本發(fā)明涉及水庫二級徑流調(diào)節(jié)和水庫調(diào)度圖的形式及其繪制方法，具體地指一種以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式及其繪制方法以及利用調(diào)度圖對水庫二級徑流調(diào)節(jié)進行計算的方法。
背景技術：
：1)技術現(xiàn)狀我國對城鄉(xiāng)供水和農(nóng)業(yè)灌溉一直非常重視，修建了眾多的以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫，以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫在工程設計和水庫運行管理中，水庫調(diào)度圖是什么樣的形式以及如何繪制，水庫徑流調(diào)節(jié)如何計算、到目前為止還沒有完善的水庫調(diào)度圖形式和計算方法。在《水利工程水利計算規(guī)范》(SL104-2015)和《水庫調(diào)度設計規(guī)范》(GB/T50587-2010)中也沒有明確規(guī)定。在《水利工程水利計算規(guī)范》中，將城鄉(xiāng)供水和灌溉用水分為兩種類型的水庫工程進行水利計算；在《水庫調(diào)度設計規(guī)范》中，將灌溉與城鄉(xiāng)供水調(diào)度圖分為保證供水區(qū)、降低供水區(qū)和加大供水區(qū)等三個區(qū)域，該調(diào)度圖不能解決城鄉(xiāng)供水和灌溉用水兩個不同供水對象、不同供水任務和不同設計保證率的問題。目前水利工程規(guī)劃設計中，對以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫徑流調(diào)節(jié)一般采用時歷法、集中破壞方式進行水庫供需平衡計算，或者對設計保證率以外水文年，削減供灌需水量進行水庫供需平衡計算，此種計算方法，在規(guī)劃設計階段尚屬可行，但在實際運行調(diào)度中，難以控制應用?；谀壳暗臓顩r，以及設計和水庫運行管理的要求，本專利申請在以往工作經(jīng)驗的基礎上，尋求解決以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算和水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的形式及其繪制方法，以及利用調(diào)度圖對水庫二級徑流調(diào)節(jié)進行計算的方法。2)技術研究難點對以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度圖的繪制和水庫二級徑流調(diào)節(jié)存在以下難點：①對于以城鄉(xiāng)供水和灌溉用水為主的水庫，從供需關系而言，兩者是相互獨立的：需水方面，城鄉(xiāng)需水與人口和工業(yè)有關，灌溉需水與灌區(qū)面積、耕作制度、作物組成和降雨有關；水庫供水方面，水庫供水能力與水庫集雨區(qū)面積、降雨量和水庫調(diào)節(jié)庫容有關。但是兩者又有一定聯(lián)系，灌溉年需水量及年內(nèi)需水過程與年降雨量及年內(nèi)降雨過程有關，且為反向關系。以貴州省長征水庫為例(見表1)，如2010.5～2011.4(水文年，下同)，水庫年來水量174.80萬m3，灌溉年需水量155.70萬m3，1976.5～1977.4，水庫年來水量348.4萬m3，灌溉年需水量101.0萬m3。此外，由于水庫年來水量年內(nèi)分配與灌溉年需水量年內(nèi)分配的匹配不同，有時會出現(xiàn)水庫年來水量大的水文年灌溉年需水量比水庫年來水量小水文年還大，如1967.5～1968.4，水庫年來水量351.0萬m3，灌溉年需水量126.0萬m3，而1984.5～1985.4，水庫年來水量285.7萬m3，灌溉年需水量114.8萬m3。這就是說，水庫年來水量與灌溉年需水量兩者之間存在的反相關系，有時也不同步。這說明了水庫年來水量與灌溉年需水量之間關系的復雜性，說明了水庫年來水量保證年份不一定是灌溉年需水量的保證年份，因為除考慮水庫年來水量與灌溉年需水量的大小外，還要考慮兩者水量在年內(nèi)的分配及其匹配情況。因此設計典型年如何選擇是以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度的一個難點。②就水庫供水對象而言，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水是兩項互為獨立、不同供水對象的水庫供水任務，保證率也不相同：灌溉保證率較低，年保證率一般為70～85％；城鄉(xiāng)供水保證率較高，歷時保證率一般為95～97％。兩者互為獨立、不同供水對象和不同保證率要求的水庫調(diào)度圖是什么樣的形式，該水庫調(diào)度圖繪制典型年如何選擇，如何運用選擇的典型年進行水庫調(diào)度圖繪制，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求如何通過水庫調(diào)度圖來實現(xiàn)，是以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度的另一難點。表1長征水庫歷年徑流及灌溉用水系列對照表3)以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)方法概論及目前常用方法評價以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫承擔著城鄉(xiāng)供水和灌溉用水等綜合利用任務，要完成其承擔的任務，需要有一定的徑流量和一定的水庫調(diào)節(jié)庫容，通過水庫對徑流的調(diào)節(jié)作用，滿足水庫對城鄉(xiāng)供水和灌溉需水的要求。完成以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫綜合利用任務，從技術上來說，主要是繪制合理的水庫調(diào)度圖和制定水庫運行調(diào)度規(guī)則。事實上，城鄉(xiāng)供水和灌溉兩個用水部門都有其各自不同的用水要求：首先，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水保證率是各不相同的，城鄉(xiāng)供水保證率高，灌溉用水保證率相對低一些；其次在同一水庫同樣來水情況下，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水兩個部門的用水量和用水過程也是不相同的，有時是有矛盾的。這些不同用水要求和矛盾如何解決呢？主要的方法就是根據(jù)水庫運行水位、來水量和需水量對水庫供水量和水庫運行水位進行合理的調(diào)度控制，使之能夠達到兩個用水部門的不同需水要求，這就是所謂的水庫控制運行調(diào)度或者是水庫運行調(diào)度決策問題。從水庫調(diào)度和水庫徑流調(diào)節(jié)計算來看，以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度和水庫徑流調(diào)節(jié)計算是一個水庫二級調(diào)節(jié)問題，是水庫城鄉(xiāng)供水調(diào)節(jié)和灌溉用水調(diào)節(jié)問題，是要求水庫同時滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的不同設計保證率問題，其最終目的是確定水庫所需的調(diào)節(jié)庫容、繪制水庫調(diào)度圖和制定水庫運行調(diào)度規(guī)則。對于以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算，其設計保證率和調(diào)節(jié)流量不是一個，而是兩個，即：(Pi，Qi)，i＝1，2(1)其中，Pi—為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水設計保證率；Qi—為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水調(diào)節(jié)流量。因此以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算，可歸納為在式(1)表示的前提下，確定為相應的水庫調(diào)節(jié)庫容。一般來說，可確定為以下函數(shù)關系：V＝f(Pi，Qi)，i＝1，2(2)V—水庫調(diào)節(jié)庫容。作為水庫二級調(diào)節(jié)計算式(2)的解，是同水庫運行調(diào)度相聯(lián)系的，不同的調(diào)度方案，可產(chǎn)生不同的解。根據(jù)繪制的水庫調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，可以解決來水與需水、城鄉(xiāng)供水與灌溉用水、城鄉(xiāng)供水和灌溉用水不同設計保證率、以及調(diào)節(jié)庫容等諸多問題。而其計算方法是，通常在水庫正常蓄水位(水庫調(diào)節(jié)庫容)擬定條件下，進行水庫調(diào)度圖的繪制和水庫徑流調(diào)節(jié)計算，通過對用水破壞深度和水庫調(diào)度圖的逐步修正，使繪制的水庫調(diào)度圖及其運行的調(diào)度規(guī)則滿足設計保證率和供灌用水要求。顯然，以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的綜合利用水庫，其水庫調(diào)度圖的繪制及其運行調(diào)度方式的確定，要比單一任務的水庫要困難復雜得多。水庫調(diào)度函數(shù)式(2)沒有嚴格的數(shù)學計算格式和數(shù)學解，一般采用近似的逐步逼近的計算方法。目前在水利工程設計和水庫運行調(diào)度中，一般采用如下的近似簡化方法：①供灌用水集中破壞法該法將水庫的調(diào)節(jié)庫容全部作為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水保證區(qū)，只有水庫水位消落到死水位、水庫可用水量小于需水量時，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水才遭受破壞。其破壞方式是首先滿足城鄉(xiāng)用水，然后是灌溉用水，或者兩者同時遭受破壞。根據(jù)長系列徑流調(diào)節(jié)計算結果，統(tǒng)計城鄉(xiāng)供水和灌溉用水保證率，并與設計保證率進行比較：如果滿足設計保證率要求，計算畢；如果達不到設計要求，表明擬定的水庫正常蓄水位過大或者偏小，重擬水庫正常蓄水位，重復上述計算。此法多以列表形式進行，方法簡便明了，但在水庫遭受破壞時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水如何分配任意性大，沒有破壞深度控制，目前在水庫工程規(guī)劃階段應用較多，不適于水庫實際運行調(diào)度。②典型年外包法根據(jù)城鄉(xiāng)供水和灌溉用水不同的設計保證率，按來水或用水或綜合考慮選取不同的典型年(一般同一保證率需選擇幾個不同的典型)，分別對選定的典型年進行徑流調(diào)節(jié)計算，求得所需興利調(diào)節(jié)庫容，以其中較大者作為水庫設計調(diào)節(jié)庫容。因城鄉(xiāng)供水和灌溉用水兩者的設計保證率不同，在進行高保證率典型年調(diào)節(jié)計算時，對低保證率的需水不能按全部滿足要求計算，要進行一定的折減。具體操作是假定灌溉和城鄉(xiāng)供水設計保證率分別為80％和95％，選擇灌溉保證率80％相應的典型年計算興利庫容1，此時城鄉(xiāng)供水以及灌溉用水均全部滿足；再以城鄉(xiāng)供水保證率95％選擇典型年，興利計算時城鄉(xiāng)供水要求可全部滿足，灌溉需水不可能全部滿足，一般可按年需水的0.8倍考慮，或者以灌溉保證率(P＝80％)相應年份的需水總量為控制修正95％年份的灌溉需水量，以此得到興利庫容2，取兩者調(diào)節(jié)庫容較大值為設計值。典型年法一般只針對年調(diào)節(jié)水庫，由于該方法中興利庫容2計算時對灌溉需水量進行了人為處理，有一定的隨意性，因此多用于以城鄉(xiāng)供水為主、農(nóng)業(yè)灌溉用水量不大的水庫。典型年法保證率為年保證率，不符合城鄉(xiāng)供水歷時保證率要求。此法在規(guī)劃階段應用尚屬可行，但難于在實際調(diào)度中應用。③統(tǒng)一設計保證率法以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫，其保證率是不相同的，城鄉(xiāng)供水保證率高，灌溉用水保證率低。在水庫徑流調(diào)節(jié)計算中，對徑流保證率大于灌溉設計保證率的水文年，其灌溉用水量根據(jù)來水量作相應的削減，這樣就可以采用統(tǒng)一的城鄉(xiāng)供水設計保證率進行長系列徑流調(diào)節(jié)計算，求出水庫所需的調(diào)節(jié)庫容。按此法計算調(diào)節(jié)庫容是大是小，尚難判別。此法計算的保證率為年保證率，不符合城鄉(xiāng)供水歷時保證率要求。此法在規(guī)劃階段運用尚屬可行，但難于在實際運行調(diào)度中應用，因為在水庫實際運行調(diào)度中，無法事先判定水庫年徑流來量是多少，是否削減以及如何削減灌溉用水量。以上是目前以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水利工程水庫徑流調(diào)節(jié)計算的常用計算方法及其評價。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目標是：①提出以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式，為水庫運行調(diào)度提供了基本依據(jù)；②提出以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制方法，該方法適用年調(diào)節(jié)水庫和多年調(diào)節(jié)水庫，具有廣泛的適用性；③提出利用調(diào)度圖對水庫二級徑流調(diào)節(jié)進行計算的方法，使計算結果能夠滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水及其設計保證率要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式，所述調(diào)度圖包括防洪區(qū)，加大供水區(qū)、即Ⅰ區(qū)，保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)、即Ⅱ區(qū)，保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)、即Ⅲ區(qū)，降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)、即Ⅳ區(qū)五個運行區(qū)域，且分別由防洪限制線R和水庫調(diào)度線r1、r2、r3進行區(qū)劃，r1為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水防破壞線，r2為保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水線，r3為降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水線。該水庫調(diào)度圖還確定了各運行區(qū)內(nèi)水庫的供水和灌溉水量。進一步地，所述Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)由調(diào)度線r3分割，所述Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)由調(diào)度線r2分割，所述Ⅰ區(qū)和防洪區(qū)與Ⅱ區(qū)由調(diào)度線r1分割。本發(fā)明提出了上述以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制方法，包括以下步驟：1)r2、r3調(diào)度線計算水文年選擇采用時歷法、集中破壞方式進行水庫長系列供需平衡徑流調(diào)節(jié)計算，確定水庫灌溉用水破壞年數(shù)T1及其相應的水文年，將T1相應的水文年及其向前延續(xù)水文年做為計算r2和r3初始調(diào)度線的基本水文年；2)r1調(diào)度線計算水文年選擇r1是保證城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的上調(diào)配線，其影響因素為全系列水文年，r1調(diào)度線計算采用全系列水文年；3)r3初始調(diào)度線的計算根據(jù)選定的計算水文年及其向前延續(xù)的水文年、水庫庫容曲線、相應計算水文年的水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量K1Wij1+K22Wij2，從水文年的枯水期末水庫死水位開始，以滿足K1Wij1+K22Wij2用水要求為控制條件，進行反時序操作計算，求各時段初的水庫水位，取上包為r3初始調(diào)度線；4)r2初始調(diào)度線的計算根據(jù)選定的計算水文年及其向前延續(xù)的水文年來計算r2調(diào)度線時，首先要確定哪些時段為城鄉(xiāng)供水破壞時段，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2，哪些時段只有灌溉用水破壞，城鄉(xiāng)供水沒有破壞，水庫供水量為Wij1+K21Wij2，然后應用上述水文年及其年內(nèi)各時段的城鄉(xiāng)供水量和灌溉用水量，從水文年枯水期末開始，以滿足相應各時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水為控制條件，反時序徑流調(diào)節(jié)計算，求滿足相應各時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求的時段初庫水位，取上包得r2初始調(diào)度線，形成水庫初始調(diào)度圖；5)r1初始調(diào)度線計算根據(jù)上述水庫初始調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則進行長系列水庫徑流調(diào)節(jié)計算，求得水庫供水過程Wi1j1+Wi2j2，然后根據(jù)上述的水庫供水過程和水庫徑流系列進行水庫調(diào)度線r1的計算；r1、r2、r3水庫初始調(diào)度線計算完成后，形成水庫初始調(diào)度圖；6)水庫設計運行方案的供灌用水保證率計算上述水庫初始調(diào)度圖是在水庫正常蓄水位、死水位、水庫調(diào)節(jié)庫容、水庫來水、城鄉(xiāng)供水、灌溉用水、徑流系列、K1、K21、K22已定條件下的調(diào)度圖，根據(jù)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則，計算城鄉(xiāng)供水、灌溉用水保證率；7)r1、r2、r3調(diào)度線的形態(tài)修正，對r1、r2、r3初始調(diào)度線進行形態(tài)修正，修正的基本準則是：(1)r1、r2、r3調(diào)度線修正的基本形態(tài)應與初始調(diào)度線形態(tài)基本一致，以反映水庫來水、需水和水庫庫容的特性；(2)調(diào)度線的總體形態(tài)應該是，由高向前后逐漸降低；(3)調(diào)度線形態(tài)的變化應平順，避免出現(xiàn)突然跳動和波狀起伏形態(tài)。至此完成水庫調(diào)度圖的繪制。進一步地，所述步驟1)中，若T1＝0，城鄉(xiāng)供水和灌溉需水全部得到滿足，需水保證率達到100％，表明水庫具有較大的供水能力；或，若T1>T0，T0為滿足灌溉設計保證率需求的允許破壞年數(shù)，表明水庫供水能力不足，不能滿足灌溉用水設計保證率要求；或，一般情況下，T0＝T1+n，n為水庫按調(diào)度圖操作均勻破壞方式比不按調(diào)度圖操作集中破壞方式增加的需水破壞年數(shù)。本發(fā)明提出了利用調(diào)度圖對水庫二級徑流調(diào)節(jié)進行計算的方法，包括以下步驟：1)建立水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則如下：水庫水位在Ⅰ區(qū)時，水庫可加大供水，水庫供水量為Wij1+Wij2+ΔW，加大供水量ΔW值由用水戶的需求和水庫供水能力確定：ΔW的最大值為水庫時段末水位消落到r1線時的可供水量，ΔW最小值可為0，即用水戶不需增大供水量；在已建成的水庫運行調(diào)度中，ΔW值根據(jù)用水戶的需求確定，在規(guī)劃設計階段可按供水量Wij1+Wij2的某一加大系數(shù)K來確定；水庫水位在Ⅱ區(qū)時，水庫按城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水，水庫供水量為Wij1+Wij2；水庫水位在Ⅲ區(qū)時，水庫按保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水要求供水，水庫供水量為Wij1+K21Wij2；水庫水位在IV區(qū)時，水庫按降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水，供水量為K1Wij1+K22Wij2；水庫水位在調(diào)度線r1上時，供水量W供為Wij1+Wij2+ΔW≥W供≥Wij1+Wij2；水庫水位在調(diào)度線r2上時，供水量W供為Wij1+Wij2≥W供≥Wij1+K21Wij2；水庫水位在調(diào)度線r3上時，供水量W供為Wij1+K21Wij2≥W供≥K1Wij1+K22Wij2；水庫水位在正常蓄水位時，供水量為Wij1+Wij2+ΔW≥W供≥Wij1+Wij2，此時若W供≤Wij，則水庫發(fā)生棄水；2)水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算根據(jù)上述水庫調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算；設計階段，運用水庫長系列徑流資料、城鄉(xiāng)供水和灌溉需水過程，考慮水庫蒸發(fā)滲漏和下游河道生態(tài)用水要求后，根據(jù)水庫調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則，逐時段進行水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的決策和水庫水位的控制，求得水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水過程、城鄉(xiāng)供水滿足和破壞時段、灌溉用水滿足和破壞水文年、城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的計算保證率、以及水庫水位變化過程等水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果，并列表和圖形示之；在水庫運行階段，根據(jù)水庫面臨時段初的庫水位、面臨時段水庫預報流量、面臨時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水預測，考慮水庫蒸發(fā)滲漏和下游河道生態(tài)用水要求后，根據(jù)水庫調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，決策面臨時段水庫的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量、以及水庫時段末的控制水位，如此逐時段進行水庫調(diào)度，逐時段決策水庫的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水配置以及水庫水位控制問題，其中，Wij：水庫徑流系列，i為年，j為月(或旬)；Wij1：城鄉(xiāng)需水過程，i為年，j為月(或旬)；Wij2：灌溉需水過程，i為年，j為月(或旬)；K1：降低城鄉(xiāng)供水時段的城鄉(xiāng)供水折減系數(shù)，0<K1<1；K21：降低灌溉用水年的灌溉用水折減系數(shù)1，0<K21<1；K22：降低灌溉用水年的灌溉用水折減系數(shù)2，，0<K22<1；P1：城鄉(xiāng)供水歷時設計保證率；P2：灌溉用水年設計保證率；Vp：水庫調(diào)節(jié)庫容；ΔW：加大供水量；且K21>K22。本發(fā)明在收集城鄉(xiāng)供水和灌溉用水為主的水利工程徑流調(diào)節(jié)計算的有關規(guī)程規(guī)范、技術資料以及目前工程設計中一般采用方法的基礎上，研究提出上述以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)水庫調(diào)度圖的形式，研究提出水庫二級徑流調(diào)節(jié)水庫調(diào)度圖繪制的計算步驟與方法，以及結合水庫二級徑流調(diào)節(jié)水庫調(diào)度圖進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算方法等。根據(jù)提出的計算方法，編制相應的計算機程序，結合已建成運行水庫和正在設計中的水庫進行試用，根據(jù)試用中反映出來的問題，逐步修改完善。本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明對于以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫，從供需關系而言，兩者是互為獨立的：需水方面，城鄉(xiāng)需水與人口和工業(yè)有關，灌溉需水與灌區(qū)面積、作物組成、耕作制度和降雨有關；水庫供水方面，水庫供水能力與水庫集雨區(qū)面積、降雨量和水庫調(diào)節(jié)庫容有關。但兩者又有一定聯(lián)系，灌溉年需水量及年內(nèi)需水過程與年降雨量及年內(nèi)降雨過程有關，且為反向關系。此外，由于水庫年來水量及年內(nèi)分配與灌溉年需水量及年內(nèi)分配的匹配不同，有時會出現(xiàn)年來水量大的水文年灌溉年需水量比年來水量小的水文年還大，這就是說，水庫年來水量與灌溉年需水量之間的反向關系有時也不同步。這說明了水庫年來水量與灌溉年需水量之間關系的復雜性，說明了水庫年來水量保證年份不一定是灌溉年需水量的保證年份，揭示了選用設計典型水文年不僅要考慮年來水量、還要考慮灌溉年需水量及年內(nèi)其匹配情況，用時還要考慮水庫調(diào)節(jié)庫容的影響。(2)本發(fā)明首次提出以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式，該調(diào)度圖將水庫區(qū)劃為防洪區(qū)、加大供水區(qū)、保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)、保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)、降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)等5個運行區(qū)域，該5個運行區(qū)域由r1、r2、r3等3條水庫調(diào)度線和防洪限制線進行區(qū)劃，并擬定了水庫調(diào)度圖中各區(qū)內(nèi)的水庫城鄉(xiāng)供水量和灌溉用水量。(3)本發(fā)明首次提出了以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度線r1、r2、r3的計算順序、計算水文年的選擇和計算方法，在計算調(diào)度線水文年的選擇上和計算方法上具有開創(chuàng)性。從r1、r2、r3調(diào)度線具有的功能分析，提出調(diào)度線計算順序首先為r3，而后為r2，最后為r1。r2和r3調(diào)度線計算的水文年不是以往設計中通常采用的近似設計保證率的水文年，而是選擇集中破壞方式灌溉遭受破壞的水文年及其向前延續(xù)的相鄰水文年，因為其它水文年城鄉(xiāng)供水和灌溉用水沒有被破壞，對r2及r3調(diào)度線計算不產(chǎn)生影響。在調(diào)度線計算水文年的選擇上既考慮了水庫來水又考慮了水庫供水，同時還考慮了水庫對徑流調(diào)節(jié)的作用，考慮因素比較全面合理。(4)由于水庫來水和需水的隨機性和獨立性，繪制的水庫初始調(diào)度圖的形態(tài)一般是不規(guī)則的。但是不同的水庫，由于徑流和庫容特性不同，需水量及過程不同，r1、r2、r3的基本形態(tài)是各不相同的。由于初始調(diào)度線形態(tài)變異較大，為使水庫調(diào)度圖的調(diào)度線平順，并符合水庫運行調(diào)度一般規(guī)律，需對初始調(diào)度線r1、r2和r3進行形態(tài)修正，研究提出了形態(tài)修正的基本準則。(5)本發(fā)明提出以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則，以及結合水庫調(diào)度圖的水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算方法。如果水庫調(diào)度圖繪制的正確，按水庫調(diào)度圖的運行規(guī)則進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算，計算的成果能夠滿足水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水及其設計保證率要求。而繪制的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，為水庫實際運行調(diào)度提供了基本依據(jù)。附圖說明圖1為《水庫調(diào)度設計規(guī)范》(GB/T50587-2010)中以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度圖；圖2為本發(fā)明所述的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖；圖3為本發(fā)明所述的水庫初始調(diào)度圖；圖4為實施例11初始調(diào)度圖；圖5為實施例11形態(tài)修正后的水庫調(diào)度圖。具體實施方式為了更好地解釋本發(fā)明，以下結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。1、水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式1.1以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式在《水庫調(diào)度設計規(guī)范》(GB/T50587-2010)中將城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫調(diào)度圖區(qū)劃為防洪區(qū)、加大供水區(qū)、保證供水區(qū)和降低(限制)供水區(qū)等4個區(qū)域，如圖1所示。由于城鄉(xiāng)供水和灌溉用水保證率不同，該調(diào)度圖不能同時滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水不同設計保證率要求。從上節(jié)分析可知，以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫徑流調(diào)節(jié)，為水庫二級徑流調(diào)節(jié)問題，是水庫城鄉(xiāng)供水調(diào)節(jié)和農(nóng)業(yè)灌溉用水調(diào)節(jié)問題。那么水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖是什么樣的形式呢？這要從水庫承擔的任務及其供水方式來研究。由于水庫承擔城鄉(xiāng)供水和農(nóng)業(yè)灌溉用水的雙重任務，且保證率各不相同，因此水庫供水有以下幾種方式：(1)城鄉(xiāng)供水和灌溉用水都能得到滿足，水庫按保證城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水；(2)城鄉(xiāng)供水保證率較高，灌溉用水保證率較低，水庫按保證城鄉(xiāng)供水要求和降低灌溉用水要求供水；(3)城鄉(xiāng)供水和灌溉用水都不能滿足，水庫按降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水；(4)在水庫水位較高且來水量較大時，水庫可加大供水量。上述4種水庫供水方式均應反映在水庫調(diào)度圖中，在水庫調(diào)度圖中應區(qū)劃出各自的運行調(diào)度區(qū)域，上述4個運行區(qū)域分別是加大供水區(qū)、保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)、保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)和降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)。如果水庫承擔防洪任務，還應設置防洪區(qū)，共計5個運行區(qū)域。圖2為本發(fā)明提出的以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖形式。水庫若沒有防洪任務，則水庫無防洪區(qū)；若有防洪任務，防洪區(qū)的大小及預留時間，由水庫防洪專題研究確定，不屬本
發(fā)明內(nèi)容。上述5個水庫運行調(diào)度區(qū)域，由r1、r2、r3等3條水庫調(diào)度線和防洪限制水位線進行區(qū)劃。r1為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水防破壞線，r2為保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水線，r3為降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水線。上述3條調(diào)度線將水庫區(qū)劃為加大供水區(qū)(Ⅰ區(qū))、保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)(Ⅱ區(qū))、保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)(Ⅲ)和降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)(Ⅳ區(qū))。1.2水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖中各區(qū)供水量的確定在確定水庫調(diào)度圖中各區(qū)供水量之前，首先要確定城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的破壞方式。從圖2的水庫調(diào)度圖中可以看出，在設計保證率以外的水文年份，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水遭受破壞，而破壞方式有集中破壞和均勻破壞兩種。集中破壞方式就是水庫消落到死水位、水庫可供水量小于城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量時，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水才遭受破壞，此時城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量為水庫的可供水量，水庫可供水量大，破壞深度小，水庫可供水量小，破壞深度則大。而均勻破壞方式就是城鄉(xiāng)供水和灌溉用水遭受破壞時，水庫保證一定的用水量，以滿足某一破壞深度要求，為此水庫水位在尚未消落到死水位之前，水庫開始按某一折減系數(shù)減少城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量。與集中破壞方式相比較，均勻破壞方式可以保證人民生活少受影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)少受損失。本發(fā)明采用均勻破壞方式。為便于研究，設置下列變量：Wij：水庫徑流系列，i為年，j為月(或旬)；Wij1：城鄉(xiāng)需水過程，i為年，j為月(或旬)；Wij2：灌溉需水過程，i為年，j為月(或旬)；K1：降低城鄉(xiāng)供水時段的城鄉(xiāng)供水折減系數(shù)，0<K1<1；K21：降低灌溉用水年的灌溉用水折減系數(shù)1，0<K21<1；K22：降低灌溉用水年的灌溉用水折減系數(shù)2，，0<K22<1；P1：城鄉(xiāng)供水歷時設計保證率；P2：灌溉用水年設計保證率；Vp：水庫調(diào)節(jié)庫容；ΔW：加大供水量；且約定K21>K22。水庫運行調(diào)度的上述各變量中，水庫徑流系列Wij、城鄉(xiāng)供水過程Wij1、灌溉需水過程Wij2等均為水庫設計和水庫運行的基本資料，折減系數(shù)K1、K21、K22有一個變化范圍，根據(jù)實際情況合理確定。在水庫調(diào)度圖中，各運行區(qū)內(nèi)水庫的供水量如何確定呢？這涉及水庫運行調(diào)度決策問題。從上述水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的形式可以看出：庫水位在水庫加大供水區(qū)內(nèi)，水庫具有加大供水的能力，水庫可加大供水量；庫水位在保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)內(nèi)，水庫按城鄉(xiāng)需水量和灌溉需水量供水；庫水位在保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)內(nèi)，水庫按城鄉(xiāng)需水量供水和灌溉按降低灌溉需水量供水，灌溉用水遭受破壞；庫水位在降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)內(nèi)，水庫按降低城鄉(xiāng)需水量和灌溉需水量供水，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水均遭受破壞。由于采用均勻破壞方式，上述遭受破壞的城鄉(xiāng)供水量和灌溉供水量采用需水量乘以相應的折減系數(shù)來確定，分別為K1Wij1、K21Wij2和K22Wij2。根據(jù)上述分析，水庫調(diào)度圖中各運行區(qū)內(nèi)的水庫供水量擬定如下：Ⅰ區(qū)：為加大供水區(qū)，如果水庫水位在此區(qū)域，可加大水庫供水量，加大量為ΔW，水庫供水量為Wij1+Wij2+ΔW。ΔW值根據(jù)實際情況確定：如果沒有加大供水量的要求，ΔW＝0；ΔW的最大值為水庫時段末水位消落到r1線時的可供水量。Ⅱ區(qū)：為保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)，水庫供水量為Wij1+Wij2；Ⅲ區(qū)：為保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)，水庫供水量為Wij1+K21Wij2；Ⅳ區(qū)：為降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2。應當指出，上述水庫調(diào)度圖的形式及各運行區(qū)供水量的確定，指明了水庫水位在不同運行區(qū)域內(nèi)水庫供水量的大小。從圖中可看出，保證城鄉(xiāng)供水區(qū)域大，保證灌溉用水區(qū)域小，這就體現(xiàn)了城鄉(xiāng)供水保證率高、灌溉用水保證率低的水庫供水特性。2、水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖繪制的思路以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制是本發(fā)明的核心和難點，到目前為止還未見有關學者提出過較為完整的此類水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的形式和相應的計算方法。通過本發(fā)明的研究，提出以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的形式，如圖2所示。該調(diào)度圖將水庫區(qū)劃為4個不同供水量的運行區(qū)域。如果水庫的來水和調(diào)節(jié)庫容具備滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的能力，且水庫調(diào)度圖繪制得正確，按此調(diào)度圖進行水庫調(diào)度，就應分別滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的要求，滿足兩個不同保證率的要求。而水庫調(diào)度圖的繪制，實際上就是調(diào)度線r1、r2、r3的繪制。下面談談以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖繪制的思路。眾所周知，水庫的供水能力主要受水庫徑流量大小的影響，徑流量大，供水能力大；反之供水能力則小。其次受水庫調(diào)節(jié)庫容大小影響，水庫調(diào)節(jié)庫容大，調(diào)節(jié)能力強，供水能力大；反之供水能力則小。調(diào)節(jié)庫容大的水庫能將汛期多余水量存蓄在庫內(nèi)，供枯水期使用，甚至可將豐水年的水量存蓄在庫內(nèi)，供枯水年使用。因此水庫調(diào)度圖的繪制需將水庫徑流Wij、水庫調(diào)節(jié)庫容Vp、城鄉(xiāng)需水Wij1和灌溉需水Wij2等結合起來綜合考慮。此外，在r1、r2、r3調(diào)度線的繪制中，除上述影響因素外，還受K1、K21、K22、P1、P2等因素影響，而且r1，r2和r3還存在相互之間的影響，用數(shù)學函數(shù)表示為：顯然，上述水庫調(diào)度線的函數(shù)式?jīng)]有嚴格的數(shù)學解，只有近似解，采用逐步逼近的計算方法。對于以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制，其基本思路如下：首先確定r1、r2、r3水庫調(diào)度線繪制的順序；然后進行水庫供需平衡狀況的初步分析，選擇r3和r2水庫調(diào)度線的計算水文年；而后進行r3和r2初始調(diào)度線計算，形成初始調(diào)度圖；依據(jù)初始調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，進行長系列水庫徑流調(diào)節(jié)計算，并根據(jù)計算成果繪制調(diào)度線r1；對r1、r2、r3初始調(diào)度線進行形態(tài)修正后，完成水庫調(diào)度圖的繪制。水庫調(diào)度線的計算方法，采用水利工程水利計算規(guī)范和水庫調(diào)度設計規(guī)范推薦的時歷法進行計算。3、水庫調(diào)度線r1、r2和r3的計算3.1水庫供需平衡狀況的初步計算分析在繪制水庫調(diào)度圖之前，對擬定的水庫設計(運行)方案進行供需平衡的初步計算分析，以初步了解水庫的供需平衡狀況、水庫對需水的滿足程度、以及灌溉用水遭受破壞的基本水文年。一般情況下，水庫的供水能力與需水要求是相匹配的，因為如果水庫供水能力過大，將造成財力物力的浪費，如果規(guī)模過小，滿足不了需水的要求。如何進行水庫供需平衡的初步分析呢？通常采用時歷法、集中破壞方式、順時序長系列水庫徑流調(diào)節(jié)計算，求得水庫長系列供水過程、城鄉(xiāng)用水過程、灌溉用水過程、庫水位變化過程、以及灌溉用水破壞年數(shù)T1及其相應的水文年。然后進行如下分析：(1)若T1＝0，城鄉(xiāng)供水和灌溉需水全部得到滿足，需水保證率達到100％，表明水庫具有較大的供水能力；(2)若T1>T0(T0為滿足灌溉設計保證率需求的允許破壞年數(shù))，表明水庫供水能力不足，不能滿足灌溉用水設計保證率要求；(3)一般情況下，T0＝T1+n，n為水庫按調(diào)度圖操作均勻破壞方式比不按調(diào)度圖操作集中破壞方式增加的需水破壞年數(shù)。以50年水文序列而論，n一般在0～2年之間，這與水庫來水、需水過程及其匹配有關，與水庫的庫容大小及其特性有關。通過上述計算分析，對水庫設計(運行)方案的供水能力與其承擔的供水任務之間的關系有了一個初步的了解。應當指出，通過上述水庫徑流調(diào)節(jié)計算，可以求得灌溉用水破壞年數(shù)T1相應的水文年，這些水文年為水庫供水破壞的基本水文年，也是繪制水庫調(diào)度線r2和r3的基本水文年，這也是進行水庫供需平衡狀況初步計算的任務之一，原因后述。3.2確定r1、r2、r3水庫調(diào)度線的計算順序如上所述，水庫調(diào)度圖的繪制，實質上就是水庫調(diào)度線r1、r2和r3的計算。在計算r1、r2和r3調(diào)度線時，首先確定其計算順序，然后研究其計算方法。從常規(guī)水庫調(diào)度圖的繪制方法可知，要計算水庫調(diào)度線r，必須知道r線所具有的功能、達到的目的。一般情況下，r調(diào)度線以內(nèi)具有的功能單一時，易于計算；r調(diào)度線以內(nèi)包含多項功能時，計算起來比較困難。從水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖2可以看出，r1調(diào)度線以內(nèi)包含水庫運行Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)等3個功能運行區(qū)，r1線受三個運行區(qū)功能的影響；r2調(diào)度線以內(nèi)包含水庫運行Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)等2個功能運行區(qū)，r2線受2個運行區(qū)功能的影響；r3調(diào)度線以內(nèi)只包含水庫運行Ⅳ區(qū)1個功能運行區(qū)，r3線只受1個運行區(qū)功能的影響。這樣，首先計算調(diào)度線r1和r2比較困難，而計算調(diào)度線r3就比較容易，且成為可能。因此從水庫調(diào)度線計算的順序分析，應先計算調(diào)度線r3。在調(diào)度線r3計算完成后，水庫運行Ⅳ區(qū)已定，在r2調(diào)度線以內(nèi)，只有水庫運行Ⅲ區(qū)未定，因此在r3調(diào)度線已定的條件下，r2調(diào)度線的計算就成為可能。同理在調(diào)度線r3和r2計算完成后，水庫運行Ⅳ區(qū)和Ⅲ區(qū)已定，在調(diào)度線r1以內(nèi)只有水庫運行Ⅱ區(qū)未定，因此在r3和r2調(diào)度線已定的條件下，r1調(diào)度線的計算就成為可能。從上述分析可以看出，水庫調(diào)度線的計算順序首先為r3，而后為r2，最后為r1。3.3r1、r2、r3水庫調(diào)度線的計算3.3.1計算水文年選擇(1)r2、r3調(diào)度線計算水文年選擇在以往的水庫工程設計中，一般采用相應設計保證率的幾個不同典型水文年作為設計水文年，該方法認為水庫年來水量保證率水文年與供灌年需水量保證率水文年相一致。實際上水庫年來水量保證率水文年與城鄉(xiāng)年供水量和灌溉年需水量保證率水文年是不完全一致的：在城鄉(xiāng)供水方面，年需水量比較穩(wěn)定，與水庫年水量基本無關；在灌溉需水方面，灌溉年需水量與年降雨量有關，且為反向關系，即使年水量基本相同的水文年，由于來水過程不同，來水過程與灌溉用水過程的匹配不同，年灌溉用水量也是不相同的(見表1)。因此對于以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫，將相應設計保證率的水文年作為城鄉(xiāng)供水和灌溉用水設計水文年依據(jù)不充足，不完全正確合理。若采用長系列水文資料計算，存在如下問題：由于水庫徑流與需水(包括城鄉(xiāng)供水和灌溉用水)存在相互獨立性和隨機性，一些供水非破壞年份，不存在供水不足問題，但是其中某些時段由于降水較小，灌溉需水量較大，反時序操作計算時，出現(xiàn)該時段初庫水位較高，從而不恰當?shù)奶Ц吡藃2和r3控制線，影響r2和r3計算成果。為了盡可能避免此種情況的發(fā)生，在計算r2和r3調(diào)度線時，盡可能選擇影響r2和r3調(diào)度線計算的水文年，而不采用全部系列徑流資料。在“3.1水庫供需平衡狀況的初步計算分析”中，采用時歷法、集中破壞方式可以確定水庫灌溉用水破壞年數(shù)T1及其相應的水文年，這些水文年是不能滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求的，如果對這些水文年的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水進行控制，使之能夠滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水破壞深度的要求，那么T1相應的水文年就應成為計算r2和r3初始調(diào)度線計算的基本水文年，因為其余水文年是能夠滿足城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求的，不影響r2和r3調(diào)度線的計算成果。此外，在計算r2和r3初始調(diào)度線時，除上述基本水文年外還應考慮這些水文年向前延續(xù)的相鄰水文年。這是因為，為保障破壞水文年滿足降低供水量的用水要求，要求年初水庫有一定的蓄水量，否則折減后的供水量可能得不到滿足。而這些水文年的年初水庫蓄水量應由相鄰上一水文年的水庫調(diào)度來實現(xiàn)，從而影響到上一年度水文年的水庫調(diào)度，可能會給上一水文年度城鄉(xiāng)供水和灌溉用水帶來影響，而此種影響在時歷法集中破壞方式調(diào)度時是不會發(fā)生的。(2)r1調(diào)度線計算水文年選擇r1是保證城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的上調(diào)配線，其影響因素為全系列水文年，應考慮所有水文年對r1調(diào)配線的影響，因此r1調(diào)度線計算應采用全系列水文年。3.3.2r3初始調(diào)度線的計算水庫r3調(diào)度線為降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水線，即滿足K1Wij1+K22Wij2用水要求的控制線，其功能是：①在調(diào)度線r3與死水位之間范圍內(nèi)，水庫滿足降低城鄉(xiāng)供水量為K1Wij1和降低灌溉用水量為K22Wij2的用水要求；②滿足城鄉(xiāng)供水保證率P1的要求。其計算方法是，根據(jù)選定的計算水文年及其向前延續(xù)的水文年、水庫庫容曲線、相應計算水文年的水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量K1Wij1+K22Wij2，考慮水庫蒸發(fā)滲漏和下游生態(tài)用水要求后，從水文年的枯水期末水庫死水位開始，以滿足K1Wij1+K22Wij2用水要求為控制條件，進行反時序操作計算，求各時段初的水庫水位，取上包為r3初始調(diào)度線。該調(diào)度線能夠滿足K1Wij1+K22Wij2的用水要求。應該指出，在反時序操作計算時，如果時段初水位低于水庫死水位，說明該時段水庫來水較豐，除滿足K1Wij1+K22Wij2用水要求外，還有多余水量，計算時，時段初水位不能低于死水位，應以死水位為控制。3.3.3r2初始調(diào)度線的計算根據(jù)選定的計算水文年及其向前延續(xù)的水文年來計算r2調(diào)度線時，首先要確定哪些時段為城鄉(xiāng)供水破壞時段，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2，哪些時段只有灌溉用水破壞，城鄉(xiāng)供水沒有破壞，水庫供水量為Wij1+K21Wij2。然后應用上述水文年及其年內(nèi)各時段的城鄉(xiāng)供水量和灌溉用水量，從水文年枯水期末開始，以滿足相應各時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水為控制條件，反時序徑流調(diào)節(jié)計算，求滿足相應各時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求的時段初庫水位，取上包得r2初始調(diào)度線，形成水庫初始調(diào)度圖，如圖3所示。應當指出，在反時序操作計算時，如果時段初庫水位低于r3調(diào)度線，說明該時段來水較豐，除滿足Wij1+K21Wij2用水要求外，還有多余水量。計算時，時段初水位不能低于r3調(diào)度線水位，應以r3調(diào)度線水位控制。否則，庫水位進入到降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水區(qū)，這是不合理的。計算r2調(diào)度線時，計算水文年內(nèi)各時段的水庫供水量如何確定呢？這是計算的難點。通過探索研究，采用逐步逼近的計算方法：首次計算r2調(diào)度線時，僅將r3調(diào)度線上各控制點的相應水文時段的城鄉(xiāng)供水遭受破壞，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2，其余時段，城鄉(xiāng)供水不破壞，僅灌溉用水遭受破壞，水庫供水量為Wij1+K21Wij2。以此擬定水庫各時段供水量，按上述方法計算初始調(diào)度線r2，形成水庫初始調(diào)度圖3。在水庫初始調(diào)度圖3中，r3和r2調(diào)度線將水庫區(qū)劃為3個運行區(qū)域，即Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和IV區(qū)。Ⅱ區(qū)為保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)，Ⅲ區(qū)為保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水區(qū)，IV區(qū)為降低城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)。初始水庫調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則是：庫水位在Ⅱ區(qū)時，水庫按城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水，水庫供水量為Wij1+Wij2；庫水位在Ⅲ區(qū)時，城鄉(xiāng)供水滿足、灌溉用水遭受破壞，水庫供水量為Wij1+K21Wij2；庫水位在IV區(qū)時，城鄉(xiāng)供水和灌溉用水均遭受破壞，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2；庫水位在調(diào)度線r2上時，水庫供水量W供為Wij1+Wij2≥W供≥Wij1+K21Wij2；庫水位在調(diào)度線r3上時，水庫供水量W供為Wij1+K21Wij2≥W供≥K1Wij1+K22Wij2；庫水位在正常蓄水位(汛期在防洪限制水位)時，水庫供水量為W供＝Wij1+Wij2，此時入庫徑流量Wij若大于Wij1+Wij2，則發(fā)生棄水。按此初始調(diào)度圖3和上述的水庫運行調(diào)度規(guī)則，應用長系列徑流資料、城鄉(xiāng)供水和灌溉需水過程進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算，可得長系列水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水過程，從而可以確定在r2調(diào)度線計算的水文年內(nèi)哪些時段水庫城鄉(xiāng)供水遭受破壞，水庫供水量為K1Wij1+K22Wij2，哪些時段僅灌溉用水遭受破壞，水庫供水量為Wij1+K21Wij2。然后與計算r2調(diào)度線時采用的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水過程進行比較：若兩者一致，則計算結束；否則應用后者重復上述計算，直至滿足要求為止。3.3.4r1初始調(diào)度線計算根據(jù)水庫初始調(diào)度圖3及其運行調(diào)度規(guī)則進行長系列水庫徑流調(diào)節(jié)計算，求得水庫供水過程Wi1j1+Wi2j2，然后根據(jù)上述的水庫供水過程和水庫徑流系列進行水庫調(diào)度線r1的計算。其方法是：根據(jù)徑流系列和水庫供水過程，從最后一年枯水期末起始水位為r2調(diào)度線相應時段末水位開始，進行反時序操作計算，取上包，即為水庫r1的初始調(diào)度線。應當指出，在反時序操作計算時，如果時段初庫水位低于調(diào)度線r2，說明該時段來水較豐，除滿足Wi1j+Wi2j用水要求外，還有多余水量，計算時，時段初水位不能低于r2調(diào)度線水位，應以r2水位為控制。3.4水庫設計(運行)方案的供灌用水保證率計算水庫設計(運行)方案是指水庫正常蓄水位、死水位、水庫調(diào)節(jié)庫容、水庫來水、城鄉(xiāng)供水、灌溉用水已定條件的方案。在方案r1初始調(diào)度線計算后，形成如圖2所示的水庫調(diào)度圖，運用長系列徑流資料、城鄉(xiāng)供水和灌溉需水過程，根據(jù)“4.1水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則”進行長系列水庫徑流調(diào)節(jié)計算，可求得水庫設計(運行)方案的長系列城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量過程及其保證率。在水庫上述條件不變的情況下，修改K1、K21、K22，重復上述水庫調(diào)度線的計算，可得修改后的相應城鄉(xiāng)供水、灌溉用水保證率，可得“實施例11、長征水庫”中表3的計算成果。根據(jù)水庫設計(運行)要求，從中選取滿足設計(運行)要求的某一計算方案，然后對選定方案進行如下的調(diào)度線形態(tài)修正。3.5r1、r2、r3初始調(diào)度線形態(tài)修正通過實例計算可知，按上述方法計算的水庫r1、r2和r3初始調(diào)度線，由于來水和需水的獨立性和隨機性，水庫調(diào)度線的形態(tài)一般是不規(guī)則的。但是對于不同的水庫，由于徑流特性不同、城鄉(xiāng)供水和灌溉用水不同、水庫調(diào)節(jié)庫容大小及庫容特性不同，r1、r2和r3的基本形態(tài)是各不相同的，有其獨特性。為使水庫調(diào)度圖符合水庫運行調(diào)度規(guī)律，為使水庫調(diào)度圖中水庫調(diào)度線形態(tài)平順，為便于水庫運行調(diào)度運用，需對r1、r2和r3初始調(diào)度線形態(tài)進行修正。修正的基本準則是：(1)r1、r2和r3調(diào)度線修正的基本形態(tài)應與初始調(diào)度線形態(tài)基本一致，以反映水庫來水、需水和水庫庫容的特性；(2)調(diào)度線的總體形態(tài)應該是，由高向前后逐漸降低；(3)調(diào)度線形態(tài)的變化應平順，避免出現(xiàn)突然跳動和波狀起伏形態(tài)。4、水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算4.1水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則水庫調(diào)度線繪制完成后，形成以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖，如圖2所示。該調(diào)度圖將水庫區(qū)劃為防洪區(qū)、Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)，與初始調(diào)度圖圖3相比較，其區(qū)別是將初始調(diào)度圖中的保證城鄉(xiāng)供水和灌溉用水區(qū)，區(qū)劃為加大供水區(qū)和保證城鄉(xiāng)供水灌溉用水區(qū)，其余各運行區(qū)域均相同。而水庫運行調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則，在初始調(diào)度圖的運行規(guī)則基礎上完善如下：水庫水位在Ⅰ區(qū)時，水庫可加大供水，水庫供水量為Wij1+Wij2+ΔW，加大供水量ΔW值由用水戶的需求和水庫供水能力確定：ΔW的最大值為水庫時段末水位消落到r1線時的可供水量，ΔW最小值為0，即用水戶不需增大供水量；在已建成的水庫運行調(diào)度中，ΔW值根據(jù)用水戶的需求確定，在規(guī)劃設計階段可按供水量Wij1+Wij2的某一加大系數(shù)K來確定(0≤K≤1)；水庫水位在Ⅱ區(qū)時，水庫按城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水，水庫供水量為Wij1+Wij2；水庫水位在Ⅲ區(qū)時，水庫按保證城鄉(xiāng)供水降低灌溉用水要求供水，水庫供水量為Wij1+K21Wij2；水庫水位在IV區(qū)時，水庫按降低城鄉(xiāng)供水和灌溉用水要求供水，供水量為K1Wij1+K22Wij2；水庫水位在調(diào)度線r1上時，供水量W供為Wij1+Wij2+ΔW≥W供≥Wij1+Wij2；水庫水位在調(diào)度線r2上時，供水量W供為Wij1+Wij2≥W供≥Wij1+K21Wij2；水庫水位在調(diào)度線r3上時，供水量W供為Wij1+K21Wij2≥W供≥K1Wij1+K22Wij2；水庫水位在正常蓄水位(汛期在防洪限制水位)時，供水量為Wij1+Wij2+ΔW≥W供≥Wij1+Wij2，此時若W供≤Wij，則水庫發(fā)生棄水。4.2水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算在水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖繪制后，根據(jù)水庫調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算。設計階段，運用水庫長系列徑流資料、城鄉(xiāng)供水和灌溉需水過程，考慮水庫蒸發(fā)滲漏和下游河道生態(tài)用水要求后，根據(jù)水庫調(diào)度圖的運行調(diào)度規(guī)則，逐時段進行水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的決策和水庫水位的控制，求得水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水過程、城鄉(xiāng)供水滿足和破壞時段、灌溉用水滿足和破壞水文年、城鄉(xiāng)供水和灌溉用水的計算保證率、以及水庫水位變化過程等水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果，并列表和圖形示之。在水庫運行階段，根據(jù)水庫面臨時段初的庫水位、面臨時段水庫預報流量、面臨時段城鄉(xiāng)供水和灌溉用水預測，考慮水庫蒸發(fā)滲漏和下游河道生態(tài)用水要求后，根據(jù)水庫調(diào)度圖及其運行調(diào)度規(guī)則，決策面臨時段水庫的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水量、以及水庫時段末的控制水位，如此逐時段進行水庫調(diào)度，逐時段決策水庫的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水配置以及水庫水位控制。5、水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖和水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算成果的檢驗與修正以上所述，是以城鄉(xiāng)供水和灌溉為主的水庫在正常蓄水位、死水位、城鄉(xiāng)供水和灌溉需水量、折減系數(shù)等已定的條件下，進行水庫二級徑流調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制及水庫二級徑流調(diào)節(jié)計算。徑流調(diào)節(jié)計算的成果有水庫城鄉(xiāng)供水和灌溉用水過程，水庫水位變化過程，水庫不滿足城鄉(xiāng)供水要求的時段，水庫不滿足灌溉用水要求的水文年，以及相應的城鄉(xiāng)供水和灌溉用水保證率P1’和P2’等。然后將計算保證率P1’和P2’與設計保證率P1和P2進行比較，判別水庫調(diào)度圖和水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果是否滿足設計及運行調(diào)度的要求：若|P1-P1′|≤ε、|P2-P2′|≤ε(ε為允許誤差值)，說明繪制的水庫調(diào)度圖及水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果滿足設計或運行調(diào)度要求，計算工作業(yè)已完成；若|P1-P1′|＞ε、|P2-P′2|＞ε，說明繪制的水庫調(diào)度圖及水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果不滿足設計或運行調(diào)度要求，需修改完善。由于城鄉(xiāng)供水和灌溉設計保證率P1和p2有一個容許的變化區(qū)間，因此通常先對不同折減系數(shù)方案進行水庫初始調(diào)度圖和水庫徑流調(diào)節(jié)初算，形成如“實施例11、長征水庫”中表3所示成果匯總表。然后根據(jù)城鄉(xiāng)供水和灌溉用水不同保證率的要求，選擇折減系數(shù)方案，并對選定方案進行水庫初始調(diào)度圖繪制和水庫徑流調(diào)節(jié)計算，然后對r1、r2、r3初始調(diào)度線進行形態(tài)修正，以及形態(tài)修正后的水庫徑流調(diào)節(jié)計算，根據(jù)水庫徑流調(diào)節(jié)計算結果，判別成果是否滿足設計要求：若滿足設計要求，計算業(yè)已完成；若不滿足設計要求，選擇另一折減系數(shù)方案，重復上列計算，直至滿足要求為止。完成上述計算后，改變水庫正常蓄水位、或死水位、或水庫城鄉(xiāng)供水或灌溉需水量(四項可同時改變，也可以改變其中一項、兩項或三項)，形成一個新的計算方案，然后進行新方案的水庫調(diào)度圖繪制及其徑流調(diào)節(jié)計算，完成新方案的計算成果。實施例11、長征水庫1.1水庫概況長征水庫為在建水庫，位于貴州省大方縣鼎新鄉(xiāng)新發(fā)村境內(nèi)，距大方縣城約22km，距鼎新鄉(xiāng)政府所在地約7km。大方縣位于貴州省畢節(jié)市中部，東南與黔西縣以西溪河為天然縣界，東部有部分和黔西縣接壤，東北部和金沙縣毗鄰，北部和西部與畢節(jié)市區(qū)相連，南部與織金縣和納雍縣隔六沖河相望。長征水庫的工程任務主要是農(nóng)田灌溉和人畜飲水，工程建成后，可滿足鼎新鄉(xiāng)新發(fā)村、長豐村和大井村共1.16萬畝耕地的灌溉用水需求，年均灌溉需水量153m3，同時滿足水庫下游1.25萬人供水需求，年均供水量61m3。長征水庫規(guī)模為小(1)型，工程等別為IV等。大壩為面板堆石壩，壩頂高程1757.50m，最大壩高59.50m。正常蓄水位1755.00m，相應的庫容為201.40萬m3；死水位1723.00m，相應庫容為16.09萬m3；設計洪水標準為30年一遇(P＝3.33％)，設計洪水位1756.50m，相應庫容為216.36萬m3；校核洪水標準為300年一遇(P＝0.33％)，校核洪水位1756.95m，相應庫容為220.85萬m3。首部樞紐主要建筑物包括大壩、溢洪道、取水隧洞及取水鋼管等。其中大壩位于擦耳巖下游約200m的兩山咀之間，溢洪道位于左岸緊靠大壩布置，取水隧洞及取水鋼管位于大壩左岸山體，距左壩肩約50m。水庫基本特性指標見表2。表2基本特性指標項目參數(shù)備注壩址流域面積(km3)5.44多年平均徑流量(萬m3)301水庫正常蓄水位(m)1755對應庫容(萬m3)201.40水庫死水位(m)1723對應庫容(萬m3)16.09水庫調(diào)節(jié)庫容(萬m3)185.76水庫年均供水量(萬m3)60供水設計保證率(％)95水庫年均灌溉水量(萬m3)133灌溉設計保證率(％)80徑流系列年數(shù)(年)48徑流系列起止年月1965.5～2013.41.2長征水庫調(diào)度圖繪制及水庫徑流調(diào)節(jié)計算(1)水庫供需平衡狀況的初步分析按集中破壞方式進行水庫長系列徑流調(diào)節(jié)計算，結果為：灌溉破壞年數(shù)T1為3年，即T1＝3，保證率91.8％，相應破壞水文年為1991～1992，1994～1995，2011～2012。(2)對不同折減系數(shù)方案進行水庫初始調(diào)度圖繪制及水庫徑流調(diào)節(jié)計算不同折減系數(shù)方案計算成果，見表3。從表3中可以看出，各方案供、灌用水保證率較高，均大于設計保證率要求。表3不同折減系數(shù)方案計算成果匯總表(3)對選定折減系數(shù)方案進行水庫初始調(diào)度圖繪制及水庫徑流調(diào)節(jié)計算根據(jù)供、灌用水可靠度要求，初選折減系數(shù)為：K1＝0.9，K21＝0.8，K22＝0.3，計算的水庫初始調(diào)度線和初始調(diào)度圖，見表4和圖4。根據(jù)初始調(diào)度圖進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算，供水破壞2個月，保證率為99.5％，灌溉用水破壞4年，分別為1966～1967，1991～1992，1994～1995，2011～2012，保證率為89.8％。表4初始調(diào)度線計算成果表單位：mr1r2r3五1750.971723.001723.00六1755.001727.181723.00七1754.391727.631723.00八1755.001727.781723.00九1754.381728.841723.00十1755.001733.321730.47十一1755.001732.301729.29十二1755.001731.871728.74一1753.501731.151727.81二1752.841731.591725.75三1751.281729.901723.00四1749.981723.001723.00(4)水庫初始調(diào)度線形態(tài)修正及水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果水庫初始調(diào)度圖形態(tài)修正后，調(diào)度線見表5，調(diào)度圖見圖5。根據(jù)形態(tài)修正后的調(diào)度圖，進行水庫徑流調(diào)節(jié)計算，得供水破壞3個月，保證率為99.3％；灌溉用水破壞4年，分別為1966～1967，1991～1992，1994～1995，2011～2012，保證率為89.8％。計算成果還有：長征水庫徑流調(diào)節(jié)計算成果匯總表，見表6。長征水庫供、需用水及其平衡成果表。表5形態(tài)修正后調(diào)度線成果表單位：m(5)成果分析從以上計算結果可以看出，按設計水庫正常蓄水位1755m方案，水庫供、灌用水保證率分別為99.3％和89.8％，高于設計規(guī)范要求，水庫具有加大供水的能力。2011～2012水文年為灌溉破壞深度最大水文年，該水文年灌溉需水量為130.2萬m3，缺水量為41.5萬m3，年灌溉破壞深度為32％，滿足《水利工程水利計算規(guī)范》(SL104-2015)不大于50％的要求。上述計算結果表明，長征水庫正常蓄水位1755m方案，供水和灌溉保證率分別為99.3％和89.8％，高于設計要求，正常蓄水位擬偏高，或者說，水庫具有加大供水的能力。若按規(guī)范要求，按設計供灌用水保證率要求選擇水庫規(guī)模，水庫正常蓄水位1750m時，計算結果如下：供水破壞11個月，歷時保證率為98.1％，灌溉破壞7年，年保證率為85.7％。當前第1頁1 2 3