城乡供水一体化项目水源可供水量计算方法探讨

　　摘要:在城乡供水一体化项目设计过程中，水源可供水量计算和供需平衡分析是非常重要的一部分内容，对于合理确定水源的位置、取水方式、取水量等起到决定性作用。围绕《水利水电工程水文计算规范》(SL/T278—2020)和《水利工程水利计算规范》(SL104—2015)的规定，厘清容易混淆的概念，指出在可供计算过程中容易发生错误之处，提出简便、合理、可行的计算方法，并给出了算例。表1个。

　　关键词:可供水量;保证率;径流计算;供需平衡

　　0引言

　　保障农村饮水安全是实施乡村振兴战略的重要内容，是坚持高质量发展落实赶超，实现城乡融合发展及城乡公共服务均等化的具体要求。2019年2月，福建省水利厅出台《福建省城乡供水一体化建设试点规划导则(暂行)》，规范、指导全省城乡供水一体化建设。

　　在城乡供水一体化项目设计过程中，水源可供水量计算和供需平衡分析是非常重要的一部分内容，对于合理确定水源的位置、取水方式、取水量等起到决定性作用。在实际工作中，由于不同设计人员经验水平差异、对规范条文理解不一、采用方法不同等原因，计算成果有时差异较大。本文从实际工作出发，针对水源可供水量计算中一些常见的问题进行探讨，并指出规范、设计手册、常用参考书中的一些分歧，旨在厘清基本概念、完善计算方法。

　　1可供水量的概念

　　可供水量，仅从字面上看，容易理解成是水利工程可以提供的最大水量，即水利工程的供水能 力，这种理解是不全面的。《水资源供需预测分析技术规范》(SL429—2008)对可供水量的定义[1]:供水系统在不同来水条件下，根据需水要求，按照一定的运行方式和规则进行调配，可提供的水量。在定义中，特别提到“根据需水要求”。

　　因此，可供水量不仅仅与来水量和水利工程的供水能力有关，还与用户的需水量有关。当一定来水条件下，若水利工程的供水能力小于用户的需水量时，可供水量应等于水利工程的供水能力;若水利工程的供水能力大于用户的需水量时，可供水量应等于用户的需水量。城乡供水一体化项目设计时，对于已建水库作为水源的，为求得水库可供水量，采用时历法进行径流调节计算时，可直接将用户的需水量作为已知量代入计算，如果用水保证率大于设计保证率，则水库可供水量等于用户的需水量;如果用水保证率小于设计保证率，则应通过试算的方法计算水库的最大供水量，即水库的供水能力，作为可供水量。

　　2设计保证率

　　设计保证率，是指在长期供水中用水部门正常用水得到保证的程度[2]。《水利工程水利计算规范》(SL104—2015)规定，城乡供水工程设计保证率应采用历时保证率，灌溉设计保证率应按水利年度进行统计，采用年保证率。正常供水保证率应根据计算系列中水库满足正常供水的年数(或时段数)与计算系列年数(或时段数)加1的比值表示，按期望值公式计算[2]:P=mn+1式中:P为供水保证率;m为正常供水年数(或时段数);n为计算系列年数(或时段数)。对于保证率计算中，计算系列数n是否需要加1，在学术界存在一定的争议。如全国水利行业“十三五”规划教材《水利计算》[3]中给出的计算公式如下:P=正常工作年数总年数×100%P=正常工作年数总历时×100%对于城乡供水的设计保证率，通常采用月或旬进行统计，系列数n加1与否，对计算成果一般影响较小。

　　但对于灌溉用水的设计保证率，按水利年度进行统计，计算系列年数一般在30～60a，系列数n加1与否会产生较大影响。例如，某灌区设计保证率为90%，水库计算系列30a，如果满足正常灌溉用水的年数是27a，按系列数n加1，则灌溉保证率为87%，水库可供水量不能满足用水户 需求;按系列数n不加1，则灌溉保证率为90%，水库可供水量可以满足用水户需求。在此例中，根据计算成果给出的结论完全相悖。笔者认为，计算设计保证率时系列数n是否需要加1留予学术界继续研究和讨论，在实际工作中，则应遵循规范的要求。此外，还应避免设计保证率统计时的一种明显错误，即采用下式计算供水保证率:P=1-Tn+1或P=1-Tn式中:T为供水破坏年数(或时段数)。

　　3设计径流计算

　　城乡供水一体化项目水源设计径流分析计算主要包括了径流特性分析、径流资料“三性”检验、设计流域年径流及年内分配计算等内容。目前最常用的方法是水文比拟法，即将参证水文站的水文资料移置到设计流域上来的一种方法[4]。

　　由于城乡供水一体化水源一般位于小河流上，水源点以上流域面积一般与参证水文站相差超过15%，根据《水利水电工程水文计算规范》(SL/T278—2020)规定，应考虑设计流域与参证水文站以上流域降水、下垫面条件的差异，推算水源点的径流量。在实际工作中，设计人员一般对降水差异分析的比较透彻，却常常忽略了下垫面条件差异的分析。

　　在《水工设计手册(第2版)》第2卷中，介绍水文比拟法时，也仅提到用降水量修正，给出公式如下[5]:y年，设=y年，参×F设F参式中:y年，设为设计流域的年径流量;y年，参为参证流域的年径流量;F设为设计流域的集水面积;F参为参证流域的集水面积。实际上，在《水利水电工程水文计算规范》条文说明中明确指出，推算工程地址设计径流量时，当工程地址和设计依据站集水面积超过15%，或区间降水、下垫面条件差异较大时，不能简单地按面积比推算工程地址的径流量，需考虑降水和径流系数等的差别进行改正。

　　综上所述，笔者认为，《水工设计手册(第2版)》给的公式是不全面的。根据规范的要求，降水、下垫面条件两方面的分析是同等重要的，不可偏废其一。规范也明确指出，下垫面条件差异采用径流系数进行修正。径流系数可以通过当地的水文图集或水资源图集查得。因此，设计径流计算公式应采用:y年，设=y年，参×F设F参×a设a参式中:a设、a参为设计流域和参证流域的径流系数。

　　4枯水径流计算

　　城乡供水一体化项目水源有时采用河道低坝引水，没有水库进行丰枯调节，水源点可供水量取决于河道天然径流量。因此，应根据设计要求，分析计算取水口以上流域的枯水径流。枯水径流计算通常也采用水文比拟法。枯水径流计算，首先应分析参证水文站径流资料，计算设计频率的枯水流量。《水工设计手册(第2版)》第2卷给出的方法是[5]:按年最小选样原则，选取一年中最小的时段量，组成样本序列，通过频率计算的方法计算设计枯水流量。长江水利委员会编撰的大中型水利水电工程技术丛书《水文分析计算与水资源评价》也给出了同样的方法。

　　如果按此方法计算参证水文站设计最小日平均流量，再移置到取水口，得到取水口设计最小日平均流量，以此作为水源点的可供水量，实际不符合《水利工程水利计算规范》规定。如前所述，规范规定城乡供水工程设计保证率应采用历时保证率。规范用词是“应”，表示应严格执行，在正常情况下均应这样做。而按此方法计算的可供水量，能够保证设计枯水年每日来水量均满足用水需求，实质上是采用了年保证率，其水量保证程度远高于按旬或日进行统计的历时保证率。由此会造成工程规模扩大，投资浪费。

　　按历时保证率计算水源点的可供水量，可直接取参证水文站历年逐日平均流量序列作为计算序列，按从小到大排列，采用经验频率公式(同上述期望值公式)，计算出参证站设计频率的日平均流量。例如，计算出设计频率P=95%的日平均流量，该数值是指:长期以来，有95%的天数日平均流量大于或等于该数值。再采用水文比拟法，将参证站设计频率的日平均流量移置到取水口，作为水源点可供水量。采用此方法计算的水源点可供水量，才符合《水利工程水利计算规范》的规定。

　　5算例

　　5.1基本情况

　　霞浦县位于闽东地区，根据城乡供水一体化规划，全县划分为15个供水分区。其中，某分区位于霞浦县西南部，根据预测，设计水平年最高日需水量为0.30万m3/d。用水日变化系数取1.3，水厂自用水率取5%，水源点至水厂的输水损失取5%，计算该分区原水日需水量为0.255万m3/d。该分区水源有2处，一处为水库，一处为河道低坝取水。水库控制集水面积为5.8km2，总库容为129.5万m3，调节库容为101万m3，库容系数为24%，是1座具有年调节性能的小(1)型水库。水库除作为该分区供水水源外，还承担2500亩(1亩=1/15hm2)农田的灌溉任务。低坝取水为引水工程，引水坝以上流域面积3.05km2，没有调节能力。

　　5.2水库可供水量计算

　　选择同处于闽东地区的高滩水文站(控制集水面积为341km2)作为参证站，收集到高滩水文站1963年4月—1993年3月逐日平均流量，资料系列长度为31a。通过查《宁德地区水资源图集》，分别查得参证流域和设计流域的多年平均降水量和径流系数。采用水文比拟法，将高滩水文站逐月平均流量，按面积、降水量、径流系数进行修正，计算得到水库坝址以上历年逐月平均流量。

　　将历年逐月来水量、生态用水过程、灌溉用水过程、生活用水过程(日供水量0.202万m3)进行径流调节计算，并考虑水库蒸发渗漏损失。计算得到灌溉用水有29个水利年可以正常供水，灌溉保证率为90.6%，高于设计保证率90%;生活用水有365个月可以正常供水，生活用水保证率为97.9%，高于设计保证率95%。由此，计算出水库生活用水的可供水量为0.202万m3/d。

　　5.3低坝取水可供水量计算

　　将高滩水文站1963年4月—1993年3月逐日平均流量序列从小到大排列，按经验频率公式计算出高滩水文站P=95%频率日平均流量。按面积、降水量、径流系数进行修正，移用到引水坝，计算出引水坝以上流域P=95%频率日平均流量为0.006m3/s。该水源可供水量即为0.053m3/d。

　　6结语

　　本文就城乡供水一体化项目水源可供水量计算中常被混淆的概念进行讨论，厘清可供水量和供水能力的区别、厘清年保证率和历时保证率的不同应用范围。紧紧围绕《水利水电工程水文计算规范》和《水利工程水利计算规范》的规定，对有调节水源可供水量计算和无调节水源可供水量计算方法进行分别讨论，指出设计中容易发生错误之处。此外，还指出规范、设计手册、常用参考书中的一些分歧，实际工作中应首先遵循规范的要求。

　　参考文献:

　　[1]SL429—2008，水资源供需预测分析技术规范[S].

　　[2]SL104—2015，水利工程水利计算规范[S].

　　[3]钟平安，王建群.水利计算[M].北京:中国水利水电出版社，2016.

　　[4]季学武，王俊.水文分析计算与水资源评价[M].北京:中国水利水电出版社，2008.

　　[5]梅锦山，侯传河，司富安.水工设计手册(第2版)第2卷[M].北京:中国水利水电出版社，2014.

　　[6]SL/T278—2020，水利水电工程水文计算规范[S].

　　[7]福建省水利厅.福建省城乡供水一体化建设试点规划导则(暂行)[Z].2019.

　　作者：李坚