Floodwater utilization of the Three Gorges Project

Floods are both risks and resources. Floodwater utilization is an important part of flood management. Considering the rising shortage of water resources, serious water pollution, and undersupply of electric power, it’s imperative to strengthen flood management. In light of the hydrological characteristics of the Three Gorges Project (TGP) on the Yangtze River in P. R. China, we investigated the necessity and feasibility of TGP floodwater utilization, proprosed dynamic control of limited water level during flood season of the reservoir and basin-wide integrated floodwater management as strategies, and identified problems that might occur in practice.

Risk analysis of dynamic control of reservoir limited water level by considering flood forecast error

Flood control forecast operation mode is one of the main ways for determining the upper bound of dynamic control of flood limited water level during flood season. The floodwater utilization rate can be effectively increased by using flood forecast information and flood control forecast operation mode. In this paper, Dahuofang Reservoir is selected as a case study. At first, the distribution pattern and the bound of forecast error which is a key source of risk are analyzed. Then, based on the definition of flood risk, the risk of dynamic control of reservoir flood limited water level within different flood forecast error bounds is studied. The results show that, the dynamic control of reservoir flood limited water level with flood forecast information can increase the floodwater utilization rate without increasing flood control risk effectively and it is feasible in practice.

Scheme optimum selection for dynamic control of reservoir limited water level

Dynamic control of reservoir limited water level is important to reservoir flood control operation.A reasonable limited water level can best utilize flood water resources in addition to flood control.This paper is a trial application of the fuzzy information entropy matter-element evaluation method(FIEMEM) as an optimal selection of dynamic control of limited water level.In this method,compound matter elements are established first,followed by establishment of an evaluation model and choice of the optimal scheme on the basis of fuzzy information entropy.In determining weights,a combined weighting method in game theory is adopted to combine experiential weights and mathematical weights so as to eliminate one-sidedness of the single weighting method.Finally,the feasibility of this optimization method is verified by citing dynamic control of Biliuhe reservoir limited water level as an example.

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。

考虑非汛期库水位动态控制的水-光互补中短期调度研究

为解决大规模水-光互补系统在非汛期的多时间尺度耦合调度难题,阐明了库水位动态控制调度模式下的水-光中短期互补的基本原理,分别构建了考虑非汛期库水位动态控制的水-光互补中期和短期多目标优化调度数学模型,并以青海省黄河上游班多水-光互补系统为例验证模型有效性。结果表明,与传统调度模式相比,库水位动态控制调度模式下水库非汛期日初库水位平均增高0.94~1.17 m,水电日均发电水头平均提高0.06%~0.80%;非汛期水-光互补系统发电量提高0.221%,弃光电量降低0.025%。因此,非汛期库水位动态控制调度可提高水-光中短期互补性能。

汛期水风光多能互补动态调度模型研究

为充分利用水电站水库汛期在预报无洪水或小洪水时的调节能力,将汛期运行水位动态控制域对应库容作为调节风光运行的可用库容,在提高水库调节能力的基础上给出了考虑入库洪水实时状态的汛期水电站水库动态消纳风光调度模式,以风光出力期望值加水电出力之和与负荷偏差最小为目标,结合风光出力不确定性建立了汛期水风光多能互补动态调度模型,并以福建省水口水电站为例进行模拟调度计算。结果表明:所提动态消纳风光调度模式能够在保证防洪安全的前提下充分合理利用水位动态控制域内的调节能力来调节风光出力,使失负荷时段数和发电量缺口期望值相较于传统调度模式分别降低约37%和32%,水电站水库平均发电水头提高约4.39%,不仅可提高系统出力可靠性,且能增加系统运行效益。研究成果可为汛期调节风光出力提供参考。

基于系统协调度模型的汛限水位分期控制

为协调防洪与兴利的矛盾,提高洪水资源化利用效益,基于改进模糊集方法进行汛期分期,建立系统协调度模型并计算得到汛限水位的动态控制域。以思林水库为例,前、后汛期的汛限水位与发电效益协同贡献度成正比,与防洪风险协同贡献度成反比;为实现系统协调度最大,前、后汛期的汛限水位动态控制域应分别为[435,437]m和[435,438]m,前、后汛期可分别增发电量2169.907×10^(4)、6509.722×10^(4)kW·h,水资源利用量可分别提高0.716×10^(8)、1.079×10^(8)m^(3)。研究成果可提高洪水资源利用效率,为水库安全合理运行提供参考。

结合遗传算法的水库汛限水位动态控制模型研究

针对水库汛限水位动态控制问题,提出一种新的自适应交叉变异遗传算法,解决了水库防洪效益与发电效益之间的矛盾问题,实现了水库水位的调整,缓解了防洪效益与发电效益的冲突。遗传算法使原始汛期水位提升了0.7m,蓄水量提升了2947m^(3),同时增加了发电量233.33×10^(4) kW·h。基于峡山水库实例试验的研究结果表明,结合遗传算法的水库汛限水位动态控制模型,不仅可对水位进行实时性调节,还能提升水库效益,研究结果可应用于各水库防洪系统。

基于预报预泄的五强溪水库主汛期运行水位优化

汛期调度方式优化是提升五强溪水库综合效益的重要抓手。在确保防洪安全的前提下,基于预报预泄的方法,研究了五强溪水库主汛期运行水位动态控制范围、启动条件和预报预泄调度方式,计算分析了汛期运行水位上浮方案产生的综合效益。以1996年和2019年汛期调度实践为例,实施汛期运行水位动态控制,分别可提高发电水头0.48、0.54 m,减少弃水量8.53亿、9.56亿m^(3),增加发电量1.26亿、1.34亿kW·h。结果表明结合来水预报,在风险可控的条件下动态控制五强溪水库汛期运行水位,可在减少机组出力受阻几率和弃水的同时,显著提高水库的发电效益。

基于汛期水位动态控制的洪水资源化利用研究

洪水是一种重要的水资源,洪水资源化利用在水资源较少地区显得尤为重要。以河北刘家台水库为例,通过HEC-HMS水文模型软件,对汛期水位动态控制的防洪效果以及地下水转换效率加以评价。结果显示,采用该方法后,海河流域部分河段5天可增加地下水量约9.02×10^(6) m^(3),多拦截洪水1.58×10^(8) m^(3),表明汛期动态水位控制具有良好削峰防洪作用,研究成果可为洪水资源化利用提供参考。

瀑布水库调度方式优化对下游防洪影响研究

为充分挖掘水库防洪潜力,提高水库防洪能力,本文以瀑布水库为例,通过合理降低汛限水位、设置防洪库容、充分利用水库闲置库容、优化调度运行等方式,结合补偿调节原理,系统分析了水库和径流特征,以及水库下泄洪水对下游镇区的防洪影响。该研究可供同类水库减少下游防洪压力,提升下游防洪安全提供参考。

碧流河水库调整汛限水位的防洪风险评价

根据碧流河水库1984—2022年入库洪水的统计数据,应用标准化P-Ⅲ型分布的AR(1)模型对入库洪水进行模拟,通过入库洪水特征分析、洪水系列特征值随机模拟、洪水过程推求等计算,验证了碧流河水库调整汛限水位的可行性。结果表明,碧流河水库68.8 m的汛限水位还有适当调整的空间,预设汛限水位为69.2、69.6、69.8 m时,防洪风险值小于设计风险值,可增加蓄水量约2100万、3900万、6000万m3,实现防洪与兴利综合效益最大化,为水库汛限水位动态控制提供数据支撑。

水库汛限水位动态控制的实现途径

水库汛限水位动态控制是洪水资源利用的主要方式之一,提高水库洪水预报精度和延长有效预见期是实现水库汛限水位动态控制的关键所在。针对水库实时防洪调度的特点和流程,概述了新一代天气雷达、气象卫星及相关应用系统的技术进展,评价了这一技术进展在水库实时防洪调度中的重要作用,据此提出了综合应用新技术改进水库洪水预报、洪水量级判断和蓄水时机选择的技术途径。在此基础上,以海河流域潘家口水库为例,综合论证了水库汛限水位的动态控制范围,提出了汛期蓄水的控制策略与调控方法。

基于贝叶斯定理与洪水预报误差抬高水库汛限水位的风险分析

水文气象预报技术的发展为水库防洪调度动态控制汛限水位提供了可能。抬高水库汛限水位可提高水库兴利效益,但有一定防洪风险。该文基于贝叶斯定理与洪水预报误差特性,提出确定汛限水位动态控制域上限的风险分析方法。以清河水库为实例,当汛限水位动态控制域上限遭遇设计频率洪水时,该文分析在不同洪水预报误差范围内,调洪最高水位超过各设计频率特征水位的概率,并应用贝叶斯定理得出各设计频率洪水发生时遭遇不同洪水预报误差的风险。结果表明,清河水库实施预报调度方式确定的汛限水位动态控制域上限127.80 m是安全的。该文提出的风险分析方法弥补了目前预报调度方式风险分析中不能直接得知不同洪水预报误差的风险的不足,充实了水库调度风险分析的理论基础,具有一定的理论意义和实用价值,可供同类型水库参考应用。

三峡水库动态汛限水位洪水调度风险指标及综合评价模型研究

汛限水位是综合利用水库运行和调度的重要参数之一,也是协调防洪和兴利矛盾的焦点所在。现行的汛限水位过多地考虑了小概率洪水事件,不能充分挖掘水库汛期的兴利效益,因此,采用动态汛限水位进行调度,对综合利用水库的运行具有重要的理论意义和实用价值。根据三峡水库围堰发电期的调度规程,建立预报预泄调度模型,采用宜昌站1882-2001年汛期实测日流量资料,实现了考虑预报信息的动态汛限水位洪水调度模拟;提出了多目标风险指标体系;计算了9种动态汛限水位方案下的风险指标值,通过综合评价模型对各方案进行比较和优选,得到了相对合理的动态汛限水位方案。

考虑入库洪水不确定性的三峡水库汛限水位动态控制域研究

汛限水位动态控制域是水库实施汛限水位动态控制的基础与关键。考虑影响防洪调度风险的最重要风险源,即入库洪水预报误差及洪水过程线形状的不确定性,提出风险约束条件及其量化分析方法。将入库洪水不确定性、风险分析与汛限水位动态控制域的确定过程有机结合起来,利用预泄能力约束法和Monte-Carlo模拟方法推求三峡水库汛限水位动态控制域。在不增加防洪风险的前提下,三峡水库实施汛限水位动态控制可有效地提高中小洪水资源的利用效率,利用1～3d的洪水预报信息,三峡水库汛期可增发电量6.99×108～14.45×108kW·h。研究方法对其他水库实施汛限水位动态控制也有借鉴意义。

基于预报及库容补偿的水库汛限水位动态控制研究

结合清江流域梯级水电站工程特性及防洪任务,以不降低梯级防洪标准为原则,建立基于预报及上游水布垭水库库容补偿的汛限水位动态控制模型,推求隔河岩水库汛期汛限水位动态控制方案。计算表明,该模型在不降低水库及梯级原有的防洪标准前提下,能有效利用上游水布垭水库的防洪库容,分担隔河岩水库部分防洪任务,并显著提高其发电量。其中,多年平均弃水量减少4．1444亿m^3,发电量增加1．2172亿kW·h。

梯级水库汛限水位动态控制模型研究及运用

结合流域实时洪水预报及梯级水库防洪库容信息,提出基于预报及库容补偿的梯级水库汛限水位动态控制逐次渐进补偿调度模型。该模型包括三个模块,其一是考虑预报及库容补偿作用的补偿调度模块;其二是保证不降低原防洪标准的预报预泄模块;其三是关联变量协调模块。该模型运用贝尔曼的逐步逼近思想,通过多次迭代计算,最终得到最佳的梯级水库汛限水位方案。清江梯级水库的应用结果表明,在不降低库群原有防洪标准的前提下,丰、平、枯水年平均增加发电量1.68亿kW.h,减少弃水量6.89亿m3,可显著提高发电效益和洪水资源利用率。

水库汛限水位确定方法评述与展望

回顾国内外水库防洪调度的发展概况,分析并将国内水库汛期防洪限制水位确定方法划分为汛限水位静态控制和动态控制两类。前者包括固定汛限水位法及三种分期汛限水位法;后者按照所采用的信息类别及利用的理论,划分为综合信息推理法、水文信息统计法及水库调度模型法。针对各方法给出研究及运用中的实例并做出简要分析,指出在运用中的特点。从系统的角度分析影响汛限水位确定的因素,并给出了展望。

水库汛限水位实时动态控制模型研究

现行的汛限水位方法一般未能考虑预报信息,因而严重制约了水库汛期兴利效益的发挥。通过对实时调度中的可接受风险的研究,在调度期内控制防洪风险在可接受水平内;讨论实时调度与传统汛限水位之间的关系,由调度末水位耦合汛限水位,由此建立了带有机遇约束的水库汛限水位实时动态控制模型。结合三峡水库围堰发电期的汛期调度,进行了实例研究,结果表明,在不同的预报来水以及预报精度情况下,水库汛限水位实时动态控制模型能在不降低防洪标准的前提下,显著提高水库的兴利效益。