瀑布沟水库汛期洪水分期特性研究

根据瀑布沟汛期洪水资料和环流形势等天气资料,分析瀑布沟汛期洪水与环流形势的关系,通过数理统计、模糊分析等方法分析了瀑布沟汛期洪水的分期特性,分析表明,瀑布沟汛期洪水存在较为明显的主汛与后汛之分,分期时间在8月20日左右。分析结果为瀑布沟水库分析分期设计洪水、汛期汛限水位动态控制等提供了良好的技术支持。     

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。     

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。     

岳城水库控制流域暴雨洪水的时程分布规律及分期划分研究

从两个方面全面分析了岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布及分期规律:一是根据实测水文资料,通过统计暴雨日数,典型历时年最大降水量、年最大洪峰流量和5日洪量在各旬出现的频率,对流域暴雨洪水时程分布特性进行了多方面的综合分析;二是通过对流域所处地区暴雨形成的天气成因分析,为前述的统计分析结果提供必要的成因基础.还利用旬平均降雨量的相对系数来确定汛期的起止时间.分析结果表明,岳城水库控制流域的暴雨洪水时程分布具有比较明显的变化规律,其中有一个时期暴雨洪水出现的次数多、量级大,主汛期特征显著,汛期可以划分为3个分期,即前汛期、主汛期和后汛期.     

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。     

雅鲁藏布江大拐弯地区河流水位日变化时空分异特征

径流(或水位)日变化是反映河流水文情势的重要方面,解析径流(水位)日变化特征有助于明晰河流水文动态过程和规律,揭示径流来源和产汇流机制。以藏东南雅鲁藏布江大拐弯地区的易贡藏布、帕隆藏布、曲宗藏布、拉月曲、金珠曲和白马西路河为对象,基于典型河段2022—2023年小时分辨率实测水位数据,采用数理统计和表征参数分析河流水位日变化时空分异特征,并结合降雨、冰川/积雪数据探究河流水位日变化影响因素。结果表明：研究区河流水位日变幅在汛期多高于非汛期,日水位数据分布在汛期多呈正偏(均值大于中值),汛后多呈负偏(均值小于中值);除白马西路河外,各河段水位日涨落过程在非汛期相对于汛期有所延迟,且汛后延迟趋势更明显;汛期各河段日水位上涨历时均小于回落历时,非汛期则多相反(拉月曲和金珠曲除外);白马西路河水位日变化主要受降雨过程扰动,而其他河流水位日变化主要受冰雪消融过程影响。     

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。     

辽河流域1985年8月暴雨洪水

1985年汛期,辽河中下游发生了一场大暴雨洪水。由于暴雨持续时间长,范围广,几次洪水重叠,洪水总量特大,加上辽河下游套堤、河滩内高杆作物以及桥梁严重阻水,造成干流巨流河以下287公里河段最高水位均接近或超过了历年最高记录,高水位持续一个多月,造成防汛紧张局面。本文对这次洪水发展的过程、特点和暴雨洪水关系作一综合的分析。     

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。     

考虑水体面积变化的鄱阳湖平原区地表-地下水相互作用模拟

湖泊的水情变化会影响其与地下水之间的物理水文过程和生态行为,鄱阳湖独特的“河湖相”转换特征使得该地区地表-地下水交换过程更加复杂。采用Visual MODFLOW构建三维非稳定流地下水流数值模型,利用LAK3子程序模块,通过输入五河入湖以及鄱阳湖流入长江的水量,实现湖水面积的动态模拟。结果表明,2019年湖水位模拟值与实测值的均方根误差为0.225 m,地下水水位模拟值与实测值的均方根误差为0.571 m;模型模拟鄱阳湖水面积环比变幅−41%~83%,与遥感影像结论吻合。该模型减少了湖泊作为边界条件的约束,可以有效刻画鄱阳湖频繁变化的湖水位和水体面积,准确模拟地下水流场和地表-地下水相互作用关系对湖泊水体高度动态变化的响应。枯水期主要由地下水补给湖水,交换量为2.03×107~10.58×107 m3/mon;丰水期湖水补给地下水,交换量为2.04×107~16.53×107 m3/mon,湖区及周边地下水水位相比枯水期平均抬升2~3 m,地下水由湖区流向周边地区。本研究为地表水体剧烈变化地区提供了有效的数值模拟方法,研究结果可为鄱阳湖平原区未来水资源管理和环境评价提供基础。     

浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型

在保障防洪与河湖生态安全的前提下,将汛期洪水尽可能多地蓄存起来以满足当前及未来一段时间的河道外用水需求,是浅水湖泊洪水资源利用所追求的目标。为综合考虑区域来水和需水不确定性、潜在储水空间和利用方式,合理确定洪水资源开发规模,采用模拟与优化相结合的方法,建立了浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型,并将该模型应用于南四湖。研究结果表明：以滨湖反向调节利用方式为主的浅水湖泊洪水资源开发规模,受制于泵站启动水位、抽水能力和河道外蓄水空间的共同作用,但并不呈现线性关系,存在明显的阈值效应;南四湖洪水资源开发的适度规模为多年平均全年3.63亿m³、汛期1.56亿m³,开发条件是泵站启动水位为33.75 m、泵站抽水能力为48 m³/s、区域蓄水体容积为4.80亿m³。研究可为确定南四湖洪水资源利用规模提供依据,为类似流域提供借鉴和参考。     

海河流域洪水资源利用评价研究

为给流域洪水资源利用合理性评价提供基本的阈值标准,有效协调洪水资源利用与河流生态环境保护和流域防洪安全的关系,建立了流域洪水资源利用评价的基本框架.指出洪水资源利用评价应解决洪水资源量计算、洪水资源利用水平分析、洪水资源可利用量评价和洪水资源利用潜力评估四个基本问题.在对洪水资源利用量、洪水资源可利用量、洪水资源利用潜力等基本概念进行系统阐述的基础上,建立了流域洪水资源利用的评价方法.根据所建立的基本概念和评估方法,对1980～2006年海河流域及4个二级区的洪水资源利用状况及合理性进行了全面评价.结果表明,1980～2006年海河流域平均年洪水资源可利用量和利用潜力分别为62.8亿m~3和5.35亿m~3.海河流域洪水资源利用总体而言处于比较不合理的状态,洪水资源利用量频繁超过洪水资源可利用量,洪水资源利用潜力不大.多数年份洪水资源利用量超过了河道内必要需水量允许的限度,少数丰水年份超过了流域洪水资源调控利用能力的范围.今后,海河流域洪水资源利用合理性的提高,需要逐步调整目前洪水资源利用主要集中于山区的空间格局,提高平原区洪水资源调控利用能力,有效保障洪水期河道内必要需水量.     

浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型

在保障防洪与河湖生态安全的前提下,将汛期洪水尽可能多地蓄存起来以满足当前及未来一段时间的河道外用水需求,是浅水湖泊洪水资源利用所追求的目标。为综合考虑区域来水和需水不确定性、潜在储水空间和利用方式,合理确定洪水资源开发规模,采用模拟与优化相结合的方法,建立了浅水湖泊洪水资源适度开发规模优选模型,并将该模型应用于南四湖。研究结果表明:以滨湖反向调节利用方式为主的浅水湖泊洪水资源开发规模,受制于泵站启动水位、抽水能力和河道外蓄水空间的共同作用,但并不呈现线性关系,存在明显的阈值效应;南四湖洪水资源开发的适度规模为多年平均全年3.63亿m3、汛期1.56亿m3,开发条件是泵站启动水位为33.75 m、泵站抽水能力为48 m3/s、区域蓄水体容积为4.80亿m3。研究可为确定南四湖洪水资源利用规模提供依据,为类似流域提供借鉴和参考。     

基于供水风险分析的汛限水位控制范围研究

以大连市碧流河水库为例,根据大连市供用水系统的风险及其变化过程,分析超蓄洪水资源的利用情况及其效益,并在对抬高水库汛限水位造成的淹没损失分析的基础上,利用边际成本分析方法确定控制的范围。计算结果表明,随着大连市用水量的增加,碧流河水库汛限水位可适当抬高。     

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.     

基于水库群预报调度的黄河流域干旱应对系统

为有效应对日益严重的流域干旱问题,有必要开展面向干旱全过程的黄河流域干旱应对系统研究。基于干旱演变过程设计了干旱指数,通过天气预报模型、回归分析等进行干旱、需水与径流预报;设置多年调节水库旱限水位,实现水资源年际补偿;识别洪水和泥沙分期特征,采用分期汛限水位增加洪水资源利用量;建立了梯级水库群协同优化调度模型,调配抗旱水源。算例结果显示:黄河流域干旱应对系统能够平衡年际间的干旱损失以避免重度破坏,与实际情况相比,在重旱的2014年增加抗旱水源22.40亿m^3。建立的干旱应对系统已应用于黄河流域抗旱实践,提升了流域应对干旱的水资源调控能力。     

黑龙洞泉域地下水流数值模拟与预测

为了对黑龙洞泉域水资源进行评价, 通过对地质条件、水位观测资料的深入研究, 以水均衡原理、地下水渗流理论为基础, 建立了黑龙洞泉域地下水渗流数值模型.以灰色序列预测模型为辅助手段, 结合历年的降水规律, 对未来现状开采条件下的年均降水量、地下水流场、水位及泉流量进行了不同保证率条件下的预测, 若2010年为丰水年(保证率20%)、平水年(保证率50%)、枯水年(保证率75%), 黑龙洞泉汛期地下水位标高分别为超过130m、达到130m、低于130m, 汛期泉流量分别为超过10m3/s、7m3/s、5m3/s.计算结果有利于指导黑龙洞泉域地下水资源的管理和开发利用.