水库汛限水位动态控制研究

合数 值 天气 预 报产 品 。研究 和 开展 各 种 时空 尺度 的天 气 预报 ．可使暴 雨 短期 预 报趋 于 客观 化 和定
考 虑 年 内洪水 统计 特 性 变 化规 律 ， 定 是 “ 假 洪
水 为随 机 现 象 ” 据 统 计 ， 多水 库 年 际 间 有 连 续 ， 许 丰枯 变化 的 大致 周期 ，年 内较 大 洪水 发 生 时 间及 特 大 洪 水 与 次 大 洪 水 之 间 间 隔 时 间 也 有 一 定 规 律 。在 已经发生 了一场较 大洪水 之后 如何 回答 “ 将
库 的 汛 限水 住 动 态控 制 范 围 。 然后 用 “ 实时 预 蓄预 泄 法 ” 水 库 汛 限 水位 进 行 动 态控 制 实例 研 究 。 对
【 键词］ 关 洪水 资 源化 ； 限 水位 动 态控 制 ； 汛 水库 调 度
［ 图分 类 号 ］Ｔ ９ ． 中 ｖ６ ７２
［ 献标 识 码 ］Ｃ 文
图 １ 根 据 不 同“ 未来 时期 ” 定 动 态控 制上 限 流 程 确
位 在 汛 限水 位动 态 控 制域 内或 高 于汛 限水 位 动态 控 制 上 限值 ， 等 到最 高水 位 出现且 开 始下 降 时 ， 则 就 可 根据 未 来 预报 信息 确 定 蓄水 水位 控 制 值 。实
下泄流量过程 ， ｑ （ ＝ ｑ ｔ Ｐ （ 】 ； 即 。 ［ ） ｔ ≤ｇ ｇ ） （ 一 ）
为 防护 点安 全 流 量 ； （） 考虑 预 报 误 差推 求 的 为
下 游 区 问 流域 内预 报 洪 水 过 程 ： 为 预 报 洪 水 过
程 的时 段 长 ； 为实施 汛 限水位 动 态控制 的起始 时
大环 境 下 。进行 汛 限水 位动 态控 制 的方 法 理论 研
究， 藉此提 高水 资源利 用率是 有必要 的 。Ｉ ｌ ｌ
２ 汛 限水 位 动 态控 制 的 基 本 理 论 与控 制 方
法 在 实 时调 度 阶段 ，要对 汛 限 水位 实行 动态 控
１ 汛 限水 位 动 态控 制 与水 库调 度
刻 ， ＝０ ， 假定 期 问水位 持平 。 ｔｔ ｃ ＋ 且
调节各种频率设计洪水过程 Ｉ ｆ 原设计调度规则、 约束
求得 后 ， 由式 ２推 求 面 临时 刻允 许 预 蓄 再
的 水 位 （ ） 幻 ：
『 否 满 足条 件 是
Ｉ。’。’ ’。’。—。。 ‘。 ‘ 。 。 ’’。。 。。 。。。‘。‘。。一
其基 本 公式 见式 １ ：
＝
ｔ ＝
ｆｑ （ 一 （ 】ｔ 。 ｔ ｔ Ａ ｝ ｆ ） ）
（） １
全 汛 期 内随 着 洪水 发 生 时 间 推移 ． “ 来 时期 ” 则 未
逐 渐 缩短 ， 至汛末 则 为 零 ， 当然 “ 未来 时 期 ” 短应 最 等于 一 场洪水 的汇 流历 时 即设 计 洪水 过 程 线 的历
随 着 国 民 经 济发 展 对 水 资 源 需 求 的 增 长 ， 水 的供求 矛 盾加 剧 。客观 对水 库 的防洪 安全 与 供水
量 化 。水 库 是 防洪 和流 域水 资 源 开发 利 用 的一 项
重要 工 程 ， 防洪 、 电 、 溉 、 水 、 运 等 方 面 在 发 灌 供 航 发挥 了重要 作用 。面对人 口 、 发展 和生态 等转 嫁在
式 中 ｌ 为 面 临 时刻 ｔ运 行 预 蓄 的水 量 ； Ｗ ｏ Ｑ
（） ｔ为有 效 预 见期 内 、 虑 预报 误差 后 预 报 的入 考 库流 量 过程 ； （） ｇ ｔ为有 效 预见期 内预 报 的可能
时 。不 同“ 来 时期 ” 未 的汛 限水 位 动态 控 制 上 限值
确 定步 骤如 图 １ 示 ： 所
“ 未来 时 期 ” 洪水 发 生 概率 的 分 布规 律 。该 法 的最
大特 点 是给 出不 同” 来 时期 ” 未 的确 定汛 限水位 动 态控 制 约束 域值 。所 谓 ” 来 时期 ” 未 是指 面临 一场
洪 水 以后 至 汛末 的 时期 ， 一 个 变动 的 时 间数 ， 是 在
限水位动态控制域为ｌ ， 依据水量平衡原理， Ｚｌ ，
［ 要 】 文研 究 的 汛 限水 位 动 态控 制 即 为发 掘 水 库 潜 能 ， 使 洪 水 资 源 化 、 高水 资 源利 用 率 的 有 效 方 法 之 一 。 摘 本 促 提
在 分析 我 国水 资 源形 势 的 基 础 上 ， 限 水住 动 态控 制 是 在 我 国特 殊 国情 国策 下具 有 中 国特 色的 产 物 ， 确 定 某 水 汛 先
最 相 同 。本 法 要求 形 成 的连 续 系列 的样 本 容 量 相
同。
实 际 生 产 作 业 和供 决 策 者参 考 都 是 十 分 必 要 的 。
为 此 ， 过 研究 年 内洪 水 统计 特 性变 化 规 律性 ， 通 以 确定 汛 限水 位 动态 控 制 阈上 限 ，也 是 一种 可 行 的
机现 象 ． 际间 各场 洪水 独 立不相 关 ， 年发 生 设 年 每 计 洪 水 的概 率相 等 。这 种理 念把 人 们 的注 意点 集 中在 小概率 事件 上 ， 刻防御 校核洪水 的发 生 。这 时 种 指 导思 想导 致 许多 水 库在 实 际生 产 中经 常 出现 “ 洪过 程受 汛 限水 位约 束 被迫 弃水 。 水过 后 又 调 洪 无 水 可 蓄” 的直 接后 果 ， 造成 洪水 资 源 的浪 费 。这 种局 面 的出现是令 人痛 心 的。因此 ， 当前我 国 的 在
时 预 蓄预 泄 法是 在 水库 水 位进 入 汛 限水 位 控制 域
它 与分 期 设 计 洪 水 计 算 方 法 是 有 差 异 的 ， 主 要 表 现在 ： ）分期 设 计洪 水 推求 的 目的是 要 回答 （ １ 固定 划 分 的分 时 期 内产 生 不 同 量 级 洪水 的规 律 ： 本 法 要 回答 的是 一 次大 洪水 后 当库水 位在 控制 域 内时 ， 来时 期再 发生 不 同量 级 洪水 的概率 。（） 未 ２分 期设 计 洪 水采 用 定期 取样 方 法 ，假 定 前 期 洪水 在
第 １ Ｏ期 （ 总第 ３ ５期 ） ６
【 文章 编 号 ］１０ － ８ ６ （０２ ０ ０ ３ － ３ ０９ ２４ ２ １）１ － ０ ２ ０
吉 林
水
利
２１ ０ ２年 １ ０月
水 库汛 限水 位 动态 控 制研 究
常 磊， 孙晓 梅
１７０ ） ３ ０ ０ （ 吉林省 水文水 资源局 白城分局 ， 吉林 白城
下旬 ８月 上旬 发 生 了 ｌ １场 ， ３ ％； 占 ３ ９月上 、 中旬
洪 水 处 于退 水 期且 水 库水 位 处 于汛 限水 位动 态 控
制 域 内时 ．也 就是 进 入汛 限水 位动 态控 制 的关 键
时期 。此时 根据 各种实 时信 息和 约束 等实 时条件 ，
通 过 预 蓄或 预 泄措 施 动态 控 制汛 限水位 。若 收 到 ２ ４小 时无雨 或 小雨 预报 信息 时 ，可控 制库 水 位 于 动 态控 制域 上 限之 内 ； 收到 ２ 若 ４小 时 中雨 及 中雨 以上量 级 降 雨 预报 信 息时 ，必须 在有 效 预 见期 内
二二＝ 苎 ＝ ｉ
洪 水 起 调 水 位 可 行
（） （ ）≤ ｚ ｌ 十 ｌ ｏ
其 中 ］ 为库容 水位关 系 函数 。 。
（） ２
在 洪 水起 涨 阶段 。 按照 洪 水 总量 控 制 原则 ． 依 据 批 复 的 防洪 调度 规则 进 行模 拟 预报 ，若 最 高水
２２ 汛 限水 位 动态控 制 的实时预 蓄预 泄 ． 所 谓 汛 限水 位 动 态控 制 的 实 时预 蓄 预泄 即当
方法 。如统计 已有 的水 库 自 １ ８ —２ ０ 年 间 的实 ９５ ０１ 测洪 峰 流量记 录资料 ，在 超 过 ８ ０ ￣的 ３ ０ ｍ３ ３场 洪 水 中 ， 生在 ６月 中 、 发 下旬 的有 ６场 ， １ ％； 占 ８ ７月
保 障 提 出了更 高要 求 。洪 涝 灾害 和水 资 源短 缺 的
问题往 往都 是 同时并存 的 ，水 库 防洪 与兴 利 之 间 的矛 盾也 正在 加剧 。而 静 态 的汛 限水 位控 制 方法
不 考 虑预 报 ．由水 位确 定 泄 流量 以控 制水 库 水 位 不 超 过汛 限水 位 ．或 在超 过后 尽 快 回落 至汛 限水 位 以下 。这种 传 统理念 把 暴 雨洪 水 的发 生看 作 随
随着 气象 科 学 和水 文科 学 的进 展 ．水 库调 度 已进 入实 时预报 调度 阶段 。随着气象科 学 的发 展 ，
制． 我们 首 先 应该 确 定汛 限水 位 控 制 的上 下 限 ， 作
为 调控 的 阈值 。
２１ 汛 限水 位 动态控 制上 限的确定 ．
气 象 台 站 的 中短 期 降 雨 预 报精 度 有 了很 大 提 高 ， 特别 是 短期 降 雨预 报 的可信 度 已大 大 提高 。综 合 使用 天 气学 、 计 学 、 统 动力 学 、 工 智能 等方 法 ， 人 结
水 资 源需 求 方 面的 巨大 压 力 ，我 们必 须 转 向水 库
寻求 帮助 ，因此 水 库 的调度 运 行 管理 就 必 然会 引 起人 们 的更 多关 注 。 考虑 水库 本 身 的 防洪 和兴 利 功 能 ， 们很 容 易 想 到水库 汛 限 水位 的 问题 ， 限 我 汛 水位 是水 库 防洪和 兴 利 的结合 点 。如何 优 化控 制 汛 限水 位是 水 库 如何 优 化 调 度 的一个 关 键 问题 。 过 去 ， 们 采 用 的是 静态 汛 限水 位 。 库在 汛 期 控 人 水 制 在 固定水 位 。这 种 方 法最 大 弊 端是 造成 了水 资 源人 量 浪 费 。这 与我 们 当前 水 资 源紧 缺 的现 实很 不 和谐 。如 何在 可控 范 围内抬 高汛 限水 位 ， 提高水 资源 化利 用率 ， 是人 们所关 心 的 。
泄 流至 汛 限水位 动态 控制 域下 限值 。２ ［如果 已知汛 ］
发 生 了 ５场 。 １ ％； 占 ６ 三个 时期 发 生 的总 概率 占了
６ ％． ７ 可见 这 三个时期 是 水库 遭 遇洪水 概 率最 大 的 时期 。所 以需重 点研 究 ６月 下旬 以后 的 “ 来 时 未
期 ” ８月上 旬 以后 的 “ 来 时期 ” ９月 中旬 以后 的 、 未 、
内且 满足 水 库本 身 对上 下 游 的原 设计 防洪 要求 的
前提 下 实 施 的 ，其 与规 划 阶段 的 预 蓄预 泄 能力 约
束 法 方 法 原理 大 致相 同 ：前 者 的 入库 流 量 预报 信
息 、 库 泄流 能 力 、 水 下游 允 许安 全 预泄 流 量 均为 而
后 期 也可 能发 生 ：本 法 是定 期 内发生 一 次 洪水 以
［ 稿 日期 ］２ １ － ７ ０ 收 ０２ —３ ０ 【 者简 介］ 作 常磊 （９ ３ ） 男 ， 理 工 程 师 。 从 事 水 环境 监 测 工 作 。 １８一 ． 助 现
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吉林 水 利
水库 汛 限水 位 动态控 制 研 究
常ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
磊等
２１ ０ ２年 １ ０月
来会 不 会 再发 生 比这更 大 的 洪水 ” 个 问 题 ， 于 这 对
常 磊 等 ２ １ ０ ２年 １ Ｏ月
后 至 汛末 期 内取 样 ，假定 前 期 的 洪水 不 会 在未 来 时期 出现 。（） 期 设计 洪 水不 要 求各 分 期样 本 容 ３分
Ｉ 时 刻 的实 时信 息 ： 临 而后 者 采用 经 过概 化 的安 全
值， 结果偏 保 守 。
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吉林 水 利
水 库汛 限水位动 态控 制研 究