浅论灌溉水库设计的典型年法和长系列法

1 前言
　　在工程规划设计中，随着计算机的广泛应用，多以长系列法进行兴利调节计算，但有时或因工作周期短，或因进行多方案比较，中小设计流域可能还受资料条件的限制等，典型年法还是有其独到的作用。在供水水库的兴利调节计算和水电站的水能计算中，由于供水过程是较为均匀的，典型年法和长系列法的成果较为接近，而对灌溉水库来说，由于其需水过程是不均匀的，有其相对的需水高峰，因此，选择不同的典型年份求得的灌溉库容与长系列成果可能差异较大。本文以贵州省遵义县水泊渡水库为例，说明典型年选择中应注意的问题。
2 工程概况
　　遵义县水泊渡水库地处贵州省的北部，位于乌江的二级支流上，工程坝址以上集水面积241km2。流域多年平均降水量1040mm，多年平均径流量1.13亿m3，是一座以灌溉为主兼顾供水的中型水库，总库容6550万m3，设计灌溉面积11646.5hm2，城镇日供水4万t。灌区位于遵义县南部，是贵州的粮食主产区之一，作物组成以水稻为主，兼有小麦、油菜、玉米、茶园等粮食和经济作物，复种指数1.8～2.0，灌区多年平均干旱指数0.75，为一般干旱区，以夏旱为主，特别是伏旱影响最大。变化规律为三年一小旱，五年一中旱，十年一大旱。
　　流域属无资料地区，其径流计算以邻近的湘江站为参证站，采用水文比拟法结合降水修正来推求，用水过程则根据历年各种作物的设计节水灌溉定额推求。在所选用的1971～1996年资料系列中，丰平枯年份分别占9年、8年、9年，且包含了1975、1986、1993年等中等干旱年及1972、1981、1990年等大旱年，以及1977、1991年等丰水年，因此，其来、用水过程代表性较好，这为以下的分析研究打下了坚实基础。水库P=75%设计年来水量8840万m3，P=85%设计年来水量7800万m3。
3 典型年比较
　　根据规范要求，该灌区位于南方多雨区，作物以水稻为主，其设计保证率的范围为75%～95%，本文主要针对P=75%和P=85%进行分析；调节性能的研究范围为不完全年调节至完全多年调节。灌区作物以种植中稻为主，并且以中稻的需水量为最大，其灌溉期为5～8月。根据湘江水文站水文年及（5～8）月平均流量系列，%P=75%典型年选择1975、1979、1980、1993年进行比较，P=85%典型年选择1972、1981、1986、1990年进行比较，各典型年的年及（5～8）月平均流量和经验频率见表1、表2。

表1 P=75%典型年比较表

Comparison of the runoff for typical years with P=75%


	年径流	（5～8月）径流
年份
	Q(m3/s)	P(%)	Q(m3/s)	P(%)

1975	7.41	74.07	12.4	62.96
1979	6.68	85.19	11.1	70.37
1980	7.65	66.67	10.4	77.78
1993	7.13	77.78	11.6	66.67
设计值	6.87	75.00	10.9	75.00

表2 P=85%典型年比较表

Comparison of the runoff for typical years with P=85%


	年径流	（5～8月）径流
年份
	Q(m3/s)	P(%)	Q(m3/s)	P(%)

1972	6.98	81.48	8.38	88.89
1981	5.17	92.59	8.13	92.59
1986	5.50	88.89	10.4	81.48
1990	4.03	96.30	5.83	96.30
设计值	6.09	85.00	9.14	85.00

　　由表可见，对P=75%来说，1979年全年及（5～8）月实测流量与设计值最为接近，其它年份来水均比设计值丰沛；而对P=85%来说，1981、1990年的经验频率均高于设计频率，实测流量均小于设计值，1972、1986年的经验频率和实测流量与设计值相近，另外，1990年干旱是新中国成立以来最严重的干旱，其重现期为50年一遇，1972年干旱排第二位。单从年和（5～8）月平均流量来说，P=75%典型年份选择1979年较好，P=85%典型年份选择1972年较好。
　　典型年年内径流分配过程以湘江水文站实测径流过程进行同频率修正，用水典型按长系列用水量进行选定，灌区P=75%年用水量6060万m3，P=85%年用水量6540万m3。为进行不同调节性能的比较，假定不同的年用水量放大系数(即表3、表4中的K)，求得各个用水量相应的用水过程，进行长系列和典型年法兴利调节计算，长系列法求得的库容作为设计库容，成果见表3、表4。从表中可见：
　　(1)在P＝75%的4个典型年中，以1975年为典型求得的库容与设计值最为接近，而以最理想的1979年为典型求得的库容为最小。各典型年年库容与设计库容的比值，最大为1.42倍，最婿为0.36倍。
　　(2)在P＝85%的4个典型年中，以干旱最严重的1990年为典型求得的库容与设计值最为接近，而以比较干旱的1972年为典型求得的库容为最大，其它年份的库容均小于设计值，特别是年及(5～8)月平均流量的经验频率均达92.6%的1981年为典型求得的库容远小于设计值。各典型年年库容与设计库容的比值，最大为1.41倍，最婿为0.13倍。

表3 P=75% 不同典型年的年库容比较及年内亏水折算系数成果表

Comparison of yearly storage capacity of every typical year and

conversion coefficient of yearly deficient water with P=75%


项目	K=0.54	K=1.00	K=1.08	K=1.28	K=1.46	K=1.58	K=1.67	K=1.76

	1975年	652	1599	1813	2376	2973	3452	3835	4176
	1979年	240	821	936	1544	2320	2859	3293	3679
V年(万m3)	1980年	186	868	1029	1663	2439	2979	3413	3798
	1993年	616	2037	2277	2915	3456	3832	4135	4403

长系列V兴(万m3)	520	1435	1733	2434	3137	3788	4244	4635

年内	亏水量	0	0	0	0	313	1107	1730	2288
亏水	库容折算系数	0	0	0	0	0.524	0.304	0.237	0.201

调节性能	不完全	不完全	不完全	不完全	不完全	不完全	不完全	完全
年调节	年调节	年调节	年调节	多年调节	多年调节	多年调节	多年调节

　　那么为什么不同的典型年求得的库容差异如此之大，而且与典型年选择的结论完全相悖呢？可以从历年的径流过程及灌区干旱特性来分析原因。虽然各个典型年的全年和（5～8）月的平均流量和经验频率与设计值较为接近，但其分配过程各异，因此，求得的库容千差万别。各典型年5～8月逐旬平均流量过程线见图1。图中可见：

表4 P=85% 不同典型年的年库容比较及年内亏水折算系数成果表

Comparison of yearly storage capacity of every typical year and conversion

coefficient of yearly deficient water with P=85%


项目	K=0.50	K=1.00	K=1.19	K=1.35	K=1.46	K=1.55	K=1.63

V年(万m3)	1972年	877	2771	3498	4114	4542	4905	5231
1981年	86.6	1029	1993	2783	3332	3797	4214
1986年	443	954	1924	2714	3263	3728	4145
1990年	737	2040	2538	2959	3454	3919	4336

长系列V兴(万m3)	646	1967	2731	3573	4336	5346	6473

年内	亏水量	0	0	271	1389	2180	2877	3508
亏水	库容折算系数	0	0	0.714	0.443	0.404	0.496	0.609

调节性能	不完全	不完全	不完全	不完全	不完全	不完全	完全
年调节	年调节	多年调节	多年调节	多年调节	多年调节	多年调节

　　(1)P=75%：1975年属中等干旱年，6～8月较干旱；而1979年用水关键时期7～8月来水均匀；1980年干旱月份较少，6、7月份来水较丰沛；1993年径流分配过程较恶劣，5～7月来水较枯，其年库容为最大。因此，P=75%典型年选择1975年为宜。
　　(2)P=85%：1990年伏旱自7月份持续到8月底；而1972年的径流分配过程相当恶劣，5月下旬的径流量占（5～8）月径流总量的40%以上；1981年的来水丰枯交替出现，径流分配过程则较为均匀；1986年虽5月和8月来水较少，但5月份的用水也少。因此，P=85%典型年选择1990年为宜。