汛限水位动态控制讲解

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1、 水库汛限水位动态控制水库汛限水位动态控制 理论与方法理论与方法 刘进宝刘进宝 20102010年年1 1月月2020日日 浙江同济科技职业学院水利系浙江同济科技职业学院水利系 热烈欢迎热烈欢迎 各位同行来我院交流学习！各位同行来我院交流学习！ 汛限水位动态控制的工作内容汛限水位动态控制的工作内容 汛限水位控制的基本理论汛限水位控制的基本理论 课程提纲课程提纲 汛限水位控制的发展过程汛限水位控制的发展过程 水库汛限水位的基本知识水库汛限水位的基本知识 展望展望 汛限水位动态控制的基本方法汛限水位动态控制的基本方法 1. 1. 水库汛限水位的基本知识水库汛限水位的基本知识 拦洪库容拦洪库容 消落

2、深度消落深度 重叠库容重叠库容 兴利兴利 防洪防洪 汛期限制水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，汛期限制水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位， 也是水库在汛期防洪运用时的起调水位。也是水库在汛期防洪运用时的起调水位。 汛期限制水位是协调防洪和兴利关系的关键，对工程的汛期限制水位是协调防洪和兴利关系的关键，对工程的 防洪、灌溉、发电、引水、通航及水库淹没指标等均有防洪、灌溉、发电、引水、通航及水库淹没指标等均有 直接影响。直接影响。 汛期限制水位是防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位汛期限制水位是防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位 等的调洪计算的依据。等的调洪计算的依据。 1. 1. 水库汛

3、限水位的基本知识水库汛限水位的基本知识 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 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 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 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。 可减少专用防洪库容，降低设计投资；（可减少专用防洪库容，降低设计投资；（P2P2） 可提高防洪标准；可提高防洪标准； 可提高兴利库容蓄满率和设计洪水保证率；可提高兴利库容蓄满率和设计洪水保证率； 可增加洪水资源的利

4、用量。可增加洪水资源的利用量。 （1）全汛期汛限水位按照单一值控制全汛期汛限水位按照单一值控制 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， 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。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 （2 2）汛限水位分期与实时预蓄预泄控制）汛限水位分期与实时预蓄预泄控制 20世纪50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 水能资源的浪费，逐步采用“汛期分期设计运用多值汛限水汛期分期设计

5、运用多值汛限水 位位”，将全汛期划分为两期、三期、五期，甚至一日一个汛 水位值，按照时序变化控制汛限水位控制值，按照时序变化控制汛限水位控制值，从一定程度上 提高了水资源和水能资源的利用率。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 分期设置汛限水位是分期设置汛限水位是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 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 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 较大

6、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。 实时预蓄预泄动态控制是实时预蓄预泄动态控制是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 位值。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 19571957年，松花江流域大洪水后，丰满水库汛限水位采年，松花江流域大洪水后，丰满水库汛限水位采 用分三期控制用分三期控制 1963196319651965年，年，水文分析与计算水文分析与计算、水工建筑物水工建筑物 设计洪水规范草案设计洪水规范草案、工程水文学工程水文学论述了分期设论述了分期设 计洪水的概念

7、、原则和方法。计洪水的概念、原则和方法。 19771977年，年，水库控制运用水库控制运用系统论述汛期分期、短期系统论述汛期分期、短期 洪水预报和利用洪水退水规律抬高汛限水位等思想。洪水预报和利用洪水退水规律抬高汛限水位等思想。 19791979年，汛期分期及分期法确定汛限水位写入规范；年，汛期分期及分期法确定汛限水位写入规范； 19871987年，年，综合利用水库调度综合利用水库调度完善了汛限水位动态完善了汛限水位动态 控制的预蓄预泄方法。控制的预蓄预泄方法。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 （3 3）水库汛期分期的气象成因与不确定性分析的汛限水）水库汛期分

8、期的气象成因与不确定性分析的汛限水 位变化曲线位变化曲线 19841984年，年，水位计算经验汇编水位计算经验汇编第四集中，从第四集中，从气象的气象的 成因角度成因角度论述了岳城水库汛期分期方法；论述了岳城水库汛期分期方法； 19871987年，陈守煜等在年，陈守煜等在水利水文水资源与环境模糊集水利水文水资源与环境模糊集 分析分析论文集中，提出了汛期的论文集中，提出了汛期的模糊集分析法模糊集分析法。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 （4 4）预报调度方式确定汛限水位的研究与应用）预报调度方式确定汛限水位的研究与应用 19881988年，辽宁大伙房水库联合大连理

9、工大学研究了年，辽宁大伙房水库联合大连理工大学研究了“应应 用降雨二级分辩预报、洪水总量预报信息的预报调度方用降雨二级分辩预报、洪水总量预报信息的预报调度方 式式” ，防洪效益近，防洪效益近5 5亿元，可将沈阳和抚顺两个市的防亿元，可将沈阳和抚顺两个市的防 洪标准提高到洪标准提高到300300年和年和100100年，汛限水位由年，汛限水位由126.4126.4 米提高米提高 到到127.8127.8米，年评价增加供应用水米，年评价增加供应用水43004300万方。万方。 1993199319961996年，国家防总组织专家力量深入研究。年，国家防总组织专家力量深入研究。 2. 2. 水库汛限水

10、位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 （5 5）水库防洪实时预报调度方法与水库汛限水位动态控制）水库防洪实时预报调度方法与水库汛限水位动态控制 方法的研究方法的研究 19961996年，国家防总联合大连理工大学出版年，国家防总联合大连理工大学出版水库防洪预水库防洪预 报调度方法及应用报调度方法及应用，正式提出动态控制的概念；，正式提出动态控制的概念； 1998199820012001年，大连理工大学水文与水资源所完成年，大连理工大学水文与水资源所完成“辽辽 宁省大型水库特大洪水实时预报调度方法研究宁省大型水库特大洪水实时预报调度方法研究”； 2001200120042004年，应国家防总

11、要求，大连理工大学进行年，应国家防总要求，大连理工大学进行“ 水库汛限制水位动态控制的专题研究水库汛限制水位动态控制的专题研究”； 20042004年通过国家验收，鉴定委员会认为该研究在降雨预年通过国家验收，鉴定委员会认为该研究在降雨预 报信息、洪水预报心情用于汛限水位动态控制方面取得报信息、洪水预报心情用于汛限水位动态控制方面取得 了重大突破，达到国际先进水平。了重大突破，达到国际先进水平。 2. 2. 水库汛限水位控制的发展回顾水库汛限水位控制的发展回顾 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。 汛限水位静态控制汛限水位静态控制依据历史资料设

12、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。 汛限水位动态控制汛限水位动态控制依据不同信息与方法设计出汛依据不同信息与方法设计出汛 限水位域值，且运用中允许根据实时水、雨、工情及可限水位域值，且运用中允许根据实时水、雨、工情及可 利用的预报等综合信息，在此域值内上下浮动。利用的预报等综合信息，在此域值内上下浮动。 3. 3. 水库汛限水位控制的基本理论水库汛限水位控制的基本理论 汛限水位静态控制法是基于传统的设计思想与理念，严格汛限水位静态控制法是基于传统的设计思想与理念，严格 按照防洪设计或汛期设计阶段确定的汛限水位及相应防洪调按照防洪设计或汛期设计阶段确定的汛限水位及相应防洪

13、调 度方式运行，要求时刻防止小概率洪水事件的发生。度方式运行，要求时刻防止小概率洪水事件的发生。 静态控制静态控制 3. 3. 水库汛限水位控制的基本理论水库汛限水位控制的基本理论 设计标准的洪水随时可能发生，且机会均等；设计标准的洪水随时可能发生，且机会均等；(P4)(P4) 面临时刻发生的洪水不是全年最大洪水；面临时刻发生的洪水不是全年最大洪水； 汛期限制水位制约着防洪高水位、设计洪水位、校核汛期限制水位制约着防洪高水位、设计洪水位、校核 洪水位。洪水位。 首先根据历年实测洪水（暴雨）资料及历史特大洪水（或首先根据历年实测洪水（暴雨）资料及历史特大洪水（或 暴雨）资料，采用年最大取样法形成

14、洪水系列，基于随即特性暴雨）资料，采用年最大取样法形成洪水系列，基于随即特性 以及数理统计原理计算出不同典型的设计频率洪水过程。以及数理统计原理计算出不同典型的设计频率洪水过程。 然后，设计不同的汛限水位方案与调洪规则方案，计算相然后，设计不同的汛限水位方案与调洪规则方案，计算相 应方案的防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位、坝顶高程等应方案的防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位、坝顶高程等 防洪经济效益指标等。防洪经济效益指标等。 最后，通过综合分析选定汛限水位及其相应的防洪运用方最后，通过综合分析选定汛限水位及其相应的防洪运用方 式与规则。水库运行期间应按照规范设计的汛限水位及其规则式与规则。

15、水库运行期间应按照规范设计的汛限水位及其规则 进行调度。进行调度。 静态控制静态控制 3. 3. 水库汛限水位控制的基本理论水库汛限水位控制的基本理论 （1 1）“全汛期运用单一值全汛期运用单一值” ”法（现行规范法）法（现行规范法） 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 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。 本方法按照现行的规范设计与防洪法运行。 静态控制静态控制 3. 3. 水库汛限水位控制的基本理论水库汛限水位控制的基本理论 （2）“汛期分期运用不同值汛期分期运用不同值”

16、”法（现行规范法）法（现行规范法） 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 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。 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。 静态控制静态控制 3. 3. 水库汛限水位控制的基本理论水库汛限水位控制的基本理论 （3 3）“逐日或旬运用相应值逐日或旬运用相应值”法法 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 ，并换算出逐日或旬控制的汛限水位值， 即水位以日或者 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 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。 静态控制静态控制