Joint Operation and Dynamic Control of Flood Limiting Water Levels for Cascade Reservoirs

Reservoirs are among the most effective tools for integrated water resources development and management. The dynamic control of reservoir flood limiting water level (FLWL) is a valuable and effective method to compromise the flood control and conservation for reservoir operation during the flood season. This paper focuses on joint operation and dynamic control of FLWL for cascade reservoirs. A composition and decomposition-based model that consists of an aggregation module, a storage decomposition module and a simulation operation module was developed. The model was applied to the Qingjiang basin in south of China using the 3-hour inflow data series for representative hydrological years. Application results indicate that the proposed model can make an effective tradeoff between the flood control and hydropower generation. Joint operation and dynamic control of FLWL can increase power production by 4.51 % (1.79?×?10⁸?kWh) and increase water use rate by 2.73 %. It can enhance benefits of the Qingjiang cascade reservoirs without compromising flood prevention objectives.     

再论水库汛期水位动态控制的必要性和可行性

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,在防洪中具有法定地位,是协调水库防洪与兴利的关键参数,直接影响水库效益发挥。近年水利和应急管理部门落实强监管措施的过程中,出现了强制要求水库汛期不超汛限水位的情况,导致相当多的水库汛期过度弃水、汛后无水可蓄。我国许多省份发生干旱时出现无水可供的困局,2022年长江流域历史性特大干旱情况尤甚。本文通过回顾汛限水位动态控制试点工作,论述汛限水位设置依据和实际监管中存在的问题,阐述开展汛期水位动态控制的必要性和可行性;归纳总结梯级水库运行期设计洪水、分期汛限水位和汛期水位动态控制的理论及方法;提出需要继续深入研究的科学问题和关键技术;最后建议加强水利工程基础措施建设,修改完善现有的法律法规和设计洪水计算等规范,建立符合新阶段水利高质量发展的运行机制,统筹协调防汛抗旱和洪水资源高效利用,实现水库汛期水位动态控制。     

两变量防洪风险模型研究

针对传统设计洪水过程线推求方法所存在的局限性,采用Copula函数建立洪峰和洪量的两变量联合分布,对洪峰和洪量设计值进行联合随机模拟,同时根据随机模拟值与实测洪水过程特征量的相似性来选择典型洪水过程,并基于多变量重现期,建立了两变量防洪风险分析模型。以清江流域隔河岩水库为例,分析不同汛限水位对应的极限风险率和漫坝风险率。研究结果表明：① 隔河岩水库汛期运行水位可确定为193.6m,在预报长江将发生大洪水时,可将水位提前降低至192.2m,不会增加水库的防洪风险;② 当汛限水位继续抬高至194.0m时,尽管极限风险率变化不大,但漫坝风险率成倍增加。所提出的模型可以充分考虑洪水过程的随机性和不确定性,可为流域水库的防洪设计和安全运行提供参考。     

Reservoir Flood Season Segmentation and Risk–benefit Cooperative Decision of Staged Flood Limited Water Level

Investigation of seasonal inconsistency between water consumption and rainfall variation is important for more efficient use of floodwater resources. Adjustment of the flood limited water level (FLWL) is an effective way to improve the floodwater use efficiency. Flood season segmentation provides the basis for determining the FLWL and tapping the potential use of floodwater resources. Compromise between the benefit of floodwater use and flood control is crucial to FLWL decision. We use the circular distribution method for flood season segmentation and the relative frequency method for verification. We select the performances of water supply and hydropower generation as the benefit index and the extreme risk rate as the risk index. On the basis of the game theory, we establish a multi-objective cooperative decision-making model and obtain a Nash negotiation solution of staged FLWL. An optimal scheme is determined according to the fuzzy pattern recognition theory. When the risk and benefit are equally valued, the resulting FLWLs of the optimal scheme are 129.0 m, and 128.5 m for a selected reservoir in the pre-flood season and the post-flood season, respectively. By adjusting the preference values of the risk and benefit indexes, we determine the optimal FLWL scheme under different preferences to risk and benefit for each stage.

     

2017年丹江口水库精细化调度实践与探讨

针对2017年丹江口水库全年来水整体偏丰、汛期丰枯不均、枯丰急转的水情特点,以及防洪与供水矛盾突出、枢纽未经过高水位运行的问题,为提高水资源综合利用效率,确保水库防洪、供水等综合效益的发挥,对丹江口水库在不同阶段包括大坝横缝处置期间、秋汛防洪期和汛末蓄水167 m时期分别实施了水库精细化调度,并制定了精细化调度方案。方案包括加强预测预报、加密会商、电厂24 h实时待命、加密水位监测、提前预警等。通过精细化调度,让水库安全度汛,产生防洪效益7.04亿元,汛后顺利完成167 m蓄水试验工作;陶岔渠首累计向北方供水突破100亿m3,且首次达到设计供水流量350 m3/s;年累计发电量达31.23亿kW·h,枢纽防洪、供水、发电等效益显著。     

洪泽湖多目标水量调度决策模型及其应用

针对洪泽湖水量利用与生态水位维持这一矛盾开展多目标水量调度决策方法研究,构建贴近适宜生态水位（生态效益）、缺水率最小、引水量最小、入湖水量改变度最小等目标的多目标调度模型,考虑生态效益目标与水资源利用目标的不可共度性及决策者偏好模糊性特征,采用多目标模糊决策法从非劣解集中筛选最适宜调度方案。结果表明：多目标模型解集反映生态效益和经济社会效益的置换关系,贴近适宜生态水位的调控方式在一定程度上降低洪泽湖调蓄能力,与水资源利用形成矛盾关系;模糊决策法筛选的均衡调度策略可以有效反映决策者的偏好情况,并提供适用于不同情景的优化调度方式;生态目标优先方案通过减少供水、增加引水量、调节入湖水量等方式有效补充生态用水,可将生态水位偏离差降低至0.30 m,可为生态优先原则下的适宜调度策略制定提供参考。     

三峡水库运行期设计洪水及汛控水位初探

考虑长江上游水库群调蓄对三峡水库设计洪水的影响,采用最可能组成法和典型年法推求干支流控制站洪水的地区组成,构建多输入单输出(MISO)系统模型模拟向家坝至三峡水库未控区间的洪水过程,研究探讨三峡水库运行期设计洪水及汛期防洪控制水位(汛控水位)。结果表明:长江上游干支流梯级水库的调蓄作用对三峡水库设计洪水影响显著;三峡运行期千年一遇设计洪峰流量为81 136 m3/s,3、7、15和30 d洪量分别为188.2、386.3、727.4和1320.9亿m3,相比建设期设计值分别削减了18.2%、23.8%、20.6%、20.2%和16.9%;在不降低防洪标准的前提下,三峡水库运行期汛控水位(155 m)比建设期汛限水位(145 m)抬高了10 m,这不仅有利于库区航运、维护库岸稳定、保护消落区生态环境,还可增发电量、减少蓄水期对洞庭湖和鄱阳湖的影响,经济社会和生态环境效益巨大。     

Risk Analysis of Dynamic Water Level Setting of Reservoir in Flood Season Based on Multi-index

Water Resources Management - Long-term operation of the reservoir at the flood limit water level (FLWL) in the flood season is not conducive to the exertion of the comprehensive benefits of the...     

黄河水库群水沙资源化联合调度管理的若干思考

本文通过对黄河2003年秋汛洪水调度实践、黄河水沙资源和处理洪水泥沙措施的分析研究,提出要对黄河进行水库群水沙资源化联合调度管理的理念,水沙一体化、"科学拦蓄、调排有序、挖放结合、分滞兼顾"的调度管理思想及"场次洪水汛限水位"、洪水泥沙调度实行两个"二级分化"、拓宽分水分沙途径、水库群一体化调度等措施。并提出了相关实施建议。     

黄河黑山峡河段大柳树水库比小观音水库原始库容多40亿m3的作用

一级开发大柳树高坝原始库容比二级开发小观音高坝多 4 0亿m3 ,库容大带来的好处体现在 5～ 7月可多向下游增供水量 ,缓解下游河道断流 ;延长泄放清水时间 ;增加发电效益 ;满足宁蒙河段防凌要求 ;增加汛期集中泄水 ,减缓下游河道淤积萎缩 ;满足南水北调西线工程水量调节要求等。为了更好优化配置黄河水资源 ,从全局和长远利益考虑 ,应采用一级开发方案 ,修建大柳树高坝大库     

溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库联合蓄水方案与多目标决策研究

为协调好梯级水库联合蓄水调度过程中防洪、发电、蓄水和航运等目标之间的矛盾,实现各水库蓄水时机与蓄水进程的协同优化,以溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库为例,推求了可权衡防洪与兴利之间矛盾的梯级水库联合蓄水方案,主要研究内容主要包括以下3个部分:(1)风险分析,推求了汛末各分期内坝前最高安全水位约束和联合蓄水方案的防洪风险;(2)兴利效益分析,分析了联合蓄水方案的发电和蓄水等兴利效益;(3)多目标决策,评价了联合蓄水方案的防洪风险、发电和蓄水效益,得出了最优非劣质蓄水方案。研究结果表明:溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库的较优联合蓄水方案,分别为9月5日起蓄的同步起蓄方案和9月1日-9月5日-9月10日起蓄的异步起蓄方案,较原设计蓄水方案,年均发电量可分别增加23.76和20.43亿k W·h,增幅分别为3.25%和2.78%;蓄水率可由96.73%分别提高至97.51%和97.57%,两者均可在不降低原防洪标准的前提下,提高梯级水库的综合效益,前者的发电效益较优,而后者的蓄水效益较优。     

松江河梯级之松山小山水库联合调度方案

松山、小山水库是松江河梯级水电站的龙头工程,两库之间通过一条12．6km长的引水洞相连．通过该洞将漫江水量引入松江河梯级之首的小山库区,增加松江河梯级发电效益。本文分析了两库对径流的最大调节程度,进而推选出可行的联合调度方案,并对调度方案进行优化。     

三峡水库运行对荆江三口分流的影响评估

荆江三口作为连接洞庭湖和荆江的纽带,历来是研究洞庭湖区防洪、航运、水环境变化和水资源利用的关键点。通过建立荆江三口分流模型,将2008—2015年枝城日实测流量和相应的还原流量作为模型输入资料,计算出有、无三峡工程情况下荆江三口的分流量。探讨了三峡水库对荆江三口发流量、分流比、断流情况的影响(此影响为径流调节和河道调整的综合影响),同时分离并探讨了河道调整对荆江三口分流量变化的影响。结果表明:有三峡工程情况下,在径流调节和河道地形调整的综合影响下,汛前消落期荆江三口多年平均分流量和分流比分别增大28.17%,9.59%,断流情况基本无变化;汛期多年平均分流量减少2.11%,分流比增长0.56%,断流情况变化不大;汛末蓄水期多年平均分流量和分流比分别减少33.87%和19.84%,松滋口和太平口断流情况无明显变化,藕池口断流天数增多且断流日期提前;枯水期三口多年平均分流量增大8.60%,多年平均分流比减小2.93%,松滋口和藕池口在有三峡工程情况下每年分别平均少断流30.43,6.80 d,太平口每年平均多断流30.86 d;其中,河道地形调整使汛期荆江三口分流量增加2.73%,汛前消落期、汛末蓄水期、枯水期荆江三口分流量分别减小16.62%,3.10%,18.49%。该结果可为洞庭湖区湖泊干旱情况、水资源利用与保护及三峡水库的运行调度提供研究基础。     

东荆河水文特性变化分析研究

东荆河是汉江下游分泄汉江洪水入长江的重要分洪河道,其分流分沙的变化不仅影响东荆河流域防洪安全、水资源利用、航运等,还影响汉江、长江的防洪安全。应用大量实测水文资料,系统地分析研究了东荆河分流分沙的变化规律。研究结果表明:东荆河多年平均分泄汉江水量42.5亿m~3,占9.1%,汉江上游丹江口水库建库后,分流比变化明显;分流分沙比在丹江口建库前后变化相当,洪峰流量分流比由建库前的22.7%变化为建库后的17.9%;由于丹江口水库调蓄,东荆河断流天数有所减少,且由于受清水下泄的影响,东荆河河床冲刷作用明显,断流水位下降。研究结果对东荆河及汉江中下游河道治理、水资源利用、防洪等有一定的参考价值。     

跨流域调水水价问题研究

跨流域调水工程作为国民经济的重要基础设施,在国家经济建设中发挥着巨大的社会经济效益,但其自身也面临着持续健康发展的问题,其中水价是跨流域调水工程建设和运行管理中的核心问题之一。论述和介绍了跨流域调水工程投资分摊方法、三部制水价的计收方式、跨流域调水水价测算的层次和重点、供水口门水价的测算原则和内容、调水工程用户水价的测算方法等。用户对调水水价的承受能力,可按水费占工农业产值（或效益）和居民收入的比例及调水工程对水价总水平影响的程度等分析。     

丹江口大坝加高后发电效益的探讨

通过对丹江口初期工程水库运行情况的分析,揭示了丹江口水利枢纽36 a来水量遵循着一定的自然规律,防汛弃水与发电之间存在着相互协调的关系.探讨了丹江口大坝加高后如何最大化利用高坝大库的弃水资源,协调好调水、防汛与发电之间的相互关系,通过扩机增容、兴建(引水渠首)电站增容以及现役机组改造增容,提高丹江口大坝的发电效益.     

分期径流丰枯遭遇对大伙房水库引水条件的影响

大伙房水库是保障辽宁中南部城市社会经济发展的重要水利工程,而径流条件是影响大伙房水库功能发挥的关键因素。依据大伙房水库及引调水水源区31a的长系列(1980～2010年)径流资料,采用数理统计法及Copula函数分析大伙房水库及引调水水源区径流特点及其分期丰枯补偿特性,基于此,对大伙房水库跨流域引水条件进行系统总结。结果表明:引调水水源区与大伙房水库在全年、春季、汛期、枯水期的径流丰枯同步遭遇概率均在70%以上;引调水水源区在各分期内有62.5%的概率可为大伙房水库提供径流补偿。在今后的研究中,应结合大伙房水库自身多年调节的性能,进一步研究不同径流补偿条件下的引水策略,制定丰、平、枯水年径流补偿条件下的引水调度线。研究结果可为水库经济引水及综合效益发挥提供参考。     

Simulation and Optimization of Multi-Reservoir Operation in Inter-Basin Water Transfer System

Inter-basin water transfer projects are usually considered as one of the most effective facilities to balance the non-uniform temporal and spatial distribution of water resources and water demands by diverting water from surplus to deficient area. However, the operation of these projects are always daunting, especially for projects with multi-donor reservoirs but only one recipient reservoir. In this study, a set of water transfer rule curves are firstly proposed to determine when, where and how much water should be diverted from each donor reservoir. In addition, a simulation-optimization model with the objective to minimize both water shortage risk and vulnerability is established to derive the optimal operation rule curves. Following that, the new transfer rules are applied to provide guidelines for the operation of a water transfer-supply project with two donor reservoirs in central China. The effects of water diversion on each reservoir are evaluated under different scenarios including no diversion, diversion from the donor reservoir with relatively sufficient water, diversion from the donor reservoir with relatively limited water, and diversion from both donor reservoirs. The results show the advantages of improving the performance of whole water diversion system and demonstrate the feasibility of the proposed approach.     

新安江水库供水后调度图优化研究

随着部分地区可利用水资源日益紧缺,水库需要承担更多功能,但不同功能间会互相影响和制约,优化水库调度图则是协调水库不同兴利目标之间矛盾的关键。以新安江水电站库区供水工程——千岛湖引水工程为实例,考虑年引水规模9.78亿m~3对新安江水电站造成的影响,通过降低调度图中部分丰水月份的保证出力和在降低出力区内增设供水保证线,最终提出调度图优化研究方案。结果表明:水库按优化调度图运行可减少因引水造成的年发电量损失,并能较好地控制水库水位和下泄流量的变化程度。研究成果可为解决水库发电和其他兴利目标之间的矛盾提供借鉴。     

北京市南水北调中线工程供水效益评估

采用分摊系数法、开采损失法、影子价格法以及替代工程法,计算了南水北调中线工程向北京供水的效益。计算结果表明:南水北调中线工程通水后所产生的供水效益为311.76亿元,其中经济效益为295.75亿元,生态环境效益为16.01亿元;同时,该工程投入运行以后,还发挥了显著的社会效益。计算研究结果可为相关部门制定调水方案以及实施水资源优化管理提供有益的参考。