水库防洪分类预报调度方式研究及风险分析

论文摘要

我国的地理位置及水资源的特点，决定了我国洪涝灾害频发，干旱缺水严重，水资源矛盾突出。随着人口的不断增加及社会经济的不断发展，水资源供需矛盾将更加尖锐，水资源问题将成为21世纪制约我国经济、社会发展的主要核心问题。为缓解区域水资源矛盾，减少洪涝灾害损失，将洪水转化为可供利用的水资源将是一个重要的治水举措。水库防洪调度作为水库控制运用的重要非工程措施之一，在保证防洪安全，增加洪水资源可利用量，充分发挥水库防洪兴利综合效益等方面发挥了重要的作用。因此，研究合理的水库防洪调度理论，在径流过程调节中充分利用洪水资源，将具有重要的现实意义。水库防洪调度理论依据研究阶段和目的不同，可分为水库防洪调度设计和水库防洪实时调度两部分。水库防洪实时调度是运用水库的调蓄能力，利用一切有用的信息和先进的计算机技术、卫星、遥感、遥测通信设备，依据设计的调度方式及其规则和防洪参数，科学合理的调节洪水，在保障水库及其下游防洪安全的前提下充分发挥蓄洪兴利作用。可见，防洪调度设计为水库防洪实时调度提供基础、约束与依据，而防洪实时调度是防洪调度设计的实施、修正与完善。因此，防洪实时调度所依据的调度方式是否科学合理与可操作，调度规则与可利用的信息是否协调、匹配是水库防洪实时调度的关键问题。目前，水库实时调度中所依据的常规调度方式及预报调度方式，没有考虑天气系统信息，只给出适应一种典型洪水的一套调度规则调节洪水，与可利用的信息不协调且调度规则的适应性与可操作性差。因此，充分利用气象信息，制定多套调度规则是水库防洪调度理论发展的必然趋势。水库防洪分类预报调度方式及其规则设计属于水库防洪调度规划设计范畴。通过分析流域历史天气系统类型与暴雨洪水过程特点，将洪水过程分类，制定应对各类型天气系统暴雨洪水的调度规则，从而达到既满足防洪要求，又能充分利用洪水资源的目的。为此，本文在原有水库防洪调度方式研究理论及方法基础上，研究了基于天气系统信息分类的水库防洪分类预报调度方式。主要研究内容和成果如下：(1)洪水分类原理及方法研究。洪水分类是水库防洪分类预报调度方式设计的基础。本文在介绍分类理论的发展及分类方法研究基础上，将分类理论引用到洪水分类研究中，给出洪水分类的原理及分类方法，总结洪水分类研究体系。依据洪水分类体系确定本文研究内容，为水库防洪分类预报调度方式设计提供理论基础。(2)设计与实施分类预报调度方式可行性分析。天气系统识别及洪水预报信息的精度是设计与实施水库防洪分类预报调度方式的关键。为此，本文对天气系统识别的有效性及可利用性进行了分析，并结合实例分析了洪水预报误差对调度规则制定的影响。通过结果分析，总结出洪水预报信息可利用性准则。在设计与实施水库防洪预报调度方式基本条件基础上，总结出水库设计与实施防洪分类预报调度方式的基本条件。(3)不同资料输入状态下洪水预报方法研究。实施水库防洪分类预报调度方式，要求洪水预报模型或方法能够在不同资料输入状态下提供洪水预报信息。而以往利用洪水预报信息时，是在假设遥测系统能够获得全部雨量信息的前提下进行的，忽略了输入信息收集的不完备程度。因此，本文从洪水预报输入信息获得的不完备程度出发，给出了不同资料输入状态下的洪水预报方法。针对最恶劣状况，即遥测系统全部出错，流域内只有坝前水位、流量信息可得时，本文提出了改进的相应涨差模型流量预报方法及流量预报修正公式。文中以大伙房水库为例说明洪水预报方法的预报精度及在水库实施防洪分类预报调度方式中应用的可行性。(4)基于影响暴雨天气系统信息的洪水分类方法研究。根据特定流域内产生暴雨的天气系统具有相对稳定的规律及其形成的暴雨洪水具有确定性关系的特点，研究基于影响暴雨天气系统信息的洪水分类方法。结合大伙房水库、碧流河水库实例，分析洪水分类的过程及方法，并验证洪水分类结果的合理性。(5)水库防洪分类预报调度方式及其规则设计。在分析水库设计与实施防洪分类预报调度方式必要性的基础上，基于水库防洪分类预报调度方式设计的基本理念及假定，给出设计水库防洪分类预报调度方式的步骤和方法。以大伙房水库、碧流河水库为例，制定其分类预报调度规则，计算在满足水库防洪要求前提下，水库可能抬高的最高汛限水位。(6)水库防洪分类预报调度方式设计的风险分析。风险分析是水库防洪分类预报调度方式设计与实施的关键。在传统水库调度风险分析方法基础上，本文首先提出基于三角模糊数的洪水预报及水库调度模糊综合风险分析方法，然后基于不同类型典型洪水过程选择是分类预报调度方式相对预报调度方式增加的风险因素，在水库防洪预报调度方式风险分析研究基础上，分析不同类型典型洪水过程选择的代表性问题，结合实例分析设计与实施水库防洪分类预报调度方式的风险。最后对全文作出总结，对有待进一步研究的问题进行展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 我国水资源特点
• 1.1.2 洪涝灾害与干旱缺水
• 1.1.3 水库防洪调度与水资源开发利用
• 1.2 水库防洪调度方式及风险分析研究现状及发展趋势
• 1.2.1 水库防洪常规调度方式研究现状
• 1.2.2 水库防洪预报调度方式研究现状
• 1.2.3 水库防洪调度方式发展趋势及研究意义
• 1.2.4 水库防洪调度方式风险分析研究现状及发展趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文内容结构图
• 2 洪水分类原理及方法
• 2.1 问题的提出
• 2.2 分类理论简介
• 2.2.1 分类的发展
• 2.2.2 分类理论及原则
• 2.2.3 分类的方法
• 2.3 洪水分类原理
• 2.4 洪水分类方法
• 2.4.1 成因分析法
• 2.4.2 数理统计法
• 2.4.3 模糊集合分析法
• 2.5 洪水分类体系的建立
• 2.6 本章小结
• 3 设计与实施水库防洪分类预报调度方式的可行性研究
• 3.1 问题的提出
• 3.2 天气系统信息的识别及可利用性分析
• 3.2.1 天气系统组成及预报
• 3.2.2 天气系统识别及其可利用性分析
• 3.2.3 暴雨天气系统识别实例
• 3.3 洪水预报误差对水库防洪预报调度规则制定的影响
• 3.3.1 洪水预报误差分布规律分析
• 3.3.2 洪水预报误差对防洪预报调度规则制定的影响
• 3.4 设计与实施水库防洪分类预报调度方式的基本条件
• 3.5 本章小结
• 4 雨量信息不完整条件下洪水预报研究
• 4.1 问题的提出
• 4.2 依据关键遥测站雨量信息的水库洪水预报
• 4.2.1 基本思想
• 4.2.2 基于关键遥测站时段点雨量的流域时段面雨量推求
• 4.2.3 依据关键遥测站雨量信息的洪水预报应用实例
• 4.2.4 本节小结
• 4.3 无遥测雨量信息的洪水预报
• 4.3.1 改进的相应涨差模型
• 4.3.2 衰减记忆递推最小二乘算法
• 4.3.3 参数识别步骤
• 4.3.4 预报模型检验
• 4.3.5 预报结果修正
• 4.3.6 应用实例
• 4.3.7 本节小结
• 4.4 本章小结
• 5 基于天气系统信息的洪水过程分类
• 5.1 问题的提出
• 5.2 基于天气系统信息的洪水过程分类方法
• 5.2.1 降雨成因分析法
• 5.2.2 可变模糊集合法
• 5.3 大伙房水库暴雨洪水分类研究
• 5.3.1 大伙房水库影响降雨天气系统类型
• 5.3.2 各类型天气系统影响降雨的环流形势及特点
• 5.3.3 大伙房水库暴雨洪水过程分类
• 5.3.4 大伙房水库各类型洪水过程相似性分析
• 5.3.5 大伙房水库洪水分类结果
• 5.4 碧流河水库暴雨洪水分类研究
• 5.4.1 碧流河水库影响降雨天气系统类型
• 5.4.2 碧流河水库暴雨洪水过程分类
• 5.4.3 碧流河水库暴雨洪水分类结果
• 5.5 本章小结
• 6 水库防洪分类预报调度方式设计
• 6.1 问题的提出
• 6.2 水库防洪分类预报调度方式基本理念及假定
• 6.3 水库防洪分类调度规则优化设计流程
• 6.4 大伙房水库防洪分类预报调度规则设计
• 6.4.1 大伙房水库防洪调度现状及分类预报调度方式设计的意义
• 6.4.2 分类典型洪水过程选取
• 6.4.3 分类预报调度规则指标确定
• 6.4.4 典型及设计洪水净雨过程推求
• 6.4.5 防洪分类预报调度规则制定
• 6.4.6 设计洪水调洪结果
• 6.4.7 分类预报调度方式与常规调度方式调洪过程比较
• 6.4.8 分类预报调度方式与不分类预报调度方式调洪过程比较
• 6.4.9 大伙房水库分类预报调度规则设计小结
• 6.5 碧流河水库防洪分类预报调度规则设计
• 6.5.1 碧流河水库设计的防洪安全约束条件
• 6.5.2 碧流河水库暴雨洪水分类及典型洪水过程选择
• 6.5.3 碧流河水库分类预报调度规则指标选取及推求
• 6.5.4 碧流河水库防洪分类预报调度规则及调洪结果
• 6.5.5 碧流河水库防洪分类预报调度规则合理性检验
• 6.5.6 碧流河水库分类预报调度规则设计小结
• 6.6 本章小结
• 7 水库防洪分类预报调度方式风险分析
• 7.1 问题的提出
• 7.2 防洪分类预报调度方式风险分析含义
• 7.2.1 广义风险与风险分析的含义
• 7.2.2 防洪分类预报调度方式风险定义
• 7.2.3 防洪分类预报调度方式风险分析
• 7.3 洪水预报方案的模糊综合风险分析
• 7.3.1 洪水预报方案的模糊综合风险模型
• 7.3.2 洪水预报方案模糊综合风险模型求解
• 7.3.3 实例应用
• 7.3.4 本节小结
• 7.4 水库防洪调度方式模糊综合风险分析
• 7.4.1 水库防洪调度方式的模糊综合风险模型
• 7.4.2 模糊综合风险模型求解
• 7.4.3 大伙房水库分类预报调度方式模糊综合风险分析
• 7.4.4 本节小结
• 7.5 不同类型典型洪水选择代表性分析
• 7.5.1 分析方法及步骤
• 7.5.2 碧流河水库不同类型典型洪水选择代表性分析
• 7.5.3 本节小结
• 7.6 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢