城背后水庫供水調度分析

周艷飛

（貴州拓土資源開發(fā)有限公司，貴州 貴陽 550000）

城背后水庫供水調度分析

周艷飛

（貴州拓土資源開發(fā)有限公司，貴州 貴陽 550000）

為探明城背后水庫供水調度有效性，實現(xiàn)充分發(fā)揮供水調度重要作用的目標。在無水庫供水情況下對可靠度及缺水進行分析的方法，驗證水庫供水調度方案的有效性。結果表明，水庫調節(jié)在降低缺水率方面有重要作用，而且該地區(qū)水資源存在良好開發(fā)潛力，最終得出為滿足地區(qū)生產(chǎn)生活供水需求，應采取必要的水庫調節(jié)策略，IV號水平年以后需要新建水源來滿足未來的用水需求以及當?shù)刭Y源開發(fā)潛力巨大。

城背后水庫；供水可靠度；缺水指數(shù)；供水調度

城背后水庫是一座以農(nóng)田灌溉為主兼有防洪功能的小（二）型水利工程。水庫設計資料特征指標為：水庫總庫容28.92萬m3（除險加固后計算），其中興利庫容19.69萬m3，死庫容1.75萬m3。設計灌溉面積665畝，有效灌溉面積665畝。為了對該水庫供水調度方案的有效性進行驗證，根據(jù)城背后水庫實際情況，采用供水可靠度與缺水指數(shù)兩項指標，對供水調度方案進行綜合分析。

1 用水量分析

城背后水庫原設計正常蓄水位1654.3 m，正常蓄水位以下庫容20.3萬 m3，死水位1647.7 m，死庫容1.75萬 m3，興利庫容18.55萬m3，設計灌溉面積665畝，實際灌溉面積350畝。

城背后水庫壩址以上流域無人飲、農(nóng)田灌溉用水需求,故壩址以上流域耗水量可視為零。

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99），考慮到社會經(jīng)濟發(fā)展和本地區(qū)水資源條件，灌溉保證率取80%。參考《節(jié)水灌溉技術規(guī)范》（SL207—98），灌溉水利用系數(shù)根據(jù)貴州水資源綜合規(guī)劃水資源現(xiàn)狀調查取用0.45。

根據(jù)《貴州省行業(yè)用水定額》（BD52/T725-2011），普安縣屬農(nóng)業(yè)灌溉Ⅳ區(qū)，結合當?shù)氐母珊登闆r、降水情況，項目區(qū)灌溉對象主要是以水稻為主，水稻復種油菜，復種指數(shù)1.8。水稻灌溉模式為“淺～深～淺”常規(guī)灌溉模式，P=80%凈灌溉定額為340 m3/畝；油菜灌溉模式為溝灌，P=80%凈灌溉定額為95 m3/畝。

2 無水庫供水

2.1 可靠度分析

可靠度可用以下公式表述：

式（1）中，Pr[Q≥q]表示需水量在實際供水量下的超越幾率[1]。根據(jù)流量指標的超越幾率，計算五個水平年。由無水庫供水可靠度的分析結果可知，隨著需水量的不斷增大，供水可靠度不斷減小。各個水平年在12月～3月的可靠度低于15%，可靠度超過50%的月份為4月、5月、7月、9月和10月，其它月份可靠度均相對較低。由此可以看出，在無水庫的條件下，實際用水主要會受到徑流的影響，在這種情況中城市供水將很難得到保障。對此，需借助水庫對徑流豐枯變化實施調節(jié)，確保可靠度在每個月份都可以達到較高保證值，從而滿足用水需求?？煽慷确治鲞m用于對資源的調配方案實施檢驗，在實際情況中，只有每個月的供水都可以滿足相應要求，才能認定為是一個合理的調配方案[2]。

2.2 缺水分析缺水分析選用的評定標準為缺水指數(shù)，其可被定義為：

式中，SI年為無因次單位；Ny為總年數(shù)。

當缺水指數(shù)為1時，表示的是在10%缺水率情況下的出水量。根據(jù)式（2）算出各個水平年對應的缺水指數(shù)，計算結果如表1所示。

表1 無水庫供水條件下的缺水指數(shù)計算結果

采用歷史徑流數(shù)據(jù)對未來的缺水狀況進行考察，在無水庫供水的條件下，所有水平年的實際缺水指數(shù)均在1.0以上，且上升幅度十分顯著，說明當前已無法滿足需水要求。

3 水庫供水調度

為方便調度和實際操作，采用聯(lián)合仿真調度方式，同時根據(jù)歷史數(shù)據(jù)加以驗證，以算出不同調配方案對應的缺水指數(shù)[3]。

3.1 調度原則

（1）優(yōu)先使用河川進行引水，再使用水庫進行蓄水，盡量多蓄水，減少棄水。

（2）采取聯(lián)合調度策略。

3.2 結果分析

來水過程，主要利用月徑流的實測過程，并充分結合水庫實際運行特征，而模擬調度須按照水文年度實行。需水依舊采用水平年，針對水庫調度方案的可靠度與缺水指數(shù)分析結果為：實際供水可靠度有明顯提升，雖然某月份的可靠度為0.46，但其對應V號水平年，其余水平年的實際可靠度均可超過0.9。IV號水平年僅有3月可靠度低于0.8，為0.74，但年均可靠度可達0.87；V號水平年的年均可靠度可以達到0.76，仍高于無水庫供水條件下的平均水平。水庫供水條件下的缺水指數(shù)計算結果如表2所示。

表2 水庫供水條件下的缺水指數(shù)計算結果

由表2可以看出，缺水指數(shù)與需水量成正比關系，當年缺水指數(shù)為1.01時，即IV號水平年，其產(chǎn)生缺水現(xiàn)象，說明該調配方案實際供水量可保持到IV號水平年。

在計算缺水指標的過程中，為明確不同方案對應的最佳需水規(guī)模，可取缺水指數(shù)為1.0進行反推計算。計算結果已在表2中給出，如果年缺水指數(shù)取1.0，則相應的月缺水指數(shù)為3.72，說明想要滿足IV號水平年及其以后用水要求，需開設額外供水工程[4]。

通過對無水庫供水條件下缺水指數(shù)計算結果與水庫供水條件下缺水指數(shù)計算結果的對比可知，當無水庫供水時，各個水平面的年均缺水率保持在17.18%～31.43%范圍內(nèi)；而在聯(lián)合調度方案下，各個水平年的年均缺水率降低至0.18%～11.04%，可以看出水庫調節(jié)在降低缺水率方面所起到的重要作用。除此之外，再從水庫供水條件下缺水指數(shù)計算結果的棄水量指標角度看，聯(lián)合調度模式下的V號水平年年均棄水量已突破20000萬m3，說明該地區(qū)的現(xiàn)狀水資源仍具備一定開發(fā)潛力[5]。

4 結論

（1）通過城背后水庫現(xiàn)狀分析可知，其在自然情況下的徑流分布不均，來水主要集中在7～10月份，其來水量占總量近七成。統(tǒng)計表明，在無水庫供水條件下，不僅供水可靠度小于0.1，而且缺水指數(shù)也遠在1.0以上。由此可見，為滿足基本供水需求，必須采取水庫調節(jié)策略。

（2）采用仿真調度模式對當?shù)氐墓┧到y(tǒng)實施仿真調度，實行聯(lián)合調度形式。根據(jù)水庫供水條件下的缺水指數(shù)計算結果可知，IV號水平年產(chǎn)生缺水現(xiàn)象（缺水指數(shù)為1.01＞1.0），說明該調配方案實際供水量可保持到IV號水平年，同樣也預示著IV號水平年以后需要新建水源來滿足未來的用水需求。另外，聯(lián)合調度模式下的V號水平年年均棄水量已突破20000萬m3，說明該地區(qū)具有良好資源開發(fā)潛力。

[1]曾祥，胡鐵松，郭旭寧，方洪斌.并聯(lián)供水水庫解析調度規(guī)則研究II:多階段模型與應用[J].水利學報,2016,10(11):12-13.

[2]尹正杰，王小林，胡鐵松，吳運卿.基于數(shù)據(jù)挖掘的水庫供水調度規(guī)則提取[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2016,11(08):129-135.

[3]王海潮，來海亮，尚靜石，陳建剛，張書函.基于MIKEBASIN的水庫供水調度模型構建[J].水利水電技術,2014,12(02):94-98.

[4]黃強，黃文政，薛小杰，王義民.西安地區(qū)水庫供水調度研究[J].水科學進展，2015，11(06):881-886.

[5]王小林，成金華，尹正杰，胡鐵松.人工免疫識別系統(tǒng)提取水庫供水調度規(guī)則的性能分析[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2014,12(10):129-137.

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1673-9000（2017）05-0181-02

2017-07-26

周艷飛（1989-），男，貴州習水人，助理工程師，主要從事水文設計工作。