浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法

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浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-19 2592 0


1 前言

  在工程规划设计中,随着计算机的广泛应用,多以长系列法进行兴利调节计算,但有时或因工作周期短,或因进行多方案比较,中小设计流域可能还受资料条件的限制等,典型年法还是有其独到的作用。在供水水库的兴利调节计算和水电站的水能计算中,由于供水过程是较为均匀的,典型年法和长系列法的成果较为接近,而对灌溉水库来说,由于其需水过程是不均匀的,有其相对的需水高峰,因此,选择不同的典型年份求得的灌溉库容与长系列成果可能差异较大。本文以贵州省遵义县水泊渡水库为例,说明典型年选择中应注意的问题。

2 工程概况

  遵义县水泊渡水库地处贵州省的北部,位于乌江的二级支流上,工程坝址以上集水面积241km2。流域多年平均降水量1040mm,多年平均径流量1.13亿m3,是一座以灌溉为主兼顾供水的中型水库,总库容6550万m3,设计灌溉面积11646.5hm2,城镇日供水4万t。灌区位于遵义县南部,是贵州的粮食主产区之一,作物组成以水稻为主,兼有小麦、油菜、玉米、茶园等粮食和经济作物,复种指数1.8~2.0,灌区多年平均干旱指数0.75,为一般干旱区,以夏旱为主,特别是伏旱影响最大。变化规律为三年一小旱,五年一中旱,十年一大旱。

  流域属无资料地区,其径流计算以邻近的湘江站为参证站,采用水文比拟法结合降水修正来推求,用水过程则根据历年各种作物的设计节水灌溉定额推求。在所选用的1971~1996年资料系列中,丰平枯年份分别占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年等丰水年,因此,其来、用水过程代表性较好,这为以下的分析研究打下了坚实基础。水库P=75%设计年来水量8840万m3,P=85%设计年来水量7800万m3。

3 典型年比较

  根据规范要求,该灌区位于南方多雨区,作物以水稻为主,其设计保证率的范围为75%~95%,本文主要针对P=75%和P=85%进行分析;调节性能的研究范围为不完全年调节至完全多年调节。灌区作物以种植中稻为主,并且以中稻的需水量为最大,其灌溉期为5~8月。根据湘江水文站水文年及(5~8)月平均流量系列,\%P=75%典型年选择1975、1979、1980、1993年进行比较,P=85%典型年选择1972、1981、1986、1990年进行比较,各典型年的年及(5~8)月平均流量和经验频率见表1、表2。

浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法  第1张

由表可见,对P=75%来说,1979年全年及(5~8)月实测流量与设计值最为接近,其它年份来水均比设计值丰沛;而对P=85%来说,1981、1990年的经验频率均高于设计频率,实测流量均小于设计值,1972、1986年的经验频率和实测流量与设计值相近,另外,1990年干旱是建国以来最严重的干旱,其重现期为50年一遇,1972年干旱排第二位。单从年和(5~8)月平均流量来说,P=75%典型年份选择1979年较好,P=85%典型年份选择1972年较好。

  典型年年内径流分配过程以湘江水文站实测径流过程进行同频率修正,用水典型按长系列用水量进行选定,灌区P=75%年用水量6060万m3,P=85%年用水量6540万m3。为进行不同调节性能的比较,假定不同的年用水量放大系数(即表3、表4中的K),求得各个用水量相应的用水过程,进行长系列和典型年法兴利调节计算,长系列法求得的库容作为设计库容,成果见表3、表4。从表中可见:

浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法  第2张

  (1)在P=75%的4个典型年中,以1975年为典型求得的库容与设计值最为接近,而以最理想的1979年为典型求得的库容为最小。各典型年年库容与设计库容的比值,最大为1.42倍,最婿为0.36倍。

  (2)在P=85%的4个典型年中,以干旱最严重的1990年为典型求得的库容与设计值最为接近,而以比较干旱的1972年为典型求得的库容为最大,其它年份的库容均小于设计值,特别是年及(5~8)月平均流量的经验频率均达92.6%的1981年为典型求得的库容远小于设计值。各典型年年库容与设计库容的比值,最大为1.41倍,最婿为0.13倍。

那么为什么不同的典型年求得的库容差异如此之大,而且与典型年选择的结论完全相悖呢?可以从历年的径流过程及灌区干旱特性来分析原因。虽然各个典型年的全年和(5~8)月的平均流量和经验频率与设计值较为接近,但其分配过程各异,因此,求得的库容千差万别。各典型年5~8月逐旬平均流量过程线见图1。图中可见:

浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法  第3张

 (1)P=75%:1975年属中等干旱年,6~8月较干旱;而1979年用水关键时期7~8月来水均匀;1980年干旱月份较少,6、7月份来水较丰沛;1993年径流分配过程较恶劣,5~7月来水较枯,其年库容为最

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大。因此,P=75%典型年选择1975年为宜。

  (2)P=85%:1990年伏旱自7月份持续到8月底;而1972年的径流分配过程相当恶劣,5月下旬的径流量占(5~8)月径流总量的40%以上;1981年的来水丰枯交替出现,径流分配过程则较为均匀;1986年虽5月和8月来水较少,但5月份的用水也少。因此,P=85%典型年选择1990年为宜。

总之,由于典型年法要进行同频率修正,移用的是其径流分配率,因此,在选择典型年时,除了注意年、灌溉期实测流量和经验频率与设计值相近外,还应注意径流过程的代表性及灌区的干旱特性,可选择多个典型年分析、比较,以期选择最合适的典型年份,既经济又合理地确定水库规模。

4 典型年法年内亏水的处理方法

  当水库调节性能高于完全年调节时,当年来水不能满足需求,需进行多年调节。一般认为,水库的兴利库容由年库容和多年库容所组成。年库容由所选典型年推求;多年库容拦蓄丰水年的多余水量以补充枯水年的年水量的不足,多年库容一般用线解图法推求,这里提出一种较为简便的方法,就是将年内亏水按系数折算到兴利库容中。对于供水水库,年内亏水可全部作为兴利库容;对灌溉水库而言,因其用水过程不均匀,有相对集中的灌溉季节,水库可进行多回运用,因此不可能将年内亏水100%地计入库容,根据分析,从表3、表4可以看出,设计保证率愈高,年内亏水折算系数愈大,P=75%为0.20~0.50,P=85%为0.40~0.60;对于同一保证率来讲,以刚刚跨入多年调节时为最大。在省内其它地区,当流域的径流特性和灌区的作物组成、灌溉制度、复种指数等差别不大时,也可能存在着上述的变化规律。

  另外,在现场踏勘或成果框算时,如果已知每亩田所需的灌溉库容,就能较快知道设计灌面所需的灌溉库容,从而确定水库的大致规模。对本灌区而言,P=75%时,完全年调节到完全多年调节每亩田所需的灌溉库容为190~240m3;P=85%时,则为210~360m3。当灌区的干旱特性及流域径流特性基本一致时,每亩田所需的灌溉库容相差不大。如:黔东灌区的道塘水库,P=85%每亩田所需的灌溉库容为220m3;独山南部灌区的谭尧水库,P=75%每亩田所需的灌溉库容为183m3(两库均属完全年调节性能)。

5 几点结论

  1.在灌溉水库的径流典型年选择中除了要求年、灌溉期径流实测值及经验频率与设计值相近外,同时径流的分配过程也要与设计保证率相匹配,可结合灌区的干旱特性选择多个典型年份进行分析、比较,以合理、准确地确定工程规模。

  2.水库跨入多年调节后,P=75%时年内亏水可按0.20~0.50的折算系数加到库容中,P=85%时年内亏水则可按0.40~0.60的折算系数加到库容中;对于同一保证率来讲,以刚刚跨入多年调节时的折算系数为最大。能否进行地区综合,尚需随着资料的积累作进一步的分析、研究。

  3.本灌区P=75%时,完全年调节到完全多年调节每亩田所需的灌溉库容为190~240m3;P=85%时,则为210~360m3。当灌区的干旱特性及设计流域径流特性基本一致时每亩田所需的灌溉库容与此相近。


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