第二节 兴利调节分类

除了只能按天然径流供水的无调节水利水电工程外,凡具有调节库容者,均能进行一定程度的兴利调节。

水库兴利调节可按调节周期、水库任务和供水方式等进行分类。

一、按调节周期分类

所谓调节周期,指水库的兴利库容从库空→蓄满→放空的完整的蓄放过程。

(一)日调节

日调节的调节周期为一昼夜,即利用水库兴利库容将一天内的均匀来水,按用水部门的日内需水过程进行调节。以水力发电为例,发电用水是随负荷的变化而改变的,而河川径流在一昼夜里基本上是均匀的(汛期除外),在一天24h之内,当用水小于来水时,将多余水量蓄存在水库中,供来水不足时使用(图3-4)。

应该注意,在洪水期,由于天然来水甚丰,水电站总是以全部可用容量投入运行,整天都处于满负荷工作状态,不进行日调节。而在枯水期,当水电站水库具有枯水日来水量的20%~25%的兴利库容时,一般即可进行日调节。

(二)周调节

周调节的调节周期为一周,即将一周内变化不大的入库径流按用水部门的周内需水过程进行径流调节。仍以水力发电为例,枯水期河川径流在一周之内变化不大,而周内休假日电力负荷较小,发电用水也少,这时可将多余水量存入水库,用于高负荷日发电(图3-5)。周调节比日调节需稍大的兴利库容。周调节水库也可进行日调节。

图3-4 径流日调节

1—天然日平均流量;2—用水流量;3—库水位变化过程线

图3-5 径流周调节

1—天然流量;2—用水流量

(三)年调节

年内河川径流变化很大,丰水期和枯水期的来水量相差悬殊。径流年调节的任务是按照用水部门的年内需水过程,将一年中丰水期多余水量蓄存起来,用以提高缺水时期的供水量,调节周期在一年以内。如图3-6所示,横线阴影面积表示蓄水量,竖线阴影面积表示水库补充供水量。当水库蓄满而来水仍大于用水时,将发生弃水(由泄洪设施排往下游),图中也示出了弃水期,通常称这种仅能存蓄丰水期部分多余水量的径流调节为季调节(或不完全年调节),而对能将年内全部来水量按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节,则称为完全年调节。显然,完全与不完全调节的概念是相对的,例如对同一水库而言,可能在一般年份能进行完全年调节,但遇丰水年则很可能发生弃水,只能进行不完全年调节。

图3-6 径流年调节

1—天然流量过程;2—用水流量过程;3—库水位变化过程线

通常用库容系数img反映水库的兴利调节能力,当β=8%~30%时,一般可进行年调节。当天然径流年内分配较均匀时,β=2%~8%,即可进行年调节。年调节水库一般可同时进行周调节和日调节。

(四)多年调节

径流多年调节的任务是利用水库兴利库容将丰水年多余水量蓄存起来,用以提高枯水年份的供水量。这时,水库兴利库容可能要经过若干丰水年才能蓄满,然后将蓄水量在若干个枯水年份里用掉,其调节周期要超过一年(图3-7)。

图3-7 径流多年调节

1—天然流量过程;2—用水流量过程;3—库水位变化过程线

根据经验,若年水量变差系数CV值较小,年内水量分配较均匀,β>30%便可进行多年调节,否则,需要有更大库容才能进行多年调节。多年调节水库一般可同时进行年调节、周调节和日调节。

以上曾多次提到长期调节水库可同时进行较短周期的径流调节。但对于具有长引水建筑物系统的水利水电工程(例如水力发电的混合式开发方式),由坝形成的水库往往仅进行长期调节,而在引水建筑物尾部附近另选合适地址,修建专用日调节池,以便更好地满足日调节要求,并可减少引水建筑物断面尺寸,降低造价。

对于水力发电,通常把具有一定的兴利库容,有能力调节天然日径流量的水电站,称为蓄水式电站。而把无调节和仅能进行日调节的水电站(其日电能受控于天然径流),称为径流式电站。

二、按水库任务分类

(1)单一任务径流调节,如灌溉径流调节、工业及城市生活给水径流调节、水力发电径流调节等。

(2)综合利用径流调节,即具有两种以上任务的水库的径流调节。

三、按水库供水方式分类

(1)固定供水。水库按固定要求供水,与供水期水库来水量和蓄水量无关,如工业及城市生活给水多属这种类型的径流调节。

(2)变动供水。水库供水随蓄水量和用户不同的要求而变动,如灌溉按农田需水要求供水;水电站按电力负荷要求供水等。

四、其他分类

(1)反调节。下游水库按照用水部门的需水过程,对上游水库泄流的再调节。

(2)单一水库补偿调节。水库与水库下游区间来水互相补偿,以满足有关部门用水要求的调节。

(3)水库群补偿调节。水库间互相进行水文补偿、库容补偿、电力补偿,共同满足水利、电力系统要求的调节。

五、相关概念说明

在径流调节计算中,涉及水利年度、水文年度和日历年度的概念,这里作简要分析说明。

(1)水利年度:也称为调节年度,它从水库开始蓄水时间算起。水库开始蓄水时间与来水年份和调节流量的大小有关,一般以多年平均月流量与调节流量进行对照,多年平均月流量大于调节流量时蓄水。如水库还担负其他综合利用任务,则还应按用水流量过程线与多年平均月流量过程线对照确定。另外,在调节计算前,调节流量一般为未知数,故常需事先估算一个调节流量,大致划分调节年度,如估算的调节流量与实际出入较大,应修正调节年度。

(2)水文年度:水文年度是以水文现象的循环规律来划分的,其原则是在一个水文年度内降雨和它产生的径流不被分割在两个年度内。在我国融雪径流不明显的地区,是以一年最枯水的日期划分的水文年度,即从每年汛期开始到下一年汛期开始前止;在北方具有春汛的河流,则是以冬季降雪开始日期来划分水文年度。

(3)日历年度:日历年度是指每年1—12月份一个完整的年份。当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以后,应按逐年逐月统计其径流量,组成年径流系列和月径流系列。