以城乡供水、灌溉为主的水库二级径流调节及调度图绘制方法.pdf

本发明公开了一种以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式及其绘制方法以及利用调度图对水库二级径流调节进行计算的方法。所述调度图包括防洪区、加大供水区、保证城乡供水灌溉用水区、保证城乡供水降低灌溉用水区、降低城乡供水灌溉用水区、且分别由防洪限制线R和水库调度线r1、r2、r3进行区划。本发明首次提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式，该调度图将水库区划为防洪区、加大供水区、保证城乡供水灌溉用水区、保证城乡供水降低灌溉用水区、降低城乡供水灌溉用水区等5个运行区域，该5个运行区域由r1、r2、r3等3条水库调度线和防洪限制线进行区划，并拟定了水库调度图中各区内的水库城乡供水量和灌溉用水量。

1.一种以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式，其特征在于，所述调
度图包括防洪区，加大供水区、即Ⅰ区，保证城乡供水灌溉用水区、即Ⅱ区，保证城乡供水降
低灌溉用水区、即Ⅲ区，降低城乡供水灌溉用水区、即Ⅳ区五个运行区域，且分别由防洪限
制线R和水库调度线r₁、r₂、r₃进行区划，r₁为城乡供水和灌溉用水防破坏线，r₂为保证城乡供
水降低灌溉用水线，r₃为降低城乡供水和灌溉用水线。
2.根据权利要求1所述以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式，其特
征在于：所述Ⅲ区和Ⅳ区由调度线r₃分割，所述Ⅱ区和Ⅲ区由调度线r₂分割，所述Ⅰ区和防洪
区与Ⅱ区由调度线r₁分割。
3.一种权利要求1或2所述以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制
方法，包括以下步骤：
1)r₂、r₃调度线计算水文年选择
采用时历法、集中破坏方式进行水库长系列供需平衡径流调节计算，确定水库灌溉用
水破坏年数T1及其相应的水文年，将T1相应的水文年及其向前延续的水文年做为计算r₂和
r₃初始调度线的基本水文年；
2)r₁调度线计算水文年选择
r₁是保证城乡供水和灌溉用水的上调配线，其影响因素为全系列水文年，r₁调度线计算
采用全系列水文年；
3)r₃初始调度线的计算
根据选定的计算水文年及其向前延续的水文年、水库库容曲线、相应计算水文年的水
库城乡供水和灌溉用水量K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，从水文年的枯水期末水库死水位开始，以满足
K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²用水要求为控制条件，进行反时序操作计算，求各时段初的水库水位，取上包
为r₃初始调度线；
4)r₂初始调度线的计算
根据选定的计算水文年及其向前延续的水文年来计算r₂调度线时，首先要确定哪些时
段为城乡供水破坏时段，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，哪些时段只有灌溉用水破坏，城乡供
水没有破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²，然后应用上述水文年及其年内各时段的城乡供水量
和灌溉用水量，从水文年枯水期末开始，以满足相应各时段城乡供水和灌溉用水为控制条
件，反时序径流调节计算，求满足相应各时段城乡供水和灌溉用水要求的时段初库水位，取
上包得r₂初始调度线，形成水库初始调度图；
5)r₁初始调度线计算
根据上述水库初始调度图及其运行调度规则进行长系列水库径流调节计算，求得水库
供水过程然后根据上述的水库供水过程和水库径流系列进行水库调度线r₁的
计算；
r₁、r₂、r₃水库初始调度线计算完成后，形成水库初始调度图；
6)水库设计运行方案的供灌用水保证率计算
上述水库初始调度图在水库正常蓄水位、死水位、水库调节库容、水库来水、城乡供水、
灌溉用水、径流系列、K₁、K₂₁、K₂₂已定条件下的调度图，根据调度图的运行调度规则，计算城
乡供水、灌溉用水保证率；7)r₁、r₂、r₃调度线的形态修正
对r₁、r₂、r₃初始调度线进行形态修正，修正的基本准则是：
(1)r₁、r₂、r₃调度线修正的基本形态应与初始调度线形态基本一致，以反映水库来水、
需水和水库库容的特性；
(2)调度线的总体形态应该是，由高向前后逐渐降低；
(3)调度线形态的变化应平顺，避免出现突然跳动和波状起伏形态；
至此完成水库调度图的绘制。
4.根据权利要求3所述以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制方
法，其特征在于：
所述步骤1)中，若T₁＝0，城乡供水和灌溉需水全部得到满足，需水保证率达到100％，表
明水库具有较大的供水能力；
或，若T₁>T₀，T₀为满足灌溉设计保证率需求的允许破坏年数，表明水库供水能力不足，
不能满足灌溉用水设计保证率要求；
或，一般情况下，T₀＝T₁+n，n为水库按调度图操作均匀破坏方式比不按调度图操作集中
破坏方式增加的需水破坏年数。
5.利用权利要求1所述调度图对水库二级径流调节进行计算的方法，，其特征在于：包
括以下步骤：
1)建立水库二级径流调节调度图的运行调度规则
水库二级径流调节调度图的运行调度规则如下：
水库水位在Ⅰ区时，水库加大供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW，加大供水量ΔW值由用
水户的需求和水库供水能力确定：ΔW的最大值为水库时段末水位消落到r₁线时的可供水
量，ΔW最小值可为0，即用水户不需增大供水量；在已建成的水库运行调度中，ΔW值根据用
水户的需求确定，在规划设计阶段可按供水量W_ij¹+W_ij²的某一加大系数K来确定；水库水位
在Ⅱ区时，水库按城乡供水和灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²；水库水位在Ⅲ区
时，水库按保证城乡供水降低灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²；水库水位在IV
区时，水库按降低城乡供水和灌溉用水要求供水，供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；水库水位在调度
线r₁上时，供水量W_供为W_ij¹+W_ij²+ΔW≥W_供≥W_ij¹+W_ij²；水库水位在调度线r₂上时，供水量W_供为
W_ij¹+W_ij²≥W_供≥W_ij¹+K₂₁W_ij²；水库水位在调度线r₃上时，供水量W_供为W_ij¹+K₂₁W_ij²≥W_供≥K₁W_ij¹+
K₂₂W_ij²；水库水位在正常蓄水位时，供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW≥W_供≥W_ij¹+W_ij²，此时若W_供≤W_ij，
则水库发生弃水；
2)水库二级径流调节计算
根据上述水库调度图及其运行调度规则，进行水库径流调节计算；设计阶段，运用水库
长系列径流资料、城乡供水和灌溉需水过程，考虑水库蒸发渗漏和下游河道生态用水要求
后，根据水库调度图的运行调度规则，逐时段进行水库城乡供水和灌溉用水的决策和水库
水位的控制，求得水库城乡供水和灌溉用水过程、城乡供水满足和破坏时段、灌溉用水满足
和破坏水文年、城乡供水和灌溉用水的计算保证率、以及水库水位变化过程等水库径流调
节计算成果，并列表和图形示之；
在水库运行阶段，根据水库面临时段初的库水位、面临时段水库预报流量、面临时段城
乡供水和灌溉用水预测，考虑水库蒸发渗漏和下游河道生态用水要求后，根据水库调度图
及其运行调度规则，决策面临时段水库的城乡供水和灌溉用水量、以及水库时段末的控制
水位，如此逐时段进行水库调度，逐时段决策水库的城乡供水和灌溉用水配置以及水库水
位控制问题，其中，
W_ij：水库径流系列，i为年，j为月(或旬)；
W_ij¹：城乡需水过程，i为年，j为月(或旬)；
W_ij²：灌溉需水过程，i为年，j为月(或旬)；
K₁：降低城乡供水时段的城乡供水折减系数，0<K₁<1；
K₂₁：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数1，0<K₂₁<1；
K₂₂：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数2，，0<K₂₂<1；
P₁：城乡供水历时设计保证率；
P₂：灌溉用水年设计保证率；
V_p：水库调节库容；
ΔW：加大供水量；
且K₂₁>K₂₂。

以城乡供水、灌溉为主的水库二级径流调节及调度图绘制 方法

技术领域

本发明涉及水库二级径流调节和水库调度图的形式及其绘制方法，具体地指一种
以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式及其绘制方法以及利用调度图对
水库二级径流调节进行计算的方法。

背景技术

1)技术现状

我国对城乡供水和农业灌溉一直非常重视，修建了众多的以城乡供水和灌溉为主
的水库，以城乡供水和灌溉为主的水库在工程设计和水库运行管理中，水库调度图是什么
样的形式以及如何绘制，水库径流调节如何计算、到目前为止还没有完善的水库调度图形
式和计算方法。在《水利工程水利计算规范》(SL104-2015)和《水库调度设计规范》(GB/
T50587-2010)中也没有明确规定。在《水利工程水利计算规范》中，将城乡供水和灌溉用水
分为两种类型的水库工程进行水利计算；在《水库调度设计规范》中，将灌溉与城乡供水调
度图分为保证供水区、降低供水区和加大供水区等三个区域，该调度图不能解决城乡供水
和灌溉用水两个不同供水对象、不同供水任务和不同设计保证率的问题。目前水利工程规
划设计中，对以城乡供水和灌溉为主的水库径流调节一般采用时历法、集中破坏方式进行
水库供需平衡计算，或者对设计保证率以外水文年，削减供灌需水量进行水库供需平衡计
算，此种计算方法，在规划设计阶段尚属可行，但在实际运行调度中，难以控制应用。

基于目前的状况，以及设计和水库运行管理的要求，本专利申请在以往工作经验
的基础上，寻求解决以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节计算和水库二级径流调节
调度图的形式及其绘制方法，以及利用调度图对水库二级径流调节进行计算的方法。

2)技术研究难点

对以城乡供水和灌溉为主的水库调度图的绘制和水库二级径流调节存在以下难
点：

①对于以城乡供水和灌溉用水为主的水库，从供需关系而言，两者是相互独立的：
需水方面，城乡需水与人口和工业有关，灌溉需水与灌区面积、耕作制度、作物组成和降雨
有关；水库供水方面，水库供水能力与水库集雨区面积、降雨量和水库调节库容有关。但是
两者又有一定联系，灌溉年需水量及年内需水过程与年降雨量及年内降雨过程有关，且为
反向关系。以贵州省长征水库为例(见表1)，如2010.5～2011.4(水文年，下同)，水库年来水
量174.80万m³，灌溉年需水量155.70万m³，1976.5～1977.4，水库年来水量348.4万m³，灌溉
年需水量101.0万m³。此外，由于水库年来水量年内分配与灌溉年需水量年内分配的匹配不
同，有时会出现水库年来水量大的水文年灌溉年需水量比水库年来水量小水文年还大，如
1967.5～1968.4，水库年来水量351.0万m³，灌溉年需水量126.0万m³，而1984.5～1985.4，水
库年来水量285.7万m³，灌溉年需水量114.8万m³。这就是说，水库年来水量与灌溉年需水量
两者之间存在的反相关系，有时也不同步。这说明了水库年来水量与灌溉年需水量之间关
系的复杂性，说明了水库年来水量保证年份不一定是灌溉年需水量的保证年份，因为除考
虑水库年来水量与灌溉年需水量的大小外，还要考虑两者水量在年内的分配及其匹配情
况。因此设计典型年如何选择是以城乡供水和灌溉为主的水库调度的一个难点。

②就水库供水对象而言，城乡供水和灌溉用水是两项互为独立、不同供水对象的
水库供水任务，保证率也不相同：灌溉保证率较低，年保证率一般为70～85％；城乡供水保
证率较高，历时保证率一般为95～97％。两者互为独立、不同供水对象和不同保证率要求的
水库调度图是什么样的形式，该水库调度图绘制典型年如何选择，如何运用选择的典型年
进行水库调度图绘制，城乡供水和灌溉用水要求如何通过水库调度图来实现，是以城乡供
水和灌溉为主的水库调度的另一难点。

表1长征水库历年径流及灌溉用水系列对照表

3)以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节方法概论及目前常用方法评价

以城乡供水和灌溉为主的水库承担着城乡供水和灌溉用水等综合利用任务，要完
成其承担的任务，需要有一定的径流量和一定的水库调节库容，通过水库对径流的调节作
用，满足水库对城乡供水和灌溉需水的要求。

完成以城乡供水和灌溉为主的水库综合利用任务，从技术上来说，主要是绘制合
理的水库调度图和制定水库运行调度规则。事实上，城乡供水和灌溉两个用水部门都有其
各自不同的用水要求：首先，城乡供水和灌溉用水保证率是各不相同的，城乡供水保证率
高，灌溉用水保证率相对低一些；其次在同一水库同样来水情况下，城乡供水和灌溉用水两
个部门的用水量和用水过程也是不相同的，有时是有矛盾的。这些不同用水要求和矛盾如
何解决呢？主要的方法就是根据水库运行水位、来水量和需水量对水库供水量和水库运行
水位进行合理的调度控制，使之能够达到两个用水部门的不同需水要求，这就是所谓的水
库控制运行调度或者是水库运行调度决策问题。

从水库调度和水库径流调节计算来看，以城乡供水和灌溉为主的水库调度和水库
径流调节计算是一个水库二级调节问题，是水库城乡供水调节和灌溉用水调节问题，是要
求水库同时满足城乡供水和灌溉用水的不同设计保证率问题，其最终目的是确定水库所需
的调节库容、绘制水库调度图和制定水库运行调度规则。

对于以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节计算，其设计保证率和调节流量
不是一个，而是两个，即：

(P_i，Q_i)，i＝1，2 (1)

其中，

P_i—为城乡供水和灌溉用水设计保证率；

Q_i—为城乡供水和灌溉用水调节流量。

因此以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节计算，可归纳为在式(1)表示的
前提下，确定为相应的水库调节库容。一般来说，可确定为以下函数关系：

V＝f(P_i，Q_i)，i＝1，2 (2)

V—水库调节库容。

作为水库二级调节计算式(2)的解，是同水库运行调度相联系的，不同的调度方
案，可产生不同的解。根据绘制的水库调度图及其运行调度规则，可以解决来水与需水、城
乡供水与灌溉用水、城乡供水和灌溉用水不同设计保证率、以及调节库容等诸多问题。而其
计算方法是，通常在水库正常蓄水位(水库调节库容)拟定条件下，进行水库调度图的绘制
和水库径流调节计算，通过对用水破坏深度和水库调度图的逐步修正，使绘制的水库调度
图及其运行的调度规则满足设计保证率和供灌用水要求。显然，以城乡供水和灌溉为主的
综合利用水库，其水库调度图的绘制及其运行调度方式的确定，要比单一任务的水库要困
难复杂得多。

水库调度函数式(2)没有严格的数学计算格式和数学解，一般采用近似的逐步逼
近的计算方法。目前在水利工程设计和水库运行调度中，一般采用如下的近似简化方法：

①供灌用水集中破坏法

该法将水库的调节库容全部作为城乡供水和灌溉用水保证区，只有水库水位消落
到死水位、水库可用水量小于需水量时，城乡供水和灌溉用水才遭受破坏。其破坏方式是首
先满足城乡用水，然后是灌溉用水，或者两者同时遭受破坏。根据长系列径流调节计算结
果，统计城乡供水和灌溉用水保证率，并与设计保证率进行比较：如果满足设计保证率要
求，计算毕；如果达不到设计要求，表明拟定的水库正常蓄水位过大或者偏小，重拟水库正
常蓄水位，重复上述计算。此法多以列表形式进行，方法简便明了，但在水库遭受破坏时段
城乡供水和灌溉用水如何分配任意性大，没有破坏深度控制，目前在水库工程规划阶段应
用较多，不适于水库实际运行调度。

②典型年外包法

根据城乡供水和灌溉用水不同的设计保证率，按来水或用水或综合考虑选取不同
的典型年(一般同一保证率需选择几个不同的典型)，分别对选定的典型年进行径流调节计
算，求得所需兴利调节库容，以其中较大者作为水库设计调节库容。因城乡供水和灌溉用水
两者的设计保证率不同，在进行高保证率典型年调节计算时，对低保证率的需水不能按全
部满足要求计算，要进行一定的折减。具体操作是假定灌溉和城乡供水设计保证率分别为
80％和95％，选择灌溉保证率80％相应的典型年计算兴利库容1，此时城乡供水以及灌溉用
水均全部满足；再以城乡供水保证率95％选择典型年，兴利计算时城乡供水要求可全部满
足，灌溉需水不可能全部满足，一般可按年需水的0.8倍考虑，或者以灌溉保证率(P＝80％)
相应年份的需水总量为控制修正95％年份的灌溉需水量，以此得到兴利库容2，取两者调节
库容较大值为设计值。

典型年法一般只针对年调节水库，由于该方法中兴利库容2计算时对灌溉需水量
进行了人为处理，有一定的随意性，因此多用于以城乡供水为主、农业灌溉用水量不大的水
库。典型年法保证率为年保证率，不符合城乡供水历时保证率要求。此法在规划阶段应用尚
属可行，但难于在实际调度中应用。

③统一设计保证率法

以城乡供水和灌溉为主的水库，其保证率是不相同的，城乡供水保证率高，灌溉用
水保证率低。在水库径流调节计算中，对径流保证率大于灌溉设计保证率的水文年，其灌溉
用水量根据来水量作相应的削减，这样就可以采用统一的城乡供水设计保证率进行长系列
径流调节计算，求出水库所需的调节库容。按此法计算调节库容是大是小，尚难判别。此法
计算的保证率为年保证率，不符合城乡供水历时保证率要求。此法在规划阶段运用尚属可
行，但难于在实际运行调度中应用，因为在水库实际运行调度中，无法事先判定水库年径流
来量是多少，是否削减以及如何削减灌溉用水量。

以上是目前以城乡供水和灌溉为主的水利工程水库径流调节计算的常用计算方
法及其评价。

发明内容

本发明的目标是：

①提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式，为水库运行调度
提供了基本依据；

②提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制方法，该方法适
用年调节水库和多年调节水库，具有广泛的适用性；

③提出利用调度图对水库二级径流调节进行计算的方法，使计算结果能够满足城
乡供水和灌溉用水及其设计保证率要求。

为实现上述目的，本发明提出了以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度
图形式，所述调度图包括防洪区，加大供水区、即Ⅰ区，保证城乡供水灌溉用水区、即Ⅱ区，保
证城乡供水降低灌溉用水区、即Ⅲ区，降低城乡供水灌溉用水区、即Ⅳ区五个运行区域，且
分别由防洪限制线R和水库调度线r₁、r₂、r₃进行区划，r₁为城乡供水和灌溉用水防破坏线，r₂
为保证城乡供水降低灌溉用水线，r₃为降低城乡供水和灌溉用水线。

该水库调度图还确定了各运行区内水库的供水和灌溉水量。

进一步地，所述Ⅲ区和Ⅳ区由调度线r₃分割，所述Ⅱ区和Ⅲ区由调度线r₂分割，所
述Ⅰ区和防洪区与Ⅱ区由调度线r₁分割。

本发明提出了上述以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制方
法，包括以下步骤：

1)r₂、r₃调度线计算水文年选择

采用时历法、集中破坏方式进行水库长系列供需平衡径流调节计算，确定水库灌
溉用水破坏年数T1及其相应的水文年，将T1相应的水文年及其向前延续水文年做为计算r₂
和r₃初始调度线的基本水文年；

2)r₁调度线计算水文年选择

r₁是保证城乡供水和灌溉用水的上调配线，其影响因素为全系列水文年，r₁调度线
计算采用全系列水文年；

3)r₃初始调度线的计算

根据选定的计算水文年及其向前延续的水文年、水库库容曲线、相应计算水文年
的水库城乡供水和灌溉用水量K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，从水文年的枯水期末水库死水位开始，以满足
K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²用水要求为控制条件，进行反时序操作计算，求各时段初的水库水位，取上包
为r₃初始调度线；

4)r₂初始调度线的计算

根据选定的计算水文年及其向前延续的水文年来计算r₂调度线时，首先要确定哪
些时段为城乡供水破坏时段，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，哪些时段只有灌溉用水破坏，城
乡供水没有破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²，然后应用上述水文年及其年内各时段的城乡供
水量和灌溉用水量，从水文年枯水期末开始，以满足相应各时段城乡供水和灌溉用水为控
制条件，反时序径流调节计算，求满足相应各时段城乡供水和灌溉用水要求的时段初库水
位，取上包得r₂初始调度线，形成水库初始调度图；

5)r₁初始调度线计算

根据上述水库初始调度图及其运行调度规则进行长系列水库径流调节计算，求得
水库供水过程W_i¹_j¹+W_i²_j²，然后根据上述的水库供水过程和水库径流系列进行水库调度线r₁
的计算；

r₁、r₂、r₃水库初始调度线计算完成后，形成水库初始调度图；

6)水库设计运行方案的供灌用水保证率计算

上述水库初始调度图是在水库正常蓄水位、死水位、水库调节库容、水库来水、城
乡供水、灌溉用水、径流系列、K₁、K₂₁、K₂₂已定条件下的调度图，根据调度图的运行调度规则，
计算城乡供水、灌溉用水保证率；

7)r₁、r₂、r₃调度线的形态修正，

对r₁、r₂、r₃初始调度线进行形态修正，修正的基本准则是：

(1)r₁、r₂、r₃调度线修正的基本形态应与初始调度线形态基本一致，以反映水库来
水、需水和水库库容的特性；

(2)调度线的总体形态应该是，由高向前后逐渐降低；

(3)调度线形态的变化应平顺，避免出现突然跳动和波状起伏形态。

至此完成水库调度图的绘制。

进一步地，所述步骤1)中，若T₁＝0，城乡供水和灌溉需水全部得到满足，需水保证
率达到100％，表明水库具有较大的供水能力；

或，若T₁>T₀，T₀为满足灌溉设计保证率需求的允许破坏年数，表明水库供水能力不
足，不能满足灌溉用水设计保证率要求；

或，一般情况下，T₀＝T₁+n，n为水库按调度图操作均匀破坏方式比不按调度图操作
集中破坏方式增加的需水破坏年数。

本发明提出了利用调度图对水库二级径流调节进行计算的方法，包括以下步骤：

1)建立水库二级径流调节调度图的运行调度规则

水库二级径流调节调度图的运行调度规则如下：

水库水位在Ⅰ区时，水库可加大供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW，加大供水量ΔW
值由用水户的需求和水库供水能力确定：ΔW的最大值为水库时段末水位消落到r₁线时的
可供水量，ΔW最小值可为0，即用水户不需增大供水量；在已建成的水库运行调度中，ΔW值
根据用水户的需求确定，在规划设计阶段可按供水量W_ij¹+W_ij²的某一加大系数K来确定；水
库水位在Ⅱ区时，水库按城乡供水和灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²；水库水位
在Ⅲ区时，水库按保证城乡供水降低灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²；水库水
位在IV区时，水库按降低城乡供水和灌溉用水要求供水，供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；水库水位
在调度线r₁上时，供水量W_供为W_ij¹+W_ij²+ΔW≥W_供≥W_ij¹+W_ij²；水库水位在调度线r₂上时，供水
量W_供为W_ij¹+W_ij²≥W_供≥W_ij¹+K₂₁W_ij²；水库水位在调度线r₃上时，供水量W_供为W_ij¹+K₂₁W_ij²≥W_供≥
K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；水库水位在正常蓄水位时，供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW≥W_供≥W_ij¹+W_ij²，此时若W_供
≤W_ij，则水库发生弃水；

2)水库二级径流调节计算

根据上述水库调度图及其运行调度规则，进行水库径流调节计算；设计阶段，运用
水库长系列径流资料、城乡供水和灌溉需水过程，考虑水库蒸发渗漏和下游河道生态用水
要求后，根据水库调度图的运行调度规则，逐时段进行水库城乡供水和灌溉用水的决策和
水库水位的控制，求得水库城乡供水和灌溉用水过程、城乡供水满足和破坏时段、灌溉用水
满足和破坏水文年、城乡供水和灌溉用水的计算保证率、以及水库水位变化过程等水库径
流调节计算成果，并列表和图形示之；

在水库运行阶段，根据水库面临时段初的库水位、面临时段水库预报流量、面临时
段城乡供水和灌溉用水预测，考虑水库蒸发渗漏和下游河道生态用水要求后，根据水库调
度图及其运行调度规则，决策面临时段水库的城乡供水和灌溉用水量、以及水库时段末的
控制水位，如此逐时段进行水库调度，逐时段决策水库的城乡供水和灌溉用水配置以及水
库水位控制问题，其中，

W_ij：水库径流系列，i为年，j为月(或旬)；

W_ij¹：城乡需水过程，i为年，j为月(或旬)；

W_ij²：灌溉需水过程，i为年，j为月(或旬)；

K₁：降低城乡供水时段的城乡供水折减系数，0<K₁<1；

K₂₁：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数1，0<K₂₁<1；

K₂₂：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数2，，0<K₂₂<1；

P₁：城乡供水历时设计保证率；

P₂：灌溉用水年设计保证率；

V_p：水库调节库容；

ΔW：加大供水量；

且K₂₁>K₂₂。

本发明在收集城乡供水和灌溉用水为主的水利工程径流调节计算的有关规程规
范、技术资料以及目前工程设计中一般采用方法的基础上，研究提出上述以城乡供水和灌
溉为主的水库二级径流调节水库调度图的形式，研究提出水库二级径流调节水库调度图绘
制的计算步骤与方法，以及结合水库二级径流调节水库调度图进行水库径流调节计算方法
等。根据提出的计算方法，编制相应的计算机程序，结合已建成运行水库和正在设计中的水
库进行试用，根据试用中反映出来的问题，逐步修改完善。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明对于以城乡供水和灌溉为主的水库，从供需关系而言，两者是互为独立
的：需水方面，城乡需水与人口和工业有关，灌溉需水与灌区面积、作物组成、耕作制度和降
雨有关；水库供水方面，水库供水能力与水库集雨区面积、降雨量和水库调节库容有关。但
两者又有一定联系，灌溉年需水量及年内需水过程与年降雨量及年内降雨过程有关，且为
反向关系。此外，由于水库年来水量及年内分配与灌溉年需水量及年内分配的匹配不同，有
时会出现年来水量大的水文年灌溉年需水量比年来水量小的水文年还大，这就是说，水库
年来水量与灌溉年需水量之间的反向关系有时也不同步。这说明了水库年来水量与灌溉年
需水量之间关系的复杂性，说明了水库年来水量保证年份不一定是灌溉年需水量的保证年
份，揭示了选用设计典型水文年不仅要考虑年来水量、还要考虑灌溉年需水量及年内其匹
配情况，用时还要考虑水库调节库容的影响。

(2)本发明首次提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式，该
调度图将水库区划为防洪区、加大供水区、保证城乡供水灌溉用水区、保证城乡供水降低灌
溉用水区、降低城乡供水灌溉用水区等5个运行区域，该5个运行区域由r₁、r₂、r₃等3条水库
调度线和防洪限制线进行区划，并拟定了水库调度图中各区内的水库城乡供水量和灌溉用
水量。

(3)本发明首次提出了以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度线r₁、r₂、
r₃的计算顺序、计算水文年的选择和计算方法，在计算调度线水文年的选择上和计算方法
上具有开创性。从r₁、r₂、r₃调度线具有的功能分析，提出调度线计算顺序首先为r₃，而后为
r₂，最后为r₁。r₂和r₃调度线计算的水文年不是以往设计中通常采用的近似设计保证率的水
文年，而是选择集中破坏方式灌溉遭受破坏的水文年及其向前延续的相邻水文年，因为其
它水文年城乡供水和灌溉用水没有被破坏，对r₂及r₃调度线计算不产生影响。在调度线计算
水文年的选择上既考虑了水库来水又考虑了水库供水，同时还考虑了水库对径流调节的作
用，考虑因素比较全面合理。

(4)由于水库来水和需水的随机性和独立性，绘制的水库初始调度图的形态一般
是不规则的。但是不同的水库，由于径流和库容特性不同，需水量及过程不同，r₁、r₂、r₃的基
本形态是各不相同的。由于初始调度线形态变异较大，为使水库调度图的调度线平顺，并符
合水库运行调度一般规律，需对初始调度线r₁、r₂和r₃进行形态修正，研究提出了形态修正
的基本准则。

(5)本发明提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的运行调度规
则，以及结合水库调度图的水库二级径流调节计算方法。如果水库调度图绘制的正确，按水
库调度图的运行规则进行水库径流调节计算，计算的成果能够满足水库城乡供水和灌溉用
水及其设计保证率要求。而绘制的水库二级径流调节调度图及其运行调度规则，为水库实
际运行调度提供了基本依据。

附图说明

图1为《水库调度设计规范》(GB/T50587-2010)中以城乡供水和灌溉为主的水库调
度图；

图2为本发明所述的水库二级径流调节调度图；

图3为本发明所述的水库初始调度图；

图4为实施例11初始调度图；

图5为实施例11形态修正后的水库调度图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但
本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

1、水库二级径流调节调度图形式

1.1以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图形式

在《水库调度设计规范》(GB/T50587-2010)中将城乡供水和灌溉为主的水库调度
图区划为防洪区、加大供水区、保证供水区和降低(限制)供水区等4个区域，如图1所示。由
于城乡供水和灌溉用水保证率不同，该调度图不能同时满足城乡供水和灌溉用水不同设计
保证率要求。

从上节分析可知，以城乡供水和灌溉为主的水库径流调节，为水库二级径流调节
问题，是水库城乡供水调节和农业灌溉用水调节问题。那么水库二级径流调节调度图是什
么样的形式呢？这要从水库承担的任务及其供水方式来研究。由于水库承担城乡供水和农
业灌溉用水的双重任务，且保证率各不相同，因此水库供水有以下几种方式：

(1)城乡供水和灌溉用水都能得到满足，水库按保证城乡供水和灌溉用水要求供
水；

(2)城乡供水保证率较高，灌溉用水保证率较低，水库按保证城乡供水要求和降低
灌溉用水要求供水；

(3)城乡供水和灌溉用水都不能满足，水库按降低城乡供水和灌溉用水要求供水；

(4)在水库水位较高且来水量较大时，水库可加大供水量。

上述4种水库供水方式均应反映在水库调度图中，在水库调度图中应区划出各自
的运行调度区域，上述4个运行区域分别是加大供水区、保证城乡供水灌溉用水区、保证城
乡供水降低灌溉用水区和降低城乡供水灌溉用水区。如果水库承担防洪任务，还应设置防
洪区，共计5个运行区域。图2为本发明提出的以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节
调度图形式。

水库若没有防洪任务，则水库无防洪区；若有防洪任务，防洪区的大小及预留时
间，由水库防洪专题研究确定，不属本发明内容。

上述5个水库运行调度区域，由r₁、r₂、r₃等3条水库调度线和防洪限制水位线进行
区划。r₁为城乡供水和灌溉用水防破坏线，r₂为保证城乡供水降低灌溉用水线，r₃为降低城
乡供水和灌溉用水线。上述3条调度线将水库区划为加大供水区(Ⅰ区)、保证城乡供水灌溉
用水区(Ⅱ区)、保证城乡供水降低灌溉用水区(Ⅲ)和降低城乡供水灌溉用水区(Ⅳ区)。

1.2水库二级径流调节调度图中各区供水量的确定

在确定水库调度图中各区供水量之前，首先要确定城乡供水和灌溉用水的破坏方
式。从图2的水库调度图中可以看出，在设计保证率以外的水文年份，城乡供水和灌溉用水
遭受破坏，而破坏方式有集中破坏和均匀破坏两种。集中破坏方式就是水库消落到死水位、
水库可供水量小于城乡供水和灌溉用水量时，城乡供水和灌溉用水才遭受破坏，此时城乡
供水和灌溉用水量为水库的可供水量，水库可供水量大，破坏深度小，水库可供水量小，破
坏深度则大。而均匀破坏方式就是城乡供水和灌溉用水遭受破坏时，水库保证一定的用水
量，以满足某一破坏深度要求，为此水库水位在尚未消落到死水位之前，水库开始按某一折
减系数减少城乡供水和灌溉用水量。与集中破坏方式相比较，均匀破坏方式可以保证人民
生活少受影响，农业生产少受损失。本发明采用均匀破坏方式。

为便于研究，设置下列变量：

W_ij：水库径流系列，i为年，j为月(或旬)；

W_ij¹：城乡需水过程，i为年，j为月(或旬)；

W_ij²：灌溉需水过程，i为年，j为月(或旬)；

K₁：降低城乡供水时段的城乡供水折减系数，0<K₁<1；

K₂₁：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数1，0<K₂₁<1；

K₂₂：降低灌溉用水年的灌溉用水折减系数2，，0<K₂₂<1；

P₁：城乡供水历时设计保证率；

P₂：灌溉用水年设计保证率；

V_p：水库调节库容；

ΔW：加大供水量；

且约定K₂₁>K₂₂。

水库运行调度的上述各变量中，水库径流系列W_ij、城乡供水过程W_ij¹、灌溉需水过
程W_ij²等均为水库设计和水库运行的基本资料，折减系数K₁、K₂₁、K₂₂有一个变化范围，根据实
际情况合理确定。

在水库调度图中，各运行区内水库的供水量如何确定呢？这涉及水库运行调度决
策问题。从上述水库二级径流调节调度图的形式可以看出：库水位在水库加大供水区内，水
库具有加大供水的能力，水库可加大供水量；库水位在保证城乡供水灌溉用水区内，水库按
城乡需水量和灌溉需水量供水；库水位在保证城乡供水降低灌溉用水区内，水库按城乡需
水量供水和灌溉按降低灌溉需水量供水，灌溉用水遭受破坏；库水位在降低城乡供水灌溉
用水区内，水库按降低城乡需水量和灌溉需水量供水，城乡供水和灌溉用水均遭受破坏。由
于采用均匀破坏方式，上述遭受破坏的城乡供水量和灌溉供水量采用需水量乘以相应的折
减系数来确定，分别为K₁W_ij¹、K₂₁W_ij²和K₂₂W_ij²。根据上述分析，水库调度图中各运行区内的水
库供水量拟定如下：

Ⅰ区：为加大供水区，如果水库水位在此区域，可加大水库供水量，加大量为ΔW，水
库供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW。ΔW值根据实际情况确定：如果没有加大供水量的要求，ΔW＝0；
ΔW的最大值为水库时段末水位消落到r₁线时的可供水量。

Ⅱ区：为保证城乡供水灌溉用水区，水库供水量为W_ij¹+W_ij²；

Ⅲ区：为保证城乡供水降低灌溉用水区，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²；

Ⅳ区：为降低城乡供水灌溉用水区，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²。

应当指出，上述水库调度图的形式及各运行区供水量的确定，指明了水库水位在
不同运行区域内水库供水量的大小。从图中可看出，保证城乡供水区域大，保证灌溉用水区
域小，这就体现了城乡供水保证率高、灌溉用水保证率低的水库供水特性。

2、水库二级径流调节调度图绘制的思路

以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制是本发明的核心和难
点，到目前为止还未见有关学者提出过较为完整的此类水库二级径流调节调度图的形式和
相应的计算方法。通过本发明的研究，提出以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调
度图的形式，如图2所示。该调度图将水库区划为4个不同供水量的运行区域。如果水库的来
水和调节库容具备满足城乡供水和灌溉用水的能力，且水库调度图绘制得正确，按此调度
图进行水库调度，就应分别满足城乡供水和灌溉用水的要求，满足两个不同保证率的要求。
而水库调度图的绘制，实际上就是调度线r₁、r₂、r₃的绘制。下面谈谈以城乡供水和灌溉为主
的水库二级径流调节调度图绘制的思路。

众所周知，水库的供水能力主要受水库径流量大小的影响，径流量大，供水能力
大；反之供水能力则小。其次受水库调节库容大小影响，水库调节库容大，调节能力强，供水
能力大；反之供水能力则小。调节库容大的水库能将汛期多余水量存蓄在库内，供枯水期使
用，甚至可将丰水年的水量存蓄在库内，供枯水年使用。因此水库调度图的绘制需将水库径
流W_ij、水库调节库容V_p、城乡需水W_ij¹和灌溉需水W_ij²等结合起来综合考虑。

此外，在r₁、r₂、r₃调度线的绘制中，除上述影响因素外，还受K₁、K₂₁、K₂₂、P₁、P₂等因
素影响，而且r₁，r₂和r₃还存在相互之间的影响，用数学函数表示为：

显然，上述水库调度线的函数式没有严格的数学解，只有近似解，采用逐步逼近的
计算方法。

对于以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度图的绘制，其基本思路如
下：首先确定r₁、r₂、r₃水库调度线绘制的顺序；然后进行水库供需平衡状况的初步分析，选
择r₃和r₂水库调度线的计算水文年；而后进行r₃和r₂初始调度线计算，形成初始调度图；依
据初始调度图及其运行调度规则，进行长系列水库径流调节计算，并根据计算成果绘制调
度线r₁；对r₁、r₂、r₃初始调度线进行形态修正后，完成水库调度图的绘制。

水库调度线的计算方法，采用水利工程水利计算规范和水库调度设计规范推荐的
时历法进行计算。

3、水库调度线r₁、r₂和r₃的计算

3.1水库供需平衡状况的初步计算分析

在绘制水库调度图之前，对拟定的水库设计(运行)方案进行供需平衡的初步计算
分析，以初步了解水库的供需平衡状况、水库对需水的满足程度、以及灌溉用水遭受破坏的
基本水文年。

一般情况下，水库的供水能力与需水要求是相匹配的，因为如果水库供水能力过
大，将造成财力物力的浪费，如果规模过小，满足不了需水的要求。如何进行水库供需平衡
的初步分析呢？通常采用时历法、集中破坏方式、顺时序长系列水库径流调节计算，求得水
库长系列供水过程、城乡用水过程、灌溉用水过程、库水位变化过程、以及灌溉用水破坏年
数T₁及其相应的水文年。然后进行如下分析：

(1)若T₁＝0，城乡供水和灌溉需水全部得到满足，需水保证率达到100％，表明水
库具有较大的供水能力；

(2)若T₁>T₀(T₀为满足灌溉设计保证率需求的允许破坏年数)，表明水库供水能力
不足，不能满足灌溉用水设计保证率要求；

(3)一般情况下，T₀＝T₁+n，n为水库按调度图操作均匀破坏方式比不按调度图操作
集中破坏方式增加的需水破坏年数。以50年水文序列而论，n一般在0～2年之间，这与水库
来水、需水过程及其匹配有关，与水库的库容大小及其特性有关。

通过上述计算分析，对水库设计(运行)方案的供水能力与其承担的供水任务之间
的关系有了一个初步的了解。

应当指出，通过上述水库径流调节计算，可以求得灌溉用水破坏年数T₁相应的水
文年，这些水文年为水库供水破坏的基本水文年，也是绘制水库调度线r₂和r₃的基本水文
年，这也是进行水库供需平衡状况初步计算的任务之一，原因后述。

3.2确定r₁、r₂、r₃水库调度线的计算顺序

如上所述，水库调度图的绘制，实质上就是水库调度线r₁、r₂和r₃的计算。在计算
r₁、r₂和r₃调度线时，首先确定其计算顺序，然后研究其计算方法。

从常规水库调度图的绘制方法可知，要计算水库调度线r，必须知道r线所具有的
功能、达到的目的。一般情况下，r调度线以内具有的功能单一时，易于计算；r调度线以内包
含多项功能时，计算起来比较困难。从水库二级径流调节调度图2可以看出，r₁调度线以内
包含水库运行Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区等3个功能运行区，r₁线受三个运行区功能的影响；r₂调度线
以内包含水库运行Ⅲ区和Ⅳ区等2个功能运行区，r₂线受2个运行区功能的影响；r₃调度线以
内只包含水库运行Ⅳ区1个功能运行区，r₃线只受1个运行区功能的影响。这样，首先计算调
度线r₁和r₂比较困难，而计算调度线r₃就比较容易，且成为可能。因此从水库调度线计算的
顺序分析，应先计算调度线r₃。在调度线r₃计算完成后，水库运行Ⅳ区已定，在r₂调度线以
内，只有水库运行Ⅲ区未定，因此在r₃调度线已定的条件下，r₂调度线的计算就成为可能。同
理在调度线r₃和r₂计算完成后，水库运行Ⅳ区和Ⅲ区已定，在调度线r₁以内只有水库运行Ⅱ
区未定，因此在r₃和r₂调度线已定的条件下，r₁调度线的计算就成为可能。从上述分析可以
看出，水库调度线的计算顺序首先为r₃，而后为r₂，最后为r₁。

3.3r₁、r₂、r₃水库调度线的计算

3.3.1计算水文年选择

(1)r₂、r₃调度线计算水文年选择

在以往的水库工程设计中，一般采用相应设计保证率的几个不同典型水文年作为
设计水文年，该方法认为水库年来水量保证率水文年与供灌年需水量保证率水文年相一
致。实际上水库年来水量保证率水文年与城乡年供水量和灌溉年需水量保证率水文年是不
完全一致的：在城乡供水方面，年需水量比较稳定，与水库年水量基本无关；在灌溉需水方
面，灌溉年需水量与年降雨量有关，且为反向关系，即使年水量基本相同的水文年，由于来
水过程不同，来水过程与灌溉用水过程的匹配不同，年灌溉用水量也是不相同的(见表1)。
因此对于以城乡供水和灌溉为主的水库，将相应设计保证率的水文年作为城乡供水和灌溉
用水设计水文年依据不充足，不完全正确合理。

若采用长系列水文资料计算，存在如下问题：由于水库径流与需水(包括城乡供水
和灌溉用水)存在相互独立性和随机性，一些供水非破坏年份，不存在供水不足问题，但是
其中某些时段由于降水较小，灌溉需水量较大，反时序操作计算时，出现该时段初库水位较
高，从而不恰当的抬高了r₂和r₃控制线，影响r₂和r₃计算成果。为了尽可能避免此种情况的
发生，在计算r₂和r₃调度线时，尽可能选择影响r₂和r₃调度线计算的水文年，而不采用全部
系列径流资料。

在“3.1水库供需平衡状况的初步计算分析”中，采用时历法、集中破坏方式可以确
定水库灌溉用水破坏年数T₁及其相应的水文年，这些水文年是不能满足城乡供水和灌溉用
水要求的，如果对这些水文年的城乡供水和灌溉用水进行控制，使之能够满足城乡供水和
灌溉用水破坏深度的要求，那么T₁相应的水文年就应成为计算r₂和r₃初始调度线计算的基
本水文年，因为其余水文年是能够满足城乡供水和灌溉用水要求的，不影响r₂和r₃调度线的
计算成果。此外，在计算r₂和r₃初始调度线时，除上述基本水文年外还应考虑这些水文年向
前延续的相邻水文年。这是因为，为保障破坏水文年满足降低供水量的用水要求，要求年初
水库有一定的蓄水量，否则折减后的供水量可能得不到满足。而这些水文年的年初水库蓄
水量应由相邻上一水文年的水库调度来实现，从而影响到上一年度水文年的水库调度，可
能会给上一水文年度城乡供水和灌溉用水带来影响，而此种影响在时历法集中破坏方式调
度时是不会发生的。

(2)r₁调度线计算水文年选择

r₁是保证城乡供水和灌溉用水的上调配线，其影响因素为全系列水文年，应考虑
所有水文年对r₁调配线的影响，因此r₁调度线计算应采用全系列水文年。

3.3.2r₃初始调度线的计算

水库r₃调度线为降低城乡供水和灌溉用水线，即满足K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²用水要求的控
制线，其功能是：①在调度线r₃与死水位之间范围内，水库满足降低城乡供水量为K₁W_ij¹和降
低灌溉用水量为K₂₂W_ij²的用水要求；②满足城乡供水保证率P₁的要求。其计算方法是，根据
选定的计算水文年及其向前延续的水文年、水库库容曲线、相应计算水文年的水库城乡供
水和灌溉用水量K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，考虑水库蒸发渗漏和下游生态用水要求后，从水文年的枯水
期末水库死水位开始，以满足K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²用水要求为控制条件，进行反时序操作计算，求
各时段初的水库水位，取上包为r₃初始调度线。该调度线能够满足K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²的用水要
求。

应该指出，在反时序操作计算时，如果时段初水位低于水库死水位，说明该时段水
库来水较丰，除满足K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²用水要求外，还有多余水量，计算时，时段初水位不能低于
死水位，应以死水位为控制。

3.3.3r₂初始调度线的计算

根据选定的计算水文年及其向前延续的水文年来计算r₂调度线时，首先要确定哪
些时段为城乡供水破坏时段，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，哪些时段只有灌溉用水破坏，城
乡供水没有破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²。然后应用上述水文年及其年内各时段的城乡供
水量和灌溉用水量，从水文年枯水期末开始，以满足相应各时段城乡供水和灌溉用水为控
制条件，反时序径流调节计算，求满足相应各时段城乡供水和灌溉用水要求的时段初库水
位，取上包得r₂初始调度线，形成水库初始调度图，如图3所示。

应当指出，在反时序操作计算时，如果时段初库水位低于r₃调度线，说明该时段来
水较丰，除满足W_ij¹+K₂₁W_ij²用水要求外，还有多余水量。计算时，时段初水位不能低于r₃调度
线水位，应以r₃调度线水位控制。否则，库水位进入到降低城乡供水和灌溉用水区，这是不
合理的。

计算r₂调度线时，计算水文年内各时段的水库供水量如何确定呢？这是计算的难
点。通过探索研究，采用逐步逼近的计算方法：首次计算r₂调度线时，仅将r₃调度线上各控制
点的相应水文时段的城乡供水遭受破坏，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²，其余时段，城乡供水
不破坏，仅灌溉用水遭受破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²。以此拟定水库各时段供水量，按上
述方法计算初始调度线r₂，形成水库初始调度图3。在水库初始调度图3中，r₃和r₂调度线将
水库区划为3个运行区域，即Ⅱ区、Ⅲ区和IV区。Ⅱ区为保证城乡供水灌溉用水区，Ⅲ区为保
证城乡供水降低灌溉用水区，IV区为降低城乡供水灌溉用水区。初始水库调度图的运行调
度规则是：库水位在Ⅱ区时，水库按城乡供水和灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²；
库水位在Ⅲ区时，城乡供水满足、灌溉用水遭受破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²；库水位在IV
区时，城乡供水和灌溉用水均遭受破坏，水库供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；库水位在调度线r₂上
时，水库供水量W_供为W_ij¹+W_ij²≥W_供≥W_ij¹+K₂₁W_ij²；库水位在调度线r₃上时，水库供水量W_供为
W_ij¹+K₂₁W_ij²≥W_供≥K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；库水位在正常蓄水位(汛期在防洪限制水位)时，水库供水
量为W_供＝W_ij¹+W_ij²，此时入库径流量W_ij若大于W_ij¹+W_ij²，则发生弃水。

按此初始调度图3和上述的水库运行调度规则，应用长系列径流资料、城乡供水和
灌溉需水过程进行水库径流调节计算，可得长系列水库城乡供水和灌溉用水过程，从而可
以确定在r₂调度线计算的水文年内哪些时段水库城乡供水遭受破坏，水库供水量为K₁W_ij¹+
K₂₂W_ij²，哪些时段仅灌溉用水遭受破坏，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²。然后与计算r₂调度线时采
用的城乡供水和灌溉用水过程进行比较：若两者一致，则计算结束；否则应用后者重复上述
计算，直至满足要求为止。

3.3.4r₁初始调度线计算

根据水库初始调度图3及其运行调度规则进行长系列水库径流调节计算，求得水
库供水过程W_i¹_j¹+W_i²_j²，然后根据上述的水库供水过程和水库径流系列进行水库调度线r₁的
计算。其方法是：根据径流系列和水库供水过程，从最后一年枯水期末起始水位为r₂调度线
相应时段末水位开始，进行反时序操作计算，取上包，即为水库r₁的初始调度线。

应当指出，在反时序操作计算时，如果时段初库水位低于调度线r₂，说明该时段来
水较丰，除满足W_i¹_j+W_i²_j用水要求外，还有多余水量，计算时，时段初水位不能低于r₂调度线
水位，应以r₂水位为控制。

3.4水库设计(运行)方案的供灌用水保证率计算

水库设计(运行)方案是指水库正常蓄水位、死水位、水库调节库容、水库来水、城
乡供水、灌溉用水已定条件的方案。在方案r₁初始调度线计算后，形成如图2所示的水库调
度图，运用长系列径流资料、城乡供水和灌溉需水过程，根据“4.1水库二级径流调节调度图
的运行调度规则”进行长系列水库径流调节计算，可求得水库设计(运行)方案的长系列城
乡供水和灌溉用水量过程及其保证率。

在水库上述条件不变的情况下，修改K₁、K₂₁、K₂₂，重复上述水库调度线的计算，可得
修改后的相应城乡供水、灌溉用水保证率，可得“实施例11、长征水库”中表3的计算成果。根
据水库设计(运行)要求，从中选取满足设计(运行)要求的某一计算方案，然后对选定方案
进行如下的调度线形态修正。

3.5r₁、r₂、r₃初始调度线形态修正

通过实例计算可知，按上述方法计算的水库r₁、r₂和r₃初始调度线，由于来水和需
水的独立性和随机性，水库调度线的形态一般是不规则的。但是对于不同的水库，由于径流
特性不同、城乡供水和灌溉用水不同、水库调节库容大小及库容特性不同，r₁、r₂和r₃的基本
形态是各不相同的，有其独特性。为使水库调度图符合水库运行调度规律，为使水库调度图
中水库调度线形态平顺，为便于水库运行调度运用，需对r₁、r₂和r₃初始调度线形态进行修
正。修正的基本准则是：

(1)r₁、r₂和r₃调度线修正的基本形态应与初始调度线形态基本一致，以反映水库
来水、需水和水库库容的特性；

(2)调度线的总体形态应该是，由高向前后逐渐降低；

(3)调度线形态的变化应平顺，避免出现突然跳动和波状起伏形态。4、水库二级径
流调节计算

4.1水库二级径流调节调度图的运行调度规则

水库调度线绘制完成后，形成以城乡供水和灌溉为主的水库二级径流调节调度
图，如图2所示。该调度图将水库区划为防洪区、Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，与初始调度图图3相
比较，其区别是将初始调度图中的保证城乡供水和灌溉用水区，区划为加大供水区和保证
城乡供水灌溉用水区，其余各运行区域均相同。而水库运行调度图的运行调度规则，在初始
调度图的运行规则基础上完善如下：

水库水位在Ⅰ区时，水库可加大供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²+ΔW，加大供水量ΔW
值由用水户的需求和水库供水能力确定：ΔW的最大值为水库时段末水位消落到r₁线时的
可供水量，ΔW最小值为0，即用水户不需增大供水量；在已建成的水库运行调度中，ΔW值根
据用水户的需求确定，在规划设计阶段可按供水量W_ij¹+W_ij²的某一加大系数K来确定(0≤K
≤1)；水库水位在Ⅱ区时，水库按城乡供水和灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+W_ij²；水
库水位在Ⅲ区时，水库按保证城乡供水降低灌溉用水要求供水，水库供水量为W_ij¹+K₂₁W_ij²；
水库水位在IV区时，水库按降低城乡供水和灌溉用水要求供水，供水量为K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；水
库水位在调度线r₁上时，供水量W_供为W_ij¹+W_ij²+ΔW≥W _供≥W_ij¹+W_ij²；水库水位在调度线r₂上
时，供水量W_供为W_ij¹+W_ij²≥W_供≥W_ij¹+K₂₁W_ij²；水库水位在调度线r₃上时，供水量W_供为W_ij¹+
K₂₁W_ij²≥W_供≥K₁W_ij¹+K₂₂W_ij²；水库水位在正常蓄水位(汛期在防洪限制水位)时，供水量为W_ij¹
+W_ij²+ΔW≥W_供≥W_ij¹+W_ij²，此时若W_供≤W_ij，则水库发生弃水。

4.2水库二级径流调节计算

在水库二级径流调节调度图绘制后，根据水库调度图及其运行调度规则，进行水
库径流调节计算。设计阶段，运用水库长系列径流资料、城乡供水和灌溉需水过程，考虑水
库蒸发渗漏和下游河道生态用水要求后，根据水库调度图的运行调度规则，逐时段进行水
库城乡供水和灌溉用水的决策和水库水位的控制，求得水库城乡供水和灌溉用水过程、城
乡供水满足和破坏时段、灌溉用水满足和破坏水文年、城乡供水和灌溉用水的计算保证率、
以及水库水位变化过程等水库径流调节计算成果，并列表和图形示之。在水库运行阶段，根
据水库面临时段初的库水位、面临时段水库预报流量、面临时段城乡供水和灌溉用水预测，
考虑水库蒸发渗漏和下游河道生态用水要求后，根据水库调度图及其运行调度规则，决策
面临时段水库的城乡供水和灌溉用水量、以及水库时段末的控制水位，如此逐时段进行水
库调度，逐时段决策水库的城乡供水和灌溉用水配置以及水库水位控制。

5、水库二级径流调节调度图和水库二级径流调节计算成果的检验与修正

以上所述，是以城乡供水和灌溉为主的水库在正常蓄水位、死水位、城乡供水和灌
溉需水量、折减系数等已定的条件下，进行水库二级径流调节调度图的绘制及水库二级径
流调节计算。径流调节计算的成果有水库城乡供水和灌溉用水过程，水库水位变化过程，水
库不满足城乡供水要求的时段，水库不满足灌溉用水要求的水文年，以及相应的城乡供水
和灌溉用水保证率P₁’和P₂’等。然后将计算保证率P₁’和P₂’与设计保证率P₁和P₂进行比较，
判别水库调度图和水库径流调节计算成果是否满足设计及运行调度的要求：

若|P₁-P₁′|≤ε、|P₂-P₂′|≤ε(ε为允许误差值)，说明绘制的水库调度图及水库径
流调节计算成果满足设计或运行调度要求，计算工作业已完成；

若|P₁-P₁′|＞ε、|P₂-P′₂|＞ε，说明绘制的水库调度图及水库径流调节计算成果不
满足设计或运行调度要求，需修改完善。

由于城乡供水和灌溉设计保证率P₁和p₂有一个容许的变化区间，因此通常先对不
同折减系数方案进行水库初始调度图和水库径流调节初算，形成如“实施例11、长征水库”
中表3所示成果汇总表。然后根据城乡供水和灌溉用水不同保证率的要求，选择折减系数方
案，并对选定方案进行水库初始调度图绘制和水库径流调节计算，然后对r₁、r₂、r₃初始调度
线进行形态修正，以及形态修正后的水库径流调节计算，根据水库径流调节计算结果，判别
成果是否满足设计要求：若满足设计要求，计算业已完成；若不满足设计要求，选择另一折
减系数方案，重复上列计算，直至满足要求为止。

完成上述计算后，改变水库正常蓄水位、或死水位、或水库城乡供水或灌溉需水量
(四项可同时改变，也可以改变其中一项、两项或三项)，形成一个新的计算方案，然后进行
新方案的水库调度图绘制及其径流调节计算，完成新方案的计算成果。

实施例11、长征水库

1.1水库概况

长征水库为在建水库，位于贵州省大方县鼎新乡新发村境内，距大方县城约22km，
距鼎新乡政府所在地约7km。大方县位于贵州省毕节市中部，东南与黔西县以西溪河为天然
县界，东部有部分和黔西县接壤，东北部和金沙县毗邻，北部和西部与毕节市区相连，南部
与织金县和纳雍县隔六冲河相望。

长征水库的工程任务主要是农田灌溉和人畜饮水，工程建成后，可满足鼎新乡新
发村、长丰村和大井村共1.16万亩耕地的灌溉用水需求，年均灌溉需水量153m³，同时满足
水库下游1.25万人供水需求，年均供水量61m³。长征水库规模为小(1)型，工程等别为IV等。
大坝为面板堆石坝，坝顶高程1757.50m，最大坝高59.50m。正常蓄水位1755.00m，相应的库
容为201.40万m³；死水位1723.00m，相应库容为16.09万m³；设计洪水标准为30年一遇(P＝
3.33％)，设计洪水位1756.50m，相应库容为216.36万m³；校核洪水标准为300年一遇(P＝
0.33％)，校核洪水位1756.95m，相应库容为220.85万m³。首部枢纽主要建筑物包括大坝、溢
洪道、取水隧洞及取水钢管等。其中大坝位于擦耳岩下游约200m的两山咀之间，溢洪道位于
左岸紧靠大坝布置，取水隧洞及取水钢管位于大坝左岸山体，距左坝肩约50m。水库基本特
性指标见表2。

表2基本特性指标

1.2长征水库调度图绘制及水库径流调节计算

(1)水库供需平衡状况的初步分析

按集中破坏方式进行水库长系列径流调节计算，结果为：

灌溉破坏年数T₁为3年，即T₁＝3，保证率91.8％，相应破坏水文年为1991～1992，
1994～1995，2011～2012。

(2)对不同折减系数方案进行水库初始调度图绘制及水库径流调节计算

不同折减系数方案计算成果，见表3。

从表3中可以看出，各方案供、灌用水保证率较高，均大于设计保证率要求。

表3不同折减系数方案计算成果汇总表

(3)对选定折减系数方案进行水库初始调度图绘制及水库径流调节计算

根据供、灌用水可靠度要求，初选折减系数为：K₁＝0.9，K₂₁＝0.8，K₂₂＝0.3，计算的
水库初始调度线和初始调度图，见表4和图4。根据初始调度图进行水库径流调节计算，供水
破坏2个月，保证率为99.5％，灌溉用水破坏4年，分别为1966～1967，1991～1992，1994～
1995，2011～2012，保证率为89.8％。

表4 初始调度线计算成果表 单位：m

(4)水库初始调度线形态修正及水库径流调节计算成果

水库初始调度图形态修正后，调度线见表5，调度图见图5。根据形态修正后的调度
图，进行水库径流调节计算，得供水破坏3个月，保证率为99.3％；灌溉用水破坏4年，分别为
1966～1967，1991～1992，1994～1995，2011～2012，保证率为89.8％。计算成果还有：

长征水库径流调节计算成果汇总表，见表6。

长征水库供、需用水及其平衡成果表。

表5 形态修正后调度线成果表 单位：m

(5)成果分析

从以上计算结果可以看出，按设计水库正常蓄水位1755m方案，水库供、灌用水保
证率分别为99.3％和89.8％，高于设计规范要求，水库具有加大供水的能力。

2011～2012水文年为灌溉破坏深度最大水文年，该水文年灌溉需水量为130.2万
m³，缺水量为41.5万m³，年灌溉破坏深度为32％，满足《水利工程水利计算规范》(SL104-
2015)不大于50％的要求。

上述计算结果表明，长征水库正常蓄水位1755m方案，供水和灌溉保证率分别为
99.3％和89.8％，高于设计要求，正常蓄水位拟偏高，或者说，水库具有加大供水的能力。若
按规范要求，按设计供灌用水保证率要求选择水库规模，水库正常蓄水位1750m时，计算结
果如下：供水破坏11个月，历时保证率为98.1％，灌溉破坏7年，年保证率为85.7％。