考虑梯级水库库容补偿和设计洪水不确定性的汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制本质上是风险调度的范畴,其最主要的风险源来自于入库洪水的不确定性。不仅包括由于预报误差带来的实时调度风险,还包括由于设计阶段对于设计洪水不确定性考虑不周而存在的潜在防洪风险。本文针对梯级水库,提出了一种考虑库容补偿和设计洪水不确性的汛限水位动态控制域求解新方法。通过分析梯级水库库容补偿调度原理,定义了水库极限汛限水位上限值,并给出了考虑设计洪水不确定性的防洪风险定量表达式。以Copula函数为工具建立上游和区间天然来水的联合概率密度函数,求出下游遭遇某一设计洪水时,上游可能出现的洪水范围,从而得到考虑梯级水库调蓄作用的不确定性设计洪水。通过反复迭代计算最终得到兼顾防洪风险与兴利效益的汛限水位动态控制域。将该方法运用在考虑潘口库容补偿作用的黄龙滩汛限水位动态控制域计算中,并与同频率法和典型年法比较,得到以下结论：1）所提方法能通过挖掘历史洪水信息,为模拟梯级水库设计洪水不确定性提供参考信息;2）相对于同频率法和典型年法,所提方法推求的汛限水位动态控制域更加的安全;3）黄龙滩水库汛期运行水位可以从[240,247]m变为[240,248.21]m。可使汛期来水较多的2000年和来水较少的1994年分别增加发电量0.13和0.11×10⁸ kW·h。所提方法能充分考虑梯级水库库容补偿和设计洪水的不确定性,能得到不增加防洪风险的水库汛限水位动态控制域。     

考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制域是水库实施汛限水位动态控制的基础与关键.考虑影响防洪调度风险的最重要风险源,即入库洪水预报误差及洪水过程线形状的不确定性,提出风险约束条件及其量化分析方法.将入库洪水不确定性、风险分析与汛限水位动态控制域的确定过程有机结合起来,利用预泄能力约束法和Monte-Carlo模拟方法推求三峡水库汛限水位动态控制域.在不增加防洪风险的前提下,三峡水库实施汛限水位动态控制可有效地提高中小洪水资源的利用效率,利用1～3 d的洪水预报信息,三峡水库汛期可增发电量6.99×108～14.45×108kW·h.研究方法对其他水库实施汛限水位动态控制也有借鉴意义.     

动态控制汛限水位对大坝泄流能力风险率的影响

研究动态控制汛限水位对漫坝风险的影响有着极其重要的意义.考虑了漫坝风险的水力不确定性因素,通过建立MC分析模式,对柘林水库动态控制汛限水位对水力风险率的影响进行了研究.结果表明,提高汛限水位会加大漫坝概率;当汛限水位小于64.426 m时,调洪最高水位大于校核水位70.130 m的风险率为0;当64.430 m>Z汛i>64.426 m时,随着汛限水位的不断上升,风险率逐渐递增,二者呈线性关系;汛限水位为64.430 m时,风险率发生突变.     

金沙江梯级水库群供水发电联合调度研究

为使金沙江下游梯级水库群在不同典型年、不同调度期下的实际调度中发挥最大效益,以梯级总发电量最大和缺水量平方和最小为目标,建立金沙江下游水库群优化调度模型,采用NSGA-II算法对其进行求解,得到不同典型年和分周期下的非劣解集,并引入置换率的概念分析两目标间的竞争关系,最后分析了枯水年不同偏好下的水位过程。结果表明：发电与供水目标间的竞争关系主要体现在水库蓄水期与供水期,在汛期与汛前消落期为协同关系;供水-发电目标置换率随梯级发电量呈递增趋势,依据置换率曲线得到不同梯级发电量情况下提高单位发电量对供水造成的影响,在实际调度中设置合理发电量可以使得发电、供水目标效益最大化。     

大坝防洪安全的风险分析

综合考虑水文、水力不确定性因素及调洪起始水位、调洪规则可选择性等对大坝防洪安全的影响 ,采用随机模拟方法计算大坝防洪安全综合风险率。应用一阶季节性自回归模型对入库洪水进行模拟 ,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性对泄洪能力的影响 ,给定调洪起始水位和调洪规则 ,经过水库调洪演算 ,得到水库最高调洪水位随机分布和洪水漫顶风险率。实例结果表明 :水文因素是水库防洪风险的主要影响因素 ,水力因素、调洪规则、起调水位对水库泄洪风险有一定作用     

水库防洪错峰调度风险分析方法及应用

水库防洪错峰调度是一种利用下游区间洪水预报信息的防洪预报调度方式,能有效减小水库防洪库容,提高洪水资源利用率,但受区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定因素的影响,水库下游防洪风险的可能性将增加。综合考虑多个不确定因子,采用蒙特卡洛法、风险标准法等,提出了基于错峰调度规则的拟定、风险的定义、风险因子的识别与量化、风险率计算、方案决策过程的水库防洪错峰调度风险分析的流程与方法,并将上述方法应用于海河流域的密云水库。研究结果表明:通过采用提出的防洪错峰调度方案,密云水库能抬高汛限水位2.0 m,减小防洪库容3.09亿m3;而承担的水库防洪错峰调度风险率仅为11%;延长错峰时间能显著降低防洪错峰调度的风险。     

西泉眼水库2004年汛期控制时段的划分与限制水位的确定

西泉眼水库是一座以防洪、除涝、灌溉为主的大型水库，对其汛期控制时段的划分与控制水位的确定对防汛、水库的调度运行是非常重要的。根据2004年阿城市降水量预报及多年径流资料数据分析，2004年初对汛期控制时段与限制水位进行了预测。经汛期的实际验证，所做的预测是正确的。     

考虑洪水地区组成不确定性的水库下游防洪风险率计算

随着水库群的调节对下游洪水过程的影响越来越突出,科学评价下游控制点的防洪风险率对复核流域防洪标准、优化水库群防洪调度规则具有重要意义.传统计算方法对洪水地区组成不确定性考虑不足,影响了评价成果的可靠性.针对单库防洪系统,提出了计算水库下游防洪风险率的离散求和-均值一次二阶矩法,该方法不仅能考虑洪水地区组成的不确定性,还...     

实时预报调度下确定水库汛限水位上限值的研究(英文)

提出了实时预报调度下,综合考虑洪峰预报误差、峰现时间预报误差和下泄能力误差综合影响下的风险约束法,和实时预蓄预泄法相结合的双约束法,得出根据风险约束法推导出的防洪限制水位,作为防洪限制水位的下限值确定的主要依据之一,并将此水位作为实时预蓄水预泄水法有效预泄期末的水位,来确定防洪限制水位的上限值.并运用到罗湾水利枢纽的根据历史水文资料随机虚拟的实时预报校核洪水和1983年的实时预报洪水.结果表明,从防洪风险的角度来分析,完全可以将防洪限制水位的上限值提高到369.82m,水库防洪都是安全的.     

降雨径流相关法在水库洪水预报中的应用研究

洪水预报在防汛减灾与洪水资源开发中扮演着重要角色,是水库运行管理的基础。尽管洪水预报方法在科学研究上经历了由降雨径流相关、集总式水文模型到分布式水文模型的发展历程,但因降雨径流相关法具有计算简单、易于使用等特点,在水库调度等实际生产中至今仍被广泛应用。以山东半岛龙角山水库为例,对以往所采用的降雨径流单线预报方法进行改进,在充分考虑该流域降雨前期土壤含水特性的基础上,采用人工试错法将降雨径流关系的主要影响因子——前期影响雨量P_a划分为不同的区间,建立了P+P_a-R_s和P-P_a-R_s两套降雨径流关系图。结果表明,相比于降雨径流单线预报方法,两套降雨径流关系图的合格率分别提高了6%和7%,预报精度由乙等提高至甲等级别,增强了降雨径流相关法在龙角山水库的实用性,为水库调度决策提供了重要的科学依据。     

设计洪水不确定性下的水库防洪风险调度

水库防洪调度中，设计洪水的推求对于水库防洪安全至关重要，而在其实际的推求过程中存在着诸多不确定性因素影响。本文针对设计洪水洪峰、洪量以及洪水过程线多重不确定性，提出了一种水库防洪风险调度模型并进行求解，探求设计洪水不确定性下的水库防洪调度过程。应用Copula函数建立洪峰与最大三日洪量的联合分布模型，采用蒙特卡洛重抽样方法，获取一系列峰量联合设计值；针对传统设计洪水过程线选择的单一性问题，对水库实测洪水过程进行了分类，并对不同类型的洪水过程线进行随机模拟，生成多维不确定性下的设计洪水过程；引入经济学指标条件风险值CVaR(Conditional Value at Risk)来衡量水库防洪调度过程中超过调洪最高洪水位的风险，建立了考虑CVaR的水库防洪调度模型，通过不同的风险系数取值获得不同的水库防洪调度过程。以安康水库洪水过程为例，二次重现期标准下百年一遇设计洪水联合设计值存在着较大的不确定性；采用K-means聚类法把洪水过程分成了三类，并应用蒙特卡洛法对不同类型洪水过程进行随机模拟，获取了考虑不确定性的大量水库设计洪水过程，推求了安康水库不同风险系数下水库防洪调度规则。本文所建立的考虑设计洪水不确定性的水库防洪风险调度模型可为不确定性条件下水库调度规则的制定提供指导。     

水库通用简易洪水预报方案及应用研究

水库洪水预报的及时与精度直接影响到防洪调度决策和效益.为解决台州地区目前水库洪水预报方案不足的问题,根据防洪调度决策过程中不同阶段所关注的重点不同,提出将水库洪水预报分为前期洪水预测和实时洪水预报两个阶段,并通过将新安江模型计算加以简化,以适应当前中小型水库技术力量薄弱的现状,提高洪水预报方案的通用性和实用性.实际应用中显示该预报方案简单实用、效果较好.     

考虑入库洪水随机过程的梯级水库防洪优化调度

针对梯级水库防洪优化调度求解过程中存在的入库洪水过程的随机性,以及优化调度模型求解的复杂性这两方面的问题,建立了基于Copula函数的梯级各地区洪水的联合分布函数,通过随机模拟方法得到梯级水库的入库洪水过程;建立了梯级水库防洪优化调度模型,并提出了基于并行搜索思想的PDP算法进行求解。清江梯级水库实例研究结果表明,基于Copula函数的随机模拟方法,能充分考虑洪水地区组成方式的多样性和随机性,从而能模拟对梯级防洪调度最不利的情况;PDP算法比文中其他算法更容易收敛到全局最优解;较常规调度,梯级水库防洪优化调度可进一步降低下游地区的防洪风险。     

基于智能手机互动的资料缺乏山区洪水预警系统

山区降雨预报的不确定性强,实际降雨信息难以实时测报,使得准确及时的洪水预警难以实现.从群测群防角度看,山区居民可粗略测量各自位置上的实时降雨量,但不了解上游流域内的降雨情况,也不掌握对洪水进行可靠估计的方法.基于智能手机、云计算等信息技术,提出并初步实现了一个用于资料缺乏山区洪水预警系统的框架.该系统综合了群测群防思想和水文模拟技术,在降雨发生后通过居民的智能手机终端收集地理坐标和雨量估计值,驱动云端的数字流域模型自动运行,根据径流模拟结果推定不同地理位置的预警级别,并将预警信息推送到雨量信息提供者和潜在受灾者,使用户在洪水到达前接收到预警信息.该系统的应用将提高群测群防的技术水平.     

水库防洪调度问题探讨

阐明了水库防洪调度的基本任务,揭示了水库调洪过程涉及的若干基本问题,分析了防洪补偿调节及错峰调度方式的应用条件,提出拦蓄洪尾运用方式的风险分析方法,并探讨防洪优化调度与实时调度相联系的途径．     

古田溪一级水电站设计洪水复核的研究

根据1959年建库以来积累的新的水文气象资料和水电站运行记录,对古田溪一级水库入库洪水计算、特大洪水处理、资料代表性分析、频率计算和成果的合理性论证作了比较系统的探讨,保证了一级水电站设计洪水复核成果的准确、可靠,为进一步研究提高汛限水位的可行性打下了扎实的基础.     

基于贝叶斯方法的实时洪水校正模型

简述了实时洪水校正方法的研究进展,提出并建立了基于贝叶斯方法的实时洪水校正模型. 该模型用先验分布考虑水文资料的不确定性,用似然函数描述模型结构和参数的不确定性,将两者综合得到预报流量的后验分布. 选用江西省白云山水库的雨洪资料对模型进行探讨与检验,采用可变遗忘因子最小二乘递推算法估计先验分布和似然函数的参数,以后验分布密度函数的均值作为结果发布. 结果表明该法不仅可显著的提高洪水预报精度,还给出预报区间估计值,实现了预报与决策的有机耦合.     

水库洪水预报模型分析与设计

为了建立一套完备的洪水预报模型并应用于实际水库的洪水预报工作,以莱西产芝水库为例,应用水库的实际测量数据,建立了水库洪水预报模型和预报系统,并对模型进行了计算机模拟。仿真结果表明,产芝水库各个时间点的预测数值与实际数值的绝对误差和相对误差都很小,其中一组洪水预测数据平均绝对误差为0．13％,平均相对误差为1．44％。说明所提出的模型准确性和精度较高,具有实际应用的价值。