面向新时期新需求的三峡水库运行方案研究

本文回顾三峡水库设计洪水、特征水位、运行方案变化调整过程,综述三峡水库运行调度关键技术研究进展和分析来水来沙变化情况。分别采用最可能洪水地区组成法和非一致性洪水频率分析两种途径,推求考虑上游水库群调蓄影响的三峡水库运行期设计洪水及特征水位。结果表明:近10年三峡入库泥沙量比初设成果减少了84.4%,宜昌站水文情势IHA-RVA综合指标为74%、发生了重度改变,三峡水库运行期1000年一遇7~15 d洪量减少了约81.5亿~142.8亿m^(3),初设确定汛限水位的主要制约因素(防洪、泥沙)发生了很大的变化。原单站设计洪水及确定的三峡水库175-155-145 m运行方案,已无法满足新时期水资源高效利用和生态环境保护的新需求。建议把三峡水库运行方案调整为175-160-155 m,主汛期水位在155~160 m区间动态控制运行,长江中下游梅雨结束后应考虑提前蓄水,8月底蓄至163 m左右,9月底蓄至165 m,10月底蓄满。该方案在保证大坝和下游防洪安全的前提下,汛期减少弃水并增加枯水期补水量,预计可增发10%左右的发电量;抬高运行水位也有利于库区航运和减少消落带;9月份尽量不蓄水或少蓄水,可减少蓄水期对下游河道及两湖生态环境的不利影响,具有巨大的经济、社会和生态环境等综合利用效益。当预测预报长江流域可能发生流域性大洪水时,尽快将库水位消落至汛限水位145 m,确保大坝和下游防洪安全。

考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水估算

水利水电工程规划设计采用单站的天然年最大洪水系列资料和P-Ⅲ型适线法推求设计洪水,确定水库特征水位。然而上游水库的建成运行,破坏了下游洪水资料系列的一致性假定。本文通过构建非一致性洪水频率分析时变矩模型,计算了长江上游重点水库群的水库系数;并根据连续型随机变量分布函数单调递增的特性,提出了基于Q-Q图的时变P-Ⅲ型适线法;推求出考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水,并与极大似然法的估算成果进行比较。结果表明:①水库系数作为时变P-Ⅲ型分布的协变量,可以反映洪水系列的非一致性变化规律;②时变P-Ⅲ型适线法侧重考虑历史洪水点据的拟合,拟合效果优于极大似然法;③相较原设计成果,三峡水库运行期1000年一遇设计洪峰Q m、洪量W 3d和W 7d削减18%左右,洪量W 15d和W 30d削减14%左右,长江上游水库群的调蓄作用直接影响三峡水库运行期的防洪库容和特征水位。

梯级水库下游最不利洪水地区组成法

梯级水库运行调度显著改变了下游洪水的时程分配,而现有洪水地区组成法没有考虑对工程设计和防洪调度最不利或最恶劣的情景。本文基于灾害风险理论,根据未控区间洪量及地区组成概率,提出一种最不利洪水地区组成法。雅砻江梯级水库实例分析表明:最不利地区组成法分配给下游未控区间流域的洪量总是大于同频率组成法和最可能组成法;最不利组成法推求的雅砻江出口断面1 000年一遇设计洪峰、3 d和7 d洪量分别为16 700 m^(3)/s、41.6亿和85.1亿m^(3),均大于其他洪水地区组成法估计值。理论推导和统计试验表明最不利地区组成法可合理分配洪量并兼顾下游防洪风险,具有深入研究和应用的价值。

白鹤滩水库分期设计洪水与运行水位动态控制

水库运行调度依据年最大设计洪水确定的汛限水位,没有考虑洪水年内的季节性变化规律。采用原设计汛限水位运行导致汛期弃水、汛后水库蓄满率低。本文把白鹤滩水库汛期分为前汛期、主汛期和后汛期,分别计算分期设计洪水,经调洪演算推求分期运行水位,利用预报预泄法确定汛期运行水位上限,分析白鹤滩水库汛期运行水位动态控制的风险及效益,为白鹤滩水库调度决策提供技术参考。

白鹤滩水库运行期非一致性设计洪水估算

水库建设运行改变了下游河流的水文情势,导致水文资料系列无法满足洪水频率分析的一致性假定要求。本文基于GAMLSS模型构,建以水库系数作为协变量的时变P-III型分布模型,分别采用极大似然法和Q-Q图适线法,估计时变P-III型分布模型参数,推求白鹤滩水库运行期设计洪水。结果表明:Q-Q图适线法的拟合效果要优于极大似然法,与原设计值相比白鹤滩水库运行期1000年一遇设计洪峰,3 d、7 d、15 d和30 d洪量,分别削减了26.2%、25.1%、23.8%、22.7%和24.4%。

金下-三峡-葛洲坝梯级水库联合优化调度方案比较研究

依据水库调度图进行模拟调度,以检验设计值的合理性并作为方案比较的基准。分别建立金沙江下游和三峡-葛洲坝6座梯级水库联合调度和多目标优化调度模型,采用基于Gaussian径向基函数的“参数化-模拟-优化”框架和Borg算法求解优化模型的Pareto前沿。对比研究结果表明:6库设计年发电量合理可靠,联合调度需考虑回水顶托影响;联合(优化)调度方案与单库调度方案对比,6库年均弃水量分别降低20.38%(30.44%),增发电量4.01%(5.45%),其中溪洛渡、向家坝和葛洲坝水库增发电量最大;发电量与蓄满率互相制约,三峡水库9月10日起蓄面临着枯水年难以蓄满的问题,建议进一步优化三峡水库汛期运行水位并考虑提前蓄水。

水库群联合优化调度研究进展与展望

系统阐述了线性规划、非线性规划、网络流、大系统、动态规划、启发式算法等主要的水库群联合优化调度方法,对近年来国内外水库群优化调度理论及应用进展进行综述;重点分析了库群联合调度的基本原则、目标函数、优化算法及在防洪调度、兴利调度和多目标调度中的应用;展望了水库群联合优化调度的多目标技术,决策支持系统和效益分配等研究的方向。

Copula函数在多变量水文分析计算中的应用及研究进展

综述了多变量水文分析计算方法及存在的问题。系统地介绍了Copula函数的基本理论与方法,分析探讨Copula函数在多变量水文计算领域的适用性及优越性。总结了Copula函数应用的关键技术,包括参数估计、拟合检验及类型选择等,并展望了Copula函数的研究应用前景。

基于Budyko假设预测长江流域未来径流量变化

基于Budyko水热耦合平衡假设,推导了年径流变化的计算公式,分析了长江流域多年平均潜在蒸发量、降水量、干旱指数和敏感性参数的空间变化规律。选用BCC-CSM1-1全球气候模式和RCP4.5排放情景,把未来气候要素预估值与LS-SVM统计降尺度方法相耦合,预测长江流域未来的气温、降水和径流变化情况。采用乌江和汉江流域的长期径流观测资料,分析验证了基于Budyko公式计算年径流变化的可靠性。结果表明:降水量变化是影响径流量变化的主导因素;长江各子流域未来径流相对变化增减不一,最大变幅10%左右;在未来2020s(2010—2039年)、2050s(2040—2069年)和2080s(2070—2099年)3个时期内,长江南北两岸流域的径流将出现"南减北增"现象,北岸径流变化增幅逐渐升高,南岸径流变化减幅逐渐降低。

水库洪水调度系统设计与开发

论述了水库洪水调度系统设计与开发的目标，介绍了洪水预报和水库调度的系统结构和功能、运行环境、关键技术、规范化和标准化设计，提出了解决问题的途径和方法。采用现代软件编程技术，开发出了先进、实用、可靠和界面友好的应用软件，并已在全国31座水库运行，效果良好。

分布式流域水文物理模型的应用和检验

应用BBMW流域资料来检验分布式流域水文物理模型 ,分析探讨径流形成原理及地表径流的空间分布规律 ,并与新安江模型的模拟结果进行比较 .5场洪水过程模拟的模型效率系数为 85 .2 % ,水量守恒指数为 0 .98,模拟效果较好 。

基于气象模式的汉江流域洪水预报系统

针对现行洪水预报方法的不足与汉江流域的特点，建立了汉江流域MM5气象预报模式和VIC分布式水文模型，耦合集成3种预报模式并开发了基于气象模式的汉江流域洪水预报系统。应用2005-2007年汛期日水文气象资料进行验证，结果表明所建VIC分布式水文模型具有较高的模拟与预报精度。基于气象模式的汉江流域洪水预报系统可为汉江流域的中长期水文预报和水资源综合管理提供技术支撑和决策参考。

再论水库汛期水位动态控制的必要性和可行性

汛限水位是水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位,在防洪中具有法定地位,是协调水库防洪与兴利的关键参数,直接影响水库效益发挥。近年水利和应急管理部门落实强监管措施的过程中,出现了强制要求水库汛期不超汛限水位的情况,导致相当多的水库汛期过度弃水、汛后无水可蓄。我国许多省份发生干旱时出现无水可供的困局,2022年长江流域历史性特大干旱情况尤甚。本文通过回顾汛限水位动态控制试点工作,论述汛限水位设置依据和实际监管中存在的问题,阐述开展汛期水位动态控制的必要性和可行性;归纳总结梯级水库运行期设计洪水、分期汛限水位和汛期水位动态控制的理论及方法;提出需要继续深入研究的科学问题和关键技术;最后建议加强水利工程基础措施建设,修改完善现有的法律法规和设计洪水计算等规范,建立符合新阶段水利高质量发展的运行机制,统筹协调防汛抗旱和洪水资源高效利用,实现水库汛期水位动态控制。

梯级水库运行期设计洪水理论和方法

人类活动和气候变化显著地改变了河川径流及洪水的时空分配过程,直接影响下游断面的设计洪水。本文综述水库对下游水文情势的影响,提出梯级水库运行期设计洪水理论方法和研究内容;重点探讨非一致性洪水频率分析和基于Copula函数的最可能地区洪水组成法,比较各种方法的实用性;推荐采用运行期设计洪水及汛控水位指导水库调度运行,建议进一步加强水库运行期设计洪水计算理论和方法研究。

三峡水库运行期设计洪水及汛控水位初探

考虑长江上游水库群调蓄对三峡水库设计洪水的影响,采用最可能组成法和典型年法推求干支流控制站洪水的地区组成,构建多输入单输出(MISO)系统模型模拟向家坝至三峡水库未控区间的洪水过程,研究探讨三峡水库运行期设计洪水及汛期防洪控制水位(汛控水位)。结果表明:长江上游干支流梯级水库的调蓄作用对三峡水库设计洪水影响显著;三峡运行期千年一遇设计洪峰流量为81 136 m3/s,3、7、15和30 d洪量分别为188.2、386.3、727.4和1320.9亿m3,相比建设期设计值分别削减了18.2%、23.8%、20.6%、20.2%和16.9%;在不降低防洪标准的前提下,三峡水库运行期汛控水位(155 m)比建设期汛限水位(145 m)抬高了10 m,这不仅有利于库区航运、维护库岸稳定、保护消落区生态环境,还可增发电量、减少蓄水期对洞庭湖和鄱阳湖的影响,经济社会和生态环境效益巨大。

大尺度水文模型及其与气候模型的联结耦合研究

本文综述陆地表面水文过程，大尺度水文模型及其与气候模型联结耦合研究的最新进展和存在问题，介绍ＧＥＷＥＸＧＡＭＥ研究项目的目标和内容，科学价值和现实意义及其在我国开展研究的计划．

气候变化对水文水资源影响评价的不确定性分析

在评价气候变化对水文水资源影响的各个环节中都存在不确定性。以蓝塘和花园两流域为例，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌＯ和非参数方法研究区域水文评价模型参数和径流的不确定性估计。结果表明：径流对降水的变化要比对气温升高敏感；径流系数较小的流域，其变化幅度反而大。若考虑信度水平为５％的不确定度和最不利的气候情景组合，蓝塘和花园两流域的洪峰流量将分别增大４５．２１％和４９．２７％，这将对防洪工程造成重大和不利的影响。

丹江口水库洪水资源调控技术研究

丹江口水库既是汉江中下游地区的控制性防洪工程，又是南水北调中线工程的水源地，承担着防洪、供水、发电、航运等重要功能。本文把资料系列延长至2014年并进行设计洪水复核，开展汛期分期、运行水位动态控制和提前蓄水研究。结果表明：在不降低防洪标准的前提下，利用1~5d预见期信息，夏汛期（6月21日至8月20日）和秋汛期（9月1日到10月10日）的运行水位分别在160．0~162．9m和163．5—165．7m区间浮动，年均可增加蓄水量31．6~49．98亿m3，或增加发电量9．96~100．21MkW·h；汛末提前蓄水时间为9月15日，蓄水水位上限值为166m，与原设计方案相比，水库蓄满年份从4年增加到12年，年均多蓄水8．98亿m3。

考虑人类活动影响的丰满水库洪水预报方案

在新安江三水源产流模型和纳西及地下线性水库汇流模型的基础上 ,提出了考虑水利工程和土地利用对产汇流机制影响的洪水预报方案 ,并引入参数优化和实时校正技术 .丰满水库流域应用结果表明 ,文中所提方案要优于现有的预报方案 。