有關取用水工程設計保證問題探析

馮　博

(遼寧省鞍山水文局,遼寧 鞍山 114000)

有關取用水工程設計保證問題探析

馮博

(遼寧省鞍山水文局,遼寧 鞍山 114000)

摘要：基于有關取用水工程設計保證率分類原則，探索了農田灌溉、水電工程、城市與農村供水、港口航運工程等設計保證率選定方法。可為設計保證率計算及優化選定提供決策依據。

關鍵詞：水資源；設計保證率；關鍵問題

如何選定取用水工程設計保證率已成為現實生活及生產中水資源事件探究面臨的必要問題。各地區在解決水資源問題時，通過對設計保證率的選定，可以間接反應各地區某段時期內的技術和經濟政策導向。此外，設計保證率是否合理與工程運用經濟效益有關，與當前付出呈現正比關系，隨著設計保證率提高，當前付出代價逐步增加，水資源客體所需承受的風險也相應越小。值得注意的是，不同水資源事件所需設計保證率不盡相同。鑒此，有必要在充分考慮城鎮與農村規劃、區域經濟狀況和工程環境條件基礎上，探究設計保證率選定的合理范圍[1]。

1設計保證率的分類

1.1按行業類別方式分類

農田灌溉、水電工程、城市與農村供水工程、港口航運工程等水資源領域的相關生產與規劃設計工作均涉及設計保證率的選定問題，相關分類方式如下。

(1)灌溉工程。農業灌溉工程設計保證率應根據所在地區水資源現狀、土壤質地、農田種植作物、氣候特性、水量調節程度、以及社會經濟效應等綜合因素確定。若水資源不足地區灌溉工程主要以旱作為主，一般選擇設計保證率介于50%～75%之間[2]，在南方以種植水稻為主的農業區，作物的特性決定了灌溉水資源設計保證率與旱作為主農田的差異性，水田農業的灌溉水設計保證率宜介于70%～95%之間。

(2)水電工程。水電工程設計保證率是指水電站正常發電時段數同總計算時段數的百分率比值[3]，設計保證率時段長度可依據設計需求及水庫調節功能，可分成日調節、月調節、旬調節以及年調節四種時段模式。同時，在涉及具體論證水電站設計保證率時，應遵循水電站所在電力系統水電比重、負荷特征、水庫調節性能、合川徑流特征以及水電站規模來確定設計保證率。此外，水電站設計保證率選定應綜合考慮設計保證率之外時間段保障系統用電可采取的措施以及出力降低程度等因素。因此，依據電力系統中水電容量所占比重，水電站設計保證率通常宜介于80%～98%之間。

(3) 城市與農村供水工程。城市及農村供水項目因其供水對象的不同，相關供水設計保證率的選定存在差異性。同時，部分工礦業(包括火電站、核電站、炭行業及鋼鐵行業等)因其自身需水量較大且穩定供水保證率要求較高，常根據自身的供水需求自行修建供水設施[4]，因此，此類供水工程的設計保證率通常參考其自身行業標準與規范選定水資源設計保證率。

(4) 港口航運工程。若內河航運河段受潮汐作用影響不明顯，可采用綜合歷時曲線計算方法確定河段的最低通航水位，該方法計算所得結果宜確保河段內多年歷時保證率不低于90%。同時，可采用保證率頻率計算方法確定上述河段最低通航水位，其計算所得年設計保證率同樣不宜低于90%。若內河航運河段受潮汐作用影響明顯，則其最低通航水位應采用低潮累積頻率為90%的潮位代替最低通航水位。

1.2按是否存在調蓄設施方式分類

部分工程項目在選擇供水方式時因距離天然水源較近，為保證供水保證率，可采用自行供水的水源方式，此類供水項目枯水期與豐水期的周期同天然河段來水方式一致。枯水期的供水保證率和天然河段的來水一致，即為一次供水保證率[5]。例如，某水利工程因距離江河干流不足1 km，采用無壩引水方式，設計保證率受干流來水量制約。

此外，某些大型水電樞紐工程距離天然水源較遠，在充分考慮項目需水保證率基礎上，可采用自行修建調蓄水庫方式，利用水庫在天然河段豐水期時貯蓄河水資源，待枯水期時用作補充水量，即為二次供水保證率。例如，某樞紐工程水庫正常蓄水位達175 m，經過水庫的調節作用，使得下游河段兩岸由原來不足十年一遇的防洪標準提高至百年一遇的防洪標準[6]。此外，在水庫調蓄作用下，該樞紐工程下游河段枯水季節的水資源量維持在5000 m3/s以上，從而在改善下游河道航運條件的同時有效維持了區域生態環境需水量。

1.3按設計時段方式分類

水電站工程設計保證率可分為四種時段模式且各時段設計保證率存在差異。灌溉工程、城市與農村供水工程、調蓄能力較強的水電站工程通常選定年設計保證率。此外，部分徑流式水電站、港口航運工程與徑流調節能力較弱用水單位通常采用日、旬及月水資源設計保證率。值得注意的是，分析計算設計保證率時，水文系列本身的時段長度易影響供水工程的設計保證率，例如采用日、旬和月的平均值，即在相同設計保證率下，水文數據的時段長度越長則設計保證程度越低。

1.4按工程取水方式分類

取用水工程均應滿足一定的設計保證率，其中取水工程又可以劃分為自流引水管渠和提水工程兩類取水方式。在滿足設計水位要求前提下，當設計流量大于引水流量時，一般選用自流引水管渠選定設計保證率。當進水口既能取水又符合淹沒深度要求時，則可按照提水工程選定設計保證率。

2設計保證率計算方法探析

2.1灌溉工程

(1)無徑流調節設施的灌溉取水工程。無調節設施灌溉取水工程在擬定設計保證率時，應充分考慮當地氣候變化、作物種類、灌溉效益、澆灌方式以及土壤構成等因素。在遵循田間水量平衡原則基礎上確定設計灌溉制度，分析計算田間灌水率并選定田間灌溉設計流量。應根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288-99)，萬畝以上灌區應采用時歷年法確定歷年各種主要作物的灌溉制度，選出2～3 個符合設計保證率的年份，以其中灌水分配過程不利的1 a為典型年，以該年的灌溉制度作為設計灌溉制度推求灌溉工程的設計保證率[7]。其中，上述時歷年系列不宜少于30 a。

(2)有徑流調節設施的灌溉工程。有徑流調節設施灌溉取水工程在擬定設計保證率時，應在確定取水設備和工程規模基礎上，依據水庫的徑流調節能力確定正常蓄水位。應根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288-99)，灌溉供水水庫調節采用時歷年系列不小于30 a的方式逐月或旬進行多年水量平衡計算，同時可采用長系列法或典型年法逐月或旬進行多年水量平衡計算。

2.2城鄉供水工程

城鄉生活及生產用水保證率受氣候變化影響小，因而此類供水工程水資源設計保證率主要由水源地可使用水量決定。

2.2.1無調節設施工程

無調節設施供水工程主要依賴于河道的天然徑流量確定供水能力，相應的供水設計保證率主要用于滿足設計保證率的天然徑流可使用水量，從而確定取水工程設施的特征水位。

2.2.2有調節設施工程

(1)缺水型工程。當工程的需水量超過河道枯水期可供水量時，可修建水庫儲存豐水期水資源以補給枯水期，從而通過徑流調節計算確定水庫工程設計保證率。

(2)蓄淡避咸工程。部分供水工程位于我國沿海地區，工程取水水源地位于內河水系或者入海口附近，因此通常需修建蓄淡避咸水庫以保證淡水資源的供應。此類工程供水保證率通常可按取水口處含氯度進行計算，河口地區海水入侵的時

間與入侵范圍與上游徑流量存在一定相關性，因此大多數蓄淡避咸工程均采用長系列的枯季徑流量統計頻率作為供水保證率計算依據。

2.3航運工程

水位是影響航運的主要水文條件，因此航道設計時通常依據航道控制斷面水位與流量關系推求水位保證率，從而使得水位保證率符合航道通航標準。航運樞紐工程規劃設計時，攔河壩的主要作用是在枯水期調節航道的水位以符合通航設計保證率。此外，航道整治工程的核心工作之一即在滿足水位設計保證率下，推求天然河道的通航最低水位以滿足通航船只的吃水深度[8]。同時，水位設計保證率的確定可進一步求得航道設計高程，從而為航道疏浚深度及疏浚土方量的推算提供依據。

2.4綜合型工程

綜合開發利用水資源時應妥善協調各用水部門之間的關系，在充分滿足供水、取水、水源地和供水保證率的基礎上，制定多組水資源綜合利用方案。同時，應充分對比論證典型年的水量平衡關系，優化各用水部門及工程的水量配置方案，從而在滿足各用水部門水資源設計保證率的同時，實現水資源的合理開發與綜合利用。

3結語

應在充分重視對水文數據一致性檢驗的基礎上，合理推求工程設計保證率。其中，城市與農村供水設計保證率比較高，計算時必須選擇水文數據系列短的時段，宜選取日均值作為推求基礎。值得注意的是，我國當前各用水部門所需設計保證率普遍偏高且多數要求年設計保證率，因此，相關部門應在遵循最嚴格水資源管理制度的同時，立足于提升區域水資源開發與管理水平，合理優化及復核設計保證率以滿足社會各用水部門需求。

參考文獻：

[1]侯保燈,高而坤,占許珠,等.用水保證率內涵、計算及應用探討[J].中國水利,2015(17):12-15，27.

[2]曲鳳垚,谷宏亮.大伙房水庫上游區設計洪水復核[J].吉林水利,2015(9):38-41，44.

[3]王賽朝,王仰仁,亢林建,等.天津地區地面灌溉工程灌溉設計保證率的優化選擇[J].海河水利,2015(1):33-36.

[4]張華,黃志揚,肖烈兵,等.感潮河段深水航道乘潮保證率及疏浚維護[J].水運工程,2015(4):8-12.

[5]林福君.水電站供水系統設計與施工[J].吉林水利,2013(12):73-75.

[6]王鳳和.水源地供水保證率分析評價[J].地下水,2015(4):95-96，110.

[7]王好,管延海.無資料地區推求小流域設計洪水的探討[J].吉林水利,2011(11):37-40.

[8]劉國強.厄瓜多爾農業灌溉保證率標準選取和應用研究[J].中國農村水利水電,2015(11):32-35，42.

作者簡介：馮博(1980-)，女，工程師，主要從事水環境監測評價分析工作。

中圖分類號：TV67；TV697.1+4

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)04-0060-02