流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响北大核心CSCD

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

流域下垫面变化对水库防洪风险率的影响

近年来海河流域内的人类活动加剧,流域下垫面条件发生了明显的变化,严重影响了流域入渗、径流关系等水文过程的特征,进而影响到了流域内水库的防洪风险率。为了研究下垫面变化对水库防洪风险率的影响,以王快水库为例,用降雨径流相关法和峰量相关法,对水库主汛期的洪峰洪量序列进行了"还现"修订,再对修订前后的主汛期洪水序列进行了频率分析计算,并在给定的调度规则下对不同汛限水位方案进行了调洪模拟,得到洪水序列修订前后水库主汛期的防洪风险率。结果表明,由于下垫面的变化,导致王快水库的各种防洪风险率均都有着不同程度的减小。但从水库防洪安全的角度考虑,王快水库主汛期的汛限水位提高至193 m比较合适。     

基于Copula函数的大坝洪水漫顶风险率计算

洪水漫顶风险率分析计算对于大坝风险管理具有重要意义。本文基于Copula函数计算大坝洪水漫顶风险率，并分析不同Copula函数及峰量相关性对漫顶风险率的影响。清江流域隔河岩水库实例表明：最优的Gumbel-Hougaard Copula函数能较好地描述洪峰、洪量的上尾相关性，计算的洪水漫顶风险率为3.79×10-5，而Frank和Clayton Copula函数得到的风险率明显偏低。随着洪峰、洪量相关系数的增加，洪水漫顶风险率也增加。假设峰量相互独立的情况下洪水漫顶风险率被低估，而完全相关的情况下则被高估。基于Copula函数的两变量统计方法能够有效捕捉洪峰、洪量的实际相关关系，得到的风险率更加合理，为大坝洪水漫顶风险率分析提供科学依据。     

洪水序列变异条件下的频率分析与计算

海河流域由于兴建大量防洪和水保工程,改变了流域下垫面条件,导致天然洪水产汇流特性发生变化,洪水系列不再满足一致性假定,进行设计洪水的修订势在必行。以海河大清河水系南支沙河上游的王快水库入库年洪峰序列和年最大洪量序列为例,基于各序列变异点诊断结果,应用混合分布法和条件概率分布法,直接对非一致性洪水序列进行频率分析,得到基于变异序列的设计洪水成果。并将两种方法得到的设计洪水成果分别与1985年水利部规划总院(WRHPDGI)审定的王快水库设计洪水成果及不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果进行对比,结果表明,考虑变异条件下的不同标准的设计洪水值均较1985年设计洪水值有所减小,年洪峰减小幅度为15%~30%,年最大时段洪量减小幅度为5%~30%;较不考虑变异条件下的P-Ⅲ曲线拟合设计洪水成果也有一定程度的减小,年洪峰、年最大1日洪量、年最大6日洪量减小幅度小于10%,年最大3日洪量减小幅度为1%~15%。该结论可为大清河流域设计洪水的修订提供一定的理论依据。     

赣江中下游防洪系统调度研究

针对由水库群、航电枢纽、分蓄洪区等组成的赣江中下游复杂防洪系统，以防洪控制断面洪峰削减率最大为目标，建立了赣江中下游防洪系统联合防洪调度模型。以“1961”典型洪水及50年一遇、100年一遇和500年一遇设计洪水为研究实例，采用离散邻域的动态规划—逐步优化算法（DP-POA）进行防洪优化调度，并与常规防洪调度结果进行对比。结果表明：梯级水库和分蓄洪区对于赣江中下游削峰起主要作用，而航电枢纽的削峰作用较为有限；对于“1961”典型洪水，航电枢纽的运行可以在一定程度上降低峡江水库调度期内最高水位，有利于水库防洪安全；采用离散邻域的DP-POA算法的防洪优化调度可以较为显著地削减防洪控制断面洪峰流量，保障下游防洪安全。     

长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险分析

为进一步揭示长江上游与洞庭湖洪水遭遇规律,本文以宜昌站和城陵矶站1951—2016年实测日均流量资料为基础,建立了两站年最大洪水洪峰、15日洪量、洪水发生时间及间隔时间的边缘分布函数,进而构建了基于Archimedean Copula函数的洪水发生时间和量级（包括洪峰和过程）的联合分布函数,解析了长江上游与洞庭湖洪水的遭遇风险。其中针对长江上游与洞庭湖洪水洪峰之间,以及它们的洪峰及其发生时间之间均存在相关性的特点,提出了一种通过建立两站洪峰及其间隔时间的联合分布来研究洪峰遭遇风险的方法。最后分析了三峡水利枢纽的运用对长江上游与洞庭湖洪水遭遇风险产生的影响。研究成果可为三峡水库优化调度和长江中下游的防洪减灾提供理论依据。     

长江和清江洪水过程遭遇风险分析

将洪水过程遭遇概化为洪水量级和发生时间间隔的数学约束条件,基于多维联合分布建模的思想,采用混合von Mises分布描述长江和清江洪水发生的间隔时间,基于Copula函数构建了两江年最大15天洪量与其间隔时间的联合分布,建立了两江洪水过程遭遇的风险计算模型,得出两江洪水发生时间遭遇的风险率为21.9%,分析了两江不同频率洪水遭遇组合的风险特征,为清江和长江水库联合补偿调度提供科学依据。     

流域水库群联合防洪优化调度通用模型研究

为提高流域水库群联合防洪能力,针对水库群与区间河道组成的流域防洪系统抽象了流域通用防洪系统的结构特征,建立了满足水库安全约束下以保障下游地区安全为目标的流域水库群联合防洪优化调度通用模型,分析了防洪控制点的来水组成特点及水库泄流量在防洪控制点的响应规律,并在此基础上设计了一种基于动态规划-逐步优化算法（DP-POA）嵌套算法的流域水库群联合防洪优化调度高效求解方法。以汉北河流域某场特大洪水为研究实例,计算结果显示经优化调度后各防洪控制点洪峰较常规调度下洪峰依次削减了24.32%、12.05%、9.34%,所提模型计算的水库群联合防洪优化调度过程体现了水库防洪的“预泄”策略与“错峰”策略,具有一定的应用参考价值。     

基于Copula-Monte Carlo方法的串联施工导流系统风险分析

考虑上游水电站和区间施工洪水间的相关性,提出对流域相邻两座同期建设的水电站组成的串联施工导流系统进行风险度量的方法.基于整体风险分析思想,结合梯级导流系统水文、水力特征,耦合主要风险因子构建串联施工导流系统风险模型.在此基础上利用二维Copula函数来描述两区域施工洪水洪峰间的相关结构,并建立联合分布,从而应用Copula-Monte Carlo方法模拟梯级施工洪水.最后对一个工程案例进行计算分析,并与忽略洪水相关性时的随机模拟方法进行比较.结果表明,该方法能够保持洪水洪峰间的相关性,模拟结果更为合理,从而为梯级水电站建设条件下的施工导流系统风险评估提供了新的方法和理论.     

基于随机模拟的分类预报调度方式风险分析

水库防洪分类预报调度方式是在水库防洪预报调度方式基础上提出的一种新型水库调度方式,其风险的大小是决定分类预报调度方式是否可行的关键.通过与防洪预报调度方式比较可以看出,分类典型洪水过程选择是分类预报调度方式增加的风险.因此,本文采用随机模拟蒙特卡洛方法分析典型洪水过程选择给水库防洪分类预报调度方式带来的风险.以调洪最高水位和调洪最大泄量为风险指标,通过分类预报调度方式和预报调度方式调洪结果的比较,分析分类预报调度方式的风险.研究结果表明,相对于预报调度方式,分类典型洪水过程选择并不增加水库防洪分类预报调度方式的风险,相反,由于多套调度规则弥补了单套调度规则适应性差的问题,分类预报调度方式更能满足各类型洪水过程的防洪要求.     

基于非一致性水文序列的水库极限防洪风险复核分析

随着气候变化、人类活动影响的加剧,水文序列一致性条件遭到破坏。本文选择下垫面变化剧烈的西大洋水库控制流域为研究区域,采用水文变异诊断系统,分析其年最大洪峰流量序列的变化趋势及变异点,确定序列变异形式;根据非一致性水文序列频率分析方法,分别得到过去条件下、现在条件下的洪峰流量序列以及相应频率的设计值;以西大洋水库校核洪水位为极限防洪风险控制指标,采用频率分析法,分别计算出过去条件下极限防洪风险率为0.00769%,现在条件下极限风险率为0.00508%。显然,无论是过去还是现在条件下,复核后的西大洋水库的极限防洪风险率均小于现有的万年一遇校核标准(0.01%),计算结果可以为西大洋水库实行动态汛限水位控制,充分利用汛期洪水资源,提高水库的综合效益等方面提供理论指导。     

基于净雨预报信息的水库防洪调度方式研究

为进一步提高洪水预报信息在水库调度中的应用水平,本文以山东半岛龙角山水库为研究对象,首先构建在实际生产中广泛应用的新安江模型,采用确定性系数和绝对误差评价模型误差,并通过合格率评定径流深预报和峰现时间预报的精度等级。结果表明,各项评价指标在模型率定期和验证期的精度均为甲等,可为水库预报调度规则的制定提供可靠的理论依据。然后利用新安江模型预报出的净雨信息,制定水库防洪预报调度规则,调算不同频率设计洪水,并与常规调度方式下调洪结果作对比。通过比较发现,预报调度模型能够提前预泄,有效降低水库调洪最高水位和减小最大下泄流量,增加削减洪峰流量,对减小水库上下游防洪风险和提高水库防洪效益具有重要意义。     

密云水库动态汛限水位分析

本文探讨一种新型的、动态的汛限水位控制方法，并以此方法对密云水库汛限水位进行计算分析。滑动汛期水位在多年资料基础上，通过统计汛期中每日为起点的最大来水量，求出固定频率的设计来水量，选择合适的典型洪水过程线进行调洪计算后得到每天的汛限水位。相对于常规的年最大法，动态汛限水位有效地节约了水资源。     

分布式降雨输入与汇流模拟对洪峰计算的影响

3000 km2以下中小流域洪水灾害是当前洪涝灾害防治的薄弱环节,提高洪峰预报精度、降低不确定性是当务之急。论文以伊河河源地区东湾流域为例,基于新安江模型和蒙特卡洛抽样方法,通过集总式、降雨集总–汇流分布式、降雨分布–汇流集总式和降雨分布–汇流分布式4种方式,研究降雨分布式输入与汇流分布式模拟对洪峰精度和不确定性的影响。结果表明：（1）降雨分布式输入总体上能够提高洪峰精度,但对于某些降雨空间分布极端不均的洪水,则会扩大洪峰误差;（2）降雨分布式输入使新安江模型汇流参数相互独立,扩大了洪峰计算的不确定性;（3）汇流分布式模拟总体上能够减小洪峰计算的不确定性。研究结果为中小河流洪水预报提供了有益的参考。     

考虑洪水预报误差的水库防洪控制调度的风险分析

水库动态汛限水位控制调度是水库管理调度的重要方式之一,它可以提高水库的兴利效益.本文通过分析水库动态汛限水位控制调度可能产生的后果,给出了水库动态汛限水位控制调度风险的定义,并建立了考虑洪水预报误差情况下的入库径流的随机模拟方法.通过大清河流域水库实际应用表明:洪水预报误差可能对水库动态汛限水位控制调度的风险产生一定的影响.其影响程度主要都取决于洪水预报的精度情况.在大清河流域,其洪水预报系统的洪水预报误差对各水库动态水位控制调度的影响都是很小的.但各水库汛限水位的提高程度如果超过1m时,对白洋淀的防洪压力会很大.     

瞬时单位线的优化估计

瞬时单位线集中反映了流域的汇流特性，便于流域暴雨洪水关系的理论研究和地区综合，在流域防洪兴利工程计算领域具有重要意义。目前常用矩法估计瞬时单位线，据此还原的洪水过程与实测洪水过程之间，特别是洪峰点之间，常具有明显的差别，为此，提出通过用加速遗传算法求解还原洪水过程与同次实测洪水过程加权残差绝对值和最小化问题，来优化估计瞬时单位线的一套数值方法，实测研究的结果表明了该方法的有效性，计算精度高于矩法。     

刘家峡水库汛期动态防洪限制水位论证研究

效益的增加不能以风险的提高为代价,科学合理地制定并从风险与效益两个方面论证刘家峡水库的动态防洪限制水位是非常必要的。据国家防总发布的《水库汛限水位动态控制试点工作意见》,基于现有黄河上游电站的工程条件和技术资料,在龙羊峡~刘家峡两库联合调度的基础上,采用库容补偿方法,探讨一种以旬为单位的动态汛限水位控制方法,建立动态汛限水位过程线,并进行其风险与效益分析论证。实例研究表明:该动态汛限水位过程线可操作性强,使用方便,在满足设计防洪标准要求的前提下,前汛期不必过早地降低水库水位,后汛期又可较快地抬升水库水位,不仅能够提高水头效益,而且更容易抓住时机尽早蓄水,提高水库蓄满率,增加发电效益。