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.

挠力河龙头桥水库旱警水位初探

龙头桥水库作为挠力河干流上游唯一的大型工程,为下游重要灌区及河道生态提供水资源调配服务支撑。本文分析了龙头桥水库轻度干旱典型来水,从水功能区、水库功能和生态流量要求等方面得出用水需求,按照最大值法和综合法计算出龙头桥水库旱警水位推荐值,为支撑三江平原腹地加强抗旱管理、确保粮食安全和水安全提供参考。

考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度

针对如何表征枯水期季节性特征、优化分期消落水位来指导水库群消落调度的科学问题,提出了考虑生态流量约束的梯级水库分期消落水位多目标优化调度模型。以金沙江中下游6座水库与三峡水库为研究对象,综合运用多种数理统计方法划分流域枯水期;采用逐月滑动计算法推求梯级水库分期消落水位;以生态和发电效益最大为目标函数,利用NSGA-Ⅱ算法求解调度模型,得到不同来水情景下梯级水库枯水期消落调度方案。研究结果表明:不同来水情景下,相较于常规调度方案,选定的优化调度方案可增加梯级水库发电量30.20亿~52.27亿kW·h(增加2.3%~5.0%)和供水量83.15亿~87.14亿m3(增加5.8%~7.4%),并提高河道生态流量保证率2.6%~22.9%。研究成果可为协调梯级水库生态和发电调度提供技术支撑。

旱警水位在水库抗旱调度中的应用

以供水、灌溉任务为主的水库,枯水年科学抗旱调度对保障下游河道生态、水资源高效利用尤为重要。旱警水位是发布干旱预警和启动抗旱响应机制的重要参考指标。以东南沿海地区某水库为例,核算水库供水、灌溉、生态需水量,通过长系列调节计算,绘制出水库保证供水线与限制供水线,两条调度线将水库以年为周期划分为3个运行区,结合运行区分期分级划定水库旱警水位。在此基础上,探讨了水库的供水、灌溉与生态下泄综合调度方式,并分析调度方式的合理性,为以供水、灌溉任务为主的水库枯水年抗旱调度提供经验。

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。

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。

江河断面分级分期旱限水位(流量)确定方法

江河断面旱限水位(流量)是流域干旱预警的重要指标,可作为启动流域抗旱应急响应、指导水利工程开展抗旱调度的重要依据。本文针对江河断面旱限水位的相关概念和技术问题,完善了江河断面旱限水位(流量)的内涵,指出其是表征河流进入低枯状态即将产生社会经济与生态环境缺水风险的水位(流量)阈值。考虑不同干旱程度及干旱期用水规律,从分级分期的角度提出适用于不同类型河段的江河断面分级分期旱限水位(流量)确定方法。通过对渭河临潼断面和抚河廖家湾断面的实例应用,验证了算法对资源约束型和综合约束型断面的适用性和合理性。本研究为水旱灾害防御部门制定江河断面旱限水位(流量)提供了通用算法,能够为干旱预警决策提供科学依据和技术支撑。

供需双侧调控下水稻灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化研究

对于水资源主要消耗用户和粮食重要生产基地的大型灌区,进行供需双侧调控是缓解灌区水资源供需矛盾、提高区域高质量可持续发展的重要途径之一。为了揭示灌区水-能源-粮食复杂的协调关系,针对性地开展系统优化调控。首先基于系统评价理论构建大型灌区水-能源-粮食系统耦合协调度评价模型,再基于灌区水资源系统模拟模型,以灌区水-能源-粮食耦合协调度最大为目标,以灌区主要作物水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限制供水比例作为优化调控变量,结合加速遗传算法,开展基于水资源供需双侧优化调控的灌区水-能源-粮食系统耦合协调评价与优化调控研究。杭埠河灌区应用结果显示:优化调控确定的灌区水稻种植比例、水库分级分期旱限水位、水稻需水关键期限供比例,相较于灌区运行现状能提高水-能源-粮食系统耦合协调水平,双季稻种植面积一定程度恢复使粮食产量明显提高,优化的水库旱限水位及水稻需水关键期水库限供比例,可在提升灌区干旱年份水资源利用效率的同时,较好地降低粮食作物因旱减产损失。可见,开展灌区供需双侧优化调控能显著提高灌区水-能源-粮食系统耦合协调性和适配性,可为提高水资源利用效率、布局主要粮食作物生产以及落实灌区水利高质量发展实施途径提供参考。

基于宽浅式破坏原则的水库旱限水位优化方法

针对旱限水位计算过程中干旱期需水多采用经验性调整系数确定存在主观性较强、合理性不足等问题,基于宽浅式破坏原则,以枯水年内月缺水率均值及其标准差最小为目标优化干旱期分行业需水,提出了水库旱限水位优化方法。以汾河水库与汾河二库为例进行优化效果分析,验证方法的合理性和可行性,结果表明:以优化后的旱限水位指导水库调度,可降低枯水年内的月缺水率均值及标准差;以50%作为严重缺水率阈值,优化后的旱限水位能够有效降低严重缺水月数;在连枯水年内,优化后旱限水位控制水库调度效果明显优于未优化的旱限水位,优化后旱限水位能够降低严重缺水情况的发生频率,符合枯水年内宽浅式破坏要求;旱限水位的设置保障了枯水年内各行业的用水安全,可减少极端缺水情况的发生,为旱灾防御指挥决策提供依据。

水位下降对库岸陡坡地基稳定性影响分析

思澜高速公路某桥梁位于糯扎渡水电站库岸,桥梁施工期间,桥梁下侧的库水位变动区的风化岩陡坡出现浅层失稳滑移。陡坡地基的稳定是桥梁基础和上部结构安全的前提。因此,分析桥梁陡坡地基的稳定性是必要的。采用数值模拟分析了库水位下降作用下陡坡地基的渗流场,基于岩土现场大型剪切试验与陡坡浅层滑坡反分析结果,采用极限平衡方法,分析了库水位下降作用下该陡坡地基的深层稳定性变化趋势。结果表明:库水位下降对该陡坡的稳定性影响显著;随着库水位的持续下降,陡坡地基的深层稳定系数出现先降低后升高的趋势,潜在滑动面的剪出口位于动态水位以下10~20 m;库水位维持在最低水位时,陡坡内地下水作用的程度减弱,陡坡稳定系数升高。在暴雨工况且库水位下降作用下,陡坡地基稳定系数小于1.1,岸坡总体处于欠稳定状态,因库水位下降作用,从水中出露的全风化岩坡体将先行衰变失稳,是斜坡失稳源,并将牵引整个库岸陡坡失稳。建议对陡坡地基进行加固。

考虑径流非一致性的水库分期旱限水位优化研究

【目的】分析变化环境下水文序列的非一致性,为龙羊峡水库分期旱限水位优化调度模型的建立提供参考。【方法】采用Mann-Kendall检验法、有序聚类分析法和水文序列振动中心重构法,对龙羊峡水库年径流序列进行一致性分析及修正,然后利用水库旱限水位分级和Fisher最优分割法,对径流序列修正前后不同干旱等级下的水库分期旱限水位进行确定,最后通过耦合分期旱限水位建立以缺水指数最小为目标函数的龙羊峡水库优化调度模型,对径流序列修正前后两种情况下的分期旱限水位进行对比研究。【结果】一致性检验发现,龙羊峡水库径流序列具有明显下降的趋势,并在1989年发生突变。经一致性修正后计算龙羊峡水库7-10月、11-12月、1-4月、5-6月4个分期的旱限水位,在轻旱条件下分别为2530.00,2534.91,2539.10和2535.13 m,中旱条件下分别为2530.00,2535.44,2539.80和2536.70 m,重旱条件下分别为2530.00,2535.87,2540.35和2537.89 m;特旱条件下分别为2530.00,2536.06,2540.58和2538.12 m。采用不同调度模型对龙羊峡水库进行优化调度,结果显示修正后的调度效果较好,其总缺水量、缺水指数相比修正前分别降低5.37%和6.03%,其中枯水时段平均缺水量降低了10.71%,缺水程度改善明显。【结论】非一致性径流对龙羊峡水库旱限水位的确定有一定影响,一致性修正后的径流使水库旱限水位的确定更加可靠,水库的抗旱能力得以提升,可为水库供水、抗旱应急管理决策提供参考。

考虑城市-水库整体风险的汛限水位调整方法研究

针对城市化发展造成水库职能变化的背景下水库汛限水位设置不合理的问题,通过建立通用的优选指标体系,采用基于熵权细化主观权重的指标权重确定方法,构建了综合考虑水库防洪风险和城市供水风险的汛限水位调整方案模糊优选模型。该模型在考虑决策者不同偏好的基础上,根据模糊理论中最大隶属度原则进行方案优属度的计算,从而确定最佳调整方案,并以郑州市尖岗水库为例进行了汛限水位的优化调整。结果表明:在拟定的6个汛限水位方案中,当决策者对防洪目标、供水目标具有不同的偏好时,如两者重要度之比为6∶4、4∶6,则最优汛限水位方案分别为151.35、151.55 m。

基于LSTM模型的响洪甸水库旱警水位预测与效果检验

水库旱警水位预测对于水库进行生活、生产、环境等各方面用水的调度具有重要作用。水库的旱警水位受到各种用水需求和来水量、应供水量等多种情况的影响,而且与这些情况的相互关系错综复杂,无法用线性关系进行表示。基于LSTM模型,对响洪甸水库旱警水位进行预测,提出的基于LSTM模型的响洪甸旱警水位预测,通过效果检验,具有较高的预测精度,能够满足水库旱警水位预测的实际工作需要。

溪源水库汛限水位调整与防洪调度影响分析

溪源水库下游河道行洪能力的改变,使原有汛限水位难以保证防洪供水等效益的发挥。依据溪源水库实际情况,借助风险理论对水库的防洪供水风险因子进行识别,并从防洪度汛、经济效益等方面论证水位调整的可行性。结果表明,当水库的主次汛期汛限水位增至88.0m时,其最高水位和泄流量均低于设计标准,且其防洪风险率低于0.03%,工业供水效益和生活供水效益增量明显。今后应更加注重水库水资源调度的科学性和合理性,加快溪源泄洪洞建设。

富水水库汛限水位研究

合理的汛限水位能协调防洪与兴利之间的矛盾,产生防洪和兴利的双重收益。富水水库汛限水位及调度规程自1996年一直沿用至今,因此有必要对富水水库汛限水位进行研究。根据新形势下流域防洪需求拟定富水水库不同的汛限水位调整方案,基于近30年6-7月的富水水库入库径流序列和8个典型洪水年的下游洪水过程,建立模型对富水水库调蓄和下游洪水演进进行模拟计算,统计并比较各调度方案的防洪效益与蓄水效益。最终,通过结果对比分析,得出本文所采取的汛限水位研究方法对于下游有重要防洪任务的水库的汛限水位研究较为适用。

两河口水电站库区特大桥边坡稳定性复核与治理

两河口水电站库区哈格达沟特大桥建成后,经勘探复核发现右岸桥基边坡存在软弱破碎层面,电站蓄水后岸坡在库水反复升降浸泡软化及消落的作用下,存在蠕滑变形并局部失稳的风险。综合考虑岸坡岩体和桥梁基础在水库消落运行环境下的相互作用,构建了特大桥右岸边坡稳定性计算模型和设计工况,同时采用摩根斯坦-普莱斯法复核了该部位桥梁及岸坡稳定性。结果表明,蓄水后右岸边坡桥位区浅层卸荷松动岩体可能产生变形失稳。为了预防岩体变形失稳对桥梁墩台的影响,提出了“抗滑桩+锚索”“框格梁+锚索”的综合加固方案。经过处理后的哈格达沟特大桥经受住了近100 m的库水位抬升考验,各项监测数据均满足设计要求,边坡无明显变形,保障了复建道路在蓄水期、水库运行期安全稳定运行。该库区特大桥梁岸坡处理案例可为同类工程处理提供借鉴。

大浪淀水库旱限水位初步分析

本文结合近年来大浪淀水库旱情发展趋势,采用典型年法、生活用水总量法、取水口设施高程分析法等确定了一系列有分析价值的水位,按照资料年限统计了各种水位的出现频次和重现期,结合现有资料绘制了理论频率曲线,与本文所计算的重现期进行对比,确定最为接近的水位作为大浪淀水库旱限水位。可为其他水库旱限水位的初步确定提供思路。

辽宁省柴河水库旱警水位确定研究

旱警水位是确定干旱预警等级的重要指标,是判别干旱和启动抗旱应急响应级别的重要依据。选取辽宁省柴河水库为研究对象,综合考虑水库调度情况以及水库来供水情况,计算柴河水库旱警水位(流量),以期为辽宁抗旱相关工作提供参考。

大型灌区骨干水库分期旱限水位研究

水库作为常见的重要水利工程设施,在区域水资源承载力水量、水质、水生态和水流更新等要素调控中具有举足轻重的地位和作用,在降水径流减少的枯水季节显得尤其重要。旱限水位是水库在低水位调度运行的控制性特征水位,其合理设置与科学运用对区域水资源高效利用意义重大。为此以淠史杭灌区梅山水库的来水特性和用户需水特性为基础,首先采用Hausdorff维数分形方法划分了梅山水库入库径流干旱预警时段,进而通过不同水平年各预警期内来水、供水调节计算了初始旱限水位:旱警水位和旱枯水位,并以水库灌区水资源系统长系列模拟模型及优化模型为依托,优化确定了梅山水库不同预警期的旱限水位,最后分别从水库运行、灌区灌溉、生产生活供水、生态用水以及水力发电等多角度评估了旱限水位的合理性,为水利部门指导水库灌区抗旱运行,制订相应抗旱预案提供技术参考。