雨洪資源與地下水資源聯(lián)合調(diào)控理論及應(yīng)用研究.pdf

1、雨洪資源與地下水資源聯(lián)合調(diào)控是以提高雨洪資源利用，促進(jìn)雨洪資源與地下水資源的轉(zhuǎn)化效率為出發(fā)點(diǎn)，將防洪與補(bǔ)源相結(jié)合，寓資源利用于災(zāi)害防范之中。其根本目的是要充分利用汛期雨量進(jìn)行區(qū)域水資源的年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。主要調(diào)控手段包括提高地表洪水資源利用率和促進(jìn)地表洪水轉(zhuǎn)化為地下水資源兩方面。 該文從資源水利和可持續(xù)發(fā)展水利的角度出發(fā)，研究水庫汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制和引洪回灌補(bǔ)源的水庫優(yōu)化調(diào)度這兩種提高雨洪資源利用率

2、，增加地下水補(bǔ)給量的非工程措施的理論與方法。同時(shí)系統(tǒng)研究了利用地下水庫調(diào)蓄水資源時(shí)空分配的理論與方法，其中地下水庫調(diào)蓄能力綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系與方法研究對(duì)優(yōu)選適宜開發(fā)利用的地下水庫區(qū)和規(guī)劃地下調(diào)蓄遠(yuǎn)景區(qū)具有重要理論指導(dǎo)意義。 主要研究內(nèi)容和成果： (1)在分析我國水資源短缺問題及其對(duì)策，歸納總結(jié)目前提高雨洪資源利用的工程技術(shù)措施和非工程措施的基礎(chǔ)上，對(duì)水庫實(shí)施洪水資源化調(diào)度的必要性與可行性進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究洪水預(yù)報(bào)和降雨預(yù)

3、報(bào)信息應(yīng)用于水庫洪水資源化調(diào)度中的可行性。在綜合考慮入庫洪水、水庫安全運(yùn)行、下泄洪水超下游地區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)、下泄洪水減少導(dǎo)致下游生態(tài)環(huán)境用水破壞等不確定性因素后，對(duì)水庫洪水資源化調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，提出水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度方式的風(fēng)險(xiǎn)分析及降雨預(yù)報(bào)信息應(yīng)用于水庫實(shí)時(shí)調(diào)度中的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。并給出考慮洪水預(yù)報(bào)和降雨預(yù)報(bào)誤差的水庫洪水資源化調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)率的定義與計(jì)算方法。 (2)基于汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制的新理念，提出汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制方案的決

4、策方法及其實(shí)施步驟。引入洪水與興利連續(xù)長系列調(diào)節(jié)方法并開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)軟件計(jì)算水庫的興利效益，給出汛限水位動(dòng)態(tài)控制風(fēng)險(xiǎn)率和風(fēng)險(xiǎn)損失的定義與計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，選取部分興利效益指標(biāo)和風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)構(gòu)建汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制決策方案優(yōu)選的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。最后以大連市碧流河水庫為例，采用多目標(biāo)模糊模式識(shí)別理論模型對(duì)汛限水位動(dòng)態(tài)控制方案進(jìn)行優(yōu)選計(jì)算，進(jìn)而確定水庫實(shí)時(shí)調(diào)度過程中汛限水位動(dòng)態(tài)控制的滿意決策方案。 (3)針對(duì)常規(guī)的水庫洪水優(yōu)化調(diào)度

5、模型在實(shí)時(shí)調(diào)度階段應(yīng)用較少的問題，該文從洪水資源化與水資源可持續(xù)開發(fā)利用的角度，對(duì)水庫洪水優(yōu)化調(diào)度方法進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合水庫水雨情自動(dòng)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)，考慮洪水預(yù)報(bào)和降雨預(yù)報(bào)信息，在約束條件中加入補(bǔ)源約束，建立水庫防洪與補(bǔ)源優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型。將交互式生成技術(shù)與動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型相結(jié)合來優(yōu)化控制水庫的泄流方案，對(duì)水庫實(shí)施洪水優(yōu)化調(diào)度。將此模型和水庫防洪與補(bǔ)源優(yōu)化調(diào)度的風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)用于大連市碧流河水庫的防洪與補(bǔ)源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度中，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)值和補(bǔ)源效益進(jìn)行

6、了分析與計(jì)算。結(jié)果表明與常規(guī)調(diào)度相比，引洪補(bǔ)源優(yōu)化調(diào)度能提高洪水資源利用率，補(bǔ)源效益十分顯著，且其風(fēng)險(xiǎn)是可承受的。 (4)在研究水庫汛限水位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制決策方案優(yōu)選模型和防洪補(bǔ)源優(yōu)化調(diào)度模型的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)行水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行功能拓展，增加和改進(jìn)部分功能模塊，建立基于綜合信息面向洪水資源化與生態(tài)安全的水庫實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)。其調(diào)度規(guī)則模塊中包含常規(guī)調(diào)度方式、預(yù)報(bào)調(diào)度方式、補(bǔ)源調(diào)度方式和生態(tài)需水調(diào)度方式等幾種模式相應(yīng)的規(guī)則；并與降雨

7、預(yù)報(bào)系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)和風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)耦合于一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從信息采集、洪水預(yù)報(bào)、調(diào)度方式選擇、實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度、汛限水位動(dòng)態(tài)控制、風(fēng)險(xiǎn)分析等各項(xiàng)功能的綜合一體化管理。為流域防洪減災(zāi)和洪水資源利用提供決策支持工具。 (5)在探討地下水庫的概念、調(diào)蓄原理、蓄水條件、功能特征及其分類、工程系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，對(duì)地下水庫的調(diào)蓄功能進(jìn)行研究。首次將地下水庫納入到流域防洪系統(tǒng)中，參照地表水庫的調(diào)洪參數(shù)，定義了地下水庫調(diào)蓄計(jì)算的部分參數(shù)，作為衡量地下

8、水庫調(diào)蓄能力的定量計(jì)算指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上針對(duì)孔隙介質(zhì)地下水庫和巖溶地下水庫，分別給出其調(diào)蓄庫容的計(jì)算公式，并將其應(yīng)用于下遼河平原調(diào)蓄庫容計(jì)算中，結(jié)果可作為流域防洪及地表水與地下水聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的重要參數(shù)。 (6)地下水庫的調(diào)蓄能力涉及到庫區(qū)的水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、自然地理及氣候條件、地下水開采與回灌補(bǔ)給條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件等多方面的因素，是一個(gè)多層次多指標(biāo)的復(fù)雜體系，利用單個(gè)指標(biāo)很難對(duì)其進(jìn)行精確合理的評(píng)價(jià)。該文從維護(hù)生態(tài)平衡與水