雨洪资源与地下水资源联合调控理论及应用研究

论文摘要

为缓解区域水资源供需矛盾,减少洪涝干旱灾害,开展雨洪资源与地下水资源联合调控研究,在充分挖掘现有水利工程(水库、湖泊)的潜力,再配套以必要的工程设施广开水源,增加水资源的可利用量,将是十分紧迫而又非常重要的任务。其中利用地表蓄水工程临时滞蓄多余洪水,然后在有条件地区通过一定设施将其回补地下存入地下水库,通过地表、地下水库的联合调度,对径流过程予以再分配,以丰补枯、以余补缺,具有十分重要的意义。 雨洪资源与地下水资源联合调控是以提高雨洪资源利用,促进雨洪资源与地下水资源的转化效率为出发点,将防洪与补源相结合,寓资源利用于灾害防范之中。其根本目的是要充分利用汛期雨量进行区域水资源的年调节和多年调节,实现水资源的可持续开发利用。主要调控手段包括提高地表洪水资源利用率和促进地表洪水转化为地下水资源两方面。为此本文从资源水利和可持续发展水利的角度出发,研究水库汛限水位实时动态控制和引洪回灌补源的水库优化调度这两种提高雨洪资源利用率,增加地下水补给量的非工程措施的理论与方法。同时系统研究了利用地下水库调蓄水资源时空分配的理论与方法,其中地下水库调蓄能力综合评价的指标体系与方法研究对优选适宜开发利用的地下水库区和规划地下调蓄远景区具有重要理论指导意义。主要研究内容和成果如下: (1) 在分析我国水资源短缺问题及其对策,归纳总结目前提高雨洪资源利用的工程技术措施和非工程措施的基础上,对水库实施洪水资源化调度的必要性与可行性进行分析,重点研究洪水预报和降雨预报信息应用于水库洪水资源化调度中的可行性。在综合考虑入库洪水、水库安全运行、下泄洪水超下游地区防洪标准、下泄洪水减少导致下游生态环境用水破坏等不确定性因素后,对水库洪水资源化调度的风险因素进行分析,提出水库洪水预报调度方式的风险分析及降雨预报信息应用于水库实时调度中的风险分析方法。并给出考虑洪水预报和降雨预报误差的水库洪水资源化调度风险率的定义与计算方法。 (2) 基于汛限水位实时动态控制的新理念,提出汛限水位实时动态控制方案的决策方法及其实施步骤。引入洪水与兴利连续长系列调节方法并开发相应的系统软件计算水库的兴利效益,给出汛限水位动态控制风险率和风险损失的定义与计算方法。在此基础上,选取部分兴利效益指标和风险控制指标构建汛限水位实时动态控制决策方案优选的多指标评价体系。最后以大连市碧流河水库为例,采用多目标模糊模式识别理论模型对汛限水位动态控制方案进行优选计算,进而确定水库实时调度过程中汛限水位动态控制的满意决策方案。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 我国水资源短缺问题与雨洪资源利用
• 1.1.1 我国水资源短缺问题
• 1.1.2 解决水资源短缺问题的对策
• 1.1.3 提高雨洪资源利用的工程技术措施
• 1.1.4 提高雨洪资源利用的非工程措施
• 1.2 雨洪资源与地下水资源联合调控的研究现状与进展
• 1.2.1 雨洪资源利用技术与研究现状
• 1.2.2 洪水资源化研究现状与发展趋势
• 1.2.3 引洪回灌补源的研究现状与进展
• 1.2.4 地下水人工回灌的研究进展
• 1.2.5 地下水库调蓄水资源的研究现状与发展前景
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 论文的选题背景
• 1.3.2 论文总体思路
• 1.3.3 本文的研究内容
• 1.3.4 论文研究的结构框架
• 2 水库洪水资源化调度可能性研究及风险分析
• 2.1 问题的提出
• 2.2 水库实施洪水资源化调度的必要性分析
• 2.2.1 水资源供需现状分析
• 2.2.2 洪水资源可利用量分析
• 2.2.3 防洪安全与兴利蓄水的矛盾激化程度分析
• 2.3 水库实施洪水资源化调度的可行性分析
• 2.3.1 洪水预报应用于水库洪水资源化调度中的可行性研究
• 2.3.2 降雨预报信息应用于水库洪水资源化调度中的可行性研究
• 2.4 水库洪水资源化调度的风险因素分析
• 2.5 水库洪水资源化调度的风险分析
• 2.5.1 水库常规调度方式风险率的定义与计算方法
• 2.5.2 水库洪水预报调度方式风险率的定义与计算方法
• 2.6 碧流河水库洪水资源化调度的风险分析
• 2.6.1 考虑洪水预报的预报调度方式风险率的计算
• 2.6.2 考虑降雨预报的风险率计算
• 2.7 小结
• 3 汛限水位实时动态控制决策方案的优选方法研究
• 3.1 汛限水位实时动态控制方案的决策方法及其实施步骤
• 3.2 汛限水位动态控制方案的兴利效益分析与计算
• 3.2.1 洪水与兴利连续长系列调节计算方法
• 3.2.2 水库兴利效益指标的选取与计算
• 3.3 汛限水位动态控制方案的风险分析与计算
• 3.3.1 汛限水位动态控制风险率的定义与计算
• 3.3.2 动态控制汛限水位的风险损失计算
• 3.4 汛限水位动态控制方案优选的多指标体系
• 3.5 汛限水位动态控制方案优选的多目标模糊模式识别模型
• 3.6 碧流河水库汛限水位动态控制方案的模糊优选
• 3.7 小结
• 4 水库防洪与补源优化调度方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 水库防洪与补源优化调度模型建立及求解
• 4.2.1 防洪与补源优化调度模型建立
• 4.2.2 防洪与补源优化调度模型求解
• 4.3 水库防洪与补源优化调度的风险分析
• 4.4 碧流河水库防洪与补源优化调度研究
• 4.4.1 碧流河水库及下游补源区基本情况
• 4.4.2 碧流河水库防洪与补源优化调度结果分析
• 4.5 结语
• 5 面向洪水资源化与生态安全的水库实时预报调度系统研究
• 5.1 引言
• 5.2 现行水库洪水调度系统结构设计与功能
• 5.3 面向洪水资源化与生态安全的水库实时预报调度系统结构与功能
• 5.3.1 水库洪水调度系统功能扩展
• 5.3.2 水库实时预报调度系统结构设计
• 5.4 面向洪水资源化与生态安全的水库实时预报调度系统集成
• 5.5 面向洪水资源化与生态安全的水库实时预报调度流程
• 5.6 面向洪水资源化与生态安全的水库实时预报调度系统应用实例
• 5.7 小结
• 6 地下水库调蓄功能研究及其在流域防洪系统中的作用
• 6.1 引言
• 6.2 地下水库的基本特征与调蓄原理
• 6.2.1 地下水库的概念及优点
• 6.2.2 地下水库的调蓄原理
• 6.2.3 利用地下水库蓄水的基础条件
• 6.2.4 地下水库的功能特征
• 6.3 地下水库的分类与组成
• 6.3.1 地下水库的分类
• 6.3.2 地下水库的组成
• 6.4 地下水库调蓄能力分析与部分指标的计算
• 6.4.1 地下水库的特征水位与特征库容
• 6.4.2 地下水库的调蓄库容和实时库容
• 6.4.3 地下水库调蓄能力部分指标的计算
• 6.5 地下水库调蓄库容计算方法
• 6.5.1 孔隙介质地下水库调蓄库容计算
• 6.5.2 岩溶地下水库调蓄库容计算
• 6.6 下辽河平原利用地下水库调蓄水资源应用实例
• 6.6.1 下辽河平原地下水库调蓄水资源潜力分析
• 6.6.2 利用地下水库调蓄径流的实施方案
• 6.7 利用地下水库蓄水的效益分析
• 6.7.1 资源效益
• 6.7.2 经济效益
• 6.7.3 环境效益
• 6.7.4 社会效益
• 6.7.5 开发地下水库的负效应
• 6.8 结论和建议
• 7 地下水库调蓄能力综合评价的指标体系与方法研究
• 7.1 引言
• 7.2 地下水库的调蓄能力及其特征
• 7.3 地下水库调蓄能力综合评价的指标体系
• 7.3.1 地下水库调蓄能力综合评价指标体系的确定
• 7.3.2 地下水库调蓄能力评价指标相关性的处理方法
• 7.4 地下水库调蓄能力综合评价的投影寻踪方法
• 7.4.1 评价方法的比较与优选
• 7.4.2 评价指标体系的灰色关联分析
• 7.4.3 地下水库调蓄能力综合评价的投影寻踪方法
• 7.4.4 下辽河平原地下水库调蓄能力评价实例
• 7.5 地下水库调蓄能力综合评价的模糊集方法
• 7.5.1 模糊模式识别交叉迭代模型
• 7.5.2 地下水库调蓄能力综合评价的多层模糊模式识别交叉迭代模型
• 7.5.3 应用实例
• 7.6 结论
• 8 总结与展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 前景展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间参加课题与合作完成论文
• 致谢