李小紅 劉 煒 周 霞

（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院，江蘇南京 225009）

1 概述

擔任發(fā)電、灌溉或工業(yè)及城鄉(xiāng)供水雙重興利任務(wù)的水庫，由于發(fā)電和灌溉的設(shè)計保證率以及灌溉引水方式不同，對于保證供水方式有其不同的要求和特點，一般將此類水庫的供水方式稱為兩級調(diào)節(jié)。

1.1 影響發(fā)電灌溉兩級調(diào)節(jié)的因素分析［1］

1.1.1 開發(fā)任務(wù)的主次

根據(jù)水庫任務(wù)的主次，可分為以發(fā)電為主兼顧灌溉、以灌溉為主兼顧發(fā)電和發(fā)電灌溉并重三類。以發(fā)電為主的水庫，灌溉用水比重較少，可以扣除灌溉用水后采用單一發(fā)電水庫進行調(diào)節(jié)計算；對于以灌溉為主的水庫，發(fā)電任務(wù)一般為獲得季節(jié)性電能，在非灌溉季節(jié)以及自庫內(nèi)引灌的灌溉季節(jié)，為保證灌溉正常供水，可能停止灌溉電站工作，因此，這種情況也可按單一灌溉水庫進行調(diào)度；關(guān)于發(fā)電灌溉并重的水庫，則宜按照兩級調(diào)度來進行水量分配。

1.1.2 不同的設(shè)計保證率

灌溉設(shè)計保證率一般比發(fā)電設(shè)計保證率低，因此，一般的供水原則為：對于灌溉設(shè)計保證率以內(nèi)的年份，應(yīng)先在滿足發(fā)電、灌溉正常用水的前提下，增加發(fā)電效益；對以發(fā)電、灌溉兩設(shè)計保證率之間的年份，灌溉降低供水，發(fā)電仍按保證電能正常供水；對于發(fā)電設(shè)計保證以外的年份，發(fā)電、灌溉均降低正常供水量。

1.1.3 灌溉引水

根據(jù)灌溉引水方式的不同，有庫內(nèi)引水和壩下引水兩種：

（1）庫內(nèi)引水。灌溉和發(fā)電的用水不能結(jié)合，兩者在水量的分配上存在著矛盾，對水庫運行水位上也有各自的要求，水庫調(diào)度過程中，發(fā)電和灌溉的水量分配應(yīng)結(jié)合來水和工程開發(fā)任務(wù)的主次進行合理調(diào)節(jié)，尤其要注意結(jié)合具體情況處理引水灌溉對庫水位的要求。

（2）壩下引水。發(fā)電和灌溉用水基本上是可以結(jié)合的，即發(fā)電后的尾水用于灌溉，且灌溉渠首引水位高程取決于發(fā)電的下游水位，此時發(fā)電量的增加和滿足下游灌溉供水是一致的。

綜上所述，對發(fā)電、灌溉雙重開發(fā)任務(wù)的水庫在制定具體的運行調(diào)度方式時，應(yīng)根據(jù)開發(fā)任務(wù)的主次、不同的設(shè)計保證率以及引水方式的不同加以綜合考慮。

1.2 方法及原理

兩級調(diào)節(jié)計算是20 世紀開始至今仍廣泛采用的解決兩個部門設(shè)計保證率不同問題的調(diào)節(jié)計算方法，這種方法適用于兩部門并重或用水量比重相差不大的情況，具體的調(diào)節(jié)計算方法有時歷法、概率法、化算保證率法等［2］。

（1）時歷法。首先，根據(jù)擬定的兩部門不同設(shè)計保證率的正常供水要求，計算遭遇不同水文情況的年內(nèi)需水過程。其計算原則是：當遭遇低設(shè)計保證率P2（如80%）以內(nèi)的年份時，兩部門均按正常要求供水，總供水量為Q2；當遭遇高、低設(shè)計保證率之間的年份時，適當降低低設(shè)計保證率部門的用水量，總水量為Q1（Q1＜Q2）；當遭遇高設(shè)計保證率P1（如90%）以外的年份時，即屬于正常供水破壞年份，需同時降低兩者的供水量。然后，以確定的需水過程與實測入庫徑流量進行長系列逐時段（月或旬）水量平衡計算。

（2）概率法。適用于多年調(diào)節(jié)水庫，基本原理與一級調(diào)節(jié)計算相同，但需通過兩級調(diào)節(jié)的需水保證率曲線逐年試算。

（3）化算保證率法。屬概率法的一種簡化計算。首先，根據(jù)兩級調(diào)節(jié)需水保證率曲線和水量平衡原理，將兩種設(shè)計保證率按（1）式化算為一個相當?shù)谋ＷC率P化，然后，按高供水量及化算保證率采用一級調(diào)節(jié)的概率法（如查多年徑流調(diào)節(jié)線解圖）求得多年調(diào)節(jié)庫容，按時歷法求得年庫容。

1.3 調(diào)度圖的繪制

兩級調(diào)節(jié)的水庫調(diào)度圖是指導水庫運行的重要工具，灌溉引水方式不同，兩級調(diào)度圖的繪制也有所區(qū)別。筆者以某特定的水利樞紐闡述一般灌溉自庫內(nèi)引水的水庫繪制兩級調(diào)度圖的方法。而對于自壩下引水的水庫，因發(fā)電和灌溉能相結(jié)合，其調(diào)度圖的繪制可以簡化，可按自庫內(nèi)引水灌溉水庫的兩級調(diào)節(jié)調(diào)度圖繪制的類似方法繪制，僅在水量平衡計算時，應(yīng)比較各時段的發(fā)電和灌溉用水量，取其大者為該時段供水量，其他相同。

2 水庫兩級調(diào)度實例分析

2.1 工程概況

本文所涉及的某特定水庫為一具有較好調(diào)節(jié)性能（年調(diào)節(jié)）的綜合利用大型控制性水利樞紐工程，控制流域面積62550 km2，多年平均流量603 m3/s，多年平均徑流量190 億m3，水庫正常蓄水位458 m，死水位438 m，汛期（6月下旬至9月初）防洪限制水位447 m。

本水庫具有發(fā)電、灌溉雙重開發(fā)任務(wù)（其中發(fā)電保證率90%，灌溉保證率80%），且灌溉任務(wù)繁重，為更有效地促進水資源利用，采用兩級調(diào)節(jié)計算其水庫調(diào)度圖，以此作為水庫運行的依據(jù)。

2.2 典型年的選擇

2.2.1 灌溉典型年的選擇

根據(jù)水庫灌區(qū)長系列的灌溉需水過程資料，按年需水量進行排頻。由于灌溉設(shè)計保證率為P=80%，故首先選取灌溉年需水量頻率接近P=80%的年份，取2～3年，然后在這2～3年中選擇對工程較為不利的年份作為灌溉典型年，并直接用其年徑流量和年內(nèi)分配作為設(shè)計年徑流量與年內(nèi)分配。按照此方法，采用1958年的灌溉需水過程作為水庫的灌區(qū)灌溉典型年的需水過程，其各旬灌溉需水流量過程如圖1 所示。

2.2.2 發(fā)電典型年的選擇

按一級調(diào)度方式對本水庫進行長系列電量計算，得到長系列的年發(fā)電量，按年發(fā)電量排頻，選取1987年作為發(fā)電保證率P=90%的代表年。由于采用的是長系列的計算方法，其調(diào)節(jié)起始水位與兩級調(diào)節(jié)計算中要求的不同，故應(yīng)重新確定初始水位進行兩級調(diào)節(jié)計算。在兩級調(diào)節(jié)的計算過程中，只采用1987年的枯水期平均出力Np作為限制條件，而發(fā)電需水量過程需通過選擇來水典型年經(jīng)試算確定。

2.2.3 來水典型年的選擇

在選擇來水典型年的過程中，會出現(xiàn)有的年份年來水保證率低些，但是其水庫蓄水位可能會比年來水保證率高的年份還要高些等情況，這是因為徑流的年內(nèi)分配規(guī)律不同所致。某些來水保證率高的年份汛期來水較多、蓄水期來水較少使得水庫水位較低，而某些來水保證率較低年份，其蓄水期的來水較多使得庫水位較高。因此，在選擇典型年時，可采用無灌溉時一級調(diào)節(jié)長系列的年發(fā)電量結(jié)合天然來水量進行排頻，這樣既考慮了年來水總量，也考慮了來水的年內(nèi)分配。

2.3 兩級調(diào)節(jié)調(diào)度圖的繪制

2.3.1 上調(diào)配線（P=80%）

圖1 灌溉代表年各旬需水流量過程線

圖2 水利樞紐兩級調(diào)節(jié)調(diào)度圖

按無灌溉時一級調(diào)度年發(fā)電量排頻與按天然來水量排頻，選擇頻率接近P=80%的2～3 個年份作為來水典型年，用典型年的來水過程扣掉灌溉典型年（即1958年）的灌溉需水量過程，再進行發(fā)電調(diào)節(jié)計算。計算過程采用試算法：本水庫6月中旬為供水期末，即設(shè)定此時的水庫水位為死水位，按保證出力Np進行等出力反時序調(diào)節(jié)，可得到所需的水庫庫容V1及水位過程。然后按6月中旬死水位進行順時序調(diào)節(jié)計算，考慮到水庫防洪調(diào)度要求，在6月中旬至8月下旬的調(diào)節(jié)時間段內(nèi)，水庫水位不得超過汛期限制水位，并遵循盡量不棄水的原則，采用最為不利的后蓄調(diào)節(jié)方法，即盡量利用汛期天然來水發(fā)電，保證蓄水期末的庫容能滿足供水期的供水要求即可，由此對每一來水典型年進行計算，最終得到典型年組的水庫水位過程線，取其外包線作為兩級調(diào)節(jié)的上調(diào)配線。

2.3.2 下調(diào)配線（P=90%）和限制供水線

按無灌溉時一級調(diào)度年發(fā)電量排頻與按天然來水量排頻，選擇頻率接近P=90%的2～3 個年份作為來水典型年，扣除掉灌溉典型代表年流量過程的7～8 折（本文取0.75），其調(diào)節(jié)過程與上調(diào)配線繪制相同，求得典型年組的水庫水位過程線后，取其外包線作為下調(diào)配線，取其內(nèi)包線作為限制供水線。

依據(jù)以上規(guī)則，本水庫的兩級調(diào)節(jié)調(diào)度圖如圖2 所示。

2.4 兩級調(diào)度圖的運用

兩級調(diào)度的運用具體是指：對于灌溉保證率（P＝90%，下同）以內(nèi)年份，應(yīng)在首先滿足灌溉、發(fā)電正常供水的前提下，增加發(fā)電效益；對于發(fā)電（P＝80%，下同）、灌溉兩設(shè)計保證率之間的年份，灌溉降低供水（在灌溉用水的基礎(chǔ)上0.75 折），發(fā)電仍按保證出力正常供水；對于特枯年份，即發(fā)電設(shè)計保證率以外年份，發(fā)電和灌溉均降低正常供水量。

運用得到的兩級調(diào)度圖對水庫進行長系列調(diào)度計算，與采用一級調(diào)節(jié)的發(fā)電調(diào)度方式相比，可以增加多年平均發(fā)電量0.52 億度，增幅0.2%，水量利用率也有了提高，增幅為0.5%，而且也滿足了灌溉保證率的要求。

計算結(jié)果表明，對發(fā)電灌溉雙重任務(wù)的水庫采用兩級調(diào)節(jié)調(diào)度，可以在充分利用水資源的同時，得到可觀的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論

本文解決了在已知庫容、死水位、正常蓄水位和保證出力等基本設(shè)計資料基礎(chǔ)上，對具有灌溉、發(fā)電雙重任務(wù)且兩者保證率不一致的水庫進行兩級調(diào)節(jié)計算的問題。設(shè)計保證率為80%的灌溉用水過程為已知，而發(fā)電設(shè)計保證率為90%的用水量過程未知，成為兩級調(diào)節(jié)計算的關(guān)鍵。針對此問題，以特定水庫為研究實例，提出了選擇來水典型年的方法，在繪制兩級調(diào)度圖的試算過程中，遵循兩級調(diào)節(jié)的供水原則，以多發(fā)電、少棄水為目標，蓄水期采用了推遲蓄水的最不利措施。結(jié)果表明對于具有發(fā)電灌溉雙重任務(wù)的水庫，采用文中的原理和計算步驟進行兩級調(diào)節(jié)調(diào)度，可以在充分利用水資源的同時，得到可觀的經(jīng)濟效益。

［1］水利部長江流域規(guī)劃辦公室，河海大學，水利部丹江口水利樞紐管理局，合編.綜合利用水庫調(diào)度［M］.北京：水利電力出版社，1990：83-88.

［2］葉秉如.水利計算［M］.北京：水利電力出版社，1985：112.