第四节　水文水利计算的任务与工程应用

水文水利计算是工程水文的重要组成部分，总体上可以分为水文计算和水利计算两个主体内容。水文计算的根本任务是分析水文要素变化规律，为水利工程的建设提供未来水文情势预估；水利计算的根本任务是拟定并选择经济合理和安全可靠的工程设计方案、规划设计参数和调度运行方式。

任何一个流域的开发与水利工程建设过程中，都必须经历规划设计、施工及运行管理三个阶段（见图1－1），不同阶段水文水利计算承担不同的服务内容，各有侧重点。

图1－1　流域综合开发规划设计实施工作流程图

规划设计阶段水文水利计算的主要任务是要提出作为工程设计依据的水文特征数值（如设计年径流、设计洪水等），在此基础上再通过调节计算确定工程位置、规模。例如一条河流，在何处布设工程合适？工程的规模（库容、装机容量等）选择多大为宜？要使它们确定得经济合理，关键在于正确预计将来工程运行期间可能出现的各种水文情况，例如设计水库时，若把河流和洪水估算过大，据此设计的库容就会偏大，规模也过大，将会造成投资上的浪费；反之，洪水估计过小，设计的库容量小了，将来危及工程本身和下游的安全，还会使水利资源不能得到充分地利用，造成资源浪费，或需水量得不到保证，影响社会经济发展；对于防洪措施，还可能造成工程失事，甚至对人民的生命财产造成巨大的损失。由于水利工程的使用年限一般为几十年甚至百年以上，因此在规划设计时，必须知道工程所控制的水体在未来整个使用期间可能出现的水文情势，以及根据可能的水文情势所确定的开发方式、工程规模和主要设计参数等。严格来说，规划设计方案实施后，所在流域的天然水文情势必将有相应的改变，因此，在规划设计阶段中还需要预计这部分变化。

施工阶段的任务是为了确定临时性水工建筑物（如施工围堰、导流隧洞和导流渠等）的规模提供施工期设计洪水。由于水利工程施工期限一般较长，往往需要一个季度以上，甚至长达几年之久，所以需要修建一些临时性建筑物，必须通过水文计算途径预先估计整个施工期间可能出现的来水情势，在此基础上确定这些临时性工程的规模和尺寸。同时，在这一阶段，需要根据未来施工期问的水情变化和工程进度计划，通过水利计算确定水利工程枢纽的初期运行计划和调度方案。在具体施工期间，再结合短期的（如几天甚至几小时）水文预报，实时进行施工安排和组织调度。在编制施工详图阶段，水利计算的任务一般是制定枢纽运行计划，主要是编制枢纽初期运转的调度图。另外随着枢纽主体工程的逐步完成，还需研究多年调节水库的初期充蓄问题。

运行管理阶段的主要任务在于充分发挥已成水利措施的作用。为此就需要知道未来一定时期内的来水情况，以便确定最经济合理的调度运用方案。这一阶段对于水文工作的要求，就是根据水文分析计算获得未来长期内可能出现的平均情势，再考虑到水文预报所提供的较短期内的实时预报，通过水利计算拟定出实时的最佳调度运用方案，保证获得最大的社会效益和经济效益。如汛前根据洪水预报信息，在洪水来临之前，预先腾出库容拦蓄洪水，使水库安全度汛，下游也免遭洪水灾害。到汛末时，又及时拦蓄尾部洪水，以保证灌溉、发电等方面的需求。此外，在工程运用期间，随着水文资料的积累，还要经常地复核和修正原设计的水文数据，通过调节计算检验工程是否达到设计标准，以便改进调度方案或对工程实行扩建、改建和除险加固等必要的改造。

国民经济还有许多部门，诸如工矿企业、城市建设、交通运输，尤其是农林水利建设，都需要了解有关的水情变化状况并确定合理的规划设计和调度运行方案。譬如工矿企业必须解决工业用水的水源问题；城市建设必须解决供水、排洪及排污等问题；在交通运输方面，由于铁路、公路往往需要跨越江河，因而必须研究这些江河的水情变化规律，并合理确定有关建筑物的尺寸，如桥梁的高度、涵洞的大小等；在农、林、水利建设方面，诸如灌溉、排水、防洪、发电等，更需要了解和掌握水情变化规律，并在此基础上正确拟定经济合理的工程措施。此外，对于已建成的水利工程的调度运用，同样有必要了解水情的未来变化情况，拟定调度运行策略，能使现有工程发挥较大的效用。总而言之，国民经济建设从多方面对水文水利计算学科提出了任务和要求。