徑流調(diào)節(jié)在水庫規(guī)模論證比較中的應(yīng)用

李貴輝，劉 鑫，徐 晶

(1.望奎縣水務(wù)局，黑龍江 望奎 152100;2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080;3.黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱 150080)

1 水庫調(diào)節(jié)類型

黑龍江省目前在冊(cè)管理的大中小型水庫近700座，分布在全省的絕大多數(shù)河流上，在城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮重要作用。根據(jù)省委省政府關(guān)于加快水利建設(shè)大力發(fā)展現(xiàn)代水利的決定，黑龍江省水源工程建設(shè)從長期缺乏建設(shè)控制性水源工程向大中小工程并重、蓄水引水工程并舉，切實(shí)增強(qiáng)水資源配置能力轉(zhuǎn)變，到2010年，地表水調(diào)控能力由11%提高到15%;到2020年，地表水調(diào)控能力提高到25%;初步建立起適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的水資源供給體系;在近期實(shí)施十大重點(diǎn)工程中兩項(xiàng)主要任務(wù)與水庫等調(diào)蓄工程有關(guān)，即實(shí)施一批大中型水利樞紐工程和控制性水源工程建設(shè)和實(shí)施病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程建設(shè)。

建設(shè)水庫主要任務(wù)就是解決用水與天然來水之間的供需矛盾，通過控制和重新分配河川徑流，人為地增加或減少某一時(shí)期的徑流量，來適應(yīng)用水部門需要，這就是水庫的興利調(diào)節(jié)。

根據(jù)水庫在設(shè)計(jì)和運(yùn)用中的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)類型可以分很多種:①按調(diào)節(jié)對(duì)象和重點(diǎn)分—洪水調(diào)節(jié)和枯水調(diào)節(jié);②按服務(wù)對(duì)象分—灌溉、城鎮(zhèn)供水、發(fā)電、防洪除澇以及綜合利用等;③按調(diào)節(jié)周期—無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)等;④其他形式調(diào)節(jié)—補(bǔ)償調(diào)節(jié)、反調(diào)節(jié)、庫群調(diào)節(jié)等。

2 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

水庫蓄水量的變化過程計(jì)算稱為徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。徑流調(diào)節(jié)計(jì)算方法是把整個(gè)調(diào)節(jié)周期劃分為若干個(gè)較小的時(shí)段(月、旬、周、天、時(shí)等)，按時(shí)段進(jìn)行水量平衡計(jì)算，水量平衡公式為:

式中:ΔT為計(jì)算時(shí)段;ΔV為ΔT時(shí)段內(nèi)水庫蓄水量變化，蓄為正，供為負(fù);Q入為ΔT時(shí)段內(nèi)平均入流;Q出為ΔT時(shí)段內(nèi)自水庫取用或消耗平均流量，包括各興利部門的用水流量Σ Q用、蒸發(fā)損失流量Q蒸及滲漏損失流量Q滲，以及水庫產(chǎn)生的無益棄水流量Q棄等。

上式詳細(xì)形式為:

徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的任務(wù)是:在分析地區(qū)徑流特性基礎(chǔ)上，計(jì)算庫容、保證供水量和設(shè)計(jì)保證率之間關(guān)系，為選擇規(guī)劃實(shí)施方案提供依據(jù)。

3 徑流調(diào)節(jié)與水庫規(guī)模論證關(guān)系

我們?cè)趯?shí)際工作中會(huì)遇到不同設(shè)計(jì)任務(wù)，或在供水量一定情況下，確定水庫設(shè)計(jì)庫容，或在水庫庫容一定情況下，確定水庫供水量，但在規(guī)劃設(shè)計(jì)中更常遇到的是，水庫設(shè)計(jì)庫容與水庫供水量都沒有確定，若水庫修建的大一些，則水庫供水量大，對(duì)于灌溉水庫來說，可以灌溉面積大一些，但水庫工程投資、淹沒損失相應(yīng)都要增加，需要通過方案進(jìn)行效益和投資費(fèi)用比較，選擇經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理方案。

4 實(shí)例

白云水庫位于黑龍江省嫩江縣，嫩江上游左岸二級(jí)支流大坡路古河上，集水面積54 km2，是一座以灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的水庫工程。

水庫設(shè)計(jì)采用基礎(chǔ)資料:壩址多年平均徑流量648萬m3，年徑流Cv值0.56，75%的來水量為380萬m3;庫區(qū)年蒸發(fā)深度為191 mm，滲漏損失采用1 mm/d，總損失深度556 mm/a;主要為大豆、小麥灌溉，種植比例為7∶3，綜合毛灌溉定額2 527.5 m3/hm2。水庫按滿足淤沙、養(yǎng)魚等要求，初定為294.5 m，死庫容為81.3萬m3。

本工程的特點(diǎn)是水資源量有限，灌溉土地資源充足，水庫供水量與設(shè)計(jì)庫容都不確定。即假如按調(diào)節(jié)周期分本水庫調(diào)節(jié)類型可能為不完全年調(diào)節(jié)、完全年調(diào)節(jié)或者多年調(diào)節(jié)。為使有限水資源量得到充分利用，同時(shí)使投資得到最大效益回報(bào)，須通過方案比選，以確定設(shè)計(jì)規(guī)模。

水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算按統(tǒng)計(jì)法采用典型年計(jì)算。為在滿足精度前提下簡化計(jì)算，本次共選擇7個(gè)方案進(jìn)行比較。7個(gè)方案中調(diào)節(jié)類型為不完全年調(diào)節(jié)的3個(gè)，多年調(diào)節(jié)3個(gè)，完全年調(diào)節(jié)1個(gè)，成果見表1。

表1 水庫徑流調(diào)節(jié)成果表

對(duì)各方案進(jìn)行分析，選擇調(diào)節(jié)系數(shù)和灌溉面積、水位與投資、效益分別進(jìn)行建立關(guān)系，見圖1、圖2。

圖1 調(diào)節(jié)系數(shù)與灌溉面積關(guān)系

圖2 水位與投資、效益關(guān)系圖

由圖1可見，隨著調(diào)節(jié)系數(shù)增大，水庫灌溉面積增多，在水位300 m附近出現(xiàn)拐點(diǎn)，說明在此處調(diào)節(jié)系數(shù)增加不多，但灌溉面積卻增加較多，水資源利用效率較高;由圖2可見，隨著水位升高，投資、效益均呈增大趨勢(shì)，投資曲線分段趨勢(shì)比較明顯，在295～297 m段曲線上升比較快，說明在此段內(nèi)隨著水位上升投資增加相對(duì)比較少，即與其上段曲線相比增加1 m水位投資增加比較少;在水位297 m以后水位與投資變化基本呈直線，說明在此段內(nèi)每上升1 m水位增加投資基本相當(dāng);效益曲線從斜率看呈一個(gè)趨勢(shì)，即逐漸增大，說明隨著水位升高效益增加逐漸減緩，這與灌溉面積曲線變化趨勢(shì)是一致的;效益與投資曲線合計(jì)起來看，在同一水位下，效益與投資相比，經(jīng)歷從小到大又逐漸趨近于相等的一個(gè)趨勢(shì)，說明在低水位時(shí)效益小于投資，隨著水位升高效益增速大于投資增速，效益逐漸大于投資，兩者之間差經(jīng)歷從小變大，又從大變小，并逐漸趨近于相等。項(xiàng)目建設(shè)的前提是效益大于投資，也就是說從發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，建設(shè)一個(gè)項(xiàng)目必須要求產(chǎn)出大于投入，也就是平常所說的要賺錢，從這個(gè)角度出發(fā)，水位應(yīng)在297～301 m選擇，從追求最大利潤出發(fā)即效益與投資之間差最大，水位應(yīng)選擇299 m附近，即達(dá)到優(yōu)化選擇水位的目的。

5 結(jié)語

本文通過徑流調(diào)節(jié)計(jì)算，選擇多個(gè)方案論證水庫最優(yōu)規(guī)模，具有直觀、簡便的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)果接近于理論最優(yōu)點(diǎn)，在小型水庫設(shè)計(jì)中具有一定應(yīng)用價(jià)值。

但大中型水庫水位選擇是一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及淹沒對(duì)象及制約條件、移民安置難度及工程建設(shè)地質(zhì)條件等，應(yīng)該綜合加以考慮。

[1] 梁忠民，鐘平安，華家鵬.水文水利計(jì)算[M].南京:河海大學(xué)出版社，2006.

[2] 吳明官，楊冬玲.水文水資源論文匯編[G].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2006.

[3] 馮尚友.水資源持續(xù)利用與管理導(dǎo)論[M].北京:科學(xué)出版社，2000.