长系列时历法兴利调节计算中供水保证率问题探讨

陈 静

（上海勘测设计研究院 上海 200434)

1 前言

在现行《水利工程水利计算规范》（SL104-95)附录A年及多年径流调节计算方法中，水库兴利调节采用长系列时历法计算时，A2.1.3规定：“正常供水保证率应根据计算系列中水库不放空的正常供水年数（按水利年度计)与计算系列年数，按期望值经验公式计算”，A2.1.4规定：“当推求的P与规划设计所要求的正常供水设计保证率P设一致时，则可以设定的水库调节库容及各部门用水量作为采用值”。在本规范“9综合利用水库工程的水利计算”中9.1.4又规定：“当各用水部门设计保证率以不同方式表示时，宜先进行换算，统一以年保证率表示”。

目前，灌溉供水保证率定义为年保证率，城镇供水保证率通常定义为历时保证率，一般以月、旬或日为单位。当综合利用水库供水的对象既有灌溉，又有城镇工业和生活供水，且两者的需水量相当时，将城镇供水历时保证率和灌溉年保证率换算成一个年保证率存在理论上的缺陷和操作上的困难，既使换算到年保证率，这个保证率往往也不能直观准确的代表水库真正要满足的供水目标，因此，如何比较合理的运用供水对象的设计保证率就值得讨论和研究了。

2 现行采用供水保证率方法及存在问题

2.1 现行采用供水保证率的方法

目前需要新建的灌溉与城镇供水综合利用水库中，一般城镇供水保证率要求比灌溉保证率高。在采用长系列时历法进行兴利调节时，按现行规范要求，部分地区对超过灌溉保证率要求的枯水年份的灌溉需水按径流丰枯程度进行折扣，将城镇供水保证率作为年保证率取用，当按水利年统计的供水满足需求的年数达到城镇供水保证率要求时，即得到我们需要的兴利库容和供水量。或者按调节流量比例对设计保证率作线性内插，计算出一个介于灌溉与城镇供水保证率之间的一个保证率，且当作年保证率运用。按此换算保证率及较大的调节流量进行单级调节计算，求出需要的调节库容。

2.2 现行供水保证率采用方法存在的问题

（1)将供水保证率统一按年保证率运用，不符合城镇供水保证率定义的本质

供水保证率的定义，主要是反映供水对经济社会用水需求的保证程度，更是反映供水破坏可能对经济社会造成的损失影响。在传统农业中，若某月、旬或数天灌溉破坏，则会影响作物的正常生长甚至干死，从而影响当年的全部收益，因此灌溉保证率为年保证率是合理的。但是城镇供水保证率是历时保证率的概念，某日、旬或月供水破坏时，并不会影响城镇居民全年的生活或工业企业全年的经济效益，因此将此保证率当作年保证率运用，不能客观反映城镇供水破坏影响。

（2)换算保证率没有严格的理论根据，且在灌溉用水量变动的情况下无法换算

按调节流量比例对灌溉与城镇供水保证率作线性内插，到目前为止仍没有严格的理论根据，无法判明其结果是属于保守或冒进，直观上是一种折中的方案。

当灌溉用水为变动用水情况下，灌溉调节流量不是唯一值，则无法按调节流量比例进行保证率内插，此时便无法求出换算保证率，从而影响调节计算。

（3)事先对灌溉用水折扣，与实际运行情况不符

采用长系列时历法进行径流调节时，虽然已经知道整个系列，但是确定某时段的供水量时，只能根据该时段的来水、用水及库容情况等进行判断，是不能将下一个时段或今后多年的径流当作已知条件来运用的。当对超过灌溉保证率要求的枯水年份的灌溉需水按径流丰枯程度进行折扣，将城镇供水保证率作为年保证率取用，然后再进行径流调节，就违反了径流调节的基本原则，与实际运行情况不符合。一方面在实际运行中，我们是无法准确知道下一个时段及今后数年的来水情况的。另一方面，当来水与灌溉用水不在同一个流域时，来水与用水之间负相关的关系可能不成立，当来水为超过灌溉保证率要求的枯水年份时，或许这年灌溉用水量并不大，来水能满足灌溉用水需求，此时将灌溉用水进行折扣，造成人为的灌溉破坏，也是不合理的。

（4)把城镇供水保证率作为年保证率加以应用，加大了水库规模，造成投资浪费

把城镇供水保证率作为年保证率加以应用，将夸大供水破坏带来的负面影响，增加水库的兴利库容需求及相应水库规模，造成投资明显增大。以水库的城镇供水保证率取为95%为例。规范要求径流调节的年限不得低于30年，此处取30年，按年保证率统计是不允许任何城镇供水破坏的，此时95%的保证率要求与100%的效果是一样的。若在一年内破坏了一天、一旬或一月，则供水保证率就达不到95%，必须明显加大水库兴利库容以保证供水不遭遇破坏，但事实上这种程度的供水破坏并不会给城镇供水带来严重的后果，若按照日、旬或月的时段统计是完全满足甚至超过了95%保证率要求的。因为建国后才逐渐建立起系统的水文气象观测站网，即使选择的时间系列超过 30年，最多也只能达到五、六十年，将城镇供水的时段保证率按年保证率应用，仍然会造成库容明显增大、投资增大的后果。

3 现行供水保证率采用方法及问题产生的根源

新建灌溉与城镇供水综合利用水库采用长系列时历法进行兴利调节时，供水保证率统一采用年保证率的方法已指导我们的工程设计几十年，在《水利工程水利计算规范》（SL104-95)编制时也主要是吸取了此前的经验。这种方法在90年代及之前，是能够有效指导我们的工程设计行为的。当时水库供水的主要对象一般是灌溉，城镇供水量所占的比例较小，将灌溉与城镇供水的保证率统一到年保证率，计算结果并不影响大局。随着 90年代我国城镇化进程加快，城镇供水的重要性逐渐提升，有些地区城镇生活和工业供水的需水量甚至已超过了灌溉，以前的计算方法与现行新的供水的要求存在不适应。

另外，当时计算手段不发达，在没有计算机程序帮助的情况下，对每一个兴利库容的简单试算，其计算量也是非常大的，且容易出错。如果兴利调节时段取得较短一些，计算任务甚至无法完成。

因此，灌溉与城镇供水综合利用水库以前采用年保证率进行长系列时历法兴利调节确定兴利库容是合理的，但是随着时代的发展，存在的不足也将逐步显现。

4 推荐改进供水保证率运用的方法

现在采用计算程序进行水库径流调节已经相当方便省时，城镇供水的重要性及保证程度也高于灌溉，在新建水库兴利调节时，非常有必要也有条件恰当调整灌溉与城镇供水保证率运用的方法，合理安排兴利库容。

建议在灌溉与城镇供水综合利用水库供水对象及其保证率确定的情况下，按供水对象保证程度高低，安排供水优先顺序。假定一兴利库容进行长系列时历法径流调节计算，对城镇供水和灌溉满足程度分别统计，当推求的城镇供水与灌溉的保证率满足规划设计所要求的各自的保证率，则以假定的水库调节库容及相应供水量作为采用值。城镇供水保证率采用历时保证率，计算时段可取日、旬或月，灌溉保证率采用年保证率。经以上改进后，保证率概念清楚，没有歧义。不需要进行理论并不成熟的保证率换算，还原城镇供水保证率是短于“年”的历时保证率的概念，更重要的是可避免水库规模明显偏大，造成资金的浪费。

5 结论

（1)在灌溉与城镇供水综合利用水库采用长系列时历法进行兴利调节时，将灌溉年保证率与城镇供水历时保证率两种保证率强行换算到年保证率，存在理论上的缺陷，并可能导致加大水库规模的客观后果。

（2)随着城镇化进程的不断推进，即将新建的灌溉与城镇供水综合利用水库，往往城镇供水需求量较灌溉大，且保证程度较灌溉高，水库供水任务与传统的以灌溉为主相比，已发生了明显的变化。

（3)目前计算手段已非常发达，完全能支撑较精细的水库兴利调节计算。在新建灌溉与供水综合利用水库长系列时历法兴利调节计算中，灌溉应以年为时段、城镇供水以小于年的更精细的时段分别统计，以满足各自相应的年保证率和历时保证率要求确定水库规模及相应供水量。