水利工程論文-淺論灌溉水庫設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驗頻率要與設計值相近，同時徑流的分配過程也要與設計保證率相匹配，還得出了不同調節(jié)性能不同保證率典型年法興利調節(jié)計算中年內虧水的處理方法，以及不同調節(jié)性能水庫設計庫容的變化規(guī)律，對工程設計有一定的參考價值。關鍵詞：灌溉水庫典型年長系列年內虧水1前言在工程規(guī)劃設計中，隨著計算機的廣泛應用，多以長系列法進行興利調節(jié)計算，但有時或因工作周期短，或因進行多方案比較，中小設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、茶園等糧食和經濟作物，復種指數(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。流域屬無資料地區(qū)，其徑流計算以鄰近的湘江站為參證站，采用水文比擬法結合降水修正來推求，用水過程則根據(jù)歷年各種作物的設計節(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。水庫P=75%設計年來水量8840萬m3，P=85%設計年來水量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，其設計保證率的范圍為75%95%，本文主要針對P=75%和P=85%進行分析；調節(jié)性能的研究范圍為不完全年調節(jié)至完全多年調節(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年進行比較，P=85%典型年選擇1972、1981、1986、1990年進行比較，各典型年的年及（58）月平均流量和經驗頻率見表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）月實測流量與設計值最為接近，其它年份來水均比設計值豐沛；而對P=85%來說，1981、1990年的經驗頻率均高于設計頻率，實測流量均小于設計值，1972、1986年的經驗頻率和實測流量與設計值相近，另外，1990年干旱是建國以來最嚴重的干旱，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。典型年年內徑流分配過程以湘江水文站實測徑流過程進行同頻率修正，用水典型按長系列用水量進行選定，灌區(qū)P=75%年用水量6060萬m3，P=85%年用水量6540萬m3。為進行不同調節(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的用水過程，進行長系列和典型年法興利調節(jié)計算，長系列法求得的庫容作為設計庫容，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，以干旱最嚴重的1990年為典型求得的庫容與設計值最為接近，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計值，特別是年及(58)月平均流量的經驗頻率均達92.6%的1981年為典型求得的庫容遠小于設計值。各典型年年庫容與設計庫容的比值，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年內虧水量0000313110717302288虧水庫容折算系數(shù)00000.5240.3040.2370.201調節(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節(jié)年調節(jié)年調節(jié)年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(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）月的平均流量和經驗頻率與設計值較為接近，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年內虧水量002711389218028773508虧水庫容折算系數(shù)000.7140.4430.4040.4960.609調節(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節(jié)年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)多年調節(jié)(1)P=75%：1975年屬中等干旱年，68月較干旱；而1979年用水關鍵時期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驗頻率與設計值相近外，還應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，既經濟又合理地確定水庫規(guī)模。4典型年法年內虧水的處理方法當水庫調節(jié)性能高于完全年調節(jié)時，當年來水不能滿足需求，需進行多年調節(jié)。一般認為，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，就是將年內虧水按系數(shù)折算到興利庫容中。對于供水水庫，年內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)，水庫可進行多回運用，因此不可能將年內虧水100%地計入庫容，根據(jù)分析，從表3、表4可以看出，設計保證率愈高，年內虧水折算系數(shù)愈大，P=75%為0.200.50，P=85%為0.400.60；對于同一保證率來講，以剛剛跨入多年調節(jié)時為最大。在省內其它地區(qū)，當流域的徑流特性和灌區(qū)的作物組成、灌溉制度、復種指數(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，完全年調節(jié)到完全多年調節(jié)每畝田所需的灌溉庫容為190240m3；P=85%時，則為210360m3。當灌區(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（兩庫均屬完全年調節(jié)性能）。5幾點結論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驗頻率與設計值相近外，同時徑流的分配過程也要與設計保證率相匹配，可結合灌區(qū)的干旱特性選擇多個典型年份進行分析、比較，以合理、準