水库防洪错峰调度风险分析方法及应用

水库防洪错峰调度风险分析方法及应用
摘要：近年来，我国的水库建设越来越多，在水库运行的过程中，防洪错峰是非常重要的内容。

我国的地形复杂、水文类型多样，且由于气候的变化导致我国很多地区的洪水多发，为了阻止这些自然灾害，同时在阻止的基础上对这些洪水加以利用，我国采用了水库防洪错峰调度的方法来减少水库防洪库容，同时还能明显提高洪水的资源利用率。

然而，洪水这样的自然灾害本身就存在很多不确定性，在实际调度过程中，由于气候的变化、洪水预报、泄洪传播时间以及调度滞时等问题，导致水库防洪错峰调度是存在风险的，但是基于这种方法对洪水治理有显著效果，本文将从水库防洪错峰调度的风险计算、决策等方面进行阐述，为研究水库防洪错峰调度风险提供帮助。

关键词：水库防洪错峰调度;风险分析;方法应用
引言
依托天气预报和洪水预报技术的进步，挖掘水库防洪预报调度的潜力、实现水库在汛期安全有效的蓄水，是洪水资源利用的重要途径。

水库防洪错峰调度是水库防洪预报调度的主要方式之一，它依据水库下游的区间洪水预报信息，在区间洪峰来临前及时减小水库泄量，使水库泄量与区间洪水的组合流量不超过下游防洪控制断面的安全泄量。

与不考虑预报信息的固定泄流方式相比，水库防洪错峰调度方式可在保证下游防洪安全的前提下加大泄量，从而有效减小预留的防洪库容，增加水库兴利效益，但受区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定因素的影响，可能会增加水库下游的防洪风险。

因此，识别及量化水库防洪错峰调度运行中的不确定性因子和评估防洪错峰调度的风险，对洪水资源利用率的提高具有重要意义。

1水库调度阶段划分及出流上界分析
(1)起涨段和补偿段:防洪规划与实时调度的最大不同，就在于后者考虑了洪水预报进行预泄，而前者为了最大限度保证防洪安全并给后者留有余地，一般采
取两种控泄措施:①下游不需要补偿时按入库流量控泄(起涨段);②下游需要补偿时控制出库流量不大于入库流量(补偿段)。

因此，构建水库洪水补偿优化规划模型时，可以限制出库流量不超过入库流量。

(2)消落段:如果同样限制出库流量不超过入库流量，优化计算的水库出流势必将等于入流，水库水位会维持最高水位不变。

对于防洪规划模型，这种结果不影响防洪库容的大小;而对于实时调度模型，也不影响占用防洪库容的大小，至于水库消落过程，可以根据兴利要求、考虑泄流设施运用限制，采用兴利优化生成或交互方法拟定。

因此，为方便表达ＲFCＲ-LP模型的目标函数，消落段也可以入库流量作为出库流量的上界。

2风险的识别与定义
水库防洪调度的风险主要包括库区淹没风险、水库大坝风险和水库下游防洪风险。

其中，库区淹没风险和水库大坝风险主要与水库调洪高水位有关，而下游防洪风险主要受水库泄量和区间洪水的影响。

水库防洪错峰调度的调度目标为下泄水量与区间洪水的组合流量不超过防洪控制断面的安全泄量;其主要风险是由于错峰不成功而导致的水库下游防洪风险。

因此，水库防洪错峰调度的风险可定义为:由于水库泄量与区间洪水错峰不成功而导致的防洪控制断面流量超过安全泄量的概率及损失。

3水库防洪错峰调度方案的决策
在一开始的水库防洪错峰调度规则拟定的方案中，并没有考虑不确定性因子对水库防洪错峰调度产生的影响，因此水库防洪错峰调度的风险率明显要提高很多，在实际应用中，这些不确定性因子对水库泄洪产生很大的风险，虽然采用其他措施，如延长错峰时间、减小错峰流量能够缓解因为不确定性因子排除的风险率，但是明显治标不治本。

因此，根本方式还是要降低错峰调度的风险，将其控制在能够预防的水平，参照水库防洪预报调度对洪水预报方案的要求，建议水库防洪错峰调度的风险率不得超过15%。

4水库防洪错峰调度方案的决策
由水库防洪错峰调度规则拟定的初始方案可知，该方案没有为不确定性因子提供安全余量，一般而言会具有较大风险。

通过调整错峰调度方案的指标值，建
立指标值与风险率的相关关系，再依据一定的风险标准决策出一组合理的方案指标值，是水库防洪错峰调度方案决策的主要目的。

在不确定性因子随机特征无法改变的前提下，通过延长错峰历时、减小错峰流量能降低不确定性因子带来的影响，从而减小错峰调度的风险，但会占用水库较多的防洪库容，相比固定泄流方式抬高的汛限水位也相应降低。

为了保证错峰调度方案达到可投入使用的程度，方案本身应满足一定的可靠性。

本文定义的错峰调度风险可理解为从风险率的角度评价错峰调度方案的可靠性，其风险率与可靠度之和应等于1。

错峰调度可能导致下游发生标准内洪水时河道行洪流量超过安全泄量，严重时可导致发生洪水漫堤或溃堤事故，给下游保护区带来不必要的淹没损失。

在一般情况下，河道本身的蓄洪能力较小，当发生错峰调度风险时，除了应急加高河道堤防以外，可供选择的弥补措施较少。

因此，错峰调度风险应控制在较低的水平。

参照水库防洪预报调度对洪水预报方案的要求，甲级洪水预报方案能达到可利用的水平，其可靠度(合格率)不低于85%。

因此，建议水库防洪错峰调度风险率不超过15%。

5调度风险分析在某水库调度中的应用
某水库水库主要特性指标如下:
1.
某流域面积5130平方公里，本库拦截长江支流某河，承雨面积2450平方公里，属水文第Ⅱ区。

2.
多年平均降雨1594毫米，降雨季节主要分布在4-8月，占年降雨量75%，主汛期5-7月占年雨量的三分之一，降雨时空分布不均，雨强变化大。

3.
某下游耕地22．6万亩，人口16．06万人，阳新城关站现有过洪能力2800秒立米。

当长江水位高於22．3米时，内河渍水则不能自排，全靠泵站抽排。

由某水库的特性可知某水库来洪量大，库容较小，下游行洪能力较差，特别是遇到连续强降雨时，调度矛盾突出。

某水库在洪水预报中的不确定因子主要有:(1)未来降雨量。

(2)洪峰流量及出现时间。

(3)洪水总量。

其中洪峰流量和洪峰出现时
间计算误差不会太大，洪水总量过程和时间相对较长，所以影响最大的不确定因子为未来降雨量。

在实际洪水预报计算时我们对洪峰流量和洪峰出现时间划分区间的方式来进行计算，比如坝前洪峰出现时间一般在最大降雨出现后4-5小时发生。

未来降雨量按照卫星云图和天气预报情况，适度放大未来降雨量估值进行计算，放大未来降雨量估值是为了降低风险率。

然后根据计算得出的洪水预报情况适时进行调度，必要时要采取预泄洪措施。

在实时调度过程中还要根据下游降雨情况适时进行错峰。

并尽可能与区间支流错峰，力求减轻下游洪水灾害。

结语
综上所述，在实时调洪基础上，探讨预泄、削峰、错峰等防洪调度技术在典型洪水调洪过程中的实际应用，进一步优化洪水调洪过程，提升防洪调度能力，取得了较好的成果，为水库更好开展防洪调度工作提供了参考依据。

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