典型年法的修正及其在城镇给水规划中的应用.pdf

水利水电技术第4 2卷2 0 儿 年第 1 0期 典型年法 的修 正及 其在城镇给水 规划 中的应 用 陈利群 ，蒋咏 ( 1 ．中国城 市规划设计研究院 住房和城 乡建设部城市水资源 中心，北京 1 0 0 0 3 7 ； 2 ．江苏省水资源服务 中心，江苏 南京2 1 0 0 2 9 ) 摘要 ：针对典型年 法在 多年调节水库规划设计 中失效的问题 ，重点讨论 了多年调节水库在城镇供水 规划中的适用性。根据 多年库容的概念 ，采用试算法计算 了设计保证率下的多年库容。在此基础上 ， 结合设计频率年的来水量，计算 出了设计保证率下水库的年调节水量。基 于水库多 目标供 水的原则 ， 采用缩减法计算 了低保证率用户( 如农业供 水) 在供水破 坏年水库的供 水量 ，且 以此为基础 ，计算 出 了高保证率用户( 如城镇供水) 水库的设计供水能力。 关键词 ：典型年法；多年调节水库；试算法；城镇供水规划；水库供水能力 中图分类号 ：T V 2 1 文献标识码 ：A 文章 编号 ：1 0 0 0 — 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 — 0 0 2 2 — 0 4 Re v i s i o n o f t y pi c a l hy d r o l o g i c a l y e a r m e t h o d a nd i t s a pp l i c a t i o n t o u r ba n wat e r s u ppl y pl a nn i ng CHE N L i q u n ，J I AN G Yo n g ( 1 ． C h i n a A c a d e m y o f U r b a n P l a n n i n g a n d D e s i g n ； T h e U r b a n Wa t e r R e s o u r c e s C e n t e r o f T h e Mi n i s t r y o f H o u s i n g a n d U r b a n — R u r a l D e v e l o p m e n t ，P ．R ．C h i n a ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 ， C h i n a ；2 ．Wa t e r R e s o u r c e S e r v i c e C e n t e r ， N a n j i n g o f J i a n g s u P r o v i n c e ， N a m i n g 2 1 0 0 2 9 ， J i a n g s u C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n a c c o r d a n c e wi t h t h e p r o b l e m f r o m t h e f a i l u r e o f t h e t y p i c al h y d r o l o g i c al y e a r me t h o d d u ri n g t h e p l a n n i n g a n d d e s i g n o f c a r r y o v e r s t o r a g e r e s e r v o i r，t he a d a p t a b i l i t y o f t hi s k i n d o f r e s e r v o i r i n t he p l a nn i n g o f t he u r ba n wa t e r s u p pl y i s e mp hmi c all y d i s c us s e d he r e i n ．Bas e d o n t h e c o n c e p t o f c a r r y o v e r s t o r a g e o f r e s e rvo i r，t he c a r r y o v e r s t o r a g e of r e s e rvo i r un d e r t h e de s i g n pr o ba — b i l i t y i s c a l c u l a t e d w i t h t h e t r i al me t h o d ． O n t h e b a s i s o f t h i s ，t h e a n n u a l w a t e r r e g u l a t i n g a mo u n t of r e s e r v o i r u n d e r t h e d e s i g n pr o ba b i l i t y i s c a l c u l a t e d i n c o mbi na t i o n wi t h t h e i n flo w o f t he d e s i g n f r e q ue n c y ． I n l i g ht of t he p rin c i p l e o f mu l t i — p ur po s e wa t e r s u p p l y o f r e s e rvo i r ，t h e w a t e r s u p p l y t o t h e w a t e r u s e r w i t h a l o w e r p r o b a b i l i t y( s u c h a s a g r i c u l t u r al w a t e r s u p p l y )d u ri n g t h e y e a r o f w a t e r s u p p l y f a i l u r e i s c alc u l a t e d w i t h t h e r e d u c t i o n me t h o d；r e l i e d o n t h i s ，t h e d e s i g n wa t e r s u p p l y c a p a c i t y o f r e s e rvo i r f o r t h e u s e r w i t h a h i g h e r p r o b a b i l i t y( s u c h a s u r b a n w a t e r s u p p l y )i s c a l c u l a t e d a s w e l 1 ． Ke y wo r ds：t y pi c a l h y d r o l o g i c a l y e a r me t ho d；e a rvy o v e r s t o r a g e r e s e rvo i r；t r i al me t h o d；u r b a n wa t e r s u pp l y pl a n ni ng；r e s e rvo i r wa t e r s up pl y c a p a c i t y 1 引言 我国在水库群调度 、规划设计方 面取得较大进 展⋯ ，长系列时历法在水库 的多 目标水 资源配置 中 也有应用 。长系列操作法所求得参数 ( 设计库容 或保证供水量 ) 其设计保证率概念 比较明确 ，所 以在 条件许可时应采用长系列操作法来确定参数。但有时 或因工作周期短 ，或资料不足 ，典型年法还是有其独 到的作用。 收稿 日期 基金顶 目 作者简介 2 0 1 1 — 0 2 2 8 水体污染控制 与治理重 大专 项课题 “ 城市水环 境系统 的规 划研究与示范” ( 2 0 0 9 Z X 0 7 3 1 8 — 0 0 1 ) 的资助 。 陈利群( 1 9 7 9 一)，男 ，高级工程师 ，博士 。 W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d ro p o w e r En g in e e r i n g Vo 1 ． 4 2 No ． 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 目前关于典型年法在水库规划设计 的应用较少。 刘冬梅 、张京恩分析 了单一水库 供水功能如 灌溉供 水 ，水库设计时径流典型年选择 中需注意的问题 ，还 得出了不 同调节性能不同保证率典型年法兴利调节计 算 中年内亏水 的处理方法 J ，目前基本没 找到采用 典型年法对多年调 节水 库进行多 目标供水规 划 的案 例 。 典型年法在年调节水库 的规 划应用 中有 较好 的 效果 ，但对于多年调节水库 ，由于年际水库 蓄水动 态变化 ，典型年法不 能计算 多年调节水库水量 年际 动态变化 ，因此效果 较差。本文结合多年调节水 库 调节 的原理 ，提出多年调节 水库典型年法 的修正方 法 ，在此基础上 ，结合水库 水资源多 目标 优化 ，提 出水库多 目标水资源配置 的计算方 法 ，并结合 案例 进 行 应 用 。 2 基本原理 当水库进行多年调节时，可将连续丰水年的多余 水量蓄积在水库内，以待遇到连续枯水年时将库存多 余水量用掉。因此水库多年调节的特点是调节周期 长 ，水库的蓄水期或供水期可持续若干年。 承担多年调节水 库的调节 ( 兴 利 ) 库容可分 为 2 部分 ：一部分为调节各年径流量 ( 通常称为年 际径流 量 ) 的多年调节库容 ，另一部分 为调节 年 内径流 量调节的年调节库容 。 在水利计算 中，常采用数理统计法确定 象 。首 先根据设计标准 P所对应的年用水量 用与多年平均 径流量 ，计算调节系数 O ／ ⋯ L 继而 由设计标准 P、年径 流变差 系数 C ， ， 和调节 系数 O t 查线解图可得 出库容系数 ，最后按下式确定 多年调节库容 窑 = ( 2 ) 根据多年调节库容 的定义 、径流年变化的特性 ， 对于设计标准 P的年份 ，尤其 是特旱年份 ，多年调 节库容可当作为一次运用水库 ，多年调节库容调节水 量和多年调节库容成正 比关系。可以认为对于给定 的 设计标准 P的年份 ，多年调节库容调节水量 与调节 库容相等。 对于设计标准为 P的年份 ， 年内调节为完全 调节 ，其调节的水量为水库的来水量 。因此 ，对于设 计标准为 P来水 年份 ，在不计 水量 损失 的情况 下 ， 其调节水量( 用 ) 为多年调节库容( ) 和设计标准 水利水电技术第4 2卷2 0 l 1年第1 0期 陈利群， 等∥典型年法的修正及其在城镇给水规划中的应用 为 P的来水量( ) ，即 = ( + ) ( 3 ) 涉及到多 目标用水 ，可将低保证率的用水缩减到 高保证率 ，然后根据调节水量 ，计算特定 目标的供水 量。如涉及到农业 、城 镇供水量 和河 道 内生态 蓄水 量 ，可采用如下公式计算水库可供城镇水量 = 一 一 ( 4 ) 3 多目标调节计算方法 本研究主要协调城市用水 、农业灌溉用水和河道 内生态需水。在保证设计保证率的农业用水 、河道内 生态需水的基础上计算水库可供城镇的水量。城市给 水水资源规划计算 中，常采用 9 5 ％ 的保证率 ，农业 灌溉保证率为 7 5 ％，河道内生态需水采用 1 0 0 ％的保 证率。在本研究 中，先计算农业设计保证率下 ( P= 7 5 ％) 的农业灌溉需水量 ，再采取补偿计算法 ，计算 设计保证率( P= 7 5 ％) 水库 的农业灌溉供水量 ，在此 基础上 ，采用缩减法 ，计算出 P= 9 5 ％的农业灌溉蓄 水量 ( ) 。 调节水量 的计算较 为复杂，调节 系数 O t 的计算 涉及到用水量 ( 用) 的计算 ，而 用又与多年调节库 容( ) 相关。因此 ，采用试算法计算 O ／ 和 名 。在本 研究中，结合来水频率为 P= 9 5 ％的典型年水库年末 水库 蓄水动 态变化 ，初 步确定 ，然后 根据公 式 ( 3 ) 确定 用，再 根据公式 ( 1 ) 、公式 ( 2 ) 计算 。 计算初定的 与计算 之 间的误差 ，若误差大于 5 ％，则参照《 计算机算法设计与分析》 J ，对 重 新取值 ，代入公式( 3 ) ，按上述步骤重新计算 ，直至 误差小于 5 ％为止。在上述基础上，确定水库 的调节 水量 ( 用 ) ，然后根据公式 ( 4 ) 可计算得 到设计年份 城镇可供水量。 4 案例研究一磨盘山水库城镇供水量的计算 4 ． 1 水资源 参与水资源平衡的水资源可分为水库坝址以上和 水库坝址以下的 2部分 ，磨盘 山水库坝址以上集水 面 积 1 1 5 1 k m ，多年平均径流量 5 ． 6亿 m 。水库坝址 年径流量变差系数 C ， =0 ． 2 9 ，P= 7 5 ％年径流总量为 4 ． 4 3 亿 m ，P= 9 O ％年径流总量为 3 ． 6 4 亿 m ， P= 9 5 ％年径流总量为3 ． 2 5 亿 。水库总库容5 ． 2 3 亿 m ， 调节库容 3 ． 2 3亿 H l 3 。 因本研究只考虑城镇供水 、农业灌溉供水和河道 内生态需水 ，因此坝下灌区只计算水稻生育期径流量。 P= 7 5 ％情况下灌区生育期径流总量3 ． 0 9 亿 m ，可利 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈利群， 等∥典型年法的修正及其在城镇给水规划中的应用 用径流总量 1 ． 6 5亿 m 。其中吉林省境内 P= 7 5 ％灌溉 保证率情况下灌溉期可利用径流量 0 ． 4 2亿 m 。 ，黑龙 江省境内区间水稻生育期可利用量 1 ． 2 2亿 m 。具体 见表 1 。 表 1 灌区水稻生育期来水量 区 流域 区间来水量／ 万 m 供水分区 面积／ k m 生育期 可以利用水量 黑龙江 2 2 9 2 2 3 4 ． 3 2 1 2 2 ． 6 9 磨盘山灌区 吉林 7 7 4 7 5 ． 1 3 4 1 ． 9 4 合计 3 0 6 6 3 0 9 ． 4 5 1 6 4 ． 6 3 4 ． 2水库灌 溉面 积及 灌溉 定额 根据调查资料 ，2 0 0 8年磨平 山灌 区的灌溉 面积 为 2 ． 1万 h m ，根据水库规划 ，到 2 0 2 0年 ，磨 盘山 灌 区水库灌溉面积达到 3万 h m 。为进行 2 0 1 5年的 水库可供城镇水量计算 ，规划在 2 0 1 5年磨盘 山灌区 灌溉面积为 2 ． 5万 h m ( 见表 2 ) 。 表 2磨盘 山灌区土地面积预测 万 h m 黑龙江 吉林灌 时段 土地面积 耕地面积 灌溉面积 灌溉 面积 溉 面积 2 0 0 8伍 5 ．1 4 ． 1 2． 1 1 ． 9 O ． 2 2 01 5正 5 ． 1 4 ． 1 2． 5 2 ．1 O ． 4 2 0 2 0年 5 ． 1 4 ． 1 3 ． 0 2 ． 3 O ． 8 鉴 于磨 盘 山 灌 区现 状 灌 溉 毛 定 额 1 2 0 0 0～ 1 6 5 0 0 m ／ h m ，灌溉 水利 用 系数 0 ． 4 7—0 ． 5 5 。本 次规划 中，规 划磨 盘 山灌溉 定额 为 6 6 0 0 m ／ h m 。 2 0 1 5年灌溉水 利 用 系数 为 0 ． 5 8，毛灌 溉 定 额 为 1 1 3 7 0 m ／ h m ；2 0 2 0年灌溉水利用系数为 0 ． 6 5 ，毛 灌溉定额为 1 0 1 2 5 I l l ／ h m 。 4 ． 3水库灌 溉供 水量 采用补偿调节计 算方法 ，灌 区灌溉 回归水利用 系数为 0 ． 1 8 ，各 分灌 区本 区 间 回归水 利用 系数 为 0 ． 0 8 。在此基础 上可计 算 出水库 在 2 0 2 0年需 向农 业灌溉供水 0 ． 9 3亿 1 1 3 ；在 2 0 1 5年需 向农业灌溉供 水 0 ． 8 3亿 m 。 4 ． 4 P= 9 5 ％水库调节水量计算 根据计算，调节系数为 0 ． 6 6 ，查图得库容系数为 0 ． 0 8 ，根据水资源公报的水库蓄水量动态变化 ，推测 P= 9 5 ％时多年调节库容调节水量为 0 ． 4 0亿 m ，以其 为 名初始值 ，代人 到式 ( 1 ) 、式 ( 2 ) 、式 ( 3 ) 试算 ， 得多年调节库容 为 0 ． 4 5亿 r n 。 P=9 5 ％水库的来水量 为 3 ． 2 5亿 m ，合计 P= 9 5 ％时水库可调节水量为 3 ． 7亿 m 。 2 4 4 ． 5 磨盘 山水库可向城镇供水量 水库除了向城市供水和下游灌区农业供水外 ，在 非灌溉期还担负着向下游河道环境供水任务 ，环境用 水时间为 1～ 4月份和 9～1 2月份 ，环境用水年总量 为 0 ． 1 3 11 0 m ，供水保证率为 1 0 0 ％。 P=9 5 ％ 时 ，农 业 供 水 量 缩 减 至 正 常 年 份 的 4 0 ％ ，因此 ，2 0 1 5年磨 盘 山水 库 可 供城 镇 水 量 为 3 ． 2 7亿 m ( 9 0万 m ／ d) ，2 0 2 0年 可 供 城 镇 水 量 3 ． 1 9亿 m ( 8 7万 I T I ／ d ) 。 5 结论 本文分析了典型年法在水库多 目标调度规划设计 中存在的问题 ，提 出了修正的典型年法 ：即借鉴 了多 年库容这一概念 ，采用试错法优化得 出了多年库容 ， 在此基础上计算出了设计年份的调节水量 ，并采用缩 减法计算 了破坏年份低保证率用户供水减少 ，从而计 算出了高保证率农业在设计年份可供水量。本方法在 磨盘山水库城镇供水规划中得到了应用。 参考文献 ： [ 1 ] 刘冬梅 ，张京 恩 ．浅论灌 溉水库设 计 的典型 年法 和长 系列法 [ J ] ．泥沙研究 ，2 0 0 0 ( 2 ) ：7 2 - 7 5 ． [ 2 ] 杨聪辉 ， 游进军 ．水库联合调度供水的探讨 [ J ] ．南水北 调与水 利科 技，2 0 0 8 ，6 ( 5 ) ：6 0 — 6 2 ． [ 3 ] 张斌 ．榆社县双峰水库供水量研 究[ J ] ．科技情报 开发与经 济 ， 2 0 1 0 ，2 0 ( 8 ) ：1 5 8 — 1 5 1 ． [ 4] 郭生练 ，陈炯宏 ，刘攀 ，等 ．水 库群联合优化调度研究进展 与 展望[ J ] ．水科学进展 ，2 0 1 0 ，2 1 ( 4 ) ：4 9 6 - 5 0 3 ． [ 5 ] 王晓东 ．计算 机算法 设计 与分 析 [ M] ．北 京 ：电子T 业 出版 社 ，2 0 0 1 ． ( 责 任编 辑于 尧尧 ) 水利水电技术第 4 2卷2 O 1 1 年第 1 O期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m