水库汛限水位动态控制理论与方法.ppt

随着社会经济的发展，水的供需矛盾日益加剧，人随着社会经济的发展，水的供需矛盾日益加剧，人们水库的防洪安全与供水保障提出了更高的要求。在确们水库的防洪安全与供水保障提出了更高的要求。在确保水库安全的前提下，科学地设计和运行汛限水位，合保水库安全的前提下，科学地设计和运行汛限水位，合理地利用水库防洪与兴利的重叠库容，是提高洪水资源理地利用水库防洪与兴利的重叠库容，是提高洪水资源和水能资源的利用率，发挥水库综合利用效益，缓解我和水能资源的利用率，发挥水库综合利用效益，缓解我国水资源供需矛盾的有效手段之一。国水资源供需矛盾的有效手段之一。（1 1）新中国成立初期，一批大型水库建成，但由于全汛期新中国成立初期，一批大型水库建成，但由于全汛期洪水资料样本容量小，加上当时的人口少，经济不发达，洪水资料样本容量小，加上当时的人口少，经济不发达，用水水平低，污染较轻，水的供需矛盾不突出。因此，全用水水平低，污染较轻，水的供需矛盾不突出。因此，全汛期都是设计一个固定的汛期限制水位值。汛期都是设计一个固定的汛期限制水位值。20 20世纪世纪5050年代末开始，我国许多大型有调节性能的水库年代末开始，我国许多大型有调节性能的水库，为防止汛期弃水，汛后尽量蓄到正常蓄水位，防止洪水与，为防止汛期弃水，汛后尽量蓄到正常蓄水位，防止洪水与水能资源的浪费，逐步采用水能资源的浪费，逐步采用将全汛期划分为两期、三期、五期，甚至一日一个汛将全汛期划分为两期、三期、五期，甚至一日一个汛水位值，水位值，从一定程度上从一定程度上提高了水资源和水能资源的利用率。提高了水资源和水能资源的利用率。依据历史水文气象资料，在历史重依据历史水文气象资料，在历史重演的假定下，依据数理统计原理设计汛限水位，按照法定要演的假定下，依据数理统计原理设计汛限水位，按照法定要求控制水库，并没有考虑在实时调度中利用实测资料或预报求控制水库，并没有考虑在实时调度中利用实测资料或预报的水文气象信息。即使面临时刻晴空万里，也要控制汛限水的水文气象信息。即使面临时刻晴空万里，也要控制汛限水位值不超过设计的定期定值，以时刻防止遭遇下游防洪标准位值不超过设计的定期定值，以时刻防止遭遇下游防洪标准或水库设计标准洪水。所以对全汛期或主汛期只发生一两次或水库设计标准洪水。所以对全汛期或主汛期只发生一两次较大洪水的水库而言，往往主汛期抓不住时机蓄水，即便后较大洪水的水库而言，往往主汛期抓不住时机蓄水，即便后汛期设计汛限水位允许抬高，也无水可蓄。汛期设计汛限水位允许抬高，也无水可蓄。利用洪水退水余量超蓄，但为利用洪水退水余量超蓄，但为防洪安全，在下次洪水起长前必须降回批复的定期汛限水防洪安全，在下次洪水起长前必须降回批复的定期汛限水位值。位值。按照设计与运用所依据的信息类型和实时控制的理念按照设计与运用所依据的信息类型和实时控制的理念与原则，汛限水位控制基本理论分为两大类。与原则，汛限水位控制基本理论分为两大类。依据历史资料设计出汛限水位依据历史资料设计出汛限水位固定值，且要求实时运用中严格按照设计值控制。固定值，且要求实时运用中严格按照设计值控制。依据历史洪水资料及其随机性假定，用统计学方法推求依据历史洪水资料及其随机性假定，用统计学方法推求全汛期设计洪水，用不考虑预报的调洪方式调节计算得出全汛期设计洪水，用不考虑预报的调洪方式调节计算得出汛期限制水位，运行中严格按照此值及相应的调洪方式控汛期限制水位，运行中严格按照此值及相应的调洪方式控制，整个汛期采用一个汛限水位控制值。制，整个汛期采用一个汛限水位控制值。本方法按照现行的规范设计与防洪法运行。本方法按照现行的规范设计与防洪法运行。（2）依据汛期不同时段的洪水特征的明显差别与规律，基于依据汛期不同时段的洪水特征的明显差别与规律，基于成因与统计分析确定汛期分期，各分期仍用上述的计算方成因与统计分析确定汛期分期，各分期仍用上述的计算方法求得相应的限制水位，运行中严格按照分期设计值及相法求得相应的限制水位，运行中严格按照分期设计值及相应的调洪方式控制。应的调洪方式控制。本方法也是现行的规范设计，通常将汛期限制水位分二本方法也是现行的规范设计，通常将汛期限制水位分二三期。三期。基于汛期的模糊描述或暴雨量级升降连续变化的统计规基于汛期的模糊描述或暴雨量级升降连续变化的统计规律，应用滑动平均法或按照汛期的隶属程度预留防洪库容律，应用滑动平均法或按照汛期的隶属程度预留防洪库容，并换算出逐日或旬控制的汛限水位值，并换算出逐日或旬控制的汛限水位值，即水位以日或者即水位以日或者旬进行变化旬进行变化。尽管这种方法设计的汛限水位值随时间变动，但是面临尽管这种方法设计的汛限水位值随时间变动，但是面临时刻控制的值仍是设计是给定，运行方式与原设计相同，时刻控制的值仍是设计是给定，运行方式与原设计相同，但可认作是动态控制的雏形。但可认作是动态控制的雏形。设计洪水仍采用上述方法推求，但调洪方式考虑了洪水设计洪水仍采用上述方法推求，但调洪方式考虑了洪水预报信息，根据预报洪水提前判断发生洪水的量级，需要的预报信息，根据预报洪水提前判断发生洪水的量级，需要的防洪库容可减少，可提前预泄洪，因此可抬高汛限水位。防洪库容可减少，可提前预泄洪，因此可抬高汛限水位。对于运行多年且洪水预报精度较高、预见期较长的水库对于运行多年且洪水预报精度较高、预见期较长的水库，在设计洪水及其特征值复核是，可用本方法。，在设计洪水及其特征值复核是，可用本方法。预蓄预泄法预蓄预泄法 关键：关键：预报精度、有效预见期、泄流能力、入库流量、供水预报精度、有效预见期、泄流能力、入库流量、供水 关键：关键：洪水降雨预报、实时水雨工情、洪水降雨预报、实时水雨工情、运行多年、历史洪水、运行多年、历史洪水、预报精度高，经验丰富预报精度高，经验丰富 关键：关键：洪水预报精度高，运行稳定、综合信息推理模式法洪水预报精度高，运行稳定、综合信息推理模式法 表，操作简单，便于应用表，操作简单，便于应用必要性和可行性分析是汛限水位动态控制的重要环节之一，必要性和可行性分析是汛限水位动态控制的重要环节之一，因为对汛期限制水位进行动态控制，本身存在一定的风险，因为对汛期限制水位进行动态控制，本身存在一定的风险，而且需要国家防总的批准，如果不需要进行动态控制就能而且需要国家防总的批准，如果不需要进行动态控制就能够满足社会生产各方面需求，那自然没必要进行动态控制；够满足社会生产各方面需求，那自然没必要进行动态控制；同时，在满足必要性的基础上，还要分析区域的降雨产品、同时，在满足必要性的基础上，还要分析区域的降雨产品、预报产品等是否能够满足动态控制的要求。预报产品等是否能够满足动态控制的要求。必要性和可行性分析必要性和可行性分析水库基本状况分析水库基本状况分析 主要分析水库工程现状、上下游河道防洪能力、上主要分析水库工程现状、上下游河道防洪能力、上 下游下游防洪要求，分析水库管理机构、技术力量和管理水平，防洪要求，分析水库管理机构、技术力量和管理水平，分析水库水雨情测报、洪水预报调度、通讯等系统建设分析水库水雨情测报、洪水预报调度、通讯等系统建设运行情况，分析设计洪水及汛限水位复核情况，分析水运行情况，分析设计洪水及汛限水位复核情况，分析水库降雨、洪水预报和实时调度水平等。库降雨、洪水预报和实时调度水平等。汛期分期、分期设计洪水及分期汛限水位设计与运用情汛期分期、分期设计洪水及分期汛限水位设计与运用情况分析况分析 依据水库控制流域及其附近地区的依据水库控制流域及其附近地区的长系列日降水量资料长系列日降水量资料和长系列旬平均降水量资料和长系列旬平均降水量资料，水库控制流域暴雨洪水的水库控制流域暴雨洪水的时程变化统计规律，水库控制流域所在气候区暴雨形成时程变化统计规律，水库控制流域所在气候区暴雨形成的气候特征和环流背景以及典型暴雨洪水的气候特征和环流背景以及典型暴雨洪水（包括气候成（包括气候成因、降雨特性和洪水特性）资料，研究确定汛期分期方因、降雨特性和洪水特性）资料，研究确定汛期分期方案，并进行分期设计洪水计算，确定分期汛限水位。最案，并进行分期设计洪水计算，确定分期汛限水位。最后对分期设计洪水及分期汛限水位设计作合理性分析。后对分期设计洪水及分期汛限水位设计作合理性分析。必要性和可行性分析的主要内容必要性和可行性分析的主要内容水库所在地区和流域自然、经济、社会及水资源与水能水库所在地区和流域自然、经济、社会及水资源与水能供需情况分析供需情况分析 主要分析水库相关区域社会经济发展对水资源、水能供主要分析水库相关区域社会经济发展对水资源、水能供给及防洪保护要求，分析水库水资源供给和水能出力现状，给及防洪保护要求，分析水库水资源供给和水能出力现状，分析水库汛期分期控制以来来水、弃水及洪水资源利用情况，分析水库汛期分期控制以来来水、弃水及洪水资源利用情况，定量分析尚有洪水水资源（或水能资源）的利用潜力。定量分析尚有洪水水资源（或水能资源）的利用潜力。洪水预报成果、降水预报信息可利用性分析洪水预报成果、降水预报信息可利用性分析 这是汛限水位动态控制方法可行的关键。这是汛限水位动态控制方法可行的关键。主要分析洪水主要分析洪水预报精度、确定其误差分布规律等，研究提出预报误差的弥预报精度、确定其误差分布规律等，研究提出预报误差的弥补措施。分析区域性降雨预报产品可利用水平、确定降雨预补措施。分析区域性降雨预报产品可利用水平、确定降雨预报的实际降水概率分布规律及预报误差的弥补措施。评价水报的实际降水概率分布规律及预报误差的弥补措施。评价水库实时降雨自动遥测、洪水预报调度系统运行的稳定性和可库实时降雨自动遥测、洪水预报调度系统运行的稳定性和可靠性，最后综合分析降水预报、洪水预报成果的可利用性。靠性，最后综合分析降水预报、洪水预报成果的可利用性。必要性和可行性分析的主要内容必要性和可行性分析的主要内容利用降雨预报信息的可行性利用降雨预报信息的可行性降雨预报信息应用于实时预报调度的条件分析降雨预报信息应用于实时预报调度的条件分析降雨预报信息应用于实时预报调度的基本条件分析降雨预报信息应用于实时预报调度的基本条件分析台汛期台汛期“未来降雨多大？未来降雨多大？”，气象部门不能提供，气象部门不能提供“未来降雨未来降雨多大多大”的准确量值预报信息。的准确量值预报信息。目前的降雨量预报水平能否应用，需要结合水库调度情况作目前的降雨量预报水平能否应用，需要结合水库调度情况作具体研究。不同设计频率洪水折合可抗御降雨量，可归纳出具体研究。不同设计频率洪水折合可抗御降雨量，可归纳出降雨预报信息可应用于实时预报调度的基本条件。降雨预报信息可应用于实时预报调度的基本条件。利用降雨预报信息的可行性利用降雨预报信息的可行性G具有下游防洪任务的水库具有下游防洪任务的水库 若气象部门降雨漏报后发生降雨量小于水库下游防洪标准可若气象部门降雨漏报后发生降雨量小于水库下游防洪标准可抗御降雨能力，则气象部门降雨信息可以利用，且无风险。抗御降雨能力，则气象部门降雨信息可以利用，且无风险。A从水库工程安全出发从水库工程安全出发 若气象部门降雨漏报后发生降雨量小于水库校核标准洪水可若气象部门降雨漏报后发生降雨量小于水库校核标准洪水可抗御降雨能力，则气象部门降雨信息可以利用，且无风险。抗御降雨能力，则气象部门降雨信息可以利用，且无风险。利用降雨预报信息的可行性利用降雨预报信息的可行性降雨预报信息应用于降雨预报信息应用于“汛限水位动态控制汛限水位动态控制”的可行的可行性分析性分析降雨预报信息应用于降雨预报信息应用于“汛限水位动态控制汛限水位动态控制”的关键的关键时期分析时期分析台汛期水库从最高水位（高于兴利蓄水位）下降时期，是利台汛期水库从最高水位（高于兴利蓄水位）下降时期，是利用降雨预报信息用降雨预报信息“动态控制汛限水位动态控制汛限水位”的关键时期。的关键时期。汛限水位允许动态控制域的确定汛限水位允许动态控制域的确定 汛限水位动态控制，及汛期限制水位是可变的，是汛限水位动态控制，及汛期限制水位是可变的，是运动的，那么汛