动态汛限水位研究及在沭河青峰岭水库的应用

动态汛限水位控制是指水库在汛期,根据实时雨、水、墒情,利用暴雨、洪水预报成果,在不降低水库防洪标准,确保水库、上下游地区防洪安全的前提下,按照水库动态汛限水位控制方案确定的控制范围对汛限水位进行浮动的调度过程.结合防汛指挥系统建设,采取动态汛限水位,在保证安全的前提下尽可能多蓄水充分利用雨洪资源、发挥防洪与兴利的最佳结合效益.     

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.     

三峡水库围堰发电期调度模拟优化研究

汛限水位是协调综合利用水库防洪和兴利矛盾的重要参数。三峡水库围堰发电期调度规则将汛期水库水位控制在134．9-135．4m运行,本文将汛期(6-9月)按旬划分为12个分期,建立模拟模型和动态规划模型;采用宜昌站120年实测日流量序列,通过所建模型计算,得到了优化的分期汛限水位方案。模型实现了模拟和优化的有机结合,将带机遇约束的多目标优化问题转化为确定性约束条件下的单目标优化问题,降低了复杂性。结果表明,模型在不增加防洪风险的前提下,发电效益增加了2．21％(2005 年)和2．32％(2006年)。     

水库汛限水位调整与运用

基于对水库汛限水位主要影响因素的系统分析,从洪水资源安全利用的角度出发,阐明了水库汛限水位调整综合分析论证所应遵循的原则,提出了风险设计分析论证的框架、定量分析方法和汛限水位合理调整的论证。最后以海河流域潘家口水库为分析实例,从设计洪水、预报预泄、洪水预报调度方式、上下游防洪设计标准、上游移民淹没及土地退赔线、水库长期运行的风险和效益等多个方面分析论证了水库汛限水位的合理调整方案。     

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。     

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。     

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。     

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.     

基于动库容曲线的水库调洪高水位查算方法研究

河道型水库因动库容特性显著,传统的静库容调洪方法难以适用,研究动库容调洪方法是亟待解决的问题。当坝前水位爬升到最高点时,库区内的洪水演进到达一种临界状态,库区内的水文、水力条件相对稳定,在出库流量和入库流量一定的情况下,可望获得最高坝前水位与同时刻库容之间良好的对应关系。依托三峡库区水文水动力耦合预报模型,建立了一组以出库流量、入库流量为参数的动库容曲线,以供调洪时快速查算最高坝前水位。采用2009年以来三峡水库16场场次洪水资料,检验所建动库容曲线的合理性。结果表明,各场洪水的最高库水位查算值与实况平均偏差仅0.20m,证明建立的基于动库容曲线的三峡水库最高库水位查算方法具有较好的实践价值。     

基于copula函数的三峡水库预泄对鄱阳湖防洪影响分析

三峡工程的运行对鄱阳湖防洪形势存在潜在影响。以三峡-鄱阳湖系统为典型,采用基于copula理论的多维联合分布函数,建立三峡工程运行前长江-鄱阳湖-"五河"(赣江、抚河、信江、饶河、修河)系统中水文要素之间的联合概率分布及条件概率分布,并假设该条件分布关系在三峡工程运行前后保持不变;估计三峡工程运行后长江水文要素的概率分布,结合前面的条件概率分布,可以得到三峡工程运行后研究变量的概率分布;对比分析前后概率分布的变化,即可从统计角度评价三峡水库运行对鄱阳湖水文情势的影响。研究表明:三峡工程运行对鄱阳湖水位有一定影响;5、6月份三峡预泄,将增高鄱阳湖水位,其中,平均水位的增幅大于最高水位增幅,低水增幅大于高水增幅;三峡预泄影响下,湖区圩堤堤前水位没有超过原有堤防设计水位,没有降低湖区圩堤的防洪标准。     

三峡区间入库洪水实时预报系统研究

三峡区间的数字流域水系模型采用基于格网型的数字高程模型坡面流模拟方法和处理"洼地"的最短流程法构建,并以新安江模型为基础建立具有诸多特点的三峡区间流域水文模型;以水动力学理论为基础建立考虑水利工程影响的河川型水库洪水演进模型,并实现这两者的有机耦合。在GIS平台上,将三峡区间流域水文模型、库区洪水演进模型和流域水系生成模型在底层集成,研制了功能先进和完善的三峡水库实时洪水预报系统。该系统已安装在三峡总公司梯级水库调度中心,投入试运行。     

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.     

考虑水文预报误差的三峡水库防洪调度图

分析三峡水库入库流量短期预报结果,采用非参数方法估算预报相对误差的概率密度函数。以防洪为目标,同时兼顾发电、通航等要求,建立了防洪调度模型,采用差分进化算法求解,得到了汛期防洪优化调度图。通过比较不考虑预报、现有预报方案、准确预报3种情况的调度结果,分析了水文预报误差对防洪调度的影响。结果表明,无论考虑预报与否,与现有设计方案相比,汛期防洪优化调度图的发电量都增加,弃水减少,削峰率有所提高;而考虑预报信息有助于调控洪水,提高预报精度有助于增加水库抵御大洪水风险的能力;基于模拟现行作业预报方案,汛期防洪优化调度图比设计调度方案发电量增加5.3%,弃水减少5.9%,削峰率提高1.7个百分点,防御1000年一遇设计洪水的能力大大提高。     

三峡水库汛期泥沙淤积对坝前水位的滞后响应

河床演变中普遍存在着滞后现象,而以往的三峡水库泥沙研究对滞后现象鲜有考虑。为深入认识三峡水库运行带来的泥沙淤积特征,建立了考虑上游来沙和坝前水位双重影响的泥沙淤积滞后响应模型。基于2003—2017年实测水沙资料,分析了三峡入库水沙特性及汛期泥沙淤积特点,利用滞后响应模型探究了汛期泥沙淤积的滞后规律。结果表明:2003—2012年入库水沙呈现“大水带大沙,少水带少沙”的特点,汛期淤积随坝前水位抬升而增加;2013—2017年入库水沙关系的一致性发生变化,受上游梯级库群拦沙影响,汛期淤积减缓。三峡水库汛期累计淤积与5年线性叠加坝前水位之间有较好的相关关系,汛期淤积不仅与当年来沙和坝前水位运行有关,也与前4年的来沙和坝前水位调度有关。     

面向地学过程的源发型洪水演进仿真技术

洪水演进仿真环境的绘制包括三维地形建模和地形地貌实时绘制,源发型洪水演进动态仿真技术的关键是流域河道边界自搜索模型的建立。采用广度优先搜索和河道自适应控制为主体算法,以Visu-al C 6.0为开发平台、OpenGL为图形编程接口,并以湖域水位上涨过程为例,开发了基于三维地形景观的源发型洪水演进仿真系统。动态过程仿真实验逼真地模拟了湖水水位抬升过程中湖盆内水位上涨和湖盆出口处湖水溢出的过程及湖水溢出湖盆出口后沿河道由高向低的流向。