水库防洪预报调度及灾情评价理论研究与应用

论文摘要

我国不仅洪水灾害频繁、洪灾损失严重,而且干旱缺水问题突出。为实现防汛抗旱并举,开发利用洪水资源,减害增利,更好地促进人与自然和谐共存,近年来水利部门联合各高校和科研院所开展了一系列的洪水资源化课题探索性研究,其中水库汛限水位动态控制方法研究即是这些研究课题之一。本文以12个试点水库中典型代表水库群项目的葠窝水库作为工程背景,研究库群中水库的防洪预报调度方式及相应的风险、实时预报调度汛限水位控制方案优选、灾情综合评价。主要研究内容和研究成果如下: (1)根据葠窝水库所处的太子河流域水文、气象预报水平分析葠窝水库是否具备实施防洪预报调度方式的基本条件。在分析得出对葠窝水库调度起控制作用指标为洪量后,分析了观葠区间及汤河水库的产流预报精度,得出观葠区间和汤河水库产流预报信息在葠窝水库调度中可利用的结论;通过对葠窝水库短期气象预报资料分析,得出葠窝水库无雨和小雨预报信息可利用于水库调度的结论。这两个结论为葠窝水库防洪预报调度方式和风险研究以及汛限水位动态控制研究提供基础资料和依据。 (2)针对葠窝水库所处库群的特点,在分析葠窝水库防洪预报调度方式研究需要考虑的区间和洪水组成后,研究了一种适用于库群水库的根据洪水组成信息进行分类调度的防洪预报调度规则。规则中为保证水库下游防洪安全,考虑逐级控制泄量并为预报指标增加一定的安全余地;同时为保证水库及上游防洪安全,增加水库实际入流和水位作为辅助判别指标。在观音阁水库和汤河水库按常规调度方式下,葠窝水库实施防洪预报调度方式,可将汛限水位由86.20m提高到88.90m,在提高水库兴利效益的同时,将水库下游防洪标准由200年一遇提高到300年一遇。分析计算了观音阁水库和葠窝水库补偿调节时,葠窝水库汛限水位最大能抬高到92.10m。 (3)研究分析了水库实施防洪预报调度方式相对于常规调度方式对水库及其上、下游的防洪风险。根据王本德教授对汛限水位风险率、大坝安全最大风险率和期望误差风险率的定义,分析计算了预报调度方式下葠窝水库的汛限水位风险、大坝安全最大风险率和期望误差风险率;根据产流预报误差和流域设计洪水总量的分布规律,以二者的联合概率分布计算了产流预报误差对水库下游的风险;由于洪水过程和预报误差的组合关系复杂,着重采用随机模拟方法系统地计算分析了防洪预报调度方式相对于常规调度方式的风险,给出一种处理产流预报误差的方法,并针对葠窝水库缺少多个典型洪水的情况,提出一种以多种洪水组成代替多个历史典型洪水的方法。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 我国面临的水资源问题
• 1.1.1 我国面临的水资源短缺问题
• 1.1.2 我国洪水资源的大量浪费现象
• 1.2 解决我国水资源短缺问题的对策
• 1.2.1 洪水的双重属性
• 1.2.2 解决水资源短缺的措施
• 1.2.3 提高洪水资源利用率的手段
• 1.2.4 洪水资源化的风险
• 1.3 防洪及防洪措施概述
• 1.3.1 防洪工程措施
• 1.3.2 防洪非工程措施
• 1.4 水库、水库调度及其汛限水位
• 1.5 国内外水库防洪预报调度及汛限水位控制研究综述
• 1.5.1 国外水库防洪预报调度及汛限水位控制研究现状
• 1.5.2 国内水库防洪预报调度及汛限水位控制研究现状
• 1.5.3 水库防洪调度研究趋势、当前研究的不足和本文研究出发点
• 1.6 洪水灾情综合评价研究现状
• 1.7 论文主要研究内容及其意义
• 1.7.1 总体研究目标
• 1.7.2 本文研究内容
• 2 水库实施防洪预报调度方式的可行性研究
• 2.1 问题的提出
• 2.2 太子河流域及各水库概况
• 2.3 太子河流域水雨情自动测报系统建设与运行情况
• 2.4 葠窝水库调度控制指标分析及利用产流预报信息的可行性分析
• 2.4.1 对葠窝水库调度起控制作用指标
• 2.4.2 观葠区间产流预报模型参数优选及其精度
• 2.4.3 观葠区间产流预报误差频率分布及其对防洪调度的影响
• 2.4.4 汤河水库产流预报模型精度及产流预报误差分布规律
• 2.5 葠窝水库利用短期降雨预报信息的可行性分析
• 2.5.1 葠窝水库以上流域未来24h降雨预报精度分析
• 2.5.2 葠窝水库以上流域分级预报降雨量频率分布规律
• 2.5.3 无雨及小雨预报误差对汛限水位动态控制影响分析
• 2.6 小结
• 3 水库防洪预报调度方式研究
• 3.1 概述
• 3.2 观葠区间、汤河水库设计洪水净雨过程推求
• 3.2.1 观葠区间及汤河水库1960年典型洪水净雨过程推求
• 3.2.2 观葠区间及汤河水库设计洪水净雨过程推求
• 3.3 葠窝水库防洪预报调度规则研究
• 3.3.1 葠窝水库防洪预报调度规则指标的选取
• 3.3.2 葠窝水库防洪预报调度规则
• 3.3.3 葠窝水库防洪预报调度规则设计洪水调节成果
• 3.4 观葠两库补偿调度下葠窝水库汛限水位研究
• 3.4.1 观葠补偿调节的可能性分析
• 3.4.2 观葠两库补偿调度研究
• 3.5 小结
• 4 水库实施防洪预报调度方式风险效益计算
• 4.1 问题的提出
• 4.2 防洪预报调度方式风险率的数值计算方法
• 4.2.1 水库汛限水位的风险率定义及计算步骤
• 4.2.2 防洪预报调度方式的大坝安全最大风险率
• 4.2.3 防洪预报调度方式的期望误差风险率
• 4.2.4 防洪预报调度方式对下游的风险率
• 4.2.5 葠窝水库防洪预报调度方式风险分析结论
• 4.3 葠窝水库实施防洪预报调度方式效益分析
• 4.4 小结
• 5 水库防洪预报调度方式风险率的随机模拟法
• 5.1 概述
• 5.2 辽阳以上流域各水库和区间洪水过程随机模拟
• 5.2.1 辽阳以上流域年最大洪水总量的随机模拟
• 5.2.2 洪水组成的考虑
• 5.2.3 洪水过程的生成
• 5.2.4 观葠区间及汤河水库产流预报误差的考虑
• 5.2.5 洪水过程模拟结果的检验
• 5.3 随机模拟算例
• 5.4 随机模拟的结果分析
• 5.5 小结
• 6 水库实时调度汛限水位控制优选模型
• 6.1 问题的提出
• 6.2 预泄能力约束法确定汛限水位动态控制域上限
• 6.2.1 预蓄预泄法抬高水库汛限水位的基本思想
• 6.2.2 预蓄预泄法抬高水库汛限水位的步骤
• 6.2.3 预蓄预泄法确定葠窝水库汛限水位动态控制域的上限
• 6.3 葠窝水库实时调度汛限水位控制优选模型
• 6.3.1 实时调度汛限水位控制优选模型
• 6.3.2 实时调度汛限水位控制优选模型求解
• 6.4 葠窝水库实时调度汛限水位控制方案优选
• 6.4.1 考虑未来24h发生0.01％小雨预报漏报误差的汛限水位方案优选
• 6.4.2 考虑未来12h发生0.1％小雨预报漏报误差的汛限水位方案优选
• 6.5 小结
• 7 基于投影寻踪技术的洪水灾情综合评价
• 7.1 问题的提出
• 7.2 基于传统优化方法和常规遗传算法的混合遗传算法
• 7.2.1 遗传算法简介
• 7.2.2 改进的混合遗传算法
• 7.2.3 算法应用举例
• 7.3 基于投影寻踪技术的洪水灾情综合评价
• 7.4 实例分析
• 7.4.1 不考虑决策者偏好的评价结果
• 7.4.2 考虑决策者偏好的评价结果
• 7.5 小结
• 8 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 展望
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士期间参加课题和完成论文
• 致谢
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