年调节灌溉水库兴利调度图的绘制和应用技巧

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：仅绘出兴利调度线和兴利特征水位时，称为兴利调度图。因此，兴利调度图的绘制实际上就是加大供水线与限制供水线的绘制。

1.水库调度图

当年预报的水库兴利调度线是兴利调度的途径之一，但由于长期气象水文预报精度的限制以及为了多种途径相互论证，因此在实际工作中往往利用水库的统计调度图作为兴利调度的又一途径。

所谓水库的统计调度图，简称调度图，是指由以往水文资料绘制的，表示水库调度方案和运行规则的图形。当防洪和兴利部分结合、下游有防洪要求时，水库调度图的一般形式如图G7.2所示。图中有限制供水线、加大供水线（对灌溉水库而言）等指示线以及水库的各种特征水位。这些指示线和特征水位将调度图分为减小供水区、正常供水区、加大供水区、防洪区、调洪区等指示区。图G7.2也称为水库调度全图，其中限制供水线、加大供水线均为兴利调度线。仅绘出兴利调度线和兴利特征水位时，称为兴利调度图。

图G7.2　年调节灌溉水库调度图示意

Ⅰ—减少供水区；Ⅱ—正常供水区；Ⅲ—加大供水区；Ⅳ—防洪区；Ⅴ—设计洪水调洪区；Ⅵ—校核洪水调洪区

以下介绍兴利调度图的绘制与应用，关于防洪调度图将在工作任务G8中介绍。

2.水库兴利调度图的作用

对于兴利来说，水库的运行状况通常由设计保证率来衡量。因此，兴利调度图的作用：①对于设计保证率以内的年份（通常为年来水量大于、等于设计枯水年水量的年份），正常供水，避免人为操作不当出现供水破坏；②对于设计保证率以外的年份，应及时有计划地减少供水，一般可降低灌溉用水量20%～30%，以便减小破坏深度；③当丰水年水多时，充分利用水量，以获得更大的效益。如加大地表水灌溉面积、引水灌塘或加大其他用水部门水量（如生态环境用水、发电用水）。

3.兴利调度图的绘制

兴利调度图的上述作用是通过加大供水线和限制供水线来实现的。因此，兴利调度图的绘制实际上就是加大供水线与限制供水线的绘制。

加大供水线作为加大供水与正常供水的分界线，该线某一时刻相应的水量（或水位）实质是设计保证率以内年份中各年在该时刻的必需蓄水量（或水位）的最大值；限制供水线作为正常供水与限制供水的分界线，该线某一时刻相应的水量（或水位）实质是设计保证率以内年份中各年在该时刻的必需蓄水量的最小值。若已知水库运行过程中历年各时刻的必需蓄水量，则可得到加大供水线与限制供水线。而实际上未来情况尚未发生，因此加大供水线与限制供水线，是根据以往水文资料来概括未来的水文情势，通过分析计算绘制的。常用代表年法，其步骤如下。

（1）代表年的选择。代表年的选择，有实际代表年和设计代表年两种。前者，是从实测的年来水量与年用水量系列中，选择年来水量与年用水量都接近于灌溉设计保证率的年份3～5年，其中应包括各种不同的年内分配典型；后者，是将上面所选年份的来、用水过程分别按设计年来水量和设计年用水量控制进行缩放，转换为设计保证率相应的设计年来、用水过程。需要注意的是，当规划设计时，若水库的兴利库容是用代表年法确定的，则绘制调度图时的代表年中应包括该年；若是用长系列法确定的，则代表年中应至少有一个年份的最高蓄水位要等于或略高于正常蓄水位。

（2）各代表年各月初（末）的必需蓄水量的推求。对各个代表年，由供水期末死水位（死库容）开始，逆时序调节计算，遇亏水相加，遇余水相减，出现负值取零，直至蓄水期开始为止，从而得到水库各年的各月初（末）的必需蓄水量及相应的库水位过程。

（3）加大供水线与限制供水线的绘制。将各代表年逐月末的必需蓄水量或库水位过程绘于同一张图上，取上、下包线，即分别得到加大供水线、限制供水线。有时，还需结合具体情况对限制供水线进行必要的修正，详见算例。

【例G7.2】　华北地区某年调节灌溉水库，水库正常蓄水位60.5m，兴利库容890万m3，死水位55.30m，死库容300万m3。灌溉设计保证率75%，水库设计时已求得设计年径流量W来p＝1895万m3，逐年各月灌溉用水量采用固定用水量，逐月灌溉用水过程见表G7.4第（5）栏。要求绘制兴利调度图。

（1）代表年的选择。该水库有年径流资料24年。选年来水量接近设计年径流量且年内分配较为不利的1976～1977年，1978～1979年，1982～1983年以及原设计枯水年1961～1962年作为代表年，见表G7.3。

表G7.3　各代表年逐月来水量　　单位：万m3

（2）缩放代表年。对1976～1977年，1978～1979年，1982～1983年各代表年按设计年径流量控制缩放，得到不同年内分配的设计代表年（即设计枯水年）。例如，1982～1983年，缩放倍比K＝W来p/W年代＝1895/1947＝0.9733，计算结果见表G7.4第（3）栏，限于篇幅其他年份的计算结果不一一列出。

（3）逐月损失水量的确定。采用简化法计入损失，求得年内各月平均损失水量13万m3。

（4）逆时序调节计算，求各代表年各月初（末）的必需蓄水量。其中，1982～1983年代表年的调节计算结果见表G7.4第（8）栏。表中7月应蓄水量为210.1万m3，但当月余水为310.2万m3，故按比例可求出7月蓄水的天数为210.1/310.2×31＝21d，即从7月11日起蓄水。其他三个设计代表年的调节计算过程从略。利用Excel软件进行上述计算非常方便，所涉及的操作方法，在前述工作任务中已经介绍，此处不再赘述，读者可上机练习。

表G7.4　1982～1983年设计代表年逆时序调节计算表　　单位：万m3

（5）加大供水线与限制供水线的绘制。将各代表年各月初的必需蓄水量（或水位）过程线绘于同一张图上，取上、下包线，如图G7.3粗实线所示，即得到加大供水线与限制供水线。为便于使用，可将各年各月初的必需蓄水量汇总，确定各月初必需蓄水量的最大值和最小值，并利用水位—容积关系线，转化为相应的库水位，然后据此绘制以水位为纵坐标的加大供水线与限制供水线。

需要说明的是，为了避免在供水期末期，库水位已接近死水位时仍正常供水，可能出现集中断水的现象，应将图G7.3中限制供水线进行修正，即将B′点移至供水期末B点，可采用图G7.3中虚线AB所示的修正方法。

4.兴利调度图的检查与修改

水库兴利调度图中加大供水线与限制供水线的位置，随所选代表年的年数与具体年份，以及是采用实际代表年法还是设计代表年法，都有所不同。为使所绘调度图合理，应检查所绘调度图是否符合设计保证率的要求。具体做法是根据调度图的运行规则，利用已有的长系列来、用水资料，逐年逐月进行顺时序操作，检查正常供水能够得到满足的年数是否符合设计保证率，如不符合，则须修改调度图，直至按所绘调度图操作，正常供水的保证程度符合设计保证率为止。

5.兴利调度图的应用

水库兴利调度图是根据历史资料统计分析绘制的，在没有足够精度的长期预报资料的条件下，可以根据当时库水位所在的分区及相应的供水规则，而决定是正常供水，还是加大供水或是缩减供水。必须指出的是，调度图可以作为水库兴利运用的基本依据，但不是唯一依据。应用时应注意两点：

图G7.3　某年调节灌溉水库兴利调度图

（1）与中、短期气象水文预报相结合。例如，某月月初库水位在正常供水区的限制供水线稍偏上，但通过中期水文预报得出，后期来水甚少，不能满足灌溉需要，则可从月初开始就有计划地减少供水量，以免集中断水。

（2）当资料系列较短时，所选代表年具有一定的偶然性，应随着资料的累积，对调度图进行修正。

年调节灌溉水库兴利调度图的绘制和应用技巧

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