三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。     

洪水资源利用风险适度性分析

洪水资源利用有助于缓解北方地区的水资源紧缺形势,风险适度性作为洪水资源利用三大适度性之一,用于指导洪水资源的合理开发与安全利用。在水库汛限水位调整中,提出采用不同频率设计洪水进行不同汛限水位条件下的洪水调节计算,并结合水库的经济与生态供水目标进行长系列用水调度模拟和供水效益分析,综合确定风险适度性的方法。对密云水库的计算分析表明,主汛期汛限水位从原设计的147.00 m安全抬高至目前的152.00 m是可靠的,其风险阈值上限为153.20 m;后汛期汛限水位可从目前的154.00 m安全抬高至155.40 m。两种情况下水库供水保证率可以分别提高0.30%和0.01%,且大坝和下游防护区的防洪风险率分别为0.01%和1%,与原设计一致,满足洪水资源安全利用的风险适度性要求。     

水库汛限水位动态控制的实现途径

水库汛限水位动态控制是洪水资源利用的主要方式之一,提高水库洪水预报精度和延长有效预见期是实现水库汛限水位动态控制的关键所在。针对水库实时防洪调度的特点和流程,概述了新一代天气雷达、气象卫星及相关应用系统的技术进展,评价了这一技术进展在水库实时防洪调度中的重要作用,据此提出了综合应用新技术改进水库洪水预报、洪水量级判断和蓄水时机选择的技术途径。在此基础上,以海河流域潘家口水库为例,综合论证了水库汛限水位的动态控制范围,提出了汛期蓄水的控制策略与调控方法。     

水库汛期限制水位控制理论与观念的更新探讨

传统的水库汛限水位的控制,只利用了洪水的统计信息,使水库在汛期要时刻预防设计与校核洪水事件的发生,致使一些水库在汛期不敢蓄水而汛后又无水可蓄,造成洪水资源的浪费。提出水库汛限水位动态控制的新理念及其综合推理模式,适应当前预报技术的发展水平,考虑降雨径流洪水预报与一定时间内的短期降雨预报,排除不可能发生的洪水事件,预报可能发生的洪水,实施水库汛限水位的动态控制。但预报不可避免地存在误差,当小概率预报误差事件发生时,仍可采取弥补措施以确保大坝的防洪安全。     

三峡水库汛期控制水位及运用条件

随着长江上游梯级水库的陆续建成投运，三峡水库的水文情势和功能需求与设计条件相比发生了显著变化，仍维持固定的汛限水位运行已不能适应新形势需求。本文通过辨析三峡水库设计阶段汛限水位的设置条件，挖掘流域洪水特性和洪水遭遇规律，论证三峡水库汛期运行水位动态控制的可行性。结果表明:①三峡水库设计推求的汛限水位145 m的适用条件是应对流域性大洪水，而流域性洪水发生概率小且特征明显，可以通过水文水情分析提前预判。②根据流域洪水类型、洪水分期和遭遇规律，预判发生区域性大洪水时，三峡水库6月初至梅雨期结束汛限水位按145 m设置，从梅雨期结束后逐渐提高水位，8月20日后过渡到155 m。③在考虑上游水库群联合调度和气象水文预报的配合下，正常年份三峡水库汛期运行水位可在155 m上下浮动，并考虑提前蓄水。④三峡水库汛期运行水位动态控制，不会增加防洪风险和库区淤积风险，对中下游江湖关系和水文情势有利，可显著提高发电、航运、生态保护和供水等综合利用效益。     

三峡水库汛期控制水位及运用条件

随着长江上游梯级水库的陆续建成投运，三峡水库的水文情势和功能需求与设计条件相比发生了显著变化，仍维持固定的汛限水位运行已不能适应新形势需求。本文通过辨析三峡水库设计阶段汛限水位的设置条件，挖掘流域洪水特性和洪水遭遇规律，论证三峡水库汛期运行水位动态控制的可行性。结果表明：① 三峡水库设计推求的汛限水位145 m的适用条件是应对流域性大洪水，而流域性洪水发生概率小且特征明显，可以通过水文水情分析提前预判。② 根据流域洪水类型、洪水分期和遭遇规律，预判发生区域性大洪水时，三峡水库6月初至梅雨期结束汛限水位按145 m设置，从梅雨期结束后逐渐提高水位，8月20日后过渡到155 m。③ 在考虑上游水库群联合调度和气象水文预报的配合下，正常年份三峡水库汛期运行水位可在155 m上下浮动，并考虑提前蓄水。④ 三峡水库汛期运行水位动态控制，不会增加防洪风险和库区淤积风险，对中下游江湖关系和水文情势有利，可显著提高发电、航运、生态保护和供水等综合利用效益。     

汛限水位动态控制方法在碧流河水库的应用分析

"碧流河水库汛限水位设计与运用研究"成果于2004年经水利部松辽委批复,正式投入运行.在2005～2008年的洪水调度中,在利用气象部门短期降雨预报成果的前提下,采用预蓄预泄动态控制方法对实时洪水进行调节.分析结果表明,在不增加水库运行风险的前提下,应用汛限水位动态控制方法,能增加水库蓄水,效益显著.     

基于风险分析确定水库汛限水位动态控制约束域研究

基于预报预泄原理推求水库汛限水位动态控制约束域,确定上限的依据是在洪水来临前将水位降低至固定(或者分期)汛限水位以下,确定下限的依据是在洪水退水阶段将水位回充至固定(或者分期)汛限水位以上.为充分考虑来水起涨、退水过程的不确定性,采用实测资料进行起涨阶段预泄和退水阶段回充调度,分别推求预泄末和回充末水位的经验频率分布,由此可建立风险分析模型,从理论上解决水库防洪标准不降低和退水阶段能回充等问题.以三峡水库正常运行期为背景,推求了主汛期汛限水位动态控制约束域的上、下限值,结果表明:即使不考虑水文预报误差,基于风险分析的动态控制域上限较采用预泄能力约束法上限低、下限高,提出的方法完善了基于预报预泄原理确定水库汛限水位动态控制域的理论.     

广西澄碧河水库汛期洪水分期及其汛限水位浮动控制运用研究

本文根据水库洪水分期方法和汛限水位浮动控制理论对广西澄碧河水库进行洪水分期和汛限水位浮动控制研究，结果在不降低大坝防洪标准前提下对水库防洪调度方案进行优化，即水库汛期4～8月份以原汛限水位迎洪．9月份开始可在1．80m范围内上浮汛限水位。最后，对采用该方法可能存在的风险因素与风险程度进行探讨。     

岳城水库汛期洪水资源化分析研究

在对岳城水库的常规防洪调度方案进行分析的基础上,研究了水库进行防洪预报调度的可行性,利用模糊集分析法计算了水库汛期经验隶属度值,对汛限水位进行了动态分析计算,拟定了基于防洪预报调度的洪水调度优化方案,利用防洪预报和常规水位双重约束条件,规避了由于防洪预报误差带来的风险.经过计算与分析,岳城水库防洪预报调度优化方案不但可以在一定程度上提高防洪标准,而且随汛限水位的提高,有效增加了兴利库容.     

Risk variation of reservoir regulation during flood season based on bivariate statistical approach under climate change: a case study in the Chengbihe reservoir,China

The risk analysis of reservoir regulation in the flood season is crucial and provides the valuable information for reservoir flood control, safety operation, and decision making, especially under climate change. The purpose of this study is to propose a framework for reasonably estimating the variation of reservoir regulation risk including the dam extreme risk and the overtopping risk during the flood season under climate change. The framework consists of an integrated diagnostic system for detecting the climate abrupt change time, a copula function-based bivariate statistical approach for modeling the dependence between the flood peak and flood volume, a Monte Carlo simulation for generating numerous random flood peak–volume pairs, and a risk calculation model for routing the design flood hydrographs to obtain the frequency curve of the maximum water level reached in front of dam and evaluating the reservoir regulation risk. The methodology was implemented in the Chengbihe reservoir in south China by using the 55-year (1963–2017) hydrometeorological data, including temperature, evaporation, precipitation, and streamflow, in the flood season. Results show that the hydrometeorological series during the flood season changed abruptly in 1992 and the entire data can be divided into two periods (1963–1992 and 1993–2017). The dam extreme risk and overtopping risk during the two periods are assessed, respectively, and a comparison analysis is made based on different flood limit water-level schemes (185.00–188.50 m). It demonstrates that both the dam extreme risk and the dam overtopping risk increase under the influence of climate change. The dam extreme risk increases by 22.91–95.03%, while the climate change-induced increase in the dam overtopping risk is between 38.62 and 123.59%, which indicates that the dam overtopping risk is more sensitive to climate change than the dam extreme risk. The risk evaluations in the study are of great significance in the safety operation and risk management of reservoirs under future climate change.

     

分期设计洪水标准计算方法研究

针对水库分期设计和调度运用所涉及的分期情况下如何定义水库防洪标准,以及如何在不突破水库防洪标准的前提下合理确定分期设计洪水标准等关键问题,本文基于概率论中独立事件的概率组合原理,提出了水库分期运用情况下的水库防洪标准的等价表达形式,并以一个水库作为分析案例,在确保水库分期运用情况下的等价防洪标准不突破水库防洪标准的前提下,分别确定了各个分期设计洪水标准以及相应的汛限水位。     

Floodwater utilization for cascade reservoirs based on dynamic control of seasonal flood control limit levels

Reservoirs play an important role in flood control and conservation, in which the flood control limit level (FCLL) is the most significant parameter of the tradeoff between flood control and comprehensive utilization of water resources. This study was aimed at constraining the seasonal FCLL for cascade reservoirs to obtain more economic benefits without reducing the original flood prevention standards. Based on flood initiation and ending times during the flood season, fuzzy set theory was used to build the experiential and theoretical membership function of each day, which clarified the relationship between the seasonal FCLL and the designed FCLL, and then the total flood season was divided into sub-seasons. The seasonal FCLL was revised by analyzing numerous flood control operation schemes of cascade reservoirs to satisfy a given flood prevention standard. Using the case study of ShiQuqn and XiHe cascade reservoirs in the Hanjiang River, the proposed method was demonstrated to provide an effective design for the seasonal FCLL, which increased the FCLL in the pre-flood and post-flood seasons. Forty-five operation schemes with different combinations of ShiQuqn and XiHe reservoir’s FCLLs under five flooding frequency scenarios were evaluated to revise the seasonal FCLL. An optimization model with real-coded genetic algorithm was proposed to maximize hydropower generation by dynamic control of the FCLL. The results show that compared with the traditional operation, joint operation based on dynamic control of FCLL can generate 0.23 × 108 kWh (3.18%) more hydropower for the cascade reservoir system during the flood season without increasing the flood risk.     

黄河下游输沙水量研究综述

对输沙水量的计算方法,黄河下游汛期、非汛期输沙水量的研究现状,水库对输沙水量的影响,输沙用水总量的研究现状等方面分别作了回顾。分析指出,输沙水量与来水含沙量、来水流量、河道冲淤、河床前期条件等有关。黄河下游各时期输沙水量不同,汛期最小,其余依次为非汛期、冬三月、凌汛期。水库调水调沙的同时也改变着黄河下游的输沙水量。利用水库群调水调沙,使小浪底水库以造床流量、高含沙水流输沙,是目前推荐的黄河下游节水减淤高效输沙入海的主要方式。提出了一些有待进一步研究的问题。