長系列時歷法興利調節計算中供水保證率問題探討

陳 靜

（上?？睖y設計研究院 上海 200434)

1 前言

在現行《水利工程水利計算規范》（SL104-95)附錄A年及多年徑流調節計算方法中，水庫興利調節采用長系列時歷法計算時，A2.1.3規定：“正常供水保證率應根據計算系列中水庫不放空的正常供水年數（按水利年度計)與計算系列年數，按期望值經驗公式計算”，A2.1.4規定：“當推求的P與規劃設計所要求的正常供水設計保證率P設一致時，則可以設定的水庫調節庫容及各部門用水量作為采用值”。在本規范“9綜合利用水庫工程的水利計算”中9.1.4又規定：“當各用水部門設計保證率以不同方式表示時，宜先進行換算，統一以年保證率表示”。

目前，灌溉供水保證率定義為年保證率，城鎮供水保證率通常定義為歷時保證率，一般以月、旬或日為單位。當綜合利用水庫供水的對象既有灌溉，又有城鎮工業和生活供水，且兩者的需水量相當時，將城鎮供水歷時保證率和灌溉年保證率換算成一個年保證率存在理論上的缺陷和操作上的困難，既使換算到年保證率，這個保證率往往也不能直觀準確的代表水庫真正要滿足的供水目標，因此，如何比較合理的運用供水對象的設計保證率就值得討論和研究了。

2 現行采用供水保證率方法及存在問題

2.1 現行采用供水保證率的方法

目前需要新建的灌溉與城鎮供水綜合利用水庫中，一般城鎮供水保證率要求比灌溉保證率高。在采用長系列時歷法進行興利調節時，按現行規范要求，部分地區對超過灌溉保證率要求的枯水年份的灌溉需水按徑流豐枯程度進行折扣，將城鎮供水保證率作為年保證率取用，當按水利年統計的供水滿足需求的年數達到城鎮供水保證率要求時，即得到我們需要的興利庫容和供水量?；蛘甙凑{節流量比例對設計保證率作線性內插，計算出一個介于灌溉與城鎮供水保證率之間的一個保證率，且當作年保證率運用。按此換算保證率及較大的調節流量進行單級調節計算，求出需要的調節庫容。

2.2 現行供水保證率采用方法存在的問題

（1)將供水保證率統一按年保證率運用，不符合城鎮供水保證率定義的本質

供水保證率的定義，主要是反映供水對經濟社會用水需求的保證程度，更是反映供水破壞可能對經濟社會造成的損失影響。在傳統農業中，若某月、旬或數天灌溉破壞，則會影響作物的正常生長甚至干死，從而影響當年的全部收益，因此灌溉保證率為年保證率是合理的。但是城鎮供水保證率是歷時保證率的概念，某日、旬或月供水破壞時，并不會影響城鎮居民全年的生活或工業企業全年的經濟效益，因此將此保證率當作年保證率運用，不能客觀反映城鎮供水破壞影響。

（2)換算保證率沒有嚴格的理論根據，且在灌溉用水量變動的情況下無法換算

按調節流量比例對灌溉與城鎮供水保證率作線性內插，到目前為止仍沒有嚴格的理論根據，無法判明其結果是屬于保守或冒進，直觀上是一種折中的方案。

當灌溉用水為變動用水情況下，灌溉調節流量不是唯一值，則無法按調節流量比例進行保證率內插，此時便無法求出換算保證率，從而影響調節計算。

（3)事先對灌溉用水折扣，與實際運行情況不符

采用長系列時歷法進行徑流調節時，雖然已經知道整個系列，但是確定某時段的供水量時，只能根據該時段的來水、用水及庫容情況等進行判斷，是不能將下一個時段或今后多年的徑流當作已知條件來運用的。當對超過灌溉保證率要求的枯水年份的灌溉需水按徑流豐枯程度進行折扣，將城鎮供水保證率作為年保證率取用，然后再進行徑流調節，就違反了徑流調節的基本原則，與實際運行情況不符合。一方面在實際運行中，我們是無法準確知道下一個時段及今后數年的來水情況的。另一方面，當來水與灌溉用水不在同一個流域時，來水與用水之間負相關的關系可能不成立，當來水為超過灌溉保證率要求的枯水年份時，或許這年灌溉用水量并不大，來水能滿足灌溉用水需求，此時將灌溉用水進行折扣，造成人為的灌溉破壞，也是不合理的。

（4)把城鎮供水保證率作為年保證率加以應用，加大了水庫規模，造成投資浪費

把城鎮供水保證率作為年保證率加以應用，將夸大供水破壞帶來的負面影響，增加水庫的興利庫容需求及相應水庫規模，造成投資明顯增大。以水庫的城鎮供水保證率取為95%為例。規范要求徑流調節的年限不得低于30年，此處取30年，按年保證率統計是不允許任何城鎮供水破壞的，此時95%的保證率要求與100%的效果是一樣的。若在一年內破壞了一天、一旬或一月，則供水保證率就達不到95%，必須明顯加大水庫興利庫容以保證供水不遭遇破壞，但事實上這種程度的供水破壞并不會給城鎮供水帶來嚴重的后果，若按照日、旬或月的時段統計是完全滿足甚至超過了95%保證率要求的。因為建國后才逐漸建立起系統的水文氣象觀測站網，即使選擇的時間系列超過 30年，最多也只能達到五、六十年，將城鎮供水的時段保證率按年保證率應用，仍然會造成庫容明顯增大、投資增大的后果。

3 現行供水保證率采用方法及問題產生的根源

新建灌溉與城鎮供水綜合利用水庫采用長系列時歷法進行興利調節時，供水保證率統一采用年保證率的方法已指導我們的工程設計幾十年，在《水利工程水利計算規范》（SL104-95)編制時也主要是吸取了此前的經驗。這種方法在90年代及之前，是能夠有效指導我們的工程設計行為的。當時水庫供水的主要對象一般是灌溉，城鎮供水量所占的比例較小，將灌溉與城鎮供水的保證率統一到年保證率，計算結果并不影響大局。隨著 90年代我國城鎮化進程加快，城鎮供水的重要性逐漸提升，有些地區城鎮生活和工業供水的需水量甚至已超過了灌溉，以前的計算方法與現行新的供水的要求存在不適應。

另外，當時計算手段不發達，在沒有計算機程序幫助的情況下，對每一個興利庫容的簡單試算，其計算量也是非常大的，且容易出錯。如果興利調節時段取得較短一些，計算任務甚至無法完成。

因此，灌溉與城鎮供水綜合利用水庫以前采用年保證率進行長系列時歷法興利調節確定興利庫容是合理的，但是隨著時代的發展，存在的不足也將逐步顯現。

4 推薦改進供水保證率運用的方法

現在采用計算程序進行水庫徑流調節已經相當方便省時，城鎮供水的重要性及保證程度也高于灌溉，在新建水庫興利調節時，非常有必要也有條件恰當調整灌溉與城鎮供水保證率運用的方法，合理安排興利庫容。

建議在灌溉與城鎮供水綜合利用水庫供水對象及其保證率確定的情況下，按供水對象保證程度高低，安排供水優先順序。假定一興利庫容進行長系列時歷法徑流調節計算，對城鎮供水和灌溉滿足程度分別統計，當推求的城鎮供水與灌溉的保證率滿足規劃設計所要求的各自的保證率，則以假定的水庫調節庫容及相應供水量作為采用值。城鎮供水保證率采用歷時保證率，計算時段可取日、旬或月，灌溉保證率采用年保證率。經以上改進后，保證率概念清楚，沒有歧義。不需要進行理論并不成熟的保證率換算，還原城鎮供水保證率是短于“年”的歷時保證率的概念，更重要的是可避免水庫規模明顯偏大，造成資金的浪費。

5 結論

（1)在灌溉與城鎮供水綜合利用水庫采用長系列時歷法進行興利調節時，將灌溉年保證率與城鎮供水歷時保證率兩種保證率強行換算到年保證率，存在理論上的缺陷，并可能導致加大水庫規模的客觀后果。

（2)隨著城鎮化進程的不斷推進，即將新建的灌溉與城鎮供水綜合利用水庫，往往城鎮供水需求量較灌溉大，且保證程度較灌溉高，水庫供水任務與傳統的以灌溉為主相比，已發生了明顯的變化。

（3)目前計算手段已非常發達，完全能支撐較精細的水庫興利調節計算。在新建灌溉與供水綜合利用水庫長系列時歷法興利調節計算中，灌溉應以年為時段、城鎮供水以小于年的更精細的時段分別統計，以滿足各自相應的年保證率和歷時保證率要求確定水庫規模及相應供水量。