[分享][水库兴利调节计算]设计保证率和设计代表期

 设计保证率和设计代表期

1．设计保证率

（1）工作保证率的含义及其表示方式

水利水电部门的正常工作的保证程度，称为工作保证率。工作保证率有不同的表示形式。

一种是按照正常工作相对年数计算的“年保证率”，它是指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比，即

注意：不论破坏程度和历时如何，凡不能维持正常工作的年份，均同样计入破坏年数之中。

另一种工作保证率的表示形式是按照正常工作相对历时计算的“历时保证率”，指多年期间正常工作历时（日、旬或月）占总历时的百分比，即

           

年保证率与历时保证率之间的换算式为

式中m为破坏年份的破坏历时与总历时之比，可近似按枯水年份供水期持续时间与全年时间的比值来确定。

采用哪种形式计算工作保证率，视用水特性、水库调节性能及设计要求等因素而定。

年保证率：蓄水式电站、灌溉用水采用；

历时保证率：径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用水部门采用。

（2）设计保证率的含义及其选择

为了避免因工程规模过大而带来过大的耗费，一般不要求在工程的全部运行期间都能绝对地保证正常用水，即以允许在非常情况下减少用水或断水。这样，就引出了确定水利工程规模的设计保证率的概念。

设计保证率，是指多年用水期间，用水部门正常用水得到保证的程度。它是设计的正常用水保证率的简称。它是在工程规划设计阶段由设计人员按照一定的方法和步骤选定的工作保证率。

设计保证率的选择是一个复杂的技术经济问题。它的实质是确定缩减用水合理程度的经济权衡问题。设计保证率应通过技术经济计算，并考虑其他影响，综合分析确定。

设计保证率选得太低，正常工作遭到破坏的几率将加大，破坏所带来的国民经济损失及其不良后果加重；

设计保证率定得过高，虽可减轻破坏带来的损失，但工程投资和其他费用将增加，或者不得不减小工程的效益。

1）水电站设计保证率的选择

水电站设计保证率的取值关系到供电的可靠性、水能资源利用程度及电站造价。一般地讲，水电站装机规模越大，系统中水电所占比重越大，系统中重要用户越多，正常工作遭到破坏时的损失越严重，常采用较高设计保证率。而对于河川径流变化剧烈和水库调节性能好的水电站，也多采用较高的设计保证率。此外，水电站设计保证率的取值还与电力系统用户组成和负荷特性，以及可能采取的弥补不足措施等因素有关。

装机容量小于25000KW的小型水电站，设计保证率一般采用65%～90%；以灌溉为主的农村小水电工程的设计保证率，常与灌溉设计保证率取同值；大、中型水电站的设计保证率可参考表选择。

                          水电站设计保证率

系统中水电站容量比重（%）	25以下	25～50	50以上
水电站设计保证率（%）	80～90	90～95	95～98

同一电力系统中，规模和作用相近的联合运行的几座水电站，可当作单一水电站选择统一的设计保证率。

2）灌溉保设计证率的选择

灌溉保设计证率：设计灌溉用水量的保证程度。通常根据灌区水、土资源情况，作物组成，气象与水文条件，水库调节性能，国家对当地农业生产的要求，以及地区工程建设和经济条件等因素分析确定。

一般说来，南方水资源丰富地区的灌溉设计保证率比北方高；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；远期规划工程的比近期工程的高。设计时可根据具体条件，参照表选择。

                         灌溉设计保证率

地区特点	农作物种类	年设计保证率
缺  水  地  区	以旱作物为主	50～75
	以水稻为主	70～80
水资源丰富地区	以旱作物为主	70～80
	以水稻为主	75～95

3）通航设计保证率的选择

通航设计保证率：最低通航水位（水深）的保证程度，以计算时期内通航获得满足的历时百分率表示。最低通航水位是确定枯水期航道标准水深的起算水位。

通航设计保证率，一般根据航道等级结合其他因素综合分析比较并征求有关部门意见，报请审批部门确定，设计时可参照表选值。

                      通航设计保证率

航道等级	年设计保证率
一级～二级	97～99
三级～四级	95～97
五级～六级	90～95

4）供水设计保证率的选择

工业及城市民用供水若遭破坏将直接影响人民生活和造成生产上的严重损失，故采用较高的设计保证率，一般按年保证率取值的范围为95%～99%，大城市和重要工矿区取较高值。对于由两个以上水源供水的城市或工矿企业，在确定可靠性时，常按下列原则确定：任一水源停水时，其余水源除应满足消防和生产紧急用水外，要保证供应一定数量的生活用水。

在综合利用水库的水利水能计算中，首先要将历时保证率转换成年保证率。再者，针对各用水部门设计保证率常不相同的情况，一般以其中主要部门的设计保证率为准，进行径流调节计算，凡设计保证率高于主要部门的用水部门，其需水应得到保证；而设计保证率较低的用水部门的用水量可适当缩减。此外，还要对年水量频率与各用水部门设计保证率相应的年份，分别进行校核计算，取稍偏于安全方面的结果。必要时，可根据任务主次关系，适当调整各部门的用水要求或设计保证率。

2．设计代表期

在水利水电工程规划设计过程中，要进行多方案的大量的水利水能计算，根据长系列水文资料进行计算，可获得较精确的成果，但工作量大。在实际工作中可采用简化方法，即从水文资料中选择若干典型年份或典型多年径流系列作为设计代表期进行计算，其成果一般能满足规划设计的要求。

（1）设计代表年的选择

在水利水电规划设计中，常选择有代表性的枯水年、中水年（也称平水年）和丰水年作为设计典型年，分别称为设计枯水年、设计中水年和设计丰水年。以设计枯水年的效益计算成果代表恰好满足设计保证率要求的工程兴利情况；设计中水年代表中等来水条件下的平均兴利情况；设计丰水年则代表多水条件下的兴利情况。据此，一般可由P设（设计保证率）、50%及（1-P设）三种频率，在年水量频率曲线上分别确定设计枯水年、设计中水年、设计丰水年的年水量。至于年水量年内分配过程，对设计枯水年要考虑不利的年内分配；设计中水年、设计丰水年可分别采用多年平均和来水较丰年份平均的年内分配。

 

（2）设计多年径流系列的选择

多年调节水库的调节周期长达若干年，应选择包括多年的径流系列进行水能计算。设计多年径流系列是从长系列资料中选出的有代表性的短系列。

1）设计枯水系列

对于多年调节，由于水文资料的限制，能获得的完整调节周期数是为数不多的，难以应用枯水系列频率分析法选择设计枯水系列。通常采用扣除允许破坏年数的方法加以确定，即先按下式计算设计保证率条件下正常工作破坏的年数T破

                           

式中n表示水文系列总年数。

然后，在实测资料中选出最严重的连续枯水年组，并从该年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数T破，余下的即为所选的设计枯水系列。

注意：①用设计枯水系列调节计算结果对其他枯水年组进行校核，若另有正常工作遭破坏的时段，则要从T破中扣除，得出允许破坏年数，并用它重新确定设计枯水系列；

②有时需校核破坏年份供水量和电站出力能否满足最低要求，若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预留部分蓄水量。

    2）设计中水系列

    为探求水库运用的多年平均状况，一般取10～15年作为代表期，称设计中水系列

    要求：①系列连续径流资料至少要有一个以上完整的调节循环；

         ②系列年径流均值应等于或接近于多年平均值；

         ③系列应包括设计枯水年、中水年、丰水年，它们的比例关系与长系列大体相当，使设计中水系列的年径流变差系数与长系列的相近。

    当电力系统中有若干电站联合运行并进行补偿调节时，最好按长系列进行计算，或以补偿电站为主，选出统一的设计代表系列。

    应该指出，在目前广泛应用电子计算机的情况下，采用电算方法进行长系列水利水能计算，很快即能得出成果。因此，可根据具体工程情况及各设计阶段对计算精度的要求，确定采用设计代表期或长系列进行电算。

来源于：水利家园