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这一篇原本要写水文的，径流啊，洪水啊，流域面积啊，来水频率啊这些东西。这些东西是水利专业的体系基石，本科水利专业中水文相关课程也占据了所有课程的相当比例。对水文不了解是无法理解水利专业体系的，所以水文问题的科普非常重要。 不过考虑到，第一水文专业是规划专业下设的一个更专业的分支，我这几年从事的工作却主要是规划专业的另一个专业分支—动能经济，虽然跟水文关系密切，毕竟不算本专业，我还是需要谨慎对待，需要更多时间去打磨文字；第二水电站和水库分类是我动能经济专业的常识，这个科普起来驾轻就熟，而且这个也是水利专业的体系基石之一，所以就先科普这个，这部分内容太多，分两次发完，然后下一篇谈水文。 说到水利工程，大家第一反应是水库水电站，这是没错，本来水库和水电站就是水利工程中最重要的组成部分。但是除了水库之外呢，还是有很多其他水利工程的，即使是水库本身也分很多种类的。像渠道啊、泵站啊、堤防啊这种水利工程一目了然，很容易区分。但是水电站和水库就比较难区分了，因为很多时候水库是带水电站的，水库和水电站是密不可分的，一般来说发电是最容易看得见的效益，所以很多新闻报道或者科普文章为了避免麻烦也笼统的把水库和水电站合在一起论述。本篇从源头讲起，试图为对水利完全不了解的人梳理清楚脉络，真正的把水库和水电站区分开来。 “兴水利、除水害是治国安邦的大事”，这是我研究生期间实验室挂出的字牌。水利本身作为一个相对弱势的行业，不出大事（比如大洪水、决堤了，堰塞湖了）很少受人关注，也不起眼，只有我们干水利的自己把自己看得很重要，哈哈。不过呢，这段字牌其实也说出了水利专业的初衷和目的“兴利除害”。如果通过修建一种较为简单的工程就可以达到兴利除害的目的，那干嘛还要把工程修的那么复杂那么高大上呢？由此，水库和水电站的分类产生了： （1）水库和水电站是两种建设目的不同的工程。 1）水库 水库的建设一般是为了满足防洪、灌溉、生态保护、供水、航运等要求，在满足上述要求的前提下可以结合水头和下泄水量发电，这种水库工程我们一般称之为水利枢纽。当然也有些水库完全就是为了发电而建设的，这种水库我们一般就称之为水电站（水库式电站，调蓄式电站），这种电站在南方比较多见，主要原因是南方水资源相对丰富，河流基本上不承担灌溉、供水任务，而河流水量（流量）相对较大，可以采用修库集中水头的方式利用河流的大流量来专职发电（水电站发电是流量和水头的双重作用，要么大流量，要么高水头。南方一般是大流量，北方尤其是西北一般是高水头，这个等讲到水电站再细说）；而北方的河流一般要承担较为繁重的灌溉、供水任务，所以很少有专职的水库电站，各大水库都是在满足灌溉、供水的前提下，利用灌溉或者供水时下泄的水量顺便发电。 那么水库是如何分类的呢？一般可按照水库任务分类，分为综合利用水利枢纽和单一任务水库；按照运行方式分为调节水库和反调节水库；按照挡水建筑物的形式不同来分（比如重力坝、土坝之类）等。这些分法分别涉及到水库的任务作用和水工建筑物类型等，我在后面几期发的文字里会详细的解释。在这一期讲水库的基本概念的时候呢就不这么分了，而是按照水库库容与来水量的比例分—专业术语叫水库的调节能力（那个比例叫库容系数）。按照调节能力（调节周期）水库可以分为：日调节水库、周调节水库、季调节水库、年调节水库和多年调节水库。 所谓的日调节水库就是水库很小，只能把一天中的来水按照用水要求重新分配。一般来说，河流一天中的来水量是比较均匀的，24小时的差异不大。但是用水户用水要求在全天是不同的，比如工业用水可能在白天是高峰期，这个时候需要大量用水，却没有那么多的水可用；到了晚上企业维持低负荷运行，不需要很多水了，但是河流来水还是那么大，只能让晚上来的水白白流走——浪费了。而有了一个小型的日调节水库，就可以把晚上的水存起来，白天下泄给下游使用，这样就解决了问题。 周调节水库相对来说也不大，只能将一周的来水按照用水要求重新分配。 季调节水库相对就大一些了，北方地区这种水库一般来说首要任务是农业灌溉，可以将夏天汛期的水存储一部分，用于秋季和第二年的春季灌溉用水，解决农业春旱问题。季调节水库一般来说库容系数是不到0.1的，解释起来就是：这个水库多年平均来了100个水，它自己只能存储不到10个，其他90个它是不能存储的。这么一看大家应该明白了，其实季调节水库的调节能力也很有限，仅仅是能将汛期的水存一小部分而已，这种水库是根本不足以影响河流水量分配的。提前说句话，三峡库容是390亿左右（包括死库容），三峡来水是3900亿左右，三峡就是个季调节水库，所以网上好多危言耸听，三峡影响了这个，改变了那个，完全都是夸大其词。多说一句，长江入海口来水大约是1万亿，也就是说长江还有6100个亿的水量是来自于三峡下游，三峡根本不足以影响长江来水。 年调节水库是调节能力比季调节水库（季调节水库也叫不完全年调节水库）更强的水库，基本上可以将正常年份汛期多余水量全部蓄存，然后按照下游用水要求几乎随心所欲的下泄（仅年内）。年调节水库库容系数一般在0.1到0.3之间。 多年调节水库是调节能力最强的水库，堪称水库中的巨无霸，几乎是无所不能的。多年调节水库字面意思就是可以把许多年的来水都存下来，其实不是这样。多年调节水库的意思是可以把连续几个丰水年多余的水量存起来，供给可能的连续几个枯水年使用。比如，某条河连续来了五个丰水年，每年除了正常用水外，还多5亿水到10亿水。对于年调节水库来说，它可能可以把第一年多出来5亿水存起来，但是由于库容限制，第二年又多出来5亿它就存不了了，只能白白流走。而多年调节水库就不怕这个，可以把这五年多出来的几十亿水全部存起来。五个丰水年过后接着是连续五个枯水年，每年来水都不足以满足用水要求，每年都缺5亿水，这个时候如果是个年调节水库，它第一年可以把缺的5亿水补上，但是第二年、第三年……就不行了，因为它没有那么大库容，不能连续补几年的水。多年调节水库这个时候就可以大显神威了，每年都可以从自己之前存储的水量里分出来5亿供下游使用，连续供应五年直到下一个丰水期到来。这是多年调节水库的恐怖之处，厉害之处。典型的多年调节水库比如丹江口，每年来水不到400亿，库容就有290亿，库容系数接近0.75，几乎可以对来水进行随心所欲的调节，所以丹江口作为南水北调中线工程水源工程当之无愧。黄河上的龙羊峡水利枢纽，水库库容240亿，来水量只有205亿，库容系数接近1.2，这个恐怖的数字意味着龙羊峡可以把一整年的来水全部装进水库而不下泄一滴水。再多说一句，三峡如果想达到龙羊峡的调节能力，库容需要4500亿，但是从来没有人指责龙羊峡水库给黄河带来了灾难。黄河上的所有水库库容几乎是黄河来水量的2倍以上，只要愿意，所有水库把闸门关闭，可以保证黄河里没有一滴水，但是也从来没人质疑过黄河。只有质疑三峡的如过江之鲫，而且绝大部分是不懂水利的，哈哈。原因无他：1、水利是专业性很强的科学，很多水库网上没有公开资料，不好抄袭，自己没本事不敢质疑，2、三峡树大招风，网上对的错的文章多，随便抄一点儿东西，加上一些似是而非耸人听闻的结论就可以蛊惑人心。质疑很容易，释疑很难，我在这一系列科普中最大的感受。 跑了一下题，由上述文字可以看出，单从调节能力看，在河流上修建多年调节水库是最好的，但是考虑到资金、技术、移民、环保等现实需求（比如不可能在三峡那里修建一座库容4500亿的水库，哈哈），就出现了不同调节能力的水库，仅仅从有利于利用水资源角度看，有水库的河流是优于没有水库的河流的。 （一点儿题外话：在科学技术领域，如果某个人说他自己对某个大专业的所有分支都十分了解，99%可以断定他在吹牛，剩下的1%是天才和通才。鄙人自认对水利相关专业都非常了解，也只敢张口就说水利动能；对水文和综合规划、经济评价专业都要谨慎应对；对水工地质、水工结构设计、水轮机，水利机械等其他稍远的专业更是需要请教其他工程师后才敢作出相对精确的回复。） |
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