水库的洪水资源化理论和方法研究

论文摘要

本文对水库利用洪水资源的必要条件和方法效果进行了深入探讨,提出了一系列水库洪水资源化方法,包括水库分期分级汛限水位动态控制方法和汛末期的水库防洪优化调度图等,探讨了其中存在的风险和效益问题,这对实现洪水资源化具有重要的理论意义和实用价值。论文取得的主要研究成果有：(1)结合洪水特性和规律,分析了各种水库洪水资源化方法内在的一致性；对暴雨成因、暴雨尺度和流域洪水特性等与洪水资源化密切相关的问题进行了详细探讨,分析了天气预报和水雨情预报信息在洪水资源化中的可用性。通过引入粗糙集理论对降雨预报信息进行知识发现,其分析结果显示,天气预报这种模糊的、定性的信息,可成为洪水资源化利用的重要依据。(2)针对安康水库工程实例,提出了基于6h预报径流深信息的防洪预报调度方式。分别从不同频率、不同典型年和不同起调水位等几个方面,对常规防洪调度和预报调度进行了分析比较,认为采用防洪预报调度方式不但有利于水库上下游防洪安全,也有利于洪水资源化利用,其较常规调度规则具有更好的调洪效果。(3)提出了分期分级汛限水位动态控制的思路和方法。引入分形理论对安康水库汛期洪水分期进行研究并确定了分期汛限水位,以分期静态汛限水位作为各分期汛限水位动态控制域下限,应用改进的预泄能力约束法求得动态控制域上限,从而得到水库汛限水位动态控制域。在此基础上,提出短期分级汛限水位动态控制的调度方式,运用其进行模拟调洪,可取得较大的发电效益。(4)根据对水库入库洪水规律以及洪水分期的研究成果,并考虑到汛末洪水对实现洪水资源化效益的重要性,首次提出了基于洪水资源化的水库防洪优化调度模型,研究探讨以汛末洪水为主要目标,有效调节利用汛末洪水的调度途径。并采用模拟结合遗传算法进行优化计算,绘制了安康水库汛末期以洪水资源化为目标的水库防洪优化调度图,通过调洪对比分析,验证了其正确性和优越性。(5)在分析风险概念及水库洪水资源化中各种风险问题的基础上,首先在不考虑洪水预报和天气预报情况下,探讨了水库调洪过程中的风险问题,对水库超蓄风险率进行了计算,并给出了不同超蓄水位下以机组满发方式消落所需要的歇洪间期。接着引入信息扩散理论,结合安康水库实例,对水、雨情等预报信息应用于洪水资源化中的风险问题进行分析,在此基础上,对应用预报信息的水库洪水调度风险进行了探讨,提出了降雨漏报后水库的防洪风险率的定义和计算方法。最后从不同角度对水库洪水资源化效益的计算问题进行了分析。本文注重理论研究与实践结合,所提出的方法和理论都进行了实例分析验证,文中应用了一些信息科学和分形理论等前沿学科的新知识,提出了一些新的观点、模型和方法,所取得的成果具有先进性、实用性和可靠性,可作为水库洪水资源化实践的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究进展
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 相关研究存在的问题与展望
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 发展前景
• 1.5 本论文主要研究工作
• 1.5.1 本文的研究方法
• 1.5.2 本文结构
• 1.5.3 论文的技术路线
• 2 水库洪水资源化原理和方法
• 2.1 水库洪水资源化原理和现行方法
• 2.1.1 水库洪水资源化原理
• 2.1.2 水库洪水资源化现行方法
• 2.1.3 水库洪水资源化利用的基本原则
• 2.2 暴雨、洪水特性与洪水资源化的关系
• 2.2.1 主要暴雨天气系统
• 2.2.2 暴雨天气尺度
• 2.2.3 洪水特性与洪水资源化关系
• 2.3 天气预报、水雨情预报信息在洪水资源化中的应用
• 2.3.1 水雨情自动测报和洪水预报
• 2.3.2 实例:安康水库洪水预报精度分析
• 2.3.3 气象预报信息
• 2.3.4 实例:安康水库降雨预报精度分析
• 2.4 基于知识发现的天气预报信息处理
• 2.4.1 粗糙集理论
• 2.4.2 信息系统与知识获取
• 2.4.3 降雨预报信息的知识获取
• 2.5 洪水资源化的信息利用模式
• 2.6 水库洪水资源化的评价
• 2.6.1 水库洪水资源化风险及效益评估
• 2.6.2 水库洪水资源利用提高率
• 2.6.3 水库洪水资源利用的效果模式
• 2.7 小结
• 3 安康水库防洪预报调度研究
• 3.1 安康水库和汉江上游流域概况
• 3.1.1 安康水库
• 3.1.2 汉江上游流域概况
• 3.1.3 汉江上游流域暴雨成因
• 3.2 安康水库洪水预报系统
• 3.2.1 安康水调自动化系统概况
• 3.2.2 产流预报误差对水库防洪的影响分析
• 3.3 安康水库防洪预报调度规则拟定
• 3.3.1 安康水库现行防洪调度规则
• 3.3.2 防洪预报调度判断规则的选取
• 3.3.3 基于6小时径流深预报的安康水库防洪预报调度规则
• 3.4 防洪预报调度与原设计成果对比分析
• 3.4.1 设计、校核和预报调度不同频率洪水的调洪成果
• 3.4.2 对不同典型年的调洪成果
• 3.4.3 不同起调水位的调洪成果
• 3.5 洪水预报调度实例验证
• 3.6 小结
• 4 基于分期汛限水位动态控制域的洪水资源化方法研究
• 4.1 水库汛期分期静态汛限水位
• 4.1.1 分期洪水起讫日期的划分
• 4.1.2 分期汛限水位的确定
• 4.1.3 安康水库分期汛限水位
• 4.2 水库分期、分级汛限水位动态控制研究
• 4.2.1 动态控制域及分期动态控制域
• 4.2.2 分期汛限水位动态控制
• 4.2.3 分级汛限水位动态控制
• 4.3 安康水库分期、分级汛限水位动态控制
• 4.3.1 安康水库分期汛限水位动态控制
• 4.3.2 分级汛限水位动态控制
• 4.4 "20050820"号洪水实例验证
• 4.5 小结
• 5 基于水库防洪优化调度图的洪水资源化方法研究
• 5.1 水库调洪计算方法
• 5.1.1 常规方法
• 5.1.2 优化方法
• 5.2 改进遗传算法及其在水库防洪优化调度图中的应用
• 5.2.1 标准遗传算法及其发展
• 5.2.2 改进的遗传算法
• 5.2.3 模拟与遗传算法的结合
• 5.3 以洪水资源化为目标的水库防洪优化调度图绘制原理及方法
• 5.3.1 水库防洪优化调度图
• 5.3.2 模拟与遗传算法相结合制定调度图的步骤
• 5.4 以洪水资源化为目标的安康水库防洪优化调度图实例
• 5.4.1 资料分析
• 5.4.2 目标函数
• 5.4.3 约束条件
• 5.4.4 优化计算及结果分析
• 5.5 防洪优化调度图的改进
• 5.6 洪水资源化目标的水库防洪优化调度图的验证
• 5.7 小结
• 6 水库洪水资源化的风险和效益分析
• 6.1 水库洪水资源化中的风险问题
• 6.1.1 风险及其本质
• 6.1.2 洪水资源化风险的特殊性
• 6.2 不考虑预报的水库超蓄风险率
• 6.2.1 不考虑预报的水库超蓄风险的计算方法
• 6.2.2 不考虑预报的水库超蓄风险的定义
• 6.2.3 不考虑预报的安康水库超蓄风险
• 6.3 洪水预报方案的风险分析
• 6.3.1 基于正态信息扩散的风险分析
• 6.3.2 洪水预报方案风险的定义
• 6.3.3 洪水预报方案风险率的许可范围
• 6.4 降雨预报信息应用于汛限水位动态控制中的风险分析
• 6.4.1 无雨、小雨预报方案的风险率
• 6.4.2 降雨漏报后水库的防洪风险率
• 6.5 水库洪水资源化的效益
• 6.5.1 安康实施汛限水位动态控制的效益分析
• 6.5.2 年型效益分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 主要创新点
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 1.在校期间发表的论文
• 2.参与科研项目