水库防洪调度分段试算法及应用
第三章水库洪水调节及计算演示教学
水库调洪计算的实用公式（瞬态法）： 水量平衡方程：
蓄泄方程：
方程或曲线，可按泄洪建筑物的水力特性换算
得到。
（1）堰流
3
q溢M1BH2
H即为库水位Z与堰顶高程之差
（2）闸孔出流 q洞M2H12 H即为库水位Z与闸孔中心高程之差
根据H与q的关系曲线求出Z与q的关系曲线q=f(z)。由水 库水位z在水库容积特性曲线上，求出相应的水库蓄水容积V。 于是，最终求出下泄流量q与库容V的关系曲线q=f(V)
3.3 水库调洪计算的基本方法
一、列表试算法 在水利规划中，常需根据水工建筑物的设计标
准或下游防洪标准，按工程水文中所介绍的方法， 去推求设计洪水流量过程线。 已知：入库洪水过程及下游允许水库下泄的最大流量
水库汛期防洪限制水位 泄洪建筑物的型式和尺寸
推求：下泄洪水过程线 拦蓄洪水的库容和水库水位的变化
计算步骤
（1）由已知的水库水位容积关系曲线V=f (Z)和泄流建筑物方 案，用水力学公式求出下泄流量与库容的关系曲线q=f(V)；
（2）选取合适的计算时段△t，以秒为计算单位；
（3）决定开始计算的时刻和此时刻的V1、q1值，然后列表计 算。计算过程中，对每一计算时段的V2、q2值都要进行试 算；先假定一个q2值，根据水量平衡方程求出V2,然后按此 V2值在q~V曲线上查出q2值，若与假定的q2不相等，则要 重新假定一个q2值，重复上述试算过程，直至两者相等或 很接近为止。这样多次演算求得的q2、V2值就是下一时段 的q1、V1值，可依据此值进行下一时段的试算。
（4）将计算结果绘制成曲线，供查阅。
二、水库调洪计算的半图解法 水量平衡方程
Q 1Q 2(V 1q1） V 2q2 2 t 2 t 2
第十二章_水库防洪调度计算
第十二章水库洪水调节规划设计阶段，水库调洪计算的基本任务是对下游防洪标准设计洪水、水工建筑物安全标准相应的设计洪水和校核洪水分别进行洪水调节计算。
本章主要介绍水库调洪计算的原理和方法，讨论水库调控洪水的方式，并简要介绍选择泄洪建筑物类型、规模及水库防洪参数的方法。
第一节防洪问题概述一、防洪措施简介防洪是一项长期艰巨的工作。
目前解决洪水问题，一般都趋向于采取综合治理的方针，合理安排蓄、泄、滞、分的措施。
防洪措施是指防止或减轻洪水灾害损失的各种手段和对策，它包括防洪工程措施和防洪非工程措施。
（一）防洪工程措施防洪工程措施指为控制和抗御洪水以减免洪水灾害损失而修建的各种工程措施，主要包括堤防与防洪墙、分蓄洪工程、河道整治工程、水库等。
1.修筑堤防堤防是古今中外最广泛采用的一种防洪工程措施，这一措施对防御常遇洪水较为经济，容易实行。
沿河筑堤，束水行洪，可提高河道渲泄洪水的能力。
但是筑堤也会带来一些负面的影响，筑堤后，可能增加河道泥沙淤积，抬高河床，恶化防洪情势，使洪水位逐年提高，堤防需要经常加高加厚；对于超过堤防防洪标准的洪水而言，还可能造成洪水漫堤和溃决，与未修堤时发生这种超标准的洪水自然泛滥的情形相比，溃堤造成的洪水灾害损失将更大。
2.河道整治河道整治是流域综合开发中的一项综合性工程措施。
可根据防洪、航运、供水等方面的要求及天然河道的演变规律，合理进行河道的局部整治。
从防洪意义上讲，靠河道整治提高全河道（或较长的河段）泄洪能力一般是很不经济的，但对提高局部河道泄洪能力、稳定河势、护滩保堤作用较大。
例如,对河流天然弯道裁弯取直，可缩短河线，增大水面比降，提高河道过水能力，并对上游临近河段起拉低其洪水位的作用；对局部河段采取扩宽或挖深河槽的措施，可扩大河道过水断面，相应地增加其过水能力。
3.开辟分洪道和分蓄洪工程在适当地点开辟分洪道行洪，可将超出河道安全泄量的峰部流量绕过重点保护河段后回归原河流或分流入其他河流。
水利部工作人员在水库蓄水调度中的算法和决策依据
水利部工作人员在水库蓄水调度中的算法和决策依据在水库蓄水调度中，水利部工作人员需要运用科学的算法和合理的决策依据，以确保水库的蓄水与供水任务的平衡，以及最大限度地发挥水资源的效益。
本文将介绍水利部工作人员在水库蓄水调度中所使用的算法和决策依据。
一、算法在水库蓄水调度中，水利部工作人员运用以下几种算法：1.1、优先级调度算法：优先级调度算法是指根据不同水库的用水需求和供水任务的紧迫程度，确定优先进行蓄水的水库。
这个算法的核心思想是根据不同水库的供水能力和供水需求来调整水库的蓄水量，以确保供水任务的完成。
1.2、水量平衡算法：水量平衡算法是指根据历史水文资料以及预测水文情况，对水库的入库和出库水量进行计算和控制。
该算法通过准确预测降雨情况、水文过程等，综合考虑水库的蓄水容量和下游供水需求，实现水库蓄水和出水的平衡。
1.3、动态规划算法：动态规划算法是一种优化决策方法，通过划分多个阶段和状态，确定每个阶段的最优蓄水量，从而实现整体的最优调度。
该算法能够在复杂的水情变化中找到最优的蓄水和供水方案，提高水资源的利用效率。
二、决策依据水利部工作人员在水库蓄水调度中，需要基于以下几个方面的决策依据：2.1、水资源状况：水利部工作人员需了解水库所在地区的水资源状况，包括降雨情况、河流径流情况、水库蓄水量等。
通过综合分析这些数据，可以判断水库蓄水和供水任务的紧迫程度，从而调整蓄水量。
2.2、下游供水需求：水利部工作人员需要根据下游的供水需求来确定水库的蓄水量和出水量。
通过与下游供水单位沟通，了解下游的用水需求，从而做出合理的决策。
2.3、水库特性和限制条件：每个水库都有其特定的水量容纳能力和限制条件。
水利部工作人员需要考虑水库的蓄水能力、泄洪能力以及相关的技术指标，根据这些限制条件来确定水库的蓄水方案。
2.4、生态环境保护：水利部工作人员需要充分考虑生态环境保护的因素，遵循生态优先、保护优先的原则。
他们需要评估蓄水对河流生态系统的影响，确保蓄水调度不会对生态环境造成重大的影响。
水库兴利调节及调洪计算的程序设计与应用
ｏ ｒ ｎ Ｅｘ ｅ ，ｗｅ ｃ ｎ ｇ ｔｐａ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｈ ｏ ｕ ｆｒ ｓ ｒ ｉｒｆ ｒｐｒ ｆ ｉ ｇ，ｖ ｌ ｍｅ ａ ｄ ｗａ ｆｗｏ ｋ ｉ ｃ ｌ ａ ｅ ｒ ｍｅｅ ｓｓ ｃ ｓｔ ｅ ｖ ｌ ｍｅｏ ｅ ｅ ｖｏ ｏ ｏ ｔｎ ｉ ｏｕ ｎ —
水库兴 利 库容 、 洪库 容及 防洪 水位 等 参数 ， 调 避免 了利 用 Ｅ ｃｌ 行 列表 试 算麻 烦且 工作 量 较 ｘｅ 进
大的缺 点 ， 水库 水 利 计算提 供 了便 利 的 工具 。 并将 试 算 法“ 序 化 ” 利 用三 次样 条 插值 ， 为 程 ， 结 合 某 中型水 库 实际 资料 进 行 水利计 算 ， 为该 水 库设计 提供 了依 据 。 ［ 关键词］ 调 洪计 算 ； 算 法 ； 次样 条插 值 ； 试 三 程序 设计
ｓｍｐ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｓ ａ ｐ ｉ ｄ ｔ ｈ ｏ ｕ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｅ ｉ ｒｐｒ ｆ ｉ ｇ ｒ ｇ ｌｔｏ ｎ ｏ ｄ ｒ ｇ ｌ — ｉ ｌ ｒ ｇ ａ ｃ ｄｅ ｉ ｐ ｌｅ ｏ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｔ ｆｒ ｓ ｖｏ ｏ ｔｎ ｅ ｕ ａｉ ｎ ａ ｄ ｆ ｏ ｅ ｕ ａ ｏ ｉ ｌ
第 ｌ ６卷 第 １ ２期 ２１ ０ ０年 ｌ ２月
水利 科 技 与 经 济
Ｗ ａ ｅ ｎｓ ｒ ａ ｃ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｍｙ ｔｒ Ｃｏ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎｏ
Ｖｏ ．１ Ｎｏ １ １ ６ ．２
［ 图分 类 号 ］ Ｔ ３ 中 Ｐ９ ［ 献标识码 ］ Ａ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ ７ ７ （ ０ ０ １ 文 ０ ６— １ ５ ２ １ ） ２—１ １ ０ ４ ５— ４
水库防洪调度分段试算法及应用
q( t) ≤ q( Z ( t) )
(10)
式中 : q ( t) 为 t 时刻的出库流量 ; q ( Z ( t) ) 为 t 时刻
相应于水位 Z ( t) 的下泄能力 , 包括溢洪道 、泄洪底
孔和水轮机的过水能力.
e. 出库流量变幅约束.
q ( t) - q ( t - 1) ≤ qm
(11)
降雨情况不断变化 , 无法准确获知后续降雨量 , 因
此 ,对于面临时刻的调度计算 ,无法确知入库洪水的
全过程 ,最高水位控制在实时调度过程中是动态的 ,
应根据当前防洪形势结合估报的后续降雨量 , 在留
有余地的原则下分期逐步确定.
调度期末水位反映水库兴利与防洪的协调关
系. 期末水位是防洪与兴利矛盾的焦点 ,在降雨进行
作者简介 :钟平安 (1962 —) ,男 ,安徽无为人 ,副教授 ,硕士 ,从事水资源规划与管理研究.
·21 ·
当考虑区间流量时 ,仿式 (4) 有 :
∫t D
q ( t) + Q区 ( t - τ)
dt =
t0
∫tD Q ( t) + Q区 ( t - τ) d t - V防 = C′ t0
Δt
(7)
式中 : V ( t - 1) , V ( t) 为第 t 时段始 、末水库的蓄水
量 ; Q ( t - 1) , Q ( t ) 为第 t 时段始 、末入库流量 ;
q ( t - 1) , q ( t) 为第 t 时段始 、末出库流量 ;Δt 为时
段长.
b. 水库最高水位约束.
Z ( t) ≤ Zm ( t)
段引入泄流能力约束和出库允许变幅约束 , 若满足
约束试算进入步骤 c , 否则按以下格式调整出库
水库调洪演算的原理和方法
V t
q 2
f2 (Z )
V t
q 2
f3(Z) q
f3 (Z )
f1(Z )
f2 (Z )
Q (m3 / s), V q (m3 / s), V q (m3 / s)
t 2
t 2
调洪计算半图解法的双辅助线
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
V调=Vm-V汛限
Vm
Z~V
Zm
【例 题】
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
Q区 6h
防
洪
保
护 区
河流
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
水利水能规划
【补偿调节】
水库
QB=q+Q区
Q
A
QB
qB
坝址
水利水能规划
水库调洪计算的半图解法
由上节知道列表试算法麻烦工作量大，故人们比较喜欢 用半图解法。
Q1
Q2 2
Δt
q1
q2 2
Δt
V2
V1
Q Q1 Q2 2
等式两边同时除以△t,并移项
Q V1 q1 V2 q2 t 2 t 2
第十四章 水库防洪计算
水利水能规划
• 三、有闸溢洪道水库的防洪计算
水利水能规划
水利水能规划
• 四、具有非常泄洪设施水库的防洪计算
水库防洪计算(例题1)
（q1+q2)△ t/2
（106m3）
0.54 3.81 9.18 9.85 6.84 4.59 3.04 2.01 1.27
V （106m3） Z（m）
q计算
误差
43 44.7 51.6 55.4 52.7 50.4 48.6 47.1 46.0 44.9
65 65.416 18.895769 0.000231 67.153 157.58913 0.000373 68.097 267.56918 -0.00018 67.437 188.60435 -0.00035 66.862 127.92693 7.33E-05 66.389 84.586369 -0.00037 66.033 56.3855 0.0005 65.745 36.879774 0.000226 65.481 22.020694 -0.00019
12 130
167
12
80
105
12
45
62.5
12
30
37.5
12
10
20
12
0
5
2.20 10.76 12.96 7.21 4.54 2.70 1.62 0.86 0.22
6 18.896 157.5895 267.569 188.604 127.927 84.586 56.386 36.88 22.0205
（2）列表计算q-V曲线 在堰顶高程65m之上，假设不同库水位Z列于表3中，用它们分别减去堰顶高程 q堰=m1*B*H3/2=1.6*30*H3/2=48H3/2 从而算出各H相应的溢洪道泄流能力，加上发电流量6m3/s，得Z值相应 列于表3（3）中，再由（1）的Z值查图Z-V曲线，得Z值相应的库容V，列于表3（4）中。
水库调度调度运用方案
水库调度运用方案引言水库调度是指根据水库的实际情况，结合降雨情况、水文信息等，合理安排和调整水库的蓄水、泄水计划，以满足水库上下游的多种需求。
水库调度的目标是保障水库的安全运行，维持水库的供水、发电和防洪功能，在最大程度上发挥水资源的效益。
本文档将重点介绍水库调度的运用方案，包括流程、方法和技术等方面的内容，以帮助水库管理人员制定科学合理的水库调度计划，提高水资源的综合利用效益。
调度流程水库调度的流程一般包括以下几个环节：1.数据收集和分析：收集和整理水库水文信息、气象数据、降雨预报等数据，并进行数据分析，为后续调度提供依据。
2.目标确定：根据上下游的需求和水库的功能，确定水库调度的目标，如供水、发电、防洪等。
3.蓄水计划制定：结合降雨情况、水库容量等因素，制定合理的蓄水计划，确保水库的供水、发电需求。
4.泄水计划制定：根据上下游的实际需求和水库的调度目标，制定合理的泄水计划，确保防洪安全和水库水位的稳定。
5.调度实施和监控：根据制定的调度计划，进行实施和监控，并及时调整计划，以保证水库的安全运行。
调度方法水库调度的方法主要包括经验调度和数学模型调度两种。
经验调度经验调度是基于水库管理人员的经验和专业知识，结合历史数据和现场观测，进行调度决策的方法。
这种方法的优点是简单快捷，适用于一些简单的水库调度问题。
但是由于完全依靠经验，存在一定的主观性和不确定性，无法全面考虑各种因素的影响。
数学模型调度数学模型调度是利用数学和计算机技术建立水库调度的数学模型，通过模拟和优化方法进行调度决策的方法。
这种方法的优点是能够全面考虑各种因素的影响，并进行综合优化，可以得到更优的调度计划。
但是由于需要建立和求解数学模型，需要较多的数据和计算资源，对水库管理人员的专业知识和技术要求也比较高。
调度技术水库调度涉及到一些专业的技术和工具，以辅助调度决策和实施。
水文预报技术水文预报技术是通过对降雨、径流等水文数据进行分析和预测，预报未来一段时间内水位、流量等水文要素的技术。
水库防洪调度措施内容
水库防洪调度措施1. 引言随着气候变化和城市建设的快速发展，洪水成为一项严重的自然灾害。
水库的防洪调度措施是保护城市和农田免受洪水侵袭的重要手段。
本文将介绍水库防洪调度措施的几个关键方面，包括多功能调度、调度算法和应急响应等。
2. 多功能调度多功能调度是指在满足防洪的前提下，兼顾水库的其他功能，如供水、灌溉和发电等。
水库在非洪水期间可以根据不同需求进行不同的调度，以最大限度地利用水资源。
在洪水期间，水库调度的首要目标是保护下游区域的安全，减少洪水对城市和农田的影响。
3. 调度算法水库的调度算法是根据水库的特征和下游条件来确定调度策略的数学模型。
常见的调度算法包括水库容水量曲线调度、水库水位调度和水库泄洪调度等。
3.1 水库容水量曲线调度水库容水量曲线调度是根据不同的水位和库容条件，确定水库的调度方案。
通过调整水位和库容，可以平衡水库的各项功能需求，并最大限度地减少洪水对下游地区的影响。
3.2 水库水位调度水库水位调度是根据降雨预报和下游水位情况，调整水库的水位，以减少洪峰流量的到达时间和减缓洪水的峰值。
水库水位调度需要考虑降水预报的准确性，以及下游河道和城市的蓄洪容量。
3.3 水库泄洪调度水库泄洪调度是指通过控制水库泄洪流量和泄洪时间，减轻洪峰流量和洪水对下游地区的影响。
水库泄洪调度需要考虑水库的泄洪能力、下游河道的蓄洪容量以及洪水的预测和预报信息。
4. 应急响应水库的防洪调度措施还包括应急响应措施。
在洪水来临的紧急情况下，水库需要及时进行应急响应，包括增加泄洪流量、降低水位和通知下游地区做好防洪准备等。
应急响应需要水库管理部门和下游地区政府之间的密切合作和沟通，以确保防洪措施的及时和有效。
5. 总结水库防洪调度措施是保护城市和农田免受洪水侵袭的重要手段。
多功能调度可以在满足防洪的前提下，兼顾水库的其他功能。
调度算法包括水库容水量曲线调度、水库水位调度和水库泄洪调度等。
应急响应措施是在洪水紧急情况下，及时采取的措施。
水库调度优化模型及应用研究
水库调度优化模型及应用研究一、引言水库调度是水资源管理的重要环节，其目的是在满足各种约束条件的前提下，实现水资源的高效利用和综合效益最大化。
随着社会经济的发展和水资源供需矛盾的日益突出，传统的水库调度方法已经难以满足实际需求，因此，研究和建立更加科学合理的水库调度优化模型具有重要的现实意义。
二、水库调度的基本概念和任务（一）水库调度的定义水库调度是指根据水库的来水、用水需求、水库特性以及其他相关因素，通过合理控制水库的蓄放水过程，以达到防洪、兴利、发电、灌溉、供水等目标的管理活动。
（二）水库调度的任务1、防洪调度确保水库在洪水期间能够有效地削减洪峰流量，保障下游地区的防洪安全。
2、兴利调度合理分配水资源，满足发电、灌溉、供水等兴利部门的用水需求，提高水资源的利用效率和经济效益。
3、生态调度考虑水库下游生态环境的需求，维持河流生态系统的稳定和健康。
三、水库调度优化模型的类型（一）确定性优化模型确定性优化模型基于确定性的来水和用水条件进行建模，常见的有线性规划模型、非线性规划模型和动态规划模型等。
1、线性规划模型通过建立线性目标函数和线性约束条件，求解最优调度方案。
但对于复杂的水库调度问题，可能存在线性化误差。
2、非线性规划模型能够处理目标函数和约束条件中的非线性关系，但计算复杂度较高。
3、动态规划模型将水库调度问题分解为多个阶段，通过递推求解最优决策序列，但可能存在“维数灾”问题。
（二）随机性优化模型考虑来水和用水的不确定性，采用随机变量来描述，如随机动态规划模型、蒙特卡罗模拟模型等。
1、随机动态规划模型在动态规划的基础上引入随机变量，能够更好地处理不确定性，但计算量较大。
2、蒙特卡罗模拟模型通过大量随机抽样来模拟水库调度过程，评估不同调度方案的效果，但结果的准确性依赖于抽样数量。
（三）智能优化算法模型如遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法等，具有较强的全局搜索能力和适应性。
1、遗传算法通过模拟生物进化过程中的遗传变异和自然选择来寻找最优解。
水库防洪分类预报调度设计方法
水库防洪分类预报调度设计方法1 水库防洪分类预报调度方式基本理念和假定基本理念是利用有限历史样本资料中的气象监测、降雨、暴雨洪水预报信息等所有可以利用的信息，并且将历史洪水过程进行分类，然后根据不同的类型的具体情况制定相关的调度规则。
基本假定是：一类暴雨天气系统对应一类的洪水过程。
如果某一类的暴雨天气系统再次出现，则可以依据其对应的洪水过程的调度规则进行洪水的调节。
2 水库防洪分类预报调度规则优化设计第一，针对已经建造并且运行多年的水库。
在此种情况之下，可以根据不同类型的天气系统的暴雨洪水典型，并且保证在达到安全要求的原则之下，推求相应的类型的防洪预报调度规则。
第二，对于刚刚建立不久的水库，除了必须根据不同的类型且满足安全原则之外，每一类的规则可以用实际的进入水库的水的流量或者水库水位作指标，在设计的过程当中还必须依据现有的规范和要求进行。
2.1 分类典型过程的选取确定分类典型过程需要将历史上的洪水过程的成因分析和聚类分析相结合，并在此基础之上确定分类。
当洪水聚类时，所选取的指标既要充分体现降雨洪水过程的特征，又要对洪水分类预测起到一定作用。
2.2 防洪分类预报调度规则的选定原则①总量的控制原则。
总量的控制原则具体是指在选择累积净雨的判断指标值的时候，需要大于等于同一个频率所设计的洪水的总径流量的深。
②分类代表性原则。
因为分类典型过程存在着差异，介于这个因素的考虑，对于同一量级的洪水的泄流判断指标，应该要依据具体的洪水类型再进行相应值的选择。
3 实例分析——昭平台水库防洪预报调度规则设计3.1 防洪标准及主要技术参数昭平台水库将汛期划分为主汛期、过渡期、后汛期三个阶段。
经过各种方案比较，分别确定汛限水位为：6月21日～8月15日为主汛期，汛限水位167.0m；8月16日～8月25日为过渡期，汛限水位170.0m；8月26日～9月15日为后汛期，汛限水位172.0m。
主要技术参数为：100年一遇设计：设计洪水位177.89m，相应库容 5.48亿m3；最大泄量4100m3/s。
水库防洪计算与调度
23
表1.6 某水库调洪计算表(列表试算法)
24
以第一时段所求的V2、q2作为第二时段初的V1、
q1 ，重复第一时段的试算过程，可求得第二时段的
V2=265.26×106m3、q2=105m3/s。如此继续试算下去，
即得表1.6第(6)栏所示的下泄流量过程q(t)。
(5)计算最大下泄流量qm，按每时段∆t=12小时，取表
应重设q2 ，重复上述计算过程，直到二者相等为止。
14
3)将上时段末的q2、V2值作为下一时段的起始条件，
重复上述试算过程，最后即可得出水库下泄流量过
程线q(t)。
4)将入库洪水Q(t)和计算的q(t)两条曲线点绘在一张
图上，若计算的最大下泄流量qm 正好是二线的交点，
说明计算的qm 是正确的。否则，计算的qm 有误差，
以保证下游防护对象的安全。河道的允许泄量是指防
护河段允许通过而不发生泛滥的最大流量。
泄洪建筑物的类型有溢洪道、溢流堰、泄水孔和
泄水隧洞等主要形式。溢洪道又分为无闸溢洪道和有
闸溢洪道。不同型式的泄洪建筑物，调节入库洪水之
后，下泄的流量过程线是不相同的，说明它们的调洪
作用也不相同。
6
无闸溢洪道常称作开敞式溢洪道，当库水位超
计洪水位Z设。同理，当入库洪水为校核标准的洪水
时，求得的qm、V调、Z洪即为qm，校、V校和Z设。
16
【例1-1】 某水库泄洪建筑物为无闸溢洪道，其堰顶
高程与正常蓄水位齐平为ll6m，堰顶宽B=45m，堰
流系数m1=1.6。该水库设有小型水电站，汛期按水
轮机过水能力Q 电 =10m3/s引水发电。水库库容曲线
水库的调洪作用及防洪措施
水库调度之防洪调度概述
⽔库调度之防洪调度概述⽔库调度⽅式主要分为防洪调度⽅式、兴利调度⽅式与综合利⽤调度⽅式，我们这边主要研究防洪调度。
⼀、了解⽔库调度之前，需要了解⼏个概念。
1、总库容：校核洪⽔位以下的⽔库容积称为总库容。
是死库容、兴利库容和调洪库容（减掉和兴利库容重复部分）之总和，称总库容，它是⽔库兴建的总规模。
2、死⽔位：死⽔位是指在正常运⽤情况下，允许⽔库消落的最低⽔位。
曾称为设计低⽔位。
3、死库容：死⽔位以下的库容称为死库容，也叫垫底库容。
死库容的⽔量除遇到特殊的情况外(如特⼤⼲旱年)，它不直接⽤于调节径流。
⼀般⽤于容纳⽔库淤沙，抬⾼坝前⽔位和库区⽔深。
在正常运⽤中不调节径流，也不放空。
4、校核洪⽔位：指遇到⼤坝校核洪⽔时，坝前⽔库达到的最⾼⽔位，也称⾮常洪⽔位。
5、设计洪⽔位：当遇到⼤坝设计标准洪⽔时，⽔库经调洪后（坝前）达到的最⾼⽔位，称为设计洪⽔位。
6、防洪限制⽔位：防洪限制⽔位，是指⽔库在汛期允许蓄⽔的上限⽔位，也是⽔库在汛期防洪运⽤时的起调⽔位，⼜称为汛期限制⽔位。
7、调洪库容：防洪限制⽔位⾄校核洪⽔位之间的库容。
以⼤坝校核标准相应的校核洪⽔为依据，从防洪限制⽔位开始，经⽔库调洪后，拦蓄或滞蓄部分洪⽔所需要的⽔库容积。
8、防洪⾼⽔位：⽔库遇到下游防洪保护对象的设计洪⽔时，在坝前达到的最⾼⽔位。
9、正常蓄⽔位：⽔库在正常运⾏情况下所蓄到的最⾼⽔位。
⼜称正常⾼⽔位。
当⽔库按防洪要求进⾏⾮常运⽤时，⽔库的⽔位⼀般将⾼于正常蓄⽔位，但不能超过关系⽔库安全的。
它决定⽔库的规模、效益、调节⽅式，也在很⼤程度上决定⽔⼯建筑物的尺⼨型式和⽔库的淹没损失，是⽔库最重要的特征⽔位。
10、防洪库容：是指防洪⾼⽔位⾄防洪限制⽔位之间的⽔库容积，⽤以控制洪⽔，满⾜⽔库下游防洪保护对象的防洪要求。
当汛期各时段分别拟定不同的防洪限制⽔位时，这⼀库容指其中最低的防洪限制⽔位⾄防洪⾼⽔位之间的⽔库容积。
11、调节库容：调节库容指为⽔⼒发电、航运、给⽔、灌溉等兴利事业提供调节径流的⽔库容积。
低调节性能水库防洪优化调度分段试算法改进
洪 优 化 调 度 中 ，O liveira等[ 、畅 建 霞 等 [11]、邹强 等[12]、徐刚等[13]、王 建 群 等 [1415]、崔东文等[16将遗 传 算 法 、粒 子 群 算 法 、蚁 群 算 法 、狼 群 算 法 、鲸鱼算 法等运用在水库优化调度中.这类启发性进化算 法 虽 然 在 一 定 程 度 上 减 轻 了 动 态 规 划 等 的 “维数 灾”，但存在最优解不稳定和易陷人局部最优解的 缺陷[1M9]，对 于 类 似 防洪的水量优化调度.得到的 水 库 放 水 过 程 时 常 出 现 “锯 齿 ”波 动 、可操作性差 等问题。
•598 • 水利工程所先
王翌旭，等低调节性能水库防洪优化调度分段试算法改进
调节性能水库，由于调节库容小，按“理想最优解”调 洪 演 算 ，经 常 会 突 破 水 位 的 上 下 边 界 ，导 致 “理想最 优解”的出库过程剧烈变形，最后甚至不能通过分段 试算逼近最优解。
针 对 分 段 试 算 法 的 上 述 问 题 ，本 文 提 出 适 应 低 调节性能水库的改进分段试算方法并以富春江水库 为例验证改进方法的有效性。
图 1 ‘‘理想最优解”示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the"ideal optimal solution"
水利工程所免 • 599 •
第 1 9 卷 第 3 期 南 水北调与水利科技（中英文） 2021年 6 月
2. 2 改进分段试算法
针 对 原 分 段 试 算 法 的 上 述 问 题 ，对 低 调 节 性 能 水 库 提 出 改 进 分 段 试 算 法 ，其 步 骤 如 下 。 2 . 2 . 1 防洪调度期阶段划分
后 特 别 资 助 项 目 （2 0 1 8 T 1 10525) 作 者 简 介 :王翌旭（1996— ），男 •湖南衡阳人，主要从事水资源规划与管理研究。E - m ail:m aybecrazy@163.c〇m 通 信 作 者 ：钟平安（1962— ），男 ，安徽无为人.教 授 ，博 士 ，主要从事水资源规划与管理研究。E - m ail:pazh o n g @ h h U.edii. cn
7.水库防洪调度.解析
7.2 洪水调节计算原理及方法
③ 推求下泄流量过程线。
对于第一时段，确定起始为条件V1=247*106m3、 q1=10m3/s
和 已 知 的 Q1=10m3/s 、 Q2=140m3/s ， 求 V2 、 q2 ： 假 设
q2=30m3/s，由(8-3)得
V2
Q1
Q2 2
t
q1
2
q2
t
18Leabharlann 97.2 洪水调节计算原理及方法
➢ 1. 水库泄洪建筑物泄流能力分析
在水库枢纽工程中，根据水库的具体条件，可设表面溢 洪道或深水式泄洪洞，或两者兼有。
泄洪建筑物在某水头下的泄流能力，是指该水头下泄洪 建筑物可能通过的最大流量，是实际泄流量的上限。对 于无闸溢洪道，该水头下的泄流量和泄流能力一致；对 于有闸溢洪道，当闸门全开时两者也是一致的。溢洪道 的泄流能力仅随水头而变化，只是在实际应用中，无闸 溢洪道只能按泄流能力下泄，有闸溢洪道可以在泄流能 力之内按调洪方式由闸门控制泄流。
6
7.1 概述
➢ 2.防洪非工程措施 防洪非工程措施是指为了减少洪灾损失，采取颁布
和实施法令、政策及防洪工程以外的技术手段等方 面的措施。例如洪水水情测报、预报和报警，防洪 调度、防汛抢险、洪水风险管理等均属于防洪的非 工程措施。
7
7.1 概述
二、水库防洪调度的任务、原则和内容 ➢ 任务：根据规划设计或防洪复核选定的水库工程洪
人民政府的首长担任指挥。 水利部所属的流域管理机构内部组成防汛办事机构，黄河、
长江等跨省的重要河流设防汛总指挥部，由流域机构负责人 负责。
11
7.1 概述
➢ 2.责任制度 防汛是一项责任重大的工作，必须建立健全各种防
7水库防洪调度解析
长江等跨省的重要河流设防汛总指挥部，由流域机构负责人 负责。
11
7.1 概述
➢ 2.责任制度 防汛是一项责任重大的工作，必须建立健全各种防
汛责任制度，做到有章可循，各施其职。我国防洪 工作实行各级人民政府行政首长负责制，实行统一 指挥，分级分部门负责；各有关部门实行防汛岗位 责任制。具体包括如下：
21
22
7.2 洪水调节计算原理及方法
➢ 2.调洪计算基本原理 溢洪道上不设闸门或虽有闸门但闸门全开的调
洪是水库调洪的基本方式，因此针对该种调洪 方式讨论调洪计算的基本原理（泄洪洞与溢洪 道类似）。
23
7.2 洪水调节计算原理及方法
水库调洪是在水量平衡和动力平衡（即水力学 中的圣维兰方程）的支配下进行的。水量平衡 可表示为水库的水量平衡方程，动力平衡可由 水库蓄泄方程（或蓄泄曲线）来反映。
5
7.1 概述
防洪工程措施通过对洪水的蓄、滞、分、泄，起到防洪 减灾的效果。这种效果包括两个方面：
其一是提高江河抗御洪水的能力，即提高江河的防洪标 准，从而减少洪灾出现的频率；
其二是出现超防洪标准的大洪水时，虽不能避免洪灾发 生，但在一定程度上减少洪灾损失。
由于受自然、技术、经济等条件的限制，不可设想由防 洪工程措施来实现对洪水的完全控制。
V 2 Q 1 2 Q 2 t q 1 2 q 2 t V 1 ( 1 0 2 1 4 0 1 0 2 3 0 ) 1 2 3 6 0 0 2 4 7 1 0 6 2 4 9 .3 8 1 0 6 m 3
依计算得到V2查q~V曲线，得q2=20m3/s，与原假设不符，故 需重设q2进行计算。假设q2=20m3/s，由(8-3)得
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图 $ 出入库流量对照（不考虑区间）
图 % 防洪点流量组成（考虑区间）
（下转第 2, 页）
· "$ ·
时，挖方总量总是等于填方总量，因此，只要将对称
图形中心的设计高程确定为平均高程，则无论将地
块整成向哪个方向倾斜的平面，它的挖方总量与填
方总量仍然相等 ! 如果大区域田面有设计坡度 " 时，
直接计算比较繁琐，较为简便的方法是对上述方法
本文根据最大削峰准则解的特性，提出一种逐 步引入约束条件分段试算求解的方法 ’
! 最大削峰准则分析
目前在水库防洪优化调度中，最大削峰准则是
应用最为广泛的优化调度准则之一 ’ 最大削峰准则
以入库洪峰流量削减最多作为防洪调度最优性判别
指标，其实质是在充分利用防洪库容的前提下，使水
库出库流量（或防洪断面过流量）的最大值最小化 ’ 最大削峰目标函数［!］应表达为
幅；% #- 为相邻时段出库流量变幅的允许值，当下 游为堤防时，该约束可避免河道水位陡涨陡落而引
发崩岸，对堤防安全有利 + · $$ · 万方数据
以上约束中，最高水位体现了水库自身安全和
上游防洪效益（如果库区有淹没）+ 实时优化调度中
降雨情况 不 断 变 化，无 法 准 确 获 知 后 续 降 雨 量，因
划法具有更高的计算速度 ’
关键词：水库；防洪；优化调度；分段试算法
中图分类号：*+#&, ’ % - "
文献标识码：.
文章编号：%$$#!,#/（, !$$"）$#!$$!%!$"
水库防洪优化调度研究一直是防洪减灾非工程 措施中的热点研究课题，已取得了大量的理论和应 用成果，其中动态规划（01）、逐次优化算法（12.）等 可以处理多阶段序贯决策问题的数学规划方法应用 最为广泛 ’ 但这些方法也存在不足，首先是计算时间 较长，尽管计算机速度已大幅度提高，但次洪调度计 算时间仍需以分钟为量级计，对于实时洪水调度，特 别是当会商决策需要多方案比较时，分钟级的响应 速度难以令人满意；其次是计算结果的可操作性较 差，水库防洪优化调度是一个纯水量优化调度问题， 最优解常常不唯一［%］，即可能有多种放水策略能得 到同样的最优目标函数值 ’ 常常得到出库流量波动、 闸门频繁启闭的可操作性差的最优解，为了获得具 有可操作性的结果，需要在模型中增添附加条件加 以过滤，无形中增加了计算工作量 ’
果，结束计算 # 否则：(（ !）! (（ !）’
$（ &()*）+ *,
$（
&,
） ，
!"［ !"，!& ’ *］；返回步骤 ! 重新进行调节计算 #
) 应用实例
利用分段试算法对某大型水库一次预报洪水过
程进行模拟调度，计算条件为：!起调水位 "-2 3； #当前出库 " &&& 3$ 4 5；$出库允许变幅 # 2&& 3$ 4 5； %最高控制水位 "-, 3；&调度期末控制水位 "-262 37
时段数 #
$返回步骤 ! 重新进行调节计算 # #" 检验期末水位约束，若满足，则整理计算结
果，结束计算；否则：(（ !）! (（ !）’
$（ &()*）+ *,
$（
&,
） ，
!"［ !"，!& ’ *］；返回步骤 ! 重新进行调节计算 #
$%& 有区间入流时的试算
对于有区间入流情形，可采用以下试算步骤：
!!" ( %（ !）$ %区（ ! & !）) # ! & (防 ’ )* !"
当仅考虑防洪库容约束时，式（$）的解析最优解为
%&’｛ %()［ #（ !）$ ! !"［ !"，!"］
%区（ !
& !）］｝’ #)*
’
)* !" & !"
（*）
式（+）与式（*）表述的最大削峰准则最优解的特
征为：当不考虑区间流量时，尽可能维持各时段的出
#!" #（ !）8 ! ’ * !$
式中：* 为常数，表示调度期内的出库总水量 ) 设 + 9
367 #（ !）（最大出库流量），则
!"［ !$，!"］
+（ !" & !$）$ *
+
$ !"
* &
!$
记%*
9
!"
* :
! $ ，%*
表示平均出库流量，所以
+
的最小
值，即最大出库流量的最小值为%* )
（0）
式中：,（ !）为 ! 时刻计算水库水位；,-（ !）为 ! 时刻
允许最高水位 +
%# 调度期末水位约束 +
,1’# ’ ,.
（2）
式中：,1’#为调度期末计算库水位；,. 为调度期末的 控制水位，该水位在涨洪段为后续降雨预留的库容，
在洪水尾部体现计划兴利回蓄水位 +
&# 水库泄流能力约束 +
’ " 据 式（,），写 出 仅 考 虑 防 洪 库 容 的 初 始 最 优解：
(（ !）%
# !- ’
· !&
#[ ] !［- .（ !）+ .区（ ! ’"）］*! ’ $防 !&
’ .区（ ! ’ "）
(" 根据 .（ !），(（ !）按（-）式调节计算，并逐时
段检验泄流能力约束和出库允许变幅约束，若满足
/ -）6 % #-
#（ !）/ #（ ! / -） #（ !）/ #（ ! / -） +
! " 检验最高水位约束，若满足约束试算进入步 骤 !，否则：
!如图 " 所示，虚实线为两条计算水位过程线， 分别表示计算水位过程高于和低于最高水位约束的
两种可能情况，!" 为最高计算库水位出现时刻 # 为 满足最高水位约束所需调整水量为
分不考虑区间流量过程和考虑区间补偿两种情
况分别计算，图 $ 为不考虑区间补偿时水库出入库 流量过程线，图 % 为考虑区间补偿时防洪控制断面 的流量组成（其中水库放水为出库流量过程经马斯
京根 法 演 算 到 防 洪 点 的 结 果），两 种 计 算 方 法 在
8’2&&微机上计算时间均小于 # 5 7
第 !" 卷第 # 期
水利水电科技进展
!$$" 年 %! 月
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
水库防洪调度分段试算法及应用
钟平安%，邹长国%，李 伟%，张初旺!
（% ’ 河海大学水资源环境学院，江苏 南京 !%$$&(；! ’ 福建电力调度通信中心，福建 福州 ")$$$"）
#（ !）$ #（ ,（ !））
（-"）
式中：#（ !）为 ! 时刻的出库流量；#（ ,（ !））为 ! 时刻
相应于水位 ,（ !）的下泄能力，包括溢洪道、泄洪底
孔和水轮机的过水能力 +
’# 出库流量变幅约束 +
#（ !）& #（ ! & -） $ % #-
（--）
式中： #（ !）/ #（ ! / -） 为相邻时段出库流量的变
#（ !）为 ! 时刻出库流量；%区（ !）为 ! 时刻水库至防
洪点区间流量；"为策略空间；!$，!" 为调度期始末；
! 为区间洪水汇流时间与水库放水流达防洪断面的
时间之差 )
当仅考虑防洪库容约束时，由式（"）可得：
# # !" #（ !）8 ! ’ !" %（ !）8 ! & (防
!$
!$
（/）
当入库流量过程 %（!）已知，防洪库容一定时有：
否则：
!按式（#$）计算为满足最高水位约束所需调整 水量 "$ #
#按下式计算分段调整系数： 万方数据
当 !"［ !&，!"］时，#（ !）0
(（ !）
!"
#
% (（ !/）
!/ 0 !&
当 !"［ !"，!& ’ *］时，#（# !）0
(（ !）
*
#
% (（ !/）
!/ 0 !"
$调整下泄量 #
摘要：分析水库防洪优化调度最大削峰目标函数的物理意义，给出最大削峰准则在防洪库容约束下
的解析最优解 ’ 根据水库防洪优化调度模型解的结构，提出逐步引入约束条件分段试算求解方法 ’
分段试算法的实例研究以及分段试算法与动态规划法的对比研究结果表明：分段试算法能在不增
加附加约束的条件下有效避免水量优化问题多解的难题，得到具有可操作性的最优解，并比动态规
进入步骤 .，否则：若 (（ !）/ (（ &（ !）），则令 (（ !）0
(（ &（ !））；若 (（ !）+ (（ ! + #） 1 $ ("，则令 (（ !）0
(（ ! + #）’ $ ("
(（ !）+ (（ ! + #） (（ !）+ (（ ! + #）
! " 检 验 最 高 水 位 约 束，若 满 足 进 入 步 骤 *，
从上面的分析可知，当仅考虑防洪库容约束时，
式（%）的解析最优解为 345｛ 367 #（ !）｝’ %*
" !"［ !$，!"］