水库洪水概率预报和汛期运行水位动态控制

降水和洪水预报对水库防洪兴利综合调度至关重要。开展中长期降雨预报和洪水概率预报,不仅可延长预见期,还可考虑不确定性并提高预报精度。介绍了水库洪水概率预报和水库汛期运行水位动态控制,显著地提高了洪水资源利用率。建议进一步开展降雨洪水概率预报、水库汛限水位专题研究和应用,提高我国水库的科学管理水平。     

龙羊峡水库汛限水位动态控制方案研究

影响龙羊峡水库汛限水位动态控制方案的主要因子有黄河上游的洪水起涨特点、水库下游河道的安全过流能力、龙刘水库的联合防洪调度方式、入库洪水预报的精度和预见期等几个方面。龙羊峡水库的预泄模式宜采用固定预泄的方式,洪水预报的有效预见期为7 d,预泄判别流量为1 500 m~3/s,预泄流量为2 000 m~3/s,相应的汛限水位动态控制域为2 588～2 590 m,在此区间内水库进行动态调蓄运用,视上游来水预报和水库蓄水情况确定出库流量。水库水位超过2 590 m时,水库按常规防洪运用方式运用;水库水位超过2 594 m时,水库按设计防洪运用方式运用。     

基于多模型 M CP 方法的洪水概率预报

洪水概率预报通过提供具有一定置信度的预报区间,评估预报结果的可靠度,为防洪调度提供重要依据。以淮河关键防洪断面王家坝为研究对象,分别采用API和新安江(XAJ)确定性模型进行初始的确定性预报,在此基础上,再采用模型条件处理器(MCP)推求不同量级洪水预报流量的条件概率分布函数,实现洪水概率预报。分别从中位数的确定性精度评价和概率预报的可靠度评价两方面对预报结果进行分析,结果表明:MCP洪水概率预报结果不仅具有较高的可靠度,而且其中位数预报与确定性模型结果相比,预报精度整体有所提高,说明MCP具备一定的校正预报能力。     

水库防洪预报调度的风险分析

本文从水文预报误差的不确定性分析出发，将短期洪水预报精度评定指标转化为入库洪水过程的随机特征值，并引入水库调洪演算随机数学模型，从而实现水文预报风险向预报调度风险的转化，为定量考察预报调度风险率、合理选择动态的汛限水位提供了科学的依据。通过这一方法论证了水文预报精度对水库防洪预报调度风险率的影响，表明提高水文预报精度将有利于降低水库调洪风险率。     

考虑洪水过程预报误差的水库防洪调度风险分析

根据洪水预报确定性系数的定义,推导了洪水过程相对预报误差的标准差与确定性系数的关系,分析了洪水过程预报误差的分布规律;采用水库调洪演算的随机微分方程,解析了方差率与预报误差分布规律的关系,从而将洪水过程预报误差的不确定性转化为库水位过程的不确定性,借以分析水库防洪预报调度的风险水平。以隔河岩水库为例,计算了不同洪水预报精度下水库防洪调度的极限风险率和漫坝风险率,为隔河岩水库开展洪水预报调度提供了科学依据。     

水库汛限水位动态控制的风险评估

水库汛限水位的动态控制实质上是一种风险调度.在对短期水文预报不确定性分析的基础上,提出了将洪水预报精度等级评定指标转化为人库洪水过程的随机特征值的方法,利用水库调洪演算的随机微分方程,分析了不同预报精度等级和不同预见期条件下水文预报误差的传递与演化过程,并建立了水库汛限水位动态控制的风险率计算模型,以定量评估抬高汛限水位对水库大坝和下游河道防洪安全的影响.算例分析表明,汛限水位的抬高将使水库和下游河道的防洪风险率增大,通过提高预报精度和延长预见期可以降低由汛限水位拾高所增加的风险率.     

丹江口水库“10.07”洪水水文气象耦合预报调度

2010年7月中下旬,汉江上游发生两次较大洪水,安康水库出现建库以来最大入库洪水,丹江口水库发生建库以来第2大入库洪水。在本次洪水过程中,采用水文气象耦合技术方案进行洪水预报,提高了水库入库洪水预报的精度、延长了预见期。根据水雨情预报成果,制定了丹江口水库预报调度方案,并经长江防总批准实施,取得了既没有使丹江口水库承担过度防洪风险,又避免了下游杜家台分洪区分洪的“双赢”成效。     

三峡水库实时调度水文气象预报应用风险及控制

为量化水文气象预报误差对水库实时预报调度的影响,以三峡水库为例,基于其历年水文气象预报信息的误差分析成果,假定入库过程,并叠加对应不同概率的预报误差,以此作为水库调洪演算模型的输入。分析了不同预见期、不同保证率水文气象误差条件下,不超过风险控制点的库水位指标,提出了三峡水库实时预报调度风险控制策略,可为水库科学调度提供参考。     

东西关水电站施工期洪水预报方案编制与反馈设计

根据嘉陵江东西关水电站施工要求、流域暴雨洪水特性和现有水情站网，编制了一套由长、中、短不同预见期方案组成的河系预报方案。经过实际洪水预报，将方案的预报精度、未控区间流量加入影响等信息反馈到方案的再设计中，增补了南充～东西关区间洪水预报方案和报警方案，使原方案的预报精度、可靠性有了较大提高，能为电站施工提供及时准确的洪水预报。     

误差异分布概率预报模型在运河站洪水预报中的应用研究

分析运河站不同流量量级下洪水预报误差的规律特征,发现不同量级下洪水预报误差的均值和标准差存在显著差异,构建了预报误差的均值和标准差与流量大小间的分段线性关系。在此基础上,采用误差异分布概率预报模型推求了不同量级洪水条件下,以流量预报值为条件的"真实"流量的条件概率分布函数。据此流量预报条件分布函数,可获得流量的预报倾向值(50%概率对应的分位点,即中位数)和任一置信水平下的流量预报区间。运河站的应用结果表明,基于误差异分布概率预报模型提供的预报倾向值的精度整体要优于初始确定性预报结果,同时也提供了90%置信水平下的预报区间成果,丰富了运河站的洪水预报信息。     

2016年长江第1号洪水预报及调度影响分析

通过分析2016长江第1号洪水的水雨情发展、洪水组成、水情预报、调度还原计算成果等,解析了该场洪水的暴雨洪水特性、预报对调度的支撑作用以及三峡水库调度对城陵矶河段水位的影响。分析表明：金沙江、乌江来水对第1号洪水起筑底作用,三峡区间洪水则为该场洪水造峰,三者最大1d洪量占三峡入库来水比率分别达26.1%,15.6%,38.1%;第1号洪水期间,水情预报为调度决策提供了长预见期、较高精度的前提支撑,78,54,30,6 h预见期的三峡入库洪峰预报误差分别仅为-20.0%,-10.0%,-4.0%,0;三峡水库在第1号洪水期间通过防洪调度将入库洪峰流量削峰38%,最大拦蓄洪量约29亿m3,削减莲花塘站洪峰水位0.39 m左右,避免了城陵矶河段出现超保证水位。     

多站联动水位流量关系拟合方法研究

传统水位流量关系采用参数固定的映射函数拟合历史数据中水位、流量转换关系,未考虑实时变化,不能准确描述水位流量关系;为此提出基于洪水波传播及相应水位法的多站联动水位流量关系拟合法(MISC),以淮河小柳巷站点作为试验站,将试验站及其上游站点的实时流量、水位资料应用于预见期为3~24 h的实时洪水预报。研究表明,实时资料加入后,MISC法能够迅速、准确的计算出预报时刻水位流量关系,并能在较长预见期内保持较高的水位模拟精度,可以作为可靠的实时洪水预报下边界。研究成果已在淮河流域推广应用。     

BFS-HUP模型在潼关站洪水概率预报中的应用

采用马斯京根演算法作为确定性预报模型,并选用贝叶斯预报系统(BFS)的水文不确定性处理器(HUP)作为概率预报模型,获得预报变量的概率分布,实现黄河潼关站洪水的概率预报。将预报变量概率分布的中位数作为定值预报与确定性预报进行对比,发现预报精度有所提高,表明贝叶斯模型的预报校正能力较强。通过设定不同确定性预报精度的情景方案,探讨了确定性预报精度对概率预报可靠度的影响。结果表明,随着确定性预报精度的提高,概率预报区间宽度和离散度均有所减小;HUP洪水概率预报的可靠度对确定性预报的偶然性误差比较敏感,对系统偏差相对不敏感。     

短期降雨预报在汛限水位动态控制中的应用

以丹江口水库为例，根据考虑降雨预报的水库汛期限制水位控制的新理念，研究了利用短期降雨预报信息进行水库汛限水位动态控制的调度方式；同时分析了在发生降雨预报误差时，汛限水位动态控制的风险率以及大坝所能抗御洪水标准的变化，概化计算了抬高汛限水位增加的发电效益。结果表明，在不增加丹江口水库及其上下游防护对象风险的前提下，抬高汛限水位可以为丹江口水库带来较大的经济效益。     

一种考虑径流预报及其不确定性的水库优化调度模型

鉴于纯随机径流描述或确定性径流预报的水库(群)优化调度模型,未考虑径流预报及其不确定性,导致优化计算结果与水库实际运行情况存在较大差异.本文提出了一种利用后验的径流状态转移概率和径流预报的可预测性概率来描述径流预报及其不确定性的优化调度模型.依据二滩水电站径流及其预报的实际状况,考虑不同预见期的径流预报信息,建立了考虑...     

分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨

为了尽量消除因流域空间非均一性引起的水文模拟不确定性,采用基于GBHM分布式水文模型以及具有明确物理意义的模型参数,利用三峡区间2011年5~6月期间的气象预报信息,探讨该区域实时洪水预报方法,以及不同预见期的洪水预报精度。结果表明,分布式水文模型与气象预报数据结合,能够较好地模拟该区间的洪水过程。该方法在一定预见期内能够对实时洪水过程进行预报,预报精度很大程度上取决于降水预报的准确性。     

河道洪水概率预报方法研究

河道洪水预报对防洪减灾和水资源的综合利用有着重要的现实意义。考虑到水文预报不确定性的水文风险,为了更科学地对河道洪水进行预测,提出将贝叶斯方法的思路引入到河道洪水的概率预报中,计算预报流量的概率密度分布和置信区间,获得河道洪水的概率预报结果,为防洪决策提供更丰富的信息。     

径流贝叶斯概率预报在水库发电优化调度中的应用

为了充分考虑降雨、径流预报的不确定性和降低水库发电调度模型的复杂性,采用贝叶斯概率水文预报系统(BFS)耦合降雨预报的不确定性和径流预报模型本身的不确定性来定量描述径流预报的不确定性,发布径流确定性预报、概率预报和概率预报期望值;结合随机动态规划(SDP)模型和贝叶斯随机动态规划(BSDP)模型来制定发电调度图;以浑江桓仁水库流域为背景,采用美国国家天气局的全球预报系统(GFS)发布的10d降雨预报信息作为预报模型输入,模拟桓仁水库的发电调度过程。模拟结果表明基于径流贝叶斯概率预报的水库发电调度能有效提高水库的发电效益和保证率。     

贝叶斯概率水文预报研究进展与展望

水文预报不可避免地存在着输入、水文模型参数和结构等不确定性,导致预报结果也具有不确定性。因此,定量估计水文预报的不确定性,实现概率水文预报,不仅可得到比确定性预报更高的精度,而且还能为决策者提供更丰富的预报信息。本文根据不确定性来源的不同,从输入资料、模型结构、模型参数和综合不确定性等方面,详细综述了贝叶斯水文概率预报的研究进展,归纳了精度评定指标和效果检验方法,并展望了贝叶斯概率水文预报未来的研究重点和方向:(1)科学有效地解释、沟通和传播水文预报不确定性信息和概率水文预报产品;(2)建立水文集合概率预报框架,估计并降低水文预报的总不确定性;(3)开展考虑预报变量时空相关性的贝叶斯概率水文预报研究;(4)深入推动概率水文预报信息在风险决策中的应用。     

三峡水库对城陵矶地区防洪补偿调度方式探讨

城陵矶地区历来是长江流域防洪的重点,也是长江上中游水库群的重要防洪调度目标。通过构建长江干流及洞庭湖区水动力学模型,模拟分析了不同典型洪水、不同调度方式下三峡水库对城陵矶地区的调度效果,提出了三峡水库对城陵矶地区的实时补偿调度方式。结果表明:在综合考虑补偿调度效果及水文气象预报的不确定性下,若预见期内预报城陵矶(莲花塘站)水位将达到或超过目标控制水位,则提前4～5 d开始控制三峡水库出库流量为宜,并应结合水文气象预报情况逐步减小或增加出库流量。