水庫入流量還原計(jì)算淺析

【摘 要】實(shí)時(shí)入庫流量是指導(dǎo)水庫運(yùn)行最直接、最有效的指標(biāo)之一。水庫實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度、實(shí)時(shí)洪水調(diào)度以及實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)等都需要準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)入庫流量作為支持，特別是在水庫調(diào)度自動(dòng)化程度日益提高的今天，實(shí)時(shí)入庫流量計(jì)算精度偏低，不但限制了一些水調(diào)自動(dòng)化功能的實(shí)用性，也影響實(shí)時(shí)水情的采集和使用?？梢哉f，實(shí)時(shí)入庫流量的準(zhǔn)確推求，不但能夠促進(jìn)水庫的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，還能夠促進(jìn)優(yōu)化調(diào)度，有利于實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】入庫流量；觀測計(jì)算；還原計(jì)算

入庫流量還原計(jì)算是計(jì)算建庫以后的入庫流量，簡稱入流。它包括入庫斷面流量和入庫區(qū)間流量兩部分 。入庫斷面流量是水庫回水末端附近干支流河道水文站測流斷面的過流量。這部分流量可以觀測計(jì)算出來。

入庫區(qū)間流量是入庫斷面以下到壩址間的流量，包括陸面及庫面流量兩部分。其中陸面流量是入庫斷面以下至水庫周邊以上的陸面所產(chǎn)生的流量；庫面流量是庫面上降雨直接轉(zhuǎn)化形成的。這兩部分流量只能推算求得。

因此，入庫流量不能簡單地用水文觀測直接取得，需要根據(jù)一定資料通過計(jì)算求得。

入庫流量計(jì)算的方法較多，可根據(jù)資料條件和庫區(qū)水系分布狀況選用不同方法。其中根據(jù)水庫水位及出庫流量觀測記錄，應(yīng)用水量平衡原理推算入庫流量的方法比較簡單、通用?，F(xiàn)簡單敘述如下：

整理水量平衡方程式得到推算時(shí)段平均入庫流量公式為：

式中V始、V末——觀測時(shí)段初始水位Z始、末水位Z末所相應(yīng)的庫蓄水量，由水位庫容曲線查得；

△V——△t時(shí)段內(nèi)庫容量變化

q始、q末——觀測時(shí)段初始水位Z始、末水位Z末所相應(yīng)的泄流量，由水位泄量曲線查得。兩者的平均值以出表示；

△t——兩次水位觀測的時(shí)間間隔（簡稱觀測時(shí)段）；

W損——△t時(shí)段內(nèi)水庫蒸發(fā)、滲漏損失水量；

——△t時(shí)段內(nèi)水庫損失量；

——△t時(shí)段平均入庫流量。

必須指出：

（1）對于庫水面積較小，滲漏較少，洪水過程歷時(shí)較短的水庫，在按公式進(jìn)行入庫流量計(jì)算時(shí)可以忽略損項(xiàng)。

（2）水位觀測次數(shù)要適當(dāng)，尤其是在水位漲落變化大的時(shí)候應(yīng)增加測次，抓住洪峰，使推求的入庫洪水過程接近真實(shí)情況。

【例】某水庫九月份入庫流量、總量資料及其還原計(jì)算方法列于表1。

九月二日八時(shí)觀測水位Z始為56.25米，填在表1第②欄內(nèi)；查Z~V曲線可求出蓄水量V始為1653×104米3，填在第③欄內(nèi)；九時(shí)又測水位Z末為56.56米，填在第②欄；查Z~V曲線又可求出V末為1801×104米3，填在第③欄內(nèi)。計(jì)算庫容量變化填在第④欄內(nèi)，其值為：

△V=V末—V始=1801-1653=148×104米3

計(jì)算△t填在第⑥欄內(nèi)，其值為：

△t=9時(shí)-8時(shí)=1時(shí)=0.36×104秒

則可計(jì)算出值填在⑦欄內(nèi)：米3/秒）

△t時(shí)段內(nèi)，由水位泄量曲線求出的輸水洞平均泄流量q洞為1米3/秒填在第⑧欄；溢洪道平均泄流量q溢為41.5米3/秒填在第⑨欄；則總下泄流量q出的（填在第⑩欄內(nèi)）為：

=1+41.5=42.5（米3/秒）

最后按公式求出時(shí)段平均入庫流量（忽略水庫蒸發(fā)、滲漏損失項(xiàng)）：

=411+42.5≈454（米3/秒）

依此類推，求出逐時(shí)段入庫流量Q入，填在表1最后第欄內(nèi)。該欄中最大值為本次洪水的洪峰，發(fā)生在9~10時(shí)，流量為560米3/秒。

表1某水庫入庫流量、總量還原計(jì)算表

這次入庫洪水總量也可以由表1求出。庫水位由九月一日八時(shí)起漲為55.63米，到五日八時(shí)入庫流量接近起漲時(shí)的流量，水位升到56.12米，則水庫蓄水量總增加：

1590×104-1369×104=221×104米3

另外，由表中第欄的總和可求出總下泄水量為1213×104米3，便可得本次洪水總量：

W入=221×104+1231×104=1434×104米3

根據(jù)表1第①欄和第欄數(shù)值，可繪出入庫洪水過程線，如圖1所示。

圖1某水庫還原洪水過程線

二、水庫入流量原計(jì)算的誤差

用水量玩平衡法推算入庫洪水對于長歷時(shí)洪量來說的誤差不大，但對于短歷時(shí)洪量特別是洪峰流量誤差較大。其原因一般有如下幾方面：

（一）庫水位代表性不強(qiáng)而引起的誤差。從公式中可知，V始、V末是根據(jù)水位，從水位庫容曲線必須具有一定精度外，水庫水位準(zhǔn)確與否對計(jì)算成果影響極大，特別是往往以壩前水位代表整個(gè)水庫平均水位，誤差更大。解決的辦法是：在水庫庫區(qū)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)增設(shè)幾個(gè)水位觀測站，用水庫平均水位推算入庫洪水。當(dāng)然如果考慮動(dòng)庫容影響，則更能提高精度。

（二）由于采用的計(jì)算時(shí)段長短不當(dāng)而產(chǎn)生洪峰流量的計(jì)算誤差。大量的計(jì)算結(jié)果表明：時(shí)段選得過長，會(huì)使洪水過程坦化，峰值偏低；時(shí)段取得過短，則容易使洪水過程線出現(xiàn)鋸齒形，即還原的入庫流量出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)負(fù)值。解決的辦法：選擇合適的時(shí)段，根據(jù)一些水庫的經(jīng)驗(yàn)，時(shí)段以不小于1~2小時(shí)為宜；流域面積大的水庫可用較長的時(shí)段?？蛇x擇幾個(gè)不同的時(shí)段，通過幾場洪水的計(jì)算，選擇其中不出現(xiàn)或少出現(xiàn)不合理現(xiàn)象的時(shí)段。

（三）時(shí)段平均最大流量與瞬時(shí)最大流量的誤差。入庫洪水的流量應(yīng)當(dāng)是瞬時(shí)值，其洪峰流量也應(yīng)當(dāng)是瞬時(shí)最大流量。用水量平衡法反推的入庫洪水過程，只能求得時(shí)段平均最大流量，它與瞬時(shí)最大流量的差值、與流量過程線的形狀及采用的計(jì)算時(shí)段長短有關(guān)。修正的辦法有很多。這里著重介紹一個(gè)徒手修正法，修正的原則是修正前后各時(shí)段的水量相等，很有點(diǎn)象洪水典型過程線同頻率放大的方法。這樣很容易把瞬時(shí)洪峰值定出。圖1中最大瞬時(shí)洪峰應(yīng)比560米3/秒大些，此圖因比尺關(guān)系仍采用560米3/秒。

（四）庫水位觀測誤差；出庫流量測驗(yàn)誤差；庫水位容積關(guān)系曲線的誤差等。為了避免這些方面的誤差和錯(cuò)誤，應(yīng)按水文觀測規(guī)范要求布設(shè)水尺、選擇測流斷面，按規(guī)范要求和具體情況確定測次，測量精度要滿足要求，記錄要準(zhǔn)確，計(jì)算成果要多方校核。