水库防洪预报调度方法2015年度期末复习题

1水利系统预报调度理论与方法2014-2015年度复习建议通过复习自己做过的四个作业和阅读课件和参考书，思考以下问题（注意，并非一定是考题）1.水利系统预报调度基本原理是什么？请写出基本方程及符号含义。答：1）基本原理：联解水质运动连续方程和运动方程（输入为确定的、随机的或模糊的，水库特性为约束，目标为防洪兴利综合效益最大，以水量平衡方程替代连续方程、以水位库容和水位泄量关系替代运动方程，求解的决策是水库出流或求解的策略是水库出流过程）圣维南方程组(质量连续+运动方程),实用时简化为“水量平衡原理+水位泄量、库容曲线”。水量平衡原理—方程：对某一区域，有SOI，式中I、O给定时段输入输出该区域的水量，S时段内蓄水量的变化量，可正可负。水位库容关系曲线水位泄量关系曲线圣维南方程组（质量连续+运动方程）：令x--距离；t--时间；y--水位；V--流速；A--断面积；Q--流量；K--流量模数；C--谢才系数；R是水力半径。0xQtAKQxVgVtVgxy221右端前两项为惯性项，第3项为摩阻项，用于摩阻损失。质量连续——反映能量守恒定律；即蓄水量的变化率应等于沿程流量的变化率。运动方程——反映动量守恒定律；即重力与压力的联合作用使水流克服惯性力和摩阻引起的能量损失而获得加速度。2.基于输入、转换体、输出和环境，论述水利系统调度规划与实时调度的异同点。答：调度规划：指在水库的设计阶段，利用工程区已有的相关历史水文、气象等信息，并根据相关的标准、规范及现实约束条件，确定主要的调度参数，进而预测未来洪水状态，确定调度方法及制定防洪与兴利计划已达到兴水利除水害的目的。实时调度：指在水库的日常运行中，根据研究区的实际情况，灵活的修改水库的调度计划，在保证达到水库调度的各项目标的同时，充分利用水资源更好的发挥水库建设的作用。不同点：2（1）输入资料异同：1）（同）自然地理、水文气象特性，水位库容、泄量关系，依据历史洪水、降雨径流资料推求设计频率洪水、设计频率径流资料（2分）；2）（异）实时调度增加长中短水文气象预报信息及实时水雨工情信息（1分）。（2）转换体异同：1）（同）调节计算原理与方法、频率分析与风险分析的概率统计原理、规范规定的汛期分期与防洪及兴利设计方法（2分）；2）（异）实时调度增加实时预报方法、预蓄预泄原理方法、汛限水位动态控制理论方法、调度方案实时生成技术与优选理论方法（1分）；（3）输出成果差异：1）（异）调度规划输出-防洪兴利调度特征水位与库容，多目标功能指标、调度方式及规则，调度图（1分）；2）（异）实时调度输出-实时调度方案（面临时刻兴利供水或防洪决策的泄流量或水位控制状态）（1分）；（4）约束异同：1）（同）调度功能、任务及设计标准等，即调度原则，依据的法规等（1分）；2）（异）实时调度还受设计输出成果（特征水位、特征泄量、调度规则）约束，或修改经批复可不受其约束（1分）。3.简述水库防洪（兴利）调度的原则、调度方式及其规则的定义。防洪（兴利）调度方式及其规则划分几类？各类方式及其规则差异？绘图和举例说明。答：1．水库防洪调度原则：指规划的水库防洪任务、目标、设计标准频率等。如碧流河水库500年一遇标准设计，1000年一遇标准校核；设计水位=71m，最大泄流量=7850m3/s，校核洪水位=72.6m，最大泄流量=9530m3/s。50年一遇标准洪水，保丹普公路、城庄铁路、城子坦镇不被淹。10年一遇标准洪水，下游5万亩水田不被淹。2．防洪调度方式(或称泄流方式):在保证水库大坝本身及上、下游防护目标防洪安全的原则下(即防洪调度原则),控制库水位及闸门启用或泄流量的时程变化形式。3防洪调度规则：改变闸门开启状态或改变泄量大小的依据(或称判断指标),称防洪调度规则。例：防洪调度规则依据的判别指标类型：以入流量为判据（丰满水库）如丰满水库以入流量为判据，汛限水位261.0m，当Q入Q5%，q=3000m3/s，当Q入Q2%，q=4000m；当Q入Q1%，q=5000m3/s；当Q入Q0.2%，q=7500m3/s，当Q入=Q0.2%，畅泄以库水位为判据（白山水库）以水位和净雨作为判据（清河水库）以气象预报的二级分辨、预报的洪峰或累计净雨、实际的水位作判据（大伙房）4.防洪调度方式类型：预泄类型；分级控制类型；无闸畅泄型。参见图。31.预泄类型：在洪水来临前，利用洪水预报提前加大水库的下泄流量（最大不超过下游河道的安全泄量），腾出部分库容用于后期防洪。2.分级控制类型：采用闸门控制措施，使水库下泄流量按多级固定值泄放，各级控制下泄流量值视入库洪水和下游河道的防洪能力而定。3.无闸门畅泄型：在没有闸门或不控制闸门的情况下，当库水位超过水库的溢流堰后任其自由下泄。一般是在指水库不承担下游防洪任务，水库调洪只需解决水库遭遇设计标准及校核标准洪水，在水库水位超过防洪限制水位时为确保大坝安全时的泄流。4.补偿调节方式：根据区间洪水预报逐时段确定水库相应下泄流量，使其与区间洪水流量组合结果不超过下游控制点的安全允许泄流量。不计预报的水库防洪调度方式及其规则选择方法:预泄类型；分级控制类型；无闸畅泄型水库防洪预报调度方式及其规则选择方法1）无下游防洪任务,仅有水库自身防洪要求,有闸控制,考虑短期洪水预报或短期降雨预报的预泄和预蓄型;(2)下游有一级或多级标准防洪任务,但无错峰要求,有闸控制,考虑短期入库洪水预报或短期雨预报的预泄型;(3)既有下游多级标准防洪任务,又有错峰要求,有闸控制,考虑短期入库及区间洪水预报和短期降雨预报的近似补偿型。举例说明：（见书82页）2）防洪调度规则依据的判别指标类型1.以实际入流量为判据（丰满水库）汛限水位261.0m，当Q入Q5%，q=3000m3/s当Q入Q2%，q=4000m3/s当Q入Q1%，q=5000m3/s当Q入Q0.2%，q=7500m3/s当Q入=Q0.2%，畅泄2.以实际以库水位为判据（白山水库）汛限水位413.0m，当Z416.5m，q=2500m3/s当Z=416.5m，4高孔+1中孔当Z=417.5m，4高孔+3中孔3.以实际水位和预报净雨作为判据（清河水库）汛限水位129.0m，q出=q工农当Z133.90m,q=300m3/s当Z=133.90m,且R=200mm，q=300m3/s+溢洪道开2孔当Z=134.40m,且R=230mm，q=300m3/s+溢洪道开4孔当Z=134.80m,且R=320mm，q=300m3/s+溢洪道开6孔4.以气象预报的二级分辨、预报的洪峰或累计净雨、实际的水位作判据（大伙房）汛限水位127.8m，q=Q入当预报12h后Q入=6500m3/s（或R上=190mm）且Q下2020m3/s（或R下=170mm）且气象预报6h后仍有雨，则q=400m3/s（错峰限制泄流量）当Z=131.60m或预报3h后下游洪峰将出现，全开泄流设备当Z=137.7m且预报Z预报=138.8m,破二非常溢洪道土堰41.兴利调度原则：2.兴利调度方式：3.兴利调度规则：按兴利调度方式调节综合利用各部门的相应保证率、不同典型来水过程，在满足兴利调度原则的前提下，归纳出来的判断何时改变蓄、供水或供电的准则。答案二补充：1)水库调度原则：水库调度方式及其规则所依据的法制和标准（分防洪和兴利调度原则）。2)水库调度方式：水库蓄、供水或供电，出流量的时程变化形式（泄流方式、水库运用方式）3)调度规则：按防洪调度方式调节各设计频率、种典型洪水，在满足防洪调度原则前提下，归纳的判断何时改变泄流量的准则-防洪调度规则；按兴利调度方式调节综合利用各部门的相应保证率、不同典型来水过程，在满足兴利调度原则的前提下，归纳出来的判断何时改变蓄、供水或供电的准则-兴利调度规则：如调度图或推理模式。4.可行的防洪调度方式类型通常按以下因素分类：设置闸门否？闸门操作灵活否？上、下游有防洪要求？几级要求？下游有错峰要求？考虑洪水或降雨预报否？5.可行的兴利调度方式类型通常按以下因素分类：综合利用各部门的需水特点、电力系统负荷特征、电站调节性能及其在系统中的工作位置、需补偿调节？考虑中长期预报否？不考虑预报（水库模糊优化调度P15-P20）预泄类型：在有一定预见期的洪水预报前提下，水库根据下游防洪要求按一定泄量预泄腾出部分库容。分级控制类型：在缺乏洪水预报的情况下，调洪起始阶段按下游安全泄量下泄，蓄满防洪库容时，库水位仍在上涨，说明所来洪水已超过下游防洪标准，加大泄量。无闸畅泄型：水库不承担下游防洪任务，泄洪建筑物无闸门控制或汛前闸门全开汛末关闭，对洪水只起到停滞作用补偿调节方式：根据区间洪水预报逐时段确定水库相应下泄流量，使其与区间洪水流量组合结果不超过下游控制点的安全允许泄流量。不计预报的水库防洪调度方式及其规则选择方法：预泄类型；分级控制类型；无闸畅泄型水库防洪预报调度方式及其规则选择方法(1)无下游防洪任务，仅有水库自身防洪要求，有闸控制，考虑短期洪水预报或短期降雨预报的预泄和预蓄型；(2)下游有一级或多级标准防洪任务，但无错峰要求，有闸控制，考虑短期入库洪水预报或短期雨预报的预泄型；(3)既有下游多级标准防洪任务，又有错峰要求，有闸控制，考虑短期入库及区间洪水预报和短期降雨预报的近似补偿型。54.如何论证降雨预报、洪水预报、中长期径流预报信息可利用于水利系统防洪兴利预报调度中？答：论证：（1）降雨预报降雨预报信息可利用性准则：1）预报信息反映近期预报水平2）准确率高、漏报空报率低3）误差分布规律明显4）误差对防洪安全影响度小5）允许误差水库承受力这是水库汛限水位动态控制理论方法体系第三层运行主体的输入信息部分。它制约着安全运行规则，可行方案生成与优选，满意决策方案评价部分的正常运行。若无完善的预报信息可利用分析理论，就失去汛限水位动态控制假定、理念的环境。失去“控制域”确定、“动态控制方案”选择和“效益与风险”评价理论方法的基础。降雨预报信息可利用性准则1)降雨预报信息及其关联的天气形势预报服务项目齐全，配套卫星云图和雷达图，反映近期预报水平，且具有充分多的水库临近站预报与对应的流域平均实际降雨资料;2)按照气象部门要求，分析的降雨预报确率高、漏报率和空报率低;3)不同量级降雨预报的实际值分布规律明显;4)误差对水库及其上下游防洪安全影响度小，即允许误差水库可承受力或具有可行弥补措施;（2）洪水预报信息可利用准则，可按照水利系统的防洪安全调度所承受误差能力确定。提高精度，保证原来的预见期。6洪水预报信息可利用性准则1)水雨工情遥测、监测系统，通讯系统运行稳定,可靠，满足规范要求；2)洪水预报模型为规范甲或乙级水平；3)误差分布规律性明显-正态或偏态；误差分布参数均值越小，均方差越小，利用的可靠度越高；4)风险分析的可靠度高，单一预报变量，相应允许风险率P0F20%；；5)误差对水库及其上下游防洪安全影响度小，即允许误差水库可承受力，且有弥补措施。（3）中长期径流预报5.汛期分期的各类方法基本理念与假定？如何评价其方法利弊？分期汛限水位确定的各类方法基本假定？如何评价其方法的利弊？分期控制比不分期控制防洪风险增加？为什么？答：（一）汛期分期目的：若想做到保证防洪安全,又能不失时机地蓄满水库保证兴利供水,则需要研究解决汛期分期课题。方法：成因分析法、数理统计和模糊集合分析法（矢量统计法、变点分析法、相对频率）基本理念：针对全汛期单一静态控制汛限水位，不能充分利用洪水资源的问题，基于成因与统计分析的实践与汛期可分期的认知，期望分期设计与控制汛限水位，实现既安全又能增加洪水7资源利用量。但各分期仍要预防设计标准的小概率洪水事件发生，满足设计的防洪安全要求。假定：（1）若某一特征值发生，则认为进入汛期；汛期分期的分界点是确定值，可用普通集合论描述汛期各分期的阶段过度性。（2）主汛期的洪水发生量级与频次大于其前后期，或者说主