人工湖設計需水量分析與計算

宋　亮

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司,遼寧 沈陽 110003)

人工湖設計需水量分析與計算

宋亮

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司,遼寧 沈陽 110003)

摘要：根據昌圖縣工業園區發展規劃，擬建一座人工湖，設計并計算人工湖需水量，結合實地調查，選取北洼子與王家油房兩座水庫為水源。因地區缺乏實測徑流資料，采用參數等值線法計算北洼子水庫與王家油房水庫多年平均及75%保證率下的來水量，根據水庫調節方法與原則，進行兩座水庫供水調節計算，根據水庫實際供水量，以定供需，確定人工湖用水量，從而為人工湖設計提供有力的保證。

關鍵詞：參數等值線法；需水量；保證率；水庫調節計算；人工湖

昌圖縣工業園區位于昌圖縣老四平鎮，根據區域發展規劃，需要修建一座人工湖，為此需要解決人工湖需水量，通過實地調查，可供選取的水源主要有兩座水庫,其中，北洼子水庫位于昌圖縣老四平鎮，建于遼河三級支流太平河中上游，水庫上游河長10.39 km，河道平均比降1.8‰，水庫控制面積35.8 km2，是一座小(Ⅰ)型水庫[1]；王家油房水庫位于昌圖縣老四平鎮王家油房村，壩址以上集水面積7.02 km2，壩址以上河長2.46 km，河道平均比降1.80‰，是一座小(Ⅱ)型水庫[2]。為了保證水源的充足，將兩座水庫水量聯合調度供給人工湖，通過計算水庫來水量、人工湖設計蓄水量，進行水庫調節，分析在人工湖設計蓄水量的情況下，水庫能夠供給的水量，以定供需，確定人工湖實際需水量。

1來水量分析計算

根據實地調查水庫所處河流情況，由于該地區缺乏實測徑流資料，設計年徑流量無法直接求出，因此采用參數等值線法對水庫多年平均年來水量進行推求計算。

1.1多年平均年徑流量

根據《遼寧省水文手冊》，當流域面積較小，位于兩根等值線之間時，可用比例內插法求出重心處的徑流深，無資料地區采用式(1)計算多年平均年徑流量。

(1)

根據《遼寧省水文手冊》中“多年平均年徑流深等值線圖”查得水庫所在河流多年平均徑流深為85 mm。北洼子水庫集水面積為35.8 km2，王家油坊水庫集水面積為7.02 km2，由式(1)計算得到北洼子水庫多年平均來水量為304.3萬m3；王家油坊水庫多年平均來水量為59.67萬m3。

1.2不同頻率下多年平均年徑流量

根據《遼寧省水文手冊》，不同保證率下多年平均年徑流量采用式(2)計算。

(2)

結合水庫所在區域，根據《遼寧省水文手冊》中“年徑流變差系數Cv等值線圖”查得水庫所在河流年徑流變差系數Cv=0.6,Cs=2Cv。

由式(2)推求出水庫不同頻率下多年平均年來水量，主要計算了5種不同頻率下年徑流量，計算結果見表2。同時，計算了75%保證率下的水庫來水過程，詳見表3。

表1　不同頻率對應的Kp值

表2　不同保證率下年徑流量計算表

表3　水庫75%保證率下來水過程計算表

2人工湖需水量設計

2.1損失量計算

因人工湖滲漏條件不明確，在此只考慮蒸發損失。根據《遼寧省水文手冊》，查得區域多年平均降水量為620 mm，多年平均水面蒸發量(20 cm口徑)為1524 mm，水文分區Ⅲ7對水體蒸發折算系數為K=0.62。因此，年蒸發損失量為410 mm。蒸發損失量月分配見表4。

表4　蒸發損失量月分配

2.2需水量計算

擬建的人工湖湖面面積40 hm2，設計水深1.5 m，經計算一次性蓄滿人工湖，需水量為60萬m3。擬定在5月1日蓄水，假定人工湖已存有一定蓄水量，為需水量的1/3，即20萬m3，為此需要補水40萬m3。為保證湖水水質清潔，每年換水4次，換水量為需水量的50%。

2.3人工湖總用水量

人工湖總用水量計算結果見表5。

表5　人工湖總用水量

3水庫調節計算

3.1損失量計算

因水庫所在區域為無資料地區，采用經驗公式計算水庫損失量，首先確定興利庫容70%相應庫容為水庫計算庫容，計算見式(3)。

(3)

式中：V計為興利庫容70%相應庫容，萬m3；V死為水庫死庫容，萬m3；V興為水庫興利庫容，萬m3。

北洼子水庫死水位為95.5 m，死庫容為16.5萬m3，正常蓄水位為97.0 m，興利庫容為18.5萬m3；王家油房水庫死水位為95.5 m，死庫容為4.5萬m3，正常蓄水位為97.3 m，興利庫容為13.2萬m3。按照式(3)計算得到北洼子水庫計算庫容為29.45萬m3；王家油坊水庫計算庫容為13.74萬m3。

根據水庫H～V曲線查得H，再以H～A曲線得到A(V死+0.7 V興)，根據《昌圖縣老四平鎮北洼子水庫除險加固工程初步設計報告》和《昌圖縣王家油房水庫重點調查復核報告》，查得北洼子水庫對應的庫面面積為15.4萬m2，王家油坊水庫對應的庫面面積為9萬m2。根據水庫所在區域，年蒸發損失深度為410 mm，按照中等地質條件，水庫年滲漏損失深度為500 mm。

水庫損失量計算見式(4)。

(4)

式中：W損失為水庫年總損失量，萬m3；W蒸發為水庫年蒸發損失深度，mm；W滲漏為水庫年滲漏損失深度，mm；A為水庫水面面積，萬m2。

由式(4)計算得，北洼子水庫年損失量為14萬m3，各月平均損失量為1.2萬m3；王家油坊水庫年損失量為8.2萬m3，各月平均損失量為0.7萬m3。

3.2調節計算

水庫調節計算原則：

(1)根據水量平衡原理，逐月進行調節計算[3]。

(2)以水庫死水位作為調節水位下限，以水庫正常蓄水位作為調節水位上限，起調水位為正常蓄水位即滿庫開始，北洼子水庫調節庫容18.5萬m3，王家油房水庫調節庫容為13.2萬m3，滿庫起調。

(3)北洼子水庫在王家油坊水庫上游，兩座水庫為串聯水庫，首先對北洼子水庫進行調節計算，如果出現水庫不能滿足人工湖需水量要求，則由王家油坊水庫作為補給，再對王家油坊水庫進行調節計算。

(4)北洼子水庫棄水量作為王家油坊水庫來水量。

根據水庫調節計算原則，對水庫進行調節，計算結果見表6、表7。

通過對北洼水庫調節計算，北洼水庫年可供水量133.76萬m3，北洼水庫供水后人工湖年缺水量38.08萬m3，需要再由王家油坊水庫供水，補給人工湖所缺需水量。

表6　75%保證率下北洼子水庫調節計算結果　 萬m3

表7　75%保證率下王家油坊水庫調節計算結果 　 萬m3

由表7可知，根據兩座水庫調節計算結果，在75%保證率下不能完全滿足人工湖總用水量需求，人工湖擬設計需水總量為171.84萬m3，實際可供水量167.02萬m3，缺水量為4.82萬m3。

4結論

通過對人工湖設計需水量及水庫調節計算，水庫能夠供給人工湖的水量不能滿足設計的需水量要求，存在一定的缺水量，為此以定供需，按照水庫實際供水量來設計人工湖。同時本文計算人工湖未考慮滲漏損失、無來水量資料(采用無資料地區進行的計算)、水庫上游用水資料、人工湖設計需水量制度及水庫實際運行狀況等因素影響，根據經驗分析，人工湖實際可用水量要小于本次計算結果。

參考文獻：

[1]昌圖水利勘測設計院.昌圖縣老四平鎮北洼子水庫除險加固工程初步設計報告[R].昌圖:昌圖水利勘測設計院，2008.

[2]遼寧江河水利水電新技術設計研究院.昌圖縣王家油房水庫重點調查復核報告[R].沈陽：遼寧江河水利水電新技術設計研究院，2013.

[3]周毅.水庫聯合調度中長系列與典型年調節計算方法探討與應用[J].中國水能及電氣化，2011( 7):35-39.

Analysis and calculation of artificial lake design water demand

SONG Liang

(LiaoningriverwaterresourcesandhydropowerengineeringconstructionsupervisionCo.,Ltd.Shenyang110003,China)

Abstract：According to Changtu county industrial park development, an artificial lake will be built, whose capacity is needed to design and calculate. In the paper, combined with field surveys, two reservoirs were selected to supply water, which is respectively Beiwazi reservoir and Wangjiayoufang reservoir. Due to lack of area measured runoff data, the parameter contour method was applied to calculate the inflow between annual average rate and 75% guaranteed rate. According to the methods and principles of regulating reservoir, the two reservoirs supply adjustment calculation is concluded. Referred to the actual water supply of reservoirs, make sure the capacity of artificial lake determined by water supply and demand, which can provide a stong guarantee for the design of the artificial lake.

Key words：parameter contour method; water demand; guaranteed rate; reservoir regulation computing; artificial lake

作者簡介：宋亮(1983-),男，工程師,主要從事水利工程管理工作。

中圖分類號：TV213.9

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0038-04