基于SAR模型和蒙特卡罗法的防洪调度风险分析

应用一阶季节性自回归模型生成多场入库洪水过程,考虑泥沙淤积状况和泄流能力不确定性影响,在给定汛限水位和调洪规则下对模拟洪水进行调洪演算,统计得到水库防洪风险率。实例分析结果表明：水文因素的随机性、库容与水位关系的不确定性是万家寨水库防洪风险的主要影响因素,泄流能力不确定因素对水库泄洪影响不明显;同时得出了各汛限水位方案下水库的防洪风险率,为万家寨水库前汛期动态汛限水位选择提供了一定的参考依据。     

基于随机模拟法的水库大坝防洪安全风险分析

文章从水文不确定性、调洪规则可选择性以及调洪起始水文3个方面分析防洪安全的影响因素,通过建立随机模拟模型评价综合风险程度。采用三角分布、正态分布及一阶自归回模型计算确定入库洪水量和泄洪能力主要影响因子,在调洪起始水位和调洪规则已知的条件下经推演计算确定漫顶风险率和最高洪水位。研究表明:水文水力特征是决定防洪风险的关键因素,而水库泄洪风险与调洪规则、起调水位、水力因素等相关。     

水库防洪预报调度的风险分析

本文从水文预报误差的不确定性分析出发，将短期洪水预报精度评定指标转化为入库洪水过程的随机特征值，并引入水库调洪演算随机数学模型，从而实现水文预报风险向预报调度风险的转化，为定量考察预报调度风险率、合理选择动态的汛限水位提供了科学的依据。通过这一方法论证了水文预报精度对水库防洪预报调度风险率的影响，表明提高水文预报精度将有利于降低水库调洪风险率。     

水库汛限水位动态控制的风险评估

水库汛限水位的动态控制实质上是一种风险调度.在对短期水文预报不确定性分析的基础上,提出了将洪水预报精度等级评定指标转化为人库洪水过程的随机特征值的方法,利用水库调洪演算的随机微分方程,分析了不同预报精度等级和不同预见期条件下水文预报误差的传递与演化过程,并建立了水库汛限水位动态控制的风险率计算模型,以定量评估抬高汛限水位对水库大坝和下游河道防洪安全的影响.算例分析表明,汛限水位的抬高将使水库和下游河道的防洪风险率增大,通过提高预报精度和延长预见期可以降低由汛限水位拾高所增加的风险率.     

基于随机微分方程的大坝漫顶风险研究

考虑入库洪水的水文条件、出库泄流能力、库容与水位关系以及防洪起调水位等不确定性因素,基于随机微分方程对大坝的漫顶风险进行了量化分析。计算实例表明:运用随机微分方程进行水库的调洪演算中综合考虑了各种不确定性因素对库水位随机过程的影响,计算的大坝漫顶风险率更趋合理。     

基于Copula函数的桃林口水库防洪风险分析

为了对桃林口水库进行防洪风险分析,采用阿基米德Gumbel-Hougaard Copula连接函数,构建了入库洪峰与洪量的两变量联合分布模型,由随机抽样模拟洪峰和洪量系列,然后基于洪水类别生成洪水过程线。同时综合考虑了水库泄洪能力与水位库容关系水力不确定性因素,采用Monte Carlo法计算桃林口水库在现行常规调度条件下不同风险因子组合对应的水库调度风险定量关系。结果表明,桃林口水库防洪风险系统最主要的控制因素是水文风险,水力风险影响次之。降低汛限水位及采取合理的控泄方式可极大地减轻下游的防洪压力,而该调度方式下水库本身的风险率很小。研究成果为当地水库管理与防汛部门制定科学、合理的防洪规划,为未来合理利用洪水资源探索汛限水位动态化管理提供一定的参考。     

故县水库分期洪水防洪调度风险分析

结合故县水库分期洪水的特点，采用蒙特卡罗模拟技术研究了水库防洪调度风险分析的实施程序；分析并随机模拟了导致故县水库洪水风险的主要不确定性因素，得到了不确定性因素影响下不同频率的模拟洪水过程。根据模拟洪水过程在不同汛限水位方案下的调洪结果，估计了不同汛限水位方案的防洪风险。结果表明：①典型洪水的选择、预报误差及调度滞时是水库防洪调度中的主要不确定性影响因素；②水库分期运用汛限水位抬高是水库洪水资源化的主要途径，故县水库的汛限水位前汛期可以抬高到532．0m，后汛期可以抬高到534．3m。     

水库汛限水位动态控制极限风险率研究及探讨

水库面临的汛限水位所能承受的极限风险为不可预知,本文通过常用的坝址洪水排频(经验频率计算和P-Ⅲ型频率曲线适线定线)分析法结合调洪演算,从中得到汛限水位动态控制的极限风险率.一方面,可及时了解水库某一洪水位对应的极限风险率,从而反推水库所能承受的最大洪水标准;另一方面,通过查询曲线关系图,在已知库水位极限风险率的前提下,可推求水库在该极限控制指标的下所能承受的汛限水位.     

基于年防洪标准的水库分期优化调度研究

以棉花滩水库为例,在不降低年防洪标准的前提下进行汛限水位分期优化调度。采用传统水文频率分析法推求分期设计洪水,分期洪水组合概率应与年洪水概率一致;建立分期设计洪水频率与相应防洪库容的两变量序列,根据拟定汛限水位的防洪库容插值求得防洪风险率;在分期防洪风险率组合满足年防洪标准的前提下,根据发电、调洪规则及其它约束条件进行长系列模拟,对各分期进行风险和效益转移,寻求整体最大效益。结果表明:汛限水位前汛期取168.78 m、后汛期取169.58 m,防洪风险率分别为1.217%、0.783%,组合风险率为1.99%;与年防洪标准2%基本一致,同时具有较大的兴利效益。     

黄河中下游水库汛限水位与防洪体系风险分析

黄河中游四库(三门峡、小浪底、陆浑和故县水库)在中下游的防洪体系中有着重要的地位，也对黄河中下游的水资源分布产生很大的影响。根据黄河中下游水库及黄河中下游防洪工程体系的运行调度规则，考虑设计洪水典型选择、洪水预报误差和水库调度滞时的不确定性影响，利用蒙托卡罗法模拟洪水过程，实现了洪水典型选择、洪水预报及调度滞时不确定性因素影响的定量转化，分别计算了前、后汛期8种汛限水位方案下的黄河中下游水库及下游的防洪风险指标值，在对各方案的风险进行比较和评价的基础上，推荐了小浪底水库、陆浑水库和故县水库前、后汛期相对合理的汛限水位方案，为定量考察水库防洪调度及下游防洪风险率、合理选择动态的汛限水位提供参考依据。     

漫坝风险分析在水库运行管理中的应用

本文运用漫坝风险分析理论，综合考虑影响漫坝的洪水、风浪、库容、泄水能力四方面的不确定性，建立了东武仕水库大坝对抗洪水系列与风浪系列联合作用的漫坝风险模型，计算了水库在现行的防洪标准及调度方案下的大坝漫坝风险及安全可靠度，从而对水库漫坝安全做出评价。此外，在保证东武仕水库大坝漫坝安全可靠度高达99．999％以上的基础上，结合下游河道的泄洪能力、淹没范围等具体情况，通过计算分析，建议将水库的汛限水位提高1．5m，可使水库多蓄水1470万m^3，取得直接经济效益400万元。     

极端降雨条件下合肥市董铺和大房郢水库防洪调度实践

以合肥市董铺和大房郢水库为研究对象,分析了应对 2020 年 0717 号洪水典型防洪调度方案及其防洪效果。董铺水库削峰率 78.9%,最大拦蓄水量 0.385 亿 m3,大房郢水库削峰率 67.4%,最大拦蓄水量 0.361 亿 m3,系统总结了南淝河流域面对极端降雨条件的防洪调度措施;分析了在历史极值降雨强度下分别以安全取水位、安全供水水位及主汛期汛限水位为起调水位进行不泄洪调度方案,在历史最大 1 日与历史最大 3 日面降雨量情况下三种起调水位最高水位均低于相应设计洪水位。结果表明：在 1～3 日极值降雨情况下,若下游城市河道南淝河和巢湖防洪排涝压力大,可以采用不泄洪的调度策略,为推进水库优化调度,统筹合肥市城市防洪安全与供水安全提供参考。     

三峡坝前水位过程线特征参数的标定与统计特性

三峡水位周期性振荡是影响库区滑坡变形及稳定性的重要随机变量。通过对2010—2020年三峡坝前水位过程线进行标定,获取水位过程线特征参数的边缘分布类型、分布参数和相关性。运用9条直线段拟合水位过程线,获取库水消落期与回升期的持续时间和变化速率、汛限期前后平台持时、洪峰爬升和下降时长、洪峰水位等14个特征参数。根据赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)识别特征参数的最优分布类型,并利用Bootstrap方法模拟统计不确定性。结果表明:①特征参数均值线克服了水位均值线平均时的削峰填谷现象,可作为库区涉水滑坡变形和稳定预测的的典型水位过程线。②在库水消落期的缓降和陡降、回升期的陡升和缓升4个阶段内,持续时间分别服从威布尔、极值Ⅰ型、对数正态、威布尔分布,均值分别为87.00、47.45、22.18、32.27 d;库水位变化速率分别服从极值Ⅰ型、威布尔、极值Ⅰ型、极值Ⅰ型分布,均值分别为14.53、36.75、74.33、37.88 cm/d;持时和库水位变化速率的Pearson相关系数分别为-0.67、-0.78、-0.85、-0.67。③汛期洪峰水位服从极值Ⅰ型分布,缓降持时和速度之间相关系数均值的变异性较大。研究成果可为库区涉水滑坡的风险分析提供水位信息相关统计特性。     

Model for reservoir operations during periods of high flow

A combined dynamic programming optimization and hydraulic simulation model is presented for the analysis of the operation of hydroelectric reservoir facilities during periods of flood flows. The model is specifically designed to analyze the impacts of reservoir operations on upstream flooding and to consider complex reservoir outlet works. The model was applied to analyze the design and operational strategies for the Visegrad Hydroelectric Project in Yugoslavia. Results of the analysis indicated that the most economical means of flood protection for upstream areas was a combination of flood protection structures and a lowering of the reservoir storage level in anticipation of flood flows.     

基于随机模拟和并行计算的水库防洪调度风险分析

由于洪水预报、洪水类型、工程状态、管理决策等诸方面不确定性因素,水库实际防洪调度不可避免地存在各种风险,水库防洪调度风险分析研究显得尤为重要。为确保防洪安全,降低大坝及下游综合洪灾损失,对水库防洪调度风险分析进行了全面梳理,分析和识别了水库防洪调度风险的关键影响因素,探明了洪水预报误差、不同典型洪水、初始起调水位和防洪调度滞时等不确定性因素。研究了基于蒙特卡罗随机模拟的不确定性因素模拟手段,建立了并行计算模式下水库防洪调度风险分析模型及其计算流程,并定量分析了不确定条件下的水库防洪调度风险。相关成果可为快速方便、科学合理的水库防洪调度运行方式和安全管理提供技术支持。     

水库实时防洪调度风险分析研究

依据水库实时防洪调度流程,分析了水库防洪决策风险源;提出了基于洪量预报误差分布的水库调洪演算风险分析和风险率计算方法;建立了水库实时防洪调度风险交互模拟分析模型,为实时决策中的不确定性分析提供了实用工具.     

Optimal Pre-storm Flood Hedging Releases for a Single Reservoir

Flood hedging reservoir operation is when a pre-storm release creates a small flood downstream to reduce the likelihood of a more damaging but uncertain larger flood in the future. Such pre-storm releases before a flood can increase reservoir storage capacity available to capture more severe flood flows, but also can immediately increase downstream flood damage and reduce stored water supply. This study develops an optimization model for pre-storm flood hedging releases and examines some necessary theoretical conditions for optimality, considering hydrologic uncertainty from flood forecasts and engineering uncertainty from flood failures. Theoretically, the ideal optimality condition for pre-storm flood hedging releases is where the current marginal damage from the hedging release equals the future expected marginal damage from storm releases. Additional water supply losses due to pre-storm releases tend to reduce pre-storm flood hedging releases. The overall flood damage cost to be minimized must be a convex function of pre-storm hedging releases for flood hedging to be optimal. Such convexity is determined by the overall flood risk together with the probability distribution of storm forecasts. Increasing the convexity of the failure probability function can induce more pre-storm hedging release. Categorized by flood risk likelihood downstream, forecasted storms that are large, but not yet overwhelming flood management systems, drive optimal flood hedging operation. A wide range of near-optimal hedging releases is observed in numerical examples, providing options for more rational water resources management decisions.     

考虑融雪洪水跳跃变异的水库极限防洪风险复核

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库年最大洪峰流量序列非一致性,确定序列变异形式,利用"分解-合成"理论进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,将其作为水库入库融雪洪水过程,根据水库防洪调度规则进行调洪演算,并通过频率分析法对两种条件下水库极限防洪风险率进行分析计算。结果表明:年最大洪峰流量序列在1993年发生变异,序列整体上升趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;根据两种条件下水库坝前最高库水位,以校核洪水位Z_d=993.35 m为水库极限防洪风险控制指标,过去条件下肯斯瓦特水库极限防洪风险率为0.231 23%,而现状条件下为0.354 58%,两种条件下复核后的肯斯瓦特水库极限防洪风险率均大于5 000年一遇的校核标准0.02%。     

丰满流域水利工程对径流变化规律的影响研究

丰满水库流域水利工程众多,受水利工程特别是人工控制性较差的中小水利工程影响,流域产汇流特点发生了一些改变,原有水文预报模型未能考虑这一变化而导致其精度下降,不利于流域正常水文预报工作的开展,影响了流域内水库防洪与兴利效益的发挥。在前人研究基础上,结合实测水利工程运行资料和美国陆地资源卫星"Landsat TM/ETM+"数据,分析了水利工程在洪水中的蓄放规律。研究发现,水利工程初始蓄水状态、洪水发生汛期阶段和降雨量3个因素决定了水利工程的蓄放规律,拦蓄规律为:汛中拦洪比小,汛末拦洪比大;初始库容越大,拦洪比越小,若初始库容相近,则汛末拦洪比大于汛初;对于汛末洪水,发生时间越晚,拦洪比越大。将研究所得的拦蓄规律应用于洪水预报方案进行校正,结果表明,1996年9月14日和2006年8月26日两场洪水校正后的预报误差分别由校正前的146.6%和31.8%降低到8.6%和10.1%。因此,研究所得拦蓄规律是合理的,能显著提高丰满径流预报精度。