水库防洪调度讲座6h.ppt
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1、水库防洪调度讲座,河海大学水文水资源学院王建群,汇报提纲,水库调度方式防洪标准水库特征调洪演算原理防洪调度方式洪水判别条件分期洪水调度动库容调洪,坝址洪水与入库洪水防洪库容动态控制水库群防洪调度水库防洪优化调度水库应急调度调度规则编制水库防洪调度系统介绍,防洪调度方式:可分为水库对下游无防洪任务和有防洪任务两类 兴利调度方式:包括灌溉、发电、供水、航运等方面 综合利用调度方式:承担防洪、兴利两种以上水利任务的水库的调度方式,除了考虑以上所述防洪、兴利的调度方式之外,还要着重研究处理防洪与兴利的结合及兴利各任务之间结合的问题,1、水库调度方式,其它方面的要求:防凌调度方式 减於调度方式 生态环境
2、调度,1、水库调度方式,关于三峡大坝的防洪能力的报道:,2、防洪标准,第一篇新闻稿发于2003年6月,声称三峡大坝“固若金汤,可以抵挡万年一遇洪水”;四年后的第二篇稿,则将该数字改成了“千年一遇”;而在2008年10月发布的新闻里,标题又变为“三峡大坝可抵御百年一遇特大洪水”;到了上周二(2010年7月22日),央视的一篇题为三峡蓄洪能力有限的稿件呼吁公众“勿把希望全寄托在大坝上”。,水库防洪问题与防洪标准:,保下游:下游防洪安全、安全泄量、设计洪水、防洪标准,保大坝:设计洪水、校核洪水,保上游:库区淹没,2、防洪标准,死水位:水库实际运用的允许最低水位。死库容:死水位以下库容。,3、水库特征
3、,正常蓄水位:在正常运行条件下,为了满足兴利部门正常用水,水库在丰水期末允许蓄到的最高水位。兴利库容:死水位与正常蓄水位之间的库容。,3、水库特征,水库的调洪作用:,3、水库特征,水库调洪示意图,有下游防洪任务保下游,3、水库特征,防洪限制水位:在汛前应放空保持的水位防洪高水位、防洪库容:保下游,3、水库特征,3、水库特征,超过下游防洪标准保大坝,设计洪水位:保大坝校核洪水位:保大坝,3、水库特征,4、调洪演算原理,在入库洪水过程已知的情况下,水库的洪水调节计算原理,就是求解方程组:,4、调洪演算原理,水量平衡方程变形:,4、调洪演算原理,4、调洪演算原理,左边=8656,设Z2=22则:由泄
4、洪能力曲线知Qo2=105.1;由库容曲线知V2=0.61亿m3;右边=V2/dt+Qo2/2=8525左边,设Z2=22.5则:由泄洪能力曲线知Qo2=132.7;由库容曲线知V2=0.631亿m3;右边=V2/dt+Qo2/2=8830左边,4、调洪演算原理,4、调洪演算原理,4、调洪演算原理,4、调洪演算原理,调洪演算核心程序,4、调洪演算原理,入库洪水计算,4、调洪演算原理,入库洪水计算,4、调洪演算原理,入库洪水计算,4、调洪演算原理,防洪调度关键问题,合适的调度方式选择:固定泄量,补偿调节,分级洪水调度;预报调度,完全补偿,经验补偿。调度的判别条件确定:选择根据库水位、入库流量、净
5、雨量等,确定入库洪水标准。防洪特征水位及下泄量等指标计算调度规则确定,5、防洪调度方式,防洪调度方式,固定泄量(一级或多级):,当来水不超过下游防洪标准时:按固定泄量下泄当来水超过下游防洪标准时:敞 泄,5、防洪调度方式,固定泄量调度例子:,陆水水库,5、防洪调度方式,固定泄量调度例子:,山口水库(讷谟尔河),5、防洪调度方式,该调度规则有何问题?,5、防洪调度方式,补偿调节,关键问题:(1)区间洪水预报;(2)洪水逆向演算。,5、防洪调度方式,补偿调节采用的条件:,(1)洪水传播时间:水库泄流到达防洪控制点的传播时间小于区间洪水预见期。(2)洪水预报精度:区间洪水预报精度高(3)相应于下游防
6、洪标准重现期的区间洪峰流量必须小于防洪控制点的允许泄量,5、防洪调度方式,经验调度方式,(1)错峰调度法:水库留出一定的错峰库容调节洪水,将入库洪峰与区间洪峰“错开”。(2)固定区间典型洪水补偿法:区间洪水一起涨,就认为区间设计洪水重现。,5、防洪调度方式,经验调度方式,新安江,富春江,钱塘江,兰江,6、洪水判别条件,(1)库水位(2)入库流量(3)一定时段的降雨量(4)峰前蓄水量,6、洪水判别条件,库水位判别条件,桃山水库(松花江流域),山口水库(松花江流域),6、洪水判别条件,入库流量判别条件,问题:如何得到入库流量?,一定时段的降雨量判别条件,6、洪水判别条件,当雨前水位达到汛限水位16
7、4.0m,发生50年一遇以下的洪水、24小时净雨量小于228.8mm(降雨量小于297mm)时,预计最高水位不超过164.21m,闸门最大开高=3.0,最大泄量小于安全泄量800m3/s。,7、分期洪水调度,各时期降雨成因不同,因而各时期洪水的特性与大小各异。将汛期划分为若干个调度期,不同的调度期采用不同的汛限水位和调度方式。,7、分期洪水调度,7、分期洪水调度,东周水库防洪调度方案,大汶河,7、分期洪水调度,7、分期洪水调度,8、动库容调洪,动库容是回水水面与坝前水位水平面之间的楔形水库容积。,9、坝址洪水与入库洪水,区别:,白山水库建成后,白山水库入库洪水峰现时间较坝址洪水提前46h,10
8、、防洪库容动态控制,水库调度存在的问题实例潘家口水库,根据潘家口水库调度运用资料分析,1996年和1998年属丰水年,由于受水库汛期汛限水位的限制,1996年弃水22.9亿m3、1998年弃水8.9亿m3,而且弃水绝大部分发生在主汛期。1997年属大旱年,1999年2003年滦河流域连续干旱,造成水库三次动用死库容向天津市供水。,10、防洪库容动态控制,要实现汛期暴雨洪水资源的有效利用,关键地是要解决两个方面的问题:,对汛期进行合理分期,分别确定各个分期的汛限水位,汛期实行动态水位控制运用,水库规划设计层面的问题,水库实时调度层面的问题,Reallocating Storage,美国学者R.W
9、urbs等人在上世纪80年代对水库库容的再分配问题进行了一系列的研究。Wurbs等人认为水库库容应该根据对水资源的需求和洪灾风险的变化来重新评估和进行合理调整,比如提高了河道宣泄洪水的能力,实施了洪泛区强制管理规则等,此时水库部分防洪库容可以转换成兴利库容。另外还应该充分利用河川径流季节性变化规律来合理确定不同时期水库的防洪控制水位与兴利蓄水位。,国外利用汛期洪水资源利用实例,10、防洪库容动态控制,水库规划设计层面的问题,当对水库防洪库容作小幅调整后,不会改变水库下游防洪标准时,可以考虑将这部分小幅防洪库容转为其它用途。当水库下游洪泛区土地利用方式发生改变或新增了辅助防洪保护措施后,可以考虑
10、重新调整防洪库容。通过水文分析,发现水库设计时确定的防洪库容过大时,可以考虑将部分防洪库容调整为兴利库容。当某个水库所在流域又兴建了新的水库,新水库的防洪能力可以替代(或部分代替)现存水库的防洪任务时,可以考虑调整现存水库防洪库容。,在以下四种情况下,部分防洪库容可以变更为兴利库容:,Reallocating Storage,国外利用汛期洪水资源利用实例,10、防洪库容动态控制,水库规划设计层面的问题,一次防洪调度中防洪和兴利的结合:,预报预泄、利用预泄水量增加发电效益;利用预报,减缓水库消落到汛限水位的速度,尽量减少弃水、多发电;与汛末蓄水相结合。,10、防洪库容动态控制,10、防洪库容动态
11、控制,预报预泄,减少预留防洪库容:V1-预腾库容V2-不考虑预腾库容所需的防洪 库容V2-V1为实际所需防洪库容。,10、防洪库容动态控制,利用预报,减缓水库消落到汛限水位的速度:,退水控制方法:,1.求汛限水位动态控制域上限:,2.实时运行时:,(1)预报大雨:在有效预见期内将库水位降至汛限水位(动态控制域下限);(2)预报无雨:在有效预见期内将库水位蓄在汛限水位动态控制域上限;(3)预报中小雨:在有效预见期内将库水位蓄在汛限水位动态控制域内。,10、防洪库容动态控制,与汛末蓄水相结合:,1.目标:汛末蓄满,2.汛末蓄水策略:,(1)逐步抬高蓄水位;(2)?(3)?,11、水库群防洪调度,水
12、库群的结构:,水库群自身安全调度原则:,(1)若水库A的设计标准较高、水库B的设计标准较低:在拟定水库A的防洪调度方案时,应尽可能考虑水库B的安全。在拟定水库B的防洪调度方案时,可考虑水库A的调洪作用。,11、水库群防洪调度,例如:白山、丰满水库群,11、水库群防洪调度,水库群自身安全调度原则:,(2)若水库A的设计标准较低、水库B的设计标准较高:在拟定水库B的保坝措施中,应考虑水库A可能失事的影响。在拟定水库A的防洪调度方案时,应落实切实可行的保坝措施,防止溃坝对水库B造成连锁反应。,11、水库群防洪调度,例如:三门峡、小浪底水库群,11、水库群防洪调度,三门峡水库自身防洪标准低小浪底水库自
13、身防洪标准高,三门峡水库汛期敞泄运用、不承担下游防洪任务,小浪底水库补偿调度、承担下游防洪任务。,水库群为下游防洪的调度方式:,1、水库群防洪库容的分配(1)总库容的确定:V总=(1.11.3)Vc(2)各水库必须承担的防洪库容的确定:假定C处发生设计洪水,AC区间同频率,A库不泄洪,求VB;同样求VA;(3)公共防洪库容:V共=V总-VA-VB,11、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式:,1、水库群防洪库容的分配(4)公共防洪库容分配:,按各库蓄洪抵偿系数分配按总兴利效益最大化原则分配水库群调洪演算复核,11、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式:,2、水库群防洪调度方式,(1
14、)固定下泄量方式:根据拟定的各水库的防洪库容,分别规定各库的判别条件及其下泄流量。,11、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式:,2、水库群防洪调度方式,(2)补偿调度方式:关键:确定水库的补偿次序。先后补偿法:适用于两库洪水同步性好、区间洪水比重大、防洪库容差别较大。相机补偿法:适用于两库洪水比重相当、同步性差。,11、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式:,3、梯级水库防洪调度方式,(1)根据C处洪水情况,先由A库进行补偿调节,再由B库进行补偿调节。(2)若A库和AB区间同时遭遇较大洪水,则在有较准确的预报情况下,也可均匀分担蓄洪量。,11、水库群防洪调度,12、防洪优化调度,
15、水库的防洪任务和最优准则:,1、防洪任务:保下游、保大坝、兼顾上游,最大消峰准则最短成灾历时准则最小洪灾损失准则最大防洪安全准则,2、最优准则:,1、目标函数,按最大削峰准则,12、防洪优化调度,1、目标函数,按最大削峰准则,12、防洪优化调度,1、目标函数,按最大防洪安全准则,12、防洪优化调度,2、约束条件,水量平衡约束 水库最高水位约束 调度期末水位约束 水库泄流能力约束 出库流量变幅约束,12、防洪优化调度,3、求解方法,线性规划法,近似 动态规划法,近似进化算法,随机试验,12、防洪优化调度,实例:黄河中下游5库,12、防洪优化调度,水量平衡约束 水库最高水位约束 调度期末水位约束
16、水库泄流能力约束 出库流量变幅约束,约束条件:,12、防洪优化调度,求解方法:,采用轮库法和粒子群法相结合的方法:求各水库的初始泄流过程。(砍平头法)对i=1,2,3,4,5依次轮库循环优化求解:对于给定的i水库,其余水库的泄流过程采用前次循环所求得的解,以F为目标函数,采用粒子群法求i库的最优泄流过程。对连续作若干个循环,每次循环都是对前次解的改进即增优。若对的循环达到可以接受的最高次数或当前解达到给定的精度,则输出当前解作为最优解。,12、防洪优化调度,对防洪优化调度的理解:,运用系统工程原理和方法,以水库调度图为基础,考虑上、下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系,充分利用各级水库防洪
17、库容、泄洪能力的最优组合,在保证实现设定的防洪调度目标的前提下,对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略,供实时洪水调度决策参考。,12、防洪优化调度,预案分析,在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息,作出洪水预报,并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相应的未来时段的优化调度决策过程;并不直接利用优化调度方案,而是考虑来水情况和各水库之间的水力联系,遵循当年防洪预案中水库的调度运用原则,通过经验判断,对优化调度方案进行人机交互式修正。在下一时段,根据实际发生的水情,进行防洪系统的状态校正,并利用更新后的防洪实时信息,重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过程,作出相应的人机
18、交互式修正,直至降雨过程结束。,实时调度,12、防洪优化调度,对防洪优化调度的理解:,13、水库应急调度,水库调度规程编制导则的几个要点:编制目的保障水库大坝安全促进水库综合效益发挥 规程用途 1.0.3 水库调度规程是水库调度运用的依据性文件,应明确水库及其各项调度的依据、调度任务与调度原则、调度要求和调度条件、调度方式等。组织方式 1.0.10 水库调度规程由水库主管部门和水库运行管理单位组织编制,水库主管部门和水库运行管理单位应委托有相应规划设计资质单位编制。,13、水库应急调度,水库调度规程编制导则中涉及应急调度的内容:3.1.1。遇超标准洪水,应首先保障大坝安全,并尽量减轻下游的洪水
19、灾害。3.2.2 对超标准洪水,应根据批准的超标准洪水防御方案,明确超标准洪水的判别条件、运用方式、调度权限、调度令下达及执行程序等。4.2.4 应明确特殊干旱年的应急供水方案和相应的调度原则和方式,当供水不能满足要求时,应尽量减小破坏深度。承担生活供水和重要供水目标供水的水库,可设置干旱预警水位,预留抗旱应急备用水量。7.0.4 按水库大坝安全管理应急预案及防汛抢险应急预案等要求,明确应对大坝安全、防汛抢险、抗旱、突发水污染等突发事件的应急调度方案和调度方式。,13、水库应急调度,为什么要对水库应急调度做出专门规定?2005年松花江水污染事件 2005年11月13日13时40分,位于第二松花
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