水库防洪预报调度关键问题研究及其应用

　2005年1月

水 利 学 报SH UI LI X UE BAO 第36卷　第1期

收稿日期:2004201216

基金项目:水利部、国家防总重大科技资助项目(水利部[2002]341号)

作者简介:曹永强(1973-),男,内蒙古人,博士,主要从事防洪减灾与水资源利用研究。

文章编号:055929350(2005)0120051205水库防洪预报调度关键问题研究及其应用

曹永强1,殷峻暹2,胡和平1

(11清华大学水利水电工程系,北京　100084;21中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京　100044)

摘要:为使水库防洪功能与兴利功能尽可能结合起来,更好地提高洪水资源利用率,本文探讨了利用水文和气象等预报信息来指导水库实时调度。研究了实施防洪预报调度方法的内涵、机理、需要满足的基本条件等几个关键问题,结合碧流河水库的应用实例来说明该方法的实用性和可行性。实例证明,碧流河水库采用以累积净雨总量控制的防洪预报调度运用方式,可提高洪水资源可利用量约4000万m 3。

关键词:水库;预报调度;净雨;汛限水位

中图分类号:T V69711文献标识码:A

传统的水库调度方法把初设阶段采用的防洪调度方案视为建库后水库实际调度应遵循的准则,而忽略了这两个阶段水库调度工作的任务和依据的信息条件发生的巨大变化,它没有充分利用气象云图分析系统、水雨情遥测系统、洪水预报调度系统,不考虑洪水预报或降雨预报信息。其调度方式单一,缺乏灵活性,未能充分发挥水库的调节作用,虽然合法但不尽合理。从而导致许多水库,尤其是北方水库形成调洪过程受汛限水位的约束发生弃水,洪水过后又无水可蓄的局面,造成洪水资源的浪费。要改变这种汛期弃水汛后又无水可蓄的矛盾局面,一是改变现行水库固定时间固定汛限水位的调度方式;二是依托天气预报和洪水预报技术挖掘水库预报调度的潜力[1]。本文根据洪水出现的规律,结合水文气象等预报信息,在不改变现有防洪标准的前提下研究预报调度方式,实现防洪效益与兴利效益的转换。

实时调度依据的信息比设计阶段丰富得多,不仅有基于随机理论的统计信息和基于成因分析的确定性信息,还有基于统计信息、确定性信息和调度经验的模糊信息

[2]。利用运行阶段各种信息,研究防洪预报调度方式不仅必要,而且可行[3]。防洪预报调度可简单定义为:为充分发挥水库效益,使防洪与兴利尽可能地结合起来,利用预报的洪水过程,实施防洪调度的方法。防洪预报调度方法的优点在于增长预见期、提高防洪效益,缺点是要冒预报误差带来的风险。实践证明,防洪预报调度方式既有理论价值又有经济与社会效益,预计将来会部分地替代常规调度方法。

1　防洪预报调度方式的机理分析

在实时洪水预报调度过程中,气象降雨预报早于实际降雨信息,实际降雨早于预报净雨信息,预报净雨早于入库洪峰信息,更早于调洪最高水位信息。基于这一特点,水库防洪预报调度方式选择前期信息作为判断水库遭遇洪水的量级和改变泄流量的判断指标[4]。这就是防洪预报调度方式设计提高洪水资源利用率的机理。图1以辽宁省碧流河水库为例说明采用预报调度方式获得效益的机理。

图中小圆点代表采用常规调度方式,以库水位作为判断洪水发生量级与改变泄量的指标,由于前期泄量偏小,第25h 才改变泄流,使得后期泄流明显偏大,防洪损失加大;小方块代表采用预报调度方式,—

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选用预报的净雨作为判断洪水发生的量级与改变泄流的指标,第20h判断洪水发生的量级,并在下游允许的前提下,较早加大泄量,后期最大泄量明显小于常规调度方式的泄量值,占用防洪库容要小得多。预报调度方式获得的效益有双重性[4]:若保持原设计汛限水位,则可增加防洪效益;若保持原防洪效益不变,则可抬高汛限水位,增加洪水资源利用量。从以上分析可以看出,正确合理的水库防洪预报调度能够有效地解决或缓解防洪与兴利之间的矛盾。

图1　碧流河水库(0101%校核洪水)不同调度方式的泄流过程比较

2　实施预报调度方式需要具备的条件

(1)水、雨情自动测报系统性能可靠、运行稳定,信息传递畅通率、误码率均达到规范要求[5],能及时、准确、可靠地提供水、雨情信息。配备专业技术人员操作。(2)洪水预报方案精度、合格率要高,特别是要有较长的预见期,要达到规范规定的甲级水平。(3)短期降雨预报精度要较高。(4)泄流设备开启关闭要灵活,有条件的水库最好有闸门启闭自动化系统。(5)“洪水预报调度系统”与决策机构联系的“通讯系统”配备专门技术人员,保证系统畅通。(6)一旦预报失误,具有切实可行的工程和非工程弥补措施。

3　实施预报调度方式的几个关键问题

基于原设计洪水计算成果,改变洪水调度方式,即采用预报调度方式,研究选择“预报净雨、预报洪峰或降雨预报等”作为判断何时改变泄流量的规则指标,通过预报调度规划上浮原汛限水位,要求所选定的规则指标,应具有外包功能,即能安全的调节各种频率洪水过程,仍然保持原设计安全度。针对洪水资源利用对短期洪水预报和气象预报提出的要求,重点研究短期预报和防洪兴利调度方案之间的结合方式,确定不同洪水量级的判别方式和标准,分析洪水预报精度和预见期对调度方案的影响[1]。进行防洪预报调度的重要条件是预见期、预报洪峰和洪量的精度与可靠性。

311　水库水、雨情测报系统和洪水预报方案的评定分析　水库防洪预报调度规划方式能否实施,关键在水、雨情自动测报系统性能是否可靠,运行是否稳定,能否及时准确地提供水、雨情信息,同时要有精度较高的预报方案。

洪水预报受水文观测资料、降雨时空分布特性、下垫面特性、人类活动等众多因素的影响,必然存在误差。合格率是衡量预报方案可利用程度的主要标准。对预报方案进行评定包括两个方面,除了对采用预报方法的理论依据及所引用的点据因误差很大而欲舍弃的理由做出合理性分析外,还需对预报误差做出定量分析。水文预报误差表现在数量、分配和发生时间三个方面,它们都对预报调度产生影响,目前仅能从洪水某一特征值的数量上考虑。《水文情报预报规范S L25022000》规定:经精度评定,凡洪水预报方案精度达到甲、乙两个等级者,可用于发布正式预报;方案精度达到丙级的,可用于参考性预报;丙级以下的方案,只能作参考性估报。为安全考虑,建议洪水预报方案经作业预报10次以上,合格率超过85%可用于防洪预报调度中[6]。

312　短期降雨预报信息可利用于实时预报调度的条件分析　随着遥测、遥感与卫星技术的飞速发展,它提供了过去不可能获得的信息。降雨预报在实时预报调度中的作用是很大的,而且贯穿于整个调度过程。为保证防洪安全,充分利用洪水资源,北方水库调度时较关心的是6月上旬至9月上旬期间的降—

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