù)中，天水湖水庫(kù)是為滿足城市的生態(tài)環(huán)境和庫(kù)區(qū)旅游的景觀用水的生態(tài)用水水庫(kù)，除相向庫(kù)區(qū)少量的生活用水外，水庫(kù)不為工業(yè)和農(nóng)業(yè)等用水戶提供河道外用水。庫(kù)區(qū)的水位觀測(cè)資料比較齊全，庫(kù)區(qū)生活用水量也容易調(diào)查統(tǒng)計(jì)。除天水湖水庫(kù)外，流域內(nèi)其它小型水庫(kù)僅為下游水稻灌區(qū)供水（保證率75%），因水庫(kù)負(fù)擔(dān)的灌溉面積較小，灌區(qū)逐年的實(shí)灌面積和灌溉定額易于調(diào)查獲得。本文根據(jù)以上水庫(kù)的供水情況和資料條件，采用實(shí)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(shí)際用水量代替水庫(kù)相應(yīng)保證率的可供水量。(1)農(nóng)業(yè)用水水庫(kù)的可供水量由于水庫(kù)的供水保證率為75%，可供水量保證率為50%和75%時(shí)，灌區(qū)的用水能夠得到保證，按照“以需定供”的原則，取設(shè)計(jì)用水量作為水庫(kù)的可供水量。灌區(qū)的設(shè)計(jì)用水量可根據(jù)設(shè)計(jì)灌溉面積、設(shè)計(jì)凈灌溉定額和渠系水利用系數(shù)，由下列公式計(jì)算求得：W用水=F設(shè)M設(shè)/（6）式中：W用水為保證率50%、75%的用水量(可供水量)；F實(shí)為灌區(qū)保證率50%、75%的設(shè)計(jì)灌溉面積；M設(shè)為保證率50%、75%的設(shè)計(jì)凈灌溉定額；為渠系水利用系數(shù)。計(jì)算保證率95%可供水量時(shí)，由于其保證率高于水庫(kù)的設(shè)計(jì)供水保證率，水庫(kù)供水遭到破壞，灌區(qū)的實(shí)際灌溉面積將小于設(shè)計(jì)灌溉面積，而且在非充分供水的情況下灌區(qū)的實(shí)際灌溉定額也會(huì)低于作物的設(shè)計(jì)灌溉定額，灌區(qū)的實(shí)灌面積通過調(diào)查獲得，在非充分供水條件實(shí)際灌溉定額按保證率95%的設(shè)計(jì)灌溉定額消減10%考慮，此時(shí)可供水量的計(jì)算公式如下：W用水=0.9F實(shí)M設(shè)/（7）式中：W為保證率95%時(shí)水庫(kù)用水量（可供水量）；