1、.,水庫防洪調(diào)度技術(shù),河海大學 鐘平安 教授 2006年12月15日,.,一、 洪災與防洪,.,1991年水災損失779億元 1994年達1797億元 1995年為1653億元 1996年達2200億元 1998年竟達2700億元,.,水庫（群）,分滯洪區(qū),河道堤防,.,二、 調(diào)節(jié)周期水庫分類,調(diào)節(jié)周期 水庫一次蓄泄循環(huán)經(jīng)歷的時間T（空 滿 空）,.,無調(diào)節(jié)水庫,T=0 常見于發(fā)電（上游有龍頭電站）和航運。,各水庫水頭銜接示意圖,.,日調(diào)節(jié)水庫,白天、黑夜需水（電）差異，將多水時段的水調(diào)劑到少水時段使用。,.,周調(diào)節(jié)水庫,工作日與休息日需水（電）差異，將休息日的水調(diào)劑到工作日使用 。,.,年（

2、季）調(diào)節(jié)水庫,將汛期的多余水量調(diào)劑到枯季使用,.,多年調(diào)節(jié)水庫,將豐水年的多余水量調(diào)節(jié)到枯水年使用,.,反調(diào)節(jié)水庫,日調(diào)節(jié)水電站下游有水位變幅限制（航運、灌溉、防洪）時，需對上游電站調(diào)節(jié)過的水電站放水進行一次重新調(diào)節(jié)，稱為反調(diào)節(jié)（對調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)）,.,三、 水庫設(shè)計標準,.,設(shè)計保證率,水庫在多年工作期間正常供水得到保證的程度。 三種衡量方式： 年保證率,破壞不論時間長短、數(shù)量多少。 歷時保證率,歷時根據(jù)需要可以是月、旬、日或其他時短長。 水量保證率,.,重現(xiàn)期表示法（T年一遇），頻率表示法（P%） 兩類（三種）標準： （1）水工建筑物正常運用標準設(shè)計標準 當發(fā)生的洪水低于該標準時，水庫運行維持

3、正常狀態(tài)。 （2）水工建筑物非常運用標準校核標準 當發(fā)生校核標準洪水時時，容許次要建筑物短時間破壞。 （3）下游保護對象的防護標準防洪標準 當發(fā)生的洪水低于該標準時，保證保護區(qū)不成災。,水庫防洪標準,.,四、 水庫特征水位與相應(yīng)庫容,.,死水位與死（墊底）庫容,水庫在正常運用時，允許消落的最低水位，稱死水位。庫空 死水位以下的庫容，稱死庫容。 泥沙淤積（水庫經(jīng)濟使用壽命） 綜合利用要求 航深 自流引水 漁業(yè) 旅游等 水輪機工作水頭 最小工作水頭,.,正常高（蓄）水位與興利（有效、調(diào)節(jié)）庫容,水庫在正常運用時，允許回蓄的最高水位，稱正常高水位Z正。 死水位至正常高水位之間的庫容稱興利庫容。 Z正

4、Z死稱工作深度或消落深度。 興利需求 地形限制 移民淹沒 上下游銜接,.,防洪（汛期）限制水位與結(jié)合（公用、重疊）庫容,水庫汛期允許蓄水的上限水位，稱防洪限制水位（汛限水位）。 汛限水位至正常高水位之間的庫容稱為結(jié)合庫容。 （1）完全結(jié)合: V結(jié)=V興（興利庫容是防洪庫容的一部分）或 V結(jié)=V防（防洪庫容是興利庫容的一部分）或 V結(jié)=V興=V防（興利庫容與防洪庫容相同）。 （2）部分結(jié)合: V結(jié)V興 且 V結(jié)V防 。 （3）完全不能結(jié)合 V結(jié)=0,.,防洪高水位與防洪庫容,當發(fā)生下游防護標準的洪水時，水庫經(jīng)調(diào)洪后，壩前達到的最高水位，稱防洪高水位。 汛限水位至防洪高水位之間的庫容稱防洪庫容。,

5、.,設(shè)計洪水位與攔洪庫容,當發(fā)生設(shè)計標準的洪水時，水庫經(jīng)調(diào)洪后，壩前達到的最高水位，稱設(shè)計洪水位。 汛限水位至設(shè)計洪水位之間的庫容稱攔洪庫容。,.,校核洪水位與調(diào)洪庫容,當發(fā)生校核標準的洪水時，水庫經(jīng)調(diào)洪后，壩前達到的最高水位，稱校核高水位。 汛限水位至校核水位之間的庫容稱調(diào)洪庫容。,.,總庫容與壩頂高程,校核洪水位之下的全部庫容稱總庫容 壩高與壩頂高程是兩個不同的概念。 壩頂高程的確定：,.,.,五、 水庫調(diào)洪作用,.,滯洪作用 將超過安全泄量的洪水臨時滯蓄在水庫中，當洪水減小時，再將蓄積的洪水渲泄掉，騰空庫容，迎接下一場洪水；滯洪只能起削峰作用，不能減少洪水總量，單純防洪的水庫其作用就是滯

6、洪 蓄洪作用 汛期將洪水蓄積在水庫中，供汛后興利之用，防洪與興利結(jié)合的水庫這樣運行 錯峰作用 當下游區(qū)間或支流來大洪水時，可利用上游的水庫臨時控制下泄流量，使干流洪水不與支流或區(qū)間洪水遭遇，使洪峰錯開,.,.,孔流,堰流,.,.,.,六、 水庫防洪調(diào)度進展,.,.,.,1、洪水大小 2、調(diào)度規(guī)則,.,水位或標準調(diào)度規(guī)則制訂,.,1 水庫設(shè)計洪水,.,設(shè)計洪水是依據(jù)某實際洪水（典型洪水）加工而成的“虛擬”洪水 對典型洪水分段重構(gòu)： 洪峰流量、時段洪量（1日、3日.）,.,.,.,同倍比放大法,“峰比”放大 “量比”放大,.,.,2 固定泄流,單級或多級,.,3 防洪多級調(diào)節(jié),.,先下游防洪標準,

7、.,防洪設(shè)計標準,.,校核標準,.,.,.,.,.,.,七、實時防洪調(diào)度,.,開 始,實 時 洪 水 預 報,選 擇 方 案 生 成 模 式,輸 入 調(diào) 度 控 制 條 件,生成方案集,方 案 評 價 與 選 擇,方 案 靈 敏 度 分 析,選擇實施方案?,泄 洪 設(shè) 備 操 作,次洪結(jié)束否?,結(jié) 束,N,Y,N,Y,實時調(diào)度流程,.,用新的更高精度的預報信息替代原先相應(yīng)時段的預報值信息修正 采用當前水庫實際值（初始狀態(tài)）重作調(diào)度，得到新的實施方案狀態(tài)修正,實時洪水調(diào)度“前向滾（卷）動” 特征,預報,調(diào)度,實施,預報,“前向滾（卷）動” 特征有利于實時校正,.,實時防洪調(diào)度目標,不增加防洪風險

8、的前提下,追求興利效益最大化 經(jīng)濟指標: 發(fā)電收入 供水收入 實物指標: 發(fā)電量 供水量 不影響興利效益前提下,追求防洪效益最大化或防洪風險最小化 削峰率 超過特定流量的時間 實時空閑庫容 超額洪量,.,實時防洪調(diào)度約束條件,洪水調(diào)度關(guān)心三個主要指標 水庫的最高水位 水庫自身和上游防洪（如果庫區(qū)有淹沒）的效益 最大下泄量 體現(xiàn)了下游的防洪效益 調(diào)度期末的水庫控制水位 調(diào)度期末的水位反應(yīng)水庫興利與防洪的協(xié)調(diào)關(guān)系 在調(diào)度期末控制水位給定時，水庫最高水位最低與最大下泄量最小是相互矛盾的,.,實時防洪調(diào)度約束條件,調(diào)度期末水位約束,最高水位約束,泄流能力約束,泄量變幅約束,最大出庫流量約束,水量平衡約

9、束,.,實時防洪調(diào)度與決策者偏好,水庫防洪調(diào)度是對決策者心理素質(zhì)的考驗 藝高膽大 糊涂膽大 決策者不同季節(jié)與不同時期關(guān)注的重點不同 洪水初期關(guān)注水庫的安全 洪峰附近關(guān)注下游安全 洪水后期關(guān)注興利要求（回蓄） 常見的幾種決策態(tài)度 樂觀決策 悲觀決策 折衷決策,.,實時防洪調(diào)度注意事項,實時調(diào)度結(jié)果應(yīng)當優(yōu)于至少不劣于設(shè)計調(diào)度規(guī)則 實際洪水比設(shè)計洪水“溫和” 實時洪水的起調(diào)水位多數(shù)情況低于汛限水位 實際調(diào)度中可以獲得更多的決策支持信息 實時調(diào)度方案不得破壞原設(shè)計 上下游的協(xié)調(diào)關(guān)系 下游安全泄量 人造洪峰,.,.,實時洪水預報與實時防洪調(diào)度,入庫洪水過程是水庫防洪調(diào)度的基礎(chǔ) 實時洪水預報是實時洪水的支

10、撐條件 實時洪水調(diào)度不能沒有實時洪水預報，也不能完全依靠實時洪水預報 洪峰流量 洪水總量 峰現(xiàn)時間 確定性系數(shù),.,實時洪水預報的局限 無法獲知未來洪水的全過程 水庫工程設(shè)計防洪庫容依據(jù)于完整信息,.,調(diào)度期最高庫水位實時控制,最高水位出現(xiàn)方式,.,調(diào)度期最高庫水位實時控制,水位逐步松弛法,水庫最高水位的允許變幅,將水位可能變幅分成n等份，級差為：,n的值根據(jù)決策者心理素質(zhì)、水庫的調(diào)節(jié)能力和工程質(zhì)量綜合選擇 在當前水位基礎(chǔ)上增加一倍的級差作為本次調(diào)洪演算的上限控制水位，直至達到校核洪水位,.,調(diào)度期最高庫水位實時控制,入庫累計水量確定,計算入庫洪水的累計水量過程,計算校核洪水的洪水總量,計算調(diào)

11、洪庫容實時分配值：,由 計算最高控制水位,.,調(diào)度期最高庫水位實時控制,相似洪水外延法,洪水發(fā)生地的防洪專家，憑借長期積累的經(jīng)驗，往往能捕捉到洪水發(fā)展的某些“征兆”，可以為相似洪水的選擇提供“知識”支持,.,調(diào)度期最高庫水位實時控制,后續(xù)降雨預留法,.,八、汛限水位動態(tài)控制,.,汛限水位動態(tài)控制,汛限水位動態(tài)控制實用技術(shù)必須能回答： 實時超蓄水量的大小 每場洪水過程中防洪形勢不同，允許超蓄量應(yīng)有差別。 超蓄風險的消化途徑 保證原設(shè)計參數(shù)（校核洪水位或調(diào)洪庫容）不變。,.,汛限水位動態(tài)控制,汛限水位動態(tài)控制支撐條件 衛(wèi)星云圖可以全天候監(jiān)視臺風的運行路徑，配合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可以根據(jù)歷史臺風運動

12、軌跡，給出臺風登陸可能性預報，對于臺風影響為主的水庫，適時的預泄為應(yīng)對臺風雨的侵害創(chuàng)造了充裕的時間 水雨情自動化測報系統(tǒng)和防洪決策支持系統(tǒng)的廣泛建立，大大提高了調(diào)度決策的時效，福建省閩江流域6萬平方公里的流域面積上，已建立200余遙測站點，所有站點的遙測信息均能傳輸?shù)绞》姥崔k公室，利用遙測系統(tǒng)，可以在38分鐘內(nèi)收集全流域所有的水雨情信息，在2分鐘內(nèi)完成22個主要節(jié)點和防洪斷面的流量過程預報，在1分鐘內(nèi)完成庫群調(diào)度方案的計算，在30分鐘內(nèi)能發(fā)布經(jīng)過多方案比選的調(diào)度指令，其效率比手工操作提高近10倍,.,.,.,實時超蓄水量的確定,汛限水位動態(tài)控制,.,關(guān)閘時機的選擇晚蓄方案,汛限水位動態(tài)控制,關(guān)

13、閘時機與水位回蓄過程示意圖,.,.,九、預報誤差對調(diào)度影響,.,預報誤差對調(diào)度的影響,.,預報誤差對調(diào)度的影響,預報誤差與水庫調(diào)洪風險 洪水預報時段誤差是累積的 在無系統(tǒng)誤差或只存在有限時段的系統(tǒng)偏差時，預報誤差造成的調(diào)洪風險是可以“自免疫”的 對于水庫而言，洪量的誤差（流量過程的誤差有系統(tǒng)性），才有可能影響水庫水位，影響水庫安全 水庫的良好控制性能，對洪量誤差造成的風險有較強的“抵抗力” 入庫過程與出庫過程在很多時候是 “脫節(jié)”的,.,預報誤差對調(diào)度的影響,預報誤差與下游防洪 收集水雨情、作出方案、領(lǐng)導決策，到下達操作命令和執(zhí)行，需要相當長的時間 下游防洪斷面的來水包含兩部分 影響因素 區(qū)間

14、洪峰流量大小 水庫最大出庫流量的大小 區(qū)間洪水的峰現(xiàn)時間 水庫放水的峰現(xiàn)時間 峰現(xiàn)時間影響范圍分析,.,預報誤差對調(diào)度的影響,峰現(xiàn)時間比預計的提前不利，比預計的滯后則有利,峰現(xiàn)時間的變化區(qū)間,水庫放水峰現(xiàn)時間的變化區(qū)間,區(qū)間峰現(xiàn)時間的變化區(qū)間,防洪斷面組合流量過程,防洪斷面洪峰流量變化區(qū)間,其中：,其中：,.,實時防洪調(diào)度預見性與不確定性,水庫防洪調(diào)度是對未來一段時間水庫的計劃與安排 必須預見洪水的動態(tài)與發(fā)展趨勢 不能夠機械地執(zhí)行調(diào)度規(guī)則 調(diào)度決策結(jié)果（發(fā)布調(diào)度指令）必須高度確定 調(diào)度失誤造成的后果嚴重 調(diào)度依據(jù)條件不完全確定 雨情、水情多變 在特殊情況下，工情（如出現(xiàn)險情）也會發(fā)生難以預料的突然變化 預報誤差,.,實時防洪調(diào)度不確定性分析,不確定性是“會商”的根本原因 會商關(guān)注因子集 入庫洪水洪峰預報精度； 不同時間段的入庫洪水總量的預報精度 入庫洪水過程形狀的變化； 被補償區(qū)間洪水預報精度； 水庫實時最高控制水位； 調(diào)度期末預留防洪庫容； 下游防洪斷面的允許過流量。,.,十、水庫群防洪調(diào)度,.,水文補償,水力補償,庫容補償,降雨和洪水過