刘建军

( 新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

随着计算机技术的快速发展，计算速度的提高，利用计算机进行复杂长系列径流调节计算成为现实，特别是对于综合利用的水利枢纽工程承担多项供水任务，且各用水户用水量和供水保证程度不同，利用长系列的径流资料进行分析计算更为科学合理。

在SL104—2015《水利工程水利计算规范》中提出城乡供水工程、灌溉工程、水电站、综合利用水库、调水工程等均要求径流调节计算采用长系列法。但对长系列径流调节计算方法的计算原则、计算方法、边界条件等方面未做具体要求，无法满足在水库工程规模论证的分析要求，特别是对于具有多项综合利用要求的水利枢纽工程，各用水部门对用水量和供水保证程度要求不同，如何协调各用水部门的供水保证程度，也是长系列径流调节计算中不宜解决的问题。

本文在多年从事径流调节计算分析研究的基础上，不断探索，逐步形成较为完善的改进型长系列径流调节计算方法，目前已在多个综合利用水利枢纽工程规模论证和流域水库调度运行上进行应用，均取得良好的成效。

1 改进的径流调节计算方法

因现行规范缺少具体综合利用水库径流调节方法，且有关参考资料中使用的常规调节方法又存在一些不合理问题，本文根据近几年在设计工作中研究应用利用调度线控制的长系列时历法计算方法。

1.1 计算方法原理

1.1.1水库进出库水量平衡

径流调节计算的基本原理是利用水库的调蓄能力，改变天然径流过程，实现以丰补枯，增加枯水期可利用水量。计算依据的基本原理是水库进出库的水量平衡，即各时段的水库来水量及初步确定的同步用水量(或出力)，按设定的调节库容顺序进行径流调节计算，第i时段的计算公式为：

Vi+1=Vi+W来水-W用水-W损失

(1)

式中，Vi、Vi+1—水库第i时段初及时段末的蓄水量；W来水—第i时段来水量；W用水—第i时段综合利用各部门用水量之和；W损失—第i时段水库各种水量损失。

1.1.2以调度线控制水量分配

在水库进出库水量平衡式中，综合各部门用水量包括灌溉、工业、城镇生活、生态和发电等用水户，各用水部门的供水保证程度不用，工业和城镇生活供水保证率要求较高，通常为95%～97%；发电保证率通常为90%左右；灌溉和生态供水保证率通常为75%～50%。

在长系列径流调节计算程序中拟定不同供水对象的调度线，根据当前计算时段内水库水位与各调度线之间的关系，若水库水位低于调度线，则进行打折供水；若水库水位高于调度线，则按需水要求进行供水。以调度线控制水量配置，进一步协调不同供水对象的供水保障程度，满足各供水对象的供水保证率。

1.2 计算方法特点

与常规的长系列径流调节计算方法相比，改进后的长系列径流调节计算具有以下特点。

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(1)不划分水库调节性能

一座水库是年调节水库还是多年调节水库并没有准确的划分标准，水库调节性能随河流径流特性、综合用水过程的适配度等多种因素而变化。本次长系列径流调节计算法对水库的调节性能不作硬性划分，按照天然径流来水过程依次蓄供水。

(2) 耦合精度高

径流资料时段可为月、旬和日资料，根据水库的调节性能选择不同的径流资料，年及年以上调节性能的水库通常采用月或旬资料，年调节性能以下的水库采用日资料。改进的径流调节计算方法采用长系列径流资料，具有良好代表性的长系列径流资料中包含丰、平、枯各年型，能够反映河流的径流特性，这与传统计算方法相比，可以避免选择典型年或代表时段的难度和偶然性，提高径流调节计算与实际情况的耦合度。

(3)做到实时调节

采用的长系列径流资料通常为水文站实测或根据参证站插补延展的径流资料。本次计算方法不考虑径流过程的长期预知或预报，把常规方法中预知未来一年甚至更长时间的径流过程的事后调节，改为更接近实际的不可预知或预报长期径流过程的实时调节，是一种未知来水的实时调节。

(4)不划分蓄、供水期

常规径流调节计算方法将年调节能力的水库划分为蓄水期、供水期和不蓄不供期，多年调节能力的水库划分为连续蓄水年组和供水年组；多年调节性能的水库划分年调节库容和多年调节库容。改进的径流调节方法不再事先划分蓄、供水期和年、多年调节库容。仅根据入库径流和下游综合用水要求，按照一定的调节计算原则进行依次连续的蓄、供水。

(5)不人为确定起始时间和起始水位

常规径流调节计算方法，进行水库径流调节计算时应先确定计算的起始时刻和起始水位。SL104—2015推荐起始时刻可取连续丰水年最后一年丰水季节结束后水库蓄满(对于有汛期限制水位的水库，也可采用蓄水至汛期限制水位)的时刻。该规范推荐的起始时刻和起始水位难以控制和选择。本次改进的径流调节方法不再对水库的起止水位和时刻作相应的假定。按水库蓄水情况和供水要求进行连续调节计算，以上时段末蓄水量作为本时段初的蓄水量逐时段连续进行，以准确反映入库流量随机变化的真实状态。水库水量的调配不受人为假定的固定供水期、蓄水期的制约，完全按照水库水量、水位的连续变化，从系列年起点不间断地计算至终点，避免了常规方法不同水文年份均强制从相同的起调水位和起算时刻的不合理也不符合实际的做法。

改进的径流调节计算方法将上时刻末的水库蓄水量(或蓄水位)作为下一时刻初的蓄水量(或蓄水位)，在初步调节计算时，水库起始蓄水量(或蓄水位)可选择死库容(或死水位)与正常蓄水位对应库容之间的任意值，进行连续计算至系列末；之后将计算得到的系列末的蓄水量作为系列计算初的蓄水量再计算，计算系列形成首尾相连的循环过程，经循环计算后，使每年的入库、蓄库、出库(含损失)三者达到水量平衡。

(6)水库调度线控制

传统的综合利用水库径流调节计算对分析多目标任务很难实现，特别是多供水目标且供水对象的供水保证率不同(通常生态供水保证率50%，灌溉供水保证率为75%，城镇工业供水保证率95%～97%，发电保证率为90%)时，传统的做法采用简化的计算方法(化算保证率法、库容挑大法、只考虑主要用水部门选定库容)。

本次改进的径流调节计算方法，根据综合利用水库承担的供水任务，设置不同用水户供水调度线以控制供水对象的供水量。通常调度线以水库水位表示。综合利用水库供水对象一般为灌溉、城镇供水、生态和发电等；根据供水任务的不同分别设置灌溉供水调度线、城镇供水调度线、生态供水调度线和发电调度线等，利用调度线将兴利库容划分成不同的供水库容。在计算过程中，当前计算时刻初的水库水位如果低于某供水调度线，就对该供水对象的供水量进行打折供水，打折供水量以满足供水满足程度为前提，通常灌溉供水满足程度为70%，生态供水满足程度为50%等。改进的径流调节计算采用调度线控制方法，一方面较真实的反应水库实际运行的操作情况，另一方面可协调不同供水部门之间的水量分配，以满足各部门不同供水保证率要求。

(7)生成水库调度图

传统水库调度图的绘制是采用典型年进行逆时序径流调节计算，以相应设计保证率的多组典型年内径流分配过程，在满足用水需求的条件下进行逆时序分析计算，分析各种可能出现的水库外包线为调度线，偏安全的确定各种调度方案的适应范围，往往出现各调度线的交叉问题，仍需人工修正调度图，根据修正后的调度图重新进行径流调节计算，分析修正后的调度线是否满足各供水对象的保证率要求，否则需重新修正调度线，再次进行验证分析，如此，多次反复修正和验证，工作量较大，程序繁琐。

改进的径流调节计算方法采用调度线控制的长系列径流时历列表法，通过调整各供水调度线进行径流调节计算，通过调度线对水库兴利库容进行分配，满足综合利用各部门的供水要求和供水保证率，结合各业供水调度线，即可绘制出水库调度图，无需进行反复修正和验算工作。

2 改进计算方法的应用实例

新疆北部某大型水库，位于流域中游河段，调节库容19.18亿m3，库容系数0.59，具有多年调节性能，承担流域的农业灌溉、生态、外流域供水、发电和防洪等综合利用任务，是一项多任务多目标不同供水保证率要求的综合水利枢纽工程。

采用坝址断面1957—2007年共52年长系列月径流资料，利用本文提出的改进长系列径流调节计算方法进行分析，计算成果见表1。

表1 改进的长系列径流调节计算成果

流域内农业需水量6.62亿m3，多年平均供水量6.53亿m3，供水保证率达到75%，在供水破坏的年份中，供水量占需水量的70%，满足供水保证率和供水破坏深度的要求。

流域内河谷林草湿地需水量1.63亿m3，多年平均供水量1.53亿m3，供水保证率达到50%，在供水破坏的年份中，供水量占需水量的50%，满足供水保证率和供水破坏深度的要求。

水库坝址断面需下泄生态基流5.53亿m3，多年平均供水量5.51亿m3，供水满足程度均在95.9%以上，满足下泄生态基流的要求。

水库承担外流域供水任务，设计向外流域供水18.5亿m3，多年平均供水量18.37亿m3，供水保证率达到95%，满足供水保证率的要求。

发电作为兼顾任务，根据向下游供水进行发电，装机容量140MW时，年发电量5.20亿kW·h。

根据水库承担的灌溉、生态、供水任务，设置相应的调度线，在径流调节计算过程中，形成水库的调度线，详见表2。

表2 改进的长系列径流调节计算方法形成的调度线 单位：m

通过对长系列径流调节计算方法的改进，具有更好的操作性和实用性，在水库工程规模论证和水库调度中具有良好的应用前景。该改进计算方法在多个综合利用水库中进行了应用，取得很好的应用效果。

3 结语

改进的长系列径流调节计算方法可应用于综合利用水库的工程规模论证，利用具有代表性的长系列径流资料，通过设置供水任务的水库调度线，将兴利库容进行分配，控制综合利用的多供水任务不同设计保证率的协调，通过模拟计算分析，以科学论证水利枢纽工程规模。本文在水利工程水利计算规程提出的长系列径流调节计算方法的基础上进行了改进，使长系列径流调节计算方法具有更好的操作性和实用性。