水庫防洪預(yù)報調(diào)度方法2015年度期末復(fù)習(xí)題

1、水利系統(tǒng)預(yù)報調(diào)度理論與方法2014-2015年度復(fù)習(xí)建議通過復(fù)習(xí)自己做過的四個作業(yè)和閱讀課件和參考書，思考以下問題（注意，并非一定是考題）1. 水利系統(tǒng)預(yù)報調(diào)度基本原理是什么？請寫出基本方程及符號含義。答：1）基本原理：聯(lián)解水質(zhì)運動連續(xù)方程和運動方程（輸入為確定的、隨機的或模糊的，水庫特性為約束，目標(biāo)為防洪興利綜合效益最大，以水量平衡方程替代連續(xù)方程、以水位庫容和水位泄量關(guān)系替代運動方程，求解的決策是水庫出流或求解的策略是水庫出流過程）圣維南方程組(質(zhì)量連續(xù)+運動方程),實用時簡化為“水量平衡原理+水位泄量、庫容曲線”。水量平衡原理方程：對某一區(qū)域，有，式中I、O給定時段輸入輸出該區(qū)域的水量，

2、 時段內(nèi)蓄水量的變化量，可正可負。水位庫容關(guān)系曲線水位泄量關(guān)系曲線圣維南方程組（質(zhì)量連續(xù)+運動方程）：令x-距離；t-時間；y-水位；V-流速；A-斷面積；Q-流量；K-流量模數(shù)；C-謝才系數(shù)；R是水力半徑。 右端前兩項為慣性項，第3項為摩阻項，用于摩阻損失。 質(zhì)量連續(xù)反映能量守恒定律；即蓄水量的變化率應(yīng)等于沿程流量的變化率。運動方程反映動量守恒定律；即重力與壓力的聯(lián)合作用使水流克服慣性力和摩阻引起的能量損失而獲得加速度。2.基于輸入、轉(zhuǎn)換體、輸出和環(huán)境，論述水利系統(tǒng)調(diào)度規(guī)劃與實時調(diào)度的異同點。答：調(diào)度規(guī)劃：指在水庫的設(shè)計階段，利用工程區(qū)已有的相關(guān)歷史水文、氣象等信息，并根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及

3、現(xiàn)實約束條件，確定主要的調(diào)度參數(shù)，進而預(yù)測未來洪水狀態(tài)，確定調(diào)度方法及制定防洪與興利計劃已達到興水利除水害的目的。實時調(diào)度：指在水庫的日常運行中，根據(jù)研究區(qū)的實際情況，靈活的修改水庫的調(diào)度計劃，在保證達到水庫調(diào)度的各項目標(biāo)的同時，充分利用水資源更好的發(fā)揮水庫建設(shè)的作用。不同點：（1）輸入資料異同：1）（同）自然地理、水文氣象特性，水位庫容、泄量關(guān)系，依據(jù)歷史洪水、降雨徑流資料推求設(shè)計頻率洪水、設(shè)計頻率徑流資料（2分）；2）（異）實時調(diào)度增加長中短水文氣象預(yù)報信息及實時水雨工情信息（1分）。（2）轉(zhuǎn)換體異同：1）（同）調(diào)節(jié)計算原理與方法、頻率分析與風(fēng)險分析的概率統(tǒng)計原理、規(guī)范規(guī)定的汛期分期與防洪

4、及興利設(shè)計方法（2分）；2）（異）實時調(diào)度增加實時預(yù)報方法、預(yù)蓄預(yù)泄原理方法、汛限水位動態(tài)控制理論方法、調(diào)度方案實時生成技術(shù)與優(yōu)選理論方法（1分）；（3）輸出成果差異：1）（異）調(diào)度規(guī)劃輸出-防洪興利調(diào)度特征水位與庫容，多目標(biāo)功能指標(biāo)、調(diào)度方式及規(guī)則，調(diào)度圖（1分）；2）（異）實時調(diào)度輸出-實時調(diào)度方案（面臨時刻興利供水或防洪決策的泄流量或水位控制狀態(tài)）（1分）；（4）約束異同：1）（同）調(diào)度功能、任務(wù)及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等，即調(diào)度原則，依據(jù)的法規(guī)等（1分）；2）（異）實時調(diào)度還受設(shè)計輸出成果（特征水位、特征泄量、調(diào)度規(guī)則）約束，或修改經(jīng)批復(fù)可不受其約束（1分）。3.簡述水庫防洪（興利）調(diào)度的原則、調(diào)度

5、方式及其規(guī)則的定義。防洪（興利）調(diào)度方式及其規(guī)則劃分幾類？各類方式及其規(guī)則差異？繪圖和舉例說明。答：1水庫防洪調(diào)度原則：指規(guī)劃的水庫防洪任務(wù)、目標(biāo)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)頻率等。如碧流河水庫500年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1000年一遇標(biāo)準(zhǔn)校核；設(shè)計水位=71m，最大泄流量=7850m3/s，校核洪水位=72.6m，最大泄流量=9530m3/s。50年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，保丹普公路、城莊鐵路、城子坦鎮(zhèn)不被淹。10年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，下游5萬畝水田不被淹。 2防洪調(diào)度方式(或稱泄流方式):在保證水庫大壩本身及上、下游防護目標(biāo)防洪安全的原則下(即防洪調(diào)度原則),控制庫水位及閘門啟用或泄流量的時程變化形式。3防洪調(diào)度規(guī)則：改變閘門開

6、啟狀態(tài)或改變泄量大小的依據(jù)(或稱判斷指標(biāo)),稱防洪調(diào)度規(guī)則。例：防洪調(diào)度規(guī)則依據(jù)的判別指標(biāo)類型：以入流量為判據(jù)（豐滿水庫）如豐滿水庫以入流量為判據(jù)，汛限水位261.0m，當(dāng)Q入Q5% ，q=3000m3/s，當(dāng)Q入Q2%，q=4000m；當(dāng)Q入Q1%，q=5000m3/s；當(dāng)Q入Q0.2%，q=Q0.2%，暢泄以庫水位為判據(jù)（白山水庫）以水位和凈雨作為判據(jù)（清河水庫）以氣象預(yù)報的二級分辨、預(yù)報的洪峰或累計凈雨、實際的水位作判據(jù)（大伙房）4. 防洪調(diào)度方式類型：預(yù)泄類型； 分級控制類型；無閘暢泄型。參見圖。 1.預(yù)泄類型：在洪水來臨前，利用洪水預(yù)報提前加大水庫的下泄流量（最大不超過下游河道的安全

7、泄量），騰出部分庫容用于后期防洪。2.分級控制類型：采用閘門控制措施，使水庫下泄流量按多級固定值泄放，各級控制下泄流量值視入庫洪水和下游河道的防洪能力而定。3.無閘門暢泄型：在沒有閘門或不控制閘門的情況下，當(dāng)庫水位超過水庫的溢流堰后任其自由下泄。一般是在指水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，水庫調(diào)洪只需解決水庫遭遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及校核標(biāo)準(zhǔn)洪水，在水庫水位超過防洪限制水位時為確保大壩安全時的泄流。4.補償調(diào)節(jié)方式：根據(jù)區(qū)間洪水預(yù)報逐時段確定水庫相應(yīng)下泄流量，使其與區(qū)間洪水流量組合結(jié)果不超過下游控制點的安全允許泄流量。不計預(yù)報的水庫防洪調(diào)度方式及其規(guī)則選擇方法:預(yù)泄類型； 分級控制類型；無閘暢泄型水庫防洪預(yù)報調(diào)度方

8、式及其規(guī)則選擇方法1）無下游防洪任務(wù), 僅有水庫自身防洪要求, 有閘控制, 考慮短期洪水預(yù)報或短期降雨預(yù)報的預(yù)泄和預(yù)蓄型; (2) 下游有一級或多級標(biāo)準(zhǔn)防洪任務(wù),但無錯峰要求, 有閘控制, 考慮短期入庫洪水預(yù)報或短期雨預(yù)報的預(yù)泄型; (3) 既有下游多級標(biāo)準(zhǔn)防洪任務(wù), 又有錯峰要求, 有閘控制, 考慮短期入庫及區(qū)間洪水預(yù)報和短期降雨預(yù)報的近似補償型。舉例說明：（見書82頁）2） 防洪調(diào)度規(guī)則依據(jù)的判別指標(biāo)類型1.以實際入流量為判據(jù)（豐滿水庫） 汛限水位261.0m，當(dāng)Q入Q5% ，q=3000m3/s 當(dāng)Q入Q2%， q=4000m3/s 當(dāng)Q入Q1%， q=5000m3/s 當(dāng)Q入Q0.2%

9、，q=Q0.2%，暢泄 2.以實際以庫水位為判據(jù)（白山水庫） 汛限水位413.0m，當(dāng)Z416.5m，q=416.5m，4高孔+1中孔 當(dāng)Z=417.5m，4高孔+3中孔 3.以實際水位和預(yù)報凈雨作為判據(jù)（清河水庫） 汛限水位129.0m， q出=q工農(nóng) 當(dāng)Z=133.90m,且R=200mm，q=300m3/s+溢洪道開2孔 當(dāng)Z=134.40m,且R=230mm，q=300m3/s+溢洪道開4孔 當(dāng)Z=134.80m,且R=320mm，q=300m3/s+溢洪道開6孔 4.以氣象預(yù)報的二級分辨、預(yù)報的洪峰或累計凈雨、實際的水位作判據(jù)（大伙房） 汛限水位127.8m， q=6500m3/s

10、（或R上=190mm）且Q下 2020m3/s（或R下=170mm）且氣象預(yù)報6h后仍有雨， 則q=131.60m或預(yù)報3h后下游洪峰將出現(xiàn)，全開泄流設(shè)備 當(dāng)Z=137.7m且預(yù)報Z預(yù)報=138.8m,破二非常溢洪道土堰1.興利調(diào)度原則：2.興利調(diào)度方式：3.興利調(diào)度規(guī)則：按興利調(diào)度方式調(diào)節(jié)綜合利用各部門的相應(yīng)保證率、不同典型來水過程，在滿足興利調(diào)度原則的前提下，歸納出來的判斷何時改變蓄、供水或供電的準(zhǔn)則。答案二補充：1)水庫調(diào)度原則：水庫調(diào)度方式及其規(guī)則所依據(jù)的法制和標(biāo)準(zhǔn)（分防洪和興利調(diào)度原則）。2)水庫調(diào)度方式：水庫蓄、供水或供電，出流量的時程變化形式（泄流方式、水庫運用方式）3)調(diào)度規(guī)則

11、：按防洪調(diào)度方式調(diào)節(jié)各設(shè)計頻率、種典型洪水，在滿足防洪調(diào)度原則前提下，歸納的判斷何時改變泄流量的準(zhǔn)則-防洪調(diào)度規(guī)則； 按興利調(diào)度方式調(diào)節(jié)綜合利用各部門的相應(yīng)保證率、不同典型來水過程，在滿足興利調(diào)度原則的前提下，歸納出來的判斷何時改變蓄、供水或供電的準(zhǔn)則-興利調(diào)度規(guī)則：如調(diào)度圖或推理模式。4.可行的防洪調(diào)度方式類型 通常按以下因素分類：設(shè)置閘門否？閘門操作靈活否？上、下游有防洪要求？幾級要求？下游有錯峰要求？考慮洪水或降雨預(yù)報否？5.可行的興利調(diào)度方式類型 通常按以下因素分類：綜合利用各部門的需水特點、電力系統(tǒng)負荷特征、電站調(diào)節(jié)性能及其在系統(tǒng)中的工作位置、需補償調(diào)節(jié)？考慮中長期預(yù)報否？不考慮預(yù)報

12、（水庫模糊優(yōu)化調(diào)度P15-P20）預(yù)泄類型：在有一定預(yù)見期的洪水預(yù)報前提下，水庫根據(jù)下游防洪要求按一定泄量預(yù)泄騰出部分庫容。分級控制類型：在缺乏洪水預(yù)報的情況下，調(diào)洪起始階段按下游安全泄量下泄，蓄滿防洪庫容時，庫水位仍在上漲，說明所來洪水已超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，加大泄量。無閘暢泄型： 水庫不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，泄洪建筑物無閘門控制或汛前閘門全開汛末關(guān)閉，對洪水只起到停滯作用補償調(diào)節(jié)方式：根據(jù)區(qū)間洪水預(yù)報逐時段確定水庫相應(yīng)下泄流量，使其與區(qū)間洪水流量組合結(jié)果不超過下游控制點的安全允許泄流量。不計預(yù)報的水庫防洪調(diào)度方式及其規(guī)則選擇方法：預(yù)泄類型； 分級控制類型；無閘暢泄型水庫防洪預(yù)報調(diào)度方式及其規(guī)則選擇

13、方法(1)無下游防洪任務(wù)， 僅有水庫自身防洪要求， 有閘控制， 考慮短期洪水預(yù)報或短期降雨預(yù)報的預(yù)泄和預(yù)蓄型； (2) 下游有一級或多級標(biāo)準(zhǔn)防洪任務(wù)，但無錯峰要求， 有閘控制， 考慮短期入庫洪水預(yù)報或短期雨預(yù)報的預(yù)泄型； (3) 既有下游多級標(biāo)準(zhǔn)防洪任務(wù)， 又有錯峰要求， 有閘控制， 考慮短期入庫及區(qū)間洪水預(yù)報和短期降雨預(yù)報的近似補償型。4.如何論證降雨預(yù)報、洪水預(yù)報、中長期徑流預(yù)報信息可利用于水利系統(tǒng)防洪興利預(yù)報調(diào)度中？答：論證：（1）降雨預(yù)報降雨預(yù)報信息可利用性準(zhǔn)則 ：1）預(yù)報信息反映近期預(yù)報水平2）準(zhǔn)確率高、漏報空報率低3）誤差分布規(guī)律明顯4）誤差對防洪安全影響度小5）允許誤差水庫承受力

14、這是水庫汛限水位動態(tài)控制理論方法體系第三層運行主體的輸入信息部分。它制約著安全運行規(guī)則，可行方案生成與優(yōu)選，滿意決策方案評價部分的正常運行。若無完善的預(yù)報信息可利用分析理論，就失去汛限水位動態(tài)控制假定、理念的環(huán)境。失去 “控制域”確定、“動態(tài)控制方案”選擇和 “效益與風(fēng)險”評價理論方法的基礎(chǔ)。 降雨預(yù)報信息可利用性準(zhǔn)則1) 降雨預(yù)報信息及其關(guān)聯(lián)的天氣形勢預(yù)報服務(wù)項目齊全，配套衛(wèi)星云圖和雷達圖，反映近期預(yù)報水平，且具有充分多的水庫臨近站預(yù)報與對應(yīng)的流域平均實際降雨資料;2) 按照氣象部門要求，分析的降雨預(yù)報確率高、漏報率和空報率低;3) 不同量級降雨預(yù)報的實際值分布規(guī)律明顯;4) 誤差對水庫及其

15、上下游防洪安全影響度小，即允許誤差水庫可承受力或具有可行彌補措施;（2）洪水預(yù)報信息可利用準(zhǔn)則，可按照水利系統(tǒng)的防洪安全調(diào)度所承受誤差能力確定。提高精度，保證原來的預(yù)見期。洪水預(yù)報信息可利用性準(zhǔn)則 1)水雨工情遙測、監(jiān)測系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)運行穩(wěn)定, 可靠，滿足規(guī)范要求； 2) 洪水預(yù)報模型為規(guī)范甲或乙級水平； 3)誤差分布規(guī)律性明顯-正態(tài)或偏態(tài)；誤差分布參數(shù)均值越小，均方差越小，利用的可靠度越高； 4)風(fēng)險分析的可靠度高，單一預(yù)報變量，相應(yīng)允許風(fēng)險率P0F20%； ； 5)誤差對水庫及其上下游防洪安全影響度小，即允許誤差a)所需要的校核防洪庫容與主汛期校核標(biāo)準(zhǔn)需要的防洪庫容之比等于該時間t的汛期隸

16、屬度，。則旬后期任何時間t（a）水庫所需要的防洪庫容為/任何一時間t所需要的校核標(biāo)準(zhǔn)防洪庫容與主汛期所需要的校核標(biāo)準(zhǔn)防洪庫容之比等于改時間的汛期隸屬度。間接法假定：任何時段（一次洪水歷時或一旬）設(shè)計洪水統(tǒng)計參數(shù)與主汛期設(shè)計洪水統(tǒng)計參數(shù)之比等于該時段的汛期隸屬度。評價利弊：常規(guī)法：常規(guī)的綜合分析比較法選定汛限水位方案人為性較大，尚缺乏較合理的準(zhǔn)則，所需的樣本數(shù)較多，優(yōu)點是比較簡單易行；直接法一：與隸屬函數(shù)的形狀選擇有關(guān)；直接法二：無需推求分期設(shè)計洪水，主要已知主汛期防洪限制水位及校核標(biāo)準(zhǔn)的最高洪水位、最大防洪庫容即可，這種方法比直接法一簡單，缺點是有一定的人為性，所需資料較多；間接法：不直接分期

17、或跨期取樣分析計算洪水統(tǒng)計參數(shù)，克服樣本少和跨期取樣造成洪水成因的不一致性，人為性較小，并且能給出各時段防洪限制水位和相應(yīng)的調(diào)度方式和規(guī)則，使實時調(diào)度有確切的準(zhǔn)則，缺點是比常規(guī)方法和直接法復(fù)雜許多，并且假定會帶來什么問題尚需深入研究。模糊集理論方法：基本理念與常規(guī)方法相同。其假定是：（1）汛期是一模糊概念，可用模糊集合的隸屬度曲線描述汛期的主次時期的連續(xù)變化過程。（2）基于實用性，主汛期的分界點（a1，a2）確定仍采用常規(guī)法，用分界點的隸屬度修改“公式法”和“模糊統(tǒng)計法”計算的隸屬度曲線。（3）任何一時間t(a2)所需要的校核標(biāo)準(zhǔn)防洪庫容與主汛期校核標(biāo)準(zhǔn)需要的防洪庫容之比等于該時間t的汛期隸屬

18、度。（4）任何一時間t(a2)調(diào)洪調(diào)度方式及其規(guī)則與主汛期相同。-（三）分期控制比不分期控制防洪風(fēng)險增加？為什么？分期汛限水位的確定需要進行風(fēng)險估計，抬高汛限水位的同時也帶來了水庫本身及下游防洪的風(fēng)險。由于在水庫的設(shè)計、運行過程中存在大量的不確定因素，如水文不確定性、水力不確定性、計算不確定性等，使水庫實施防洪預(yù)報調(diào)度方式存在有一定的風(fēng)險，為此，必須將水庫防洪預(yù)報調(diào)度風(fēng)險分析作為一項重要的指標(biāo)參與決策，對所使用的預(yù)報調(diào)度規(guī)則有更安全的指導(dǎo)。汛限水位分期控制方法較傳統(tǒng)方法有了較大改進，它同時兼顧各方面的利益和潛在的損失，在保證防洪安全前提下使水庫在汛期多蓄水，具有重大的理論意義與經(jīng)濟價值。6.研

19、究防洪預(yù)報調(diào)度方式及其規(guī)則的基本理念與假定？其能增加洪水資源利用的機理是什么？確定預(yù)報調(diào)度方式及其規(guī)則涉及哪些關(guān)鍵性問題？它比較常規(guī)調(diào)度方式增加風(fēng)險還是減少風(fēng)險？其論據(jù)? 答： 基本理念：假定：機理：1.防洪預(yù)報調(diào)度主要在于預(yù)報，洪水短期預(yù)報和降雨短期預(yù)報水平在提高，水文氣象信息的收集、整理手段在不斷改進，這些都為合理防洪調(diào)度方式的選擇提供了較高的精度可能性，從而更有效地增加洪水資源的利用。（個人意見） 2.在實時洪水預(yù)報調(diào)度過程中，氣象降雨預(yù)報早于實際降雨信息，實際降雨早于預(yù)報凈雨信息，預(yù)報凈雨早于入庫洪峰信息，更早于調(diào)洪最高水位信息，基于這點，水庫防洪預(yù)報調(diào)度方式選擇前期信息作為判斷水庫遭

20、遇洪水的量級和改變泄流量的判斷指標(biāo)。關(guān)鍵性問題：答案一：1）預(yù)報信息可利用2）怎樣用預(yù)報方案推求徑流預(yù)報3）怎樣選取指標(biāo)（根據(jù)預(yù)見期要求）答案二：可能性分析和選定與調(diào)度方式相應(yīng)的“滿意調(diào)度規(guī)則”。可能性分析包括： 有關(guān)流域短期降雨量和短期洪水量與過程的預(yù)報精度； 預(yù)報誤差的彌補措施和誤差影響安全的程度要留有余地； 水文、氣象信息測報預(yù)報傳遞與調(diào)令傳遞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，作業(yè)預(yù)報和決策選定歷時，泄流設(shè)備開啟關(guān)閉歷時等。后者主要包括：可行性規(guī)則的生成，采用調(diào)度經(jīng)驗與短期預(yù)報水平、洪水特性分析相結(jié)合法，即特性分析法；滿意調(diào)度規(guī)則的選擇，采用綜合評判法或選優(yōu)法。答案三：（1）實施防洪預(yù)報調(diào)度方式需要的基本條

21、件評價 首先需按照規(guī)范要求，分析與評價預(yù)報調(diào)度信息傳遞系統(tǒng)可靠性、通訊系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、泄洪設(shè)備運行靈活性、預(yù)報方案精度水平等。 其次應(yīng)該考慮調(diào)度過程中的水情工情對洪水預(yù)報方案誤差的可承受能力。這些是實施防洪預(yù)報調(diào)度方式的基礎(chǔ)。 最后還應(yīng)考慮實施方案技術(shù)與決策人的水平（2）防洪預(yù)報調(diào)度方式及其規(guī)則所需基本資料的確定方法 調(diào)度方式及其規(guī)則是在滿足設(shè)計防洪安全目標(biāo)要求的前提下，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)設(shè)計頻率洪水歸納出來的。為比較“預(yù)報的調(diào)度方式與常規(guī)方法”異同需要如下資料： 1）原設(shè)計的不同頻率設(shè)計洪水過程； 2）相應(yīng)的時段凈雨分配過程； 3）或直接推求滿足設(shè)計頻率洪量洪峰的模擬預(yù)報的洪水過程及相應(yīng)時段凈雨分配過程。 這些資料的確定方法是實施防洪預(yù)報調(diào)度方式的核心。（3）預(yù)報調(diào)度規(guī)則選取方法及原則 機理時曾指出，選擇的預(yù)報調(diào)度規(guī)則應(yīng)能較常規(guī)的調(diào)度規(guī)則可以提前判斷洪水標(biāo)準(zhǔn)大小。 若從防洪安全第一原則出發(fā)，可根據(jù)預(yù)報信息，通過預(yù)泄，即提前加大泄量安全泄量，降低原防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水的調(diào)洪最高水位，減小水庫最大下泄流量，提高水庫