水庫汛限水位控制若干重要問題研究及應用.pdf

1、21世紀隨著社會經濟的飛速發(fā)展和人口的增長，我國的防洪和供水安全保障任務將更加艱巨。堅持防汛抗旱并舉，開展水庫汛限水位控制方法研究，科學控制汛期實時庫水位，在保證防洪安全的前提下努力提高洪水資源利用率，是一項行之有效的非工程措施。水庫洪水調節(jié)計算是水庫汛限水位設計和控制運用的基礎性環(huán)節(jié)，汛限水位控制運用分為靜態(tài)控制和動態(tài)控制兩類，本文針對這三個方面現有方法中存在的若干重要問題，分為五個部分展開研究： (1)水庫洪水調節(jié)計算包括平

2、原型水庫和山區(qū)型水庫兩種情況?，F有平原型水庫調洪演算數值解法大都不能評估截斷誤差以及解法穩(wěn)定性，在Runge-Kutta-Fehlberg解法用四階與五階精度數值解之間的相對誤差來近似評估局部截斷誤差的基礎上；本文提出當局部截斷誤差較小時，用每一步初始因變量值與反饋的因變量值之間的相對誤差來刻化數值解法局部穩(wěn)定性；進而提出Runge-Kutta-Fehlberg-Reverse數值解法，經兩個微分方程實例和一個水庫調洪實例研究表明，求解

3、精度得到提高。 (2)山區(qū)型水庫洪水調節(jié)計算中，動庫容曲線的資料收集困難，尤其是特大洪水資料短缺，現有方法大都不適于演進關系水庫防洪安全的特大洪水。考慮到動庫容向靜庫容時刻存在著流量的轉移，本文引入轉移流量的概念，提出二階段模型，將山區(qū)型水庫洪水演進分為兩個階段，第一階段用馬斯京根流量演算方程來描述，第二階段用平原型水庫洪水演進方程來描述；并且給出試算法求解馬斯京根方程中的兩個參數，以及減半遞推法求解模型方程不連續(xù)的情況。該模型

4、可用于演進一般洪水及特大洪水。經實例研究表明，求解精度較高。 (3)汛限水位靜態(tài)控制目前分為基于汛期分期和基于洪水預報調度方式兩類?；谘雌诜制诘难聪匏混o態(tài)控制研究重點是汛期分期和分期防洪標準的確定。針對當前我國很大一部分地區(qū)氣候資料還比較短缺的現狀，本文提出了采用水庫控制流域的降雨資料進行聚類分析，然后采用洪水資料對分期結果進行校正的汛期分期方法；降雨資料聚類分析通?？梢愿呕癁橐粋€多維時間序列聚類問題，它要求聚類方法將樣本進

5、行合理分類的同時具有處理多維和時間序列樣本的能力，并且能夠確定恰當的聚類數目，鑒于目前常規(guī)聚類方法不同時具備這些能力，本文提出了新聚類原則：將時間軸上相鄰的相對距離最小的兩類合并為一新類，以及新聚類有效性準則：分類恰當時，同類樣品之間距離的和(或均值)應當較小，而時間軸上相鄰兩類之間距離的均值應當較大，耦合二者，建立了適合汛期分期等多維時間序列聚類問題的時間序列相對系統(tǒng)聚類法；經實例研究表明，汛期分期結果較合理。針對分期防洪標準問題，本

6、文運用統(tǒng)計學基本原理，在對現有兩種觀點分析的基礎上，提出了一種確定分期防洪標準的方法：主汛期按照規(guī)范要求保持汛限水位與汛期不分期時設計值相同，其它分期防洪標準等于分期數除規(guī)范規(guī)定的年防洪標準，并且據此推導出了分期數并不是越多越好的結論，和規(guī)范規(guī)定的以劃分2～3個分期為宣相吻合。 (4)基于洪水預報調度方式的汛限水位靜態(tài)控制法研究重點是洪水預報調度方式下汛限水位的設計。本文提出了約束前移法，采用面向對象的思想耦合不同流域具體的洪水

7、預報預見期和基于常規(guī)調度方式設計汛限水位的結果，進行汛限水位設計，克服了現有大多數方法中將洪水預報特征要素引入洪水量級判別指標后帶來的預報要素的選擇、要素過程線的模擬、過程線誤差的風險分析等難題，經實例研究表明，簡化了計算過程且經濟效益較顯著。該方法適用于規(guī)劃設計階段的水庫，尤其適用于運行階段由于調度方式的改變，需要重新復核汛限水位的水庫。 (5)汛限水位動態(tài)控制中，降雨預報信息，尤其中期降雨預報信息對水庫防洪安全和蓄水興利起著

8、至關重要的作用。然而現有汛限水位動態(tài)控制法大都只考慮短期降雨預報，且主要集中于24h短期預報。本文將目前世界先進的中期數值降雨預報科技成果引入汛限水位動態(tài)控制，首先定義三個參數對中期數值降雨預報信息進行預處理，給出評估中期預報精度的指標以及指標的求解方法；然后利用上述三個參數，對汛限水位實時動態(tài)控制相對安全期進行定義，進而提出利用中期預報進行汛限水位動態(tài)控制的實時相對安全期法。由于該方法中的三個參數既決定著應用預報的風險，又決定著風險效