水庫設計保證率和設計代表期怎么計算？

0130水利工程2021-07-15 10:52:55

1．設計保證率

（1）工作保證率的含義及其表示方式
水利水電部門的正常工作的保證程度，稱為工作保證率。工作保證率有不同的表示形式。
一種是按照正常工作相對年數計算的“年保證率”，它是指多年期間正常工作年數占運行總年數的百分比，即

注意：不論破壞程度和歷時如何，凡不能維持正常工作的年份，均同樣計入破壞年數之中。
另一種工作保證率的表示形式是按照正常工作相對歷時計算的“歷時保證率”，指多年期間正常工作歷時（日、旬或月）占總歷時的百分比，即

年保證率與歷時保證率之間的換算式為

式中m為破壞年份的破壞歷時與總歷時之比，可近似按枯水年份供水期持續時間與全年時間的比值來確定。

采用哪種形式計算工作保證率，視用水特性、水庫調節性能及設計要求等因素而定。
年保證率：蓄水式電站、灌溉用水采用；
歷時保證率：徑流式電站、航運用水和其他不進行徑流調節的用水部門采用。

（2）設計保證率的含義及其選擇
為了避免因工程規模過大而帶來過大的耗費，一般不要求在工程的全部運行期間都能絕對地保證正常用水，即以允許在非常情況下減少用水或斷水。這樣，就引出了確定水利工程規模的設計保證率的概念。
設計保證率，是指多年用水期間，用水部門正常用水得到保證的程度。它是設計的正常用水保證率的簡稱。它是在工程規劃設計階段由設計人員按照一定的方法和步驟選定的工作保證率。
設計保證率的選擇是一個復雜的技術經濟問題。它的實質是確定縮減用水合理程度的經濟權衡問題。設計保證率應通過技術經濟計算，并考慮其他影響，綜合分析確定。
設計保證率選得太低，正常工作遭到破壞的幾率將加大，破壞所帶來的國民經濟損失及其不良后果加重；
設計保證率定得過高，雖可減輕破壞帶來的損失，但工程投資和其他費用將增加，或者不得不減小工程的效益。

1）水電站設計保證率的選擇
水電站設計保證率的取值關系到供電的可靠性、水能資源利用程度及電站造價。一般地講，水電站裝機規模越大，系統中水電所占比重越大，系統中重要用戶越多，正常工作遭到破壞時的損失越嚴重，常采用較高設計保證率。而對于河川徑流變化劇烈和水庫調節性能好的水電站，也多采用較高的設計保證率。此外，水電站設計保證率的取值還與電力系統用戶組成和負荷特性，以及可能采取的彌補不足措施等因素有關。
裝機容量小于25000KW的小型水電站，設計保證率一般采用65%～90%；以灌溉為主的農村小水電工程的設計保證率，常與灌溉設計保證率取同值；大、中型水電站的設計保證率可參考表選擇。
水電站設計保證率
QQ截圖20191108161945.jpg
同一電力系統中，規模和作用相近的聯合運行的幾座水電站，可當作單一水電站選擇統一的設計保證率。

2）灌溉保設計證率的選擇
灌溉保設計證率：設計灌溉用水量的保證程度。通常根據灌區水、土資源情況，作物組成，氣象與水文條件，水庫調節性能，國家對當地農業生產的要求，以及地區工程建設和經濟條件等因素分析確定。
一般說來，南方水資源豐富地區的灌溉設計保證率比北方高；大型工程的比中、小型工程的高；自流灌溉的比提水灌溉的高；遠期規劃工程的比近期工程的高。設計時可根據具體條件，參照表選擇。
灌溉設計保證率
QQ截圖20191108161936.jpg

3）通航設計保證率的選擇
通航設計保證率：最低通航水位（水深）的保證程度，以計算時期內通航獲得滿足的歷時百分率表示。最低通航水位是確定枯水期航道標準水深的起算水位。
通航設計保證率，一般根據航道等級結合其他因素綜合分析比較并征求有關部門意見，報請審批部門確定，設計時可參照表選值。
通航設計保證率
QQ截圖20191108161945.jpg

4）供水設計保證率的選擇
工業及城市民用供水若遭破壞將直接影響人民生活和造成生產上的嚴重損失，故采用較高的設計保證率，一般按年保證率取值的范圍為95%～99%，大城市和重要工礦區取較高值。對于由兩個以上水源供水的城市或工礦企業，在確定可靠性時，常按下列原則確定：任一水源停水時，其余水源除應滿足消防和生產緊急用水外，要保證供應一定數量的生活用水。

在綜合利用水庫的水利水能計算中，首先要將歷時保證率轉換成年保證率。再者，針對各用水部門設計保證率常不相同的情況，一般以其中主要部門的設計保證率為準，進行徑流調節計算，凡設計保證率高于主要部門的用水部門，其需水應得到保證；而設計保證率較低的用水部門的用水量可適當縮減。此外，還要對年水量頻率與各用水部門設計保證率相應的年份，分別進行校核計算，取稍偏于安全方面的結果。必要時，可根據任務主次關系，適當調整各部門的用水要求或設計保證率。

2．設計代表期
在水利水電工程規劃設計過程中，要進行多方案的大量的水利水能計算，根據長系列水文資料進行計算，可獲得較精確的成果，但工作量大。在實際工作中可采用簡化方法，即從水文資料中選擇若干典型年份或典型多年徑流系列作為設計代表期進行計算，其成果一般能滿足規劃設計的要求。

（1）設計代表年的選擇
在水利水電規劃設計中，常選擇有代表性的枯水年、中水年（也稱平水年）和豐水年作為設計典型年，分別稱為設計枯水年、設計中水年和設計豐水年。以設計枯水年的效益計算成果代表恰好滿足設計保證率要求的工程興利情況；設計中水年代表中等來水條件下的平均興利情況；設計豐水年則代表多水條件下的興利情況。據此，一般可由P設（設計保證率）、50%及（1-P設）三種頻率，在年水量頻率曲線上分別確定設計枯水年、設計中水年、設計豐水年的年水量。至于年水量年內分配過程，對設計枯水年要考慮不利的年內分配；設計中水年、設計豐水年可分別采用多年平均和來水較豐年份平均的年內分配。

（2）設計多年徑流系列的選擇
多年調節水庫的調節周期長達若干年，應選擇包括多年的徑流系列進行水能計算。設計多年徑流系列是從長系列資料中選出的有代表性的短系列。

1）設計枯水系列
對于多年調節，由于水文資料的限制，能獲得的完整調節周期數是為數不多的，難以應用枯水系列頻率分析法選擇設計枯水系列。通常采用扣除允許破壞年數的方法加以確定，即先按下式計算設計保證率條件下正常工作破壞的年數T破

式中n表示水文系列總年數。
然后，在實測資料中選出最嚴重的連續枯水年組，并從該年組最末一年起逆時序扣除允許破壞年數T破，余下的即為所選的設計枯水系列。
注意：①用設計枯水系列調節計算結果對其他枯水年組進行校核，若另有正常工作遭破壞的時段，則要從T破中扣除，得出允許破壞年數，并用它重新確定設計枯水系列；
②有時需校核破壞年份供水量和電站出力能否滿足最低要求，若不能滿足，則水庫應在允許破壞時段前預留部分蓄水量。

    2）設計中水系列
  為探求水庫運用的多年平均狀況，一般取10～15年作為代表期，稱設計中水系列
   要求：①系列連續徑流資料至少要有一個以上完整的調節循環；
        ②系列年徑流均值應等于或接近于多年平均值；
         ③系列應包括設計枯水年、中水年、豐水年，它們的比例關系與長系列大體相當，使設計中水系列的年徑流變差系數與長系列的相近。
    當電力系統中有若干電站聯合運行并進行補償調節時，最好按長系列進行計算，或以補償電站為主，選出統一的設計代表系列。

應該指出，在目前廣泛應用電子計算機的情況下，采用電算方法進行長系列水利水能計算，很快即能得出成果。因此，可根據具體工程情況及各設計階段對計算精度的要求，確定采用設計代表期或長系列進行電算。

枯水系列徑流