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汛限水位动态控制方法研究及其风险分析

作　者: 曹永强
导　师: 王本德
学　校: 大连理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 水库汛限水位风险分析效益分析动态控制洪水预报气象预报实时调度概率分布
分类号: TV124
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

我国广大的北方流域水资源十分贫乏，随着国民经济的不断发展，水资源供需矛盾日益尖锐。水资源短缺不但制约了社会经济的发展，也造成了严重的生态环境问题，解决这些矛盾的途径有两个：一是开源节流；二是对有限的水资源进行优化配置，这两个方面相辅相成，促进区域的可持续发展和水资源的可持续利用关键是如何合理地调控水资源。汛限水位静态控制造成洪水资源的大量浪费，对北方流域汛期实施动态控制汛限水位是提高洪水资源利用的关键。动态控制汛限水位决策过程中普遍存在大系统、多目标决策、风险决策、群决策等特点，研究这些特点对开展水资源优化配置决策具有十分重要的理论意义与实践价值。在水库实时调度过程中，汛限水位是一十分重要、敏感的指标，它直接影响着合理解决水库防洪与兴利之间的矛盾。因此根据工程实际要求，科学描述水库汛期，合理确定水库汛限水位，研究汛限水位实时控制方法，建立切实可行的水库汛限水位控制模式等，是当务之急。汛限水位动态控制方法属于水库风险调度的非工程措施范畴，通过分析流域洪水的成因和库区降雨及致洪规律，结合水库的蓄泄能力，积极慎重的利用水文气象预报信息，研究既能满足防洪要求，又可充分利用洪水资源的可操作性的调度方法，利用水文系列的连续演算方式推求汛限水位的变化范围，提出使用汛限水位上下限的原则，达到风险较小、效益较大的目的。为此，本文在水文水资源有关理论、模型与方法的基础上，研究了水库调度中动态控制汛限水位动态控制问题，其主要内容如下： (1)论述了汛限水位动态控制方法相关领域的国内外研究现状和发展趋势，提出了本文的研究背景和主要研究内容。 (2)水库汛限水位动态控制中的风险主要来自洪水预报和降雨预报的误差，其次来自决策者的决策误差。为此，客观的分析与认识流域洪水预报和短期降雨预报精度是水库汛限水位动态控制的关键问题之一。结合实例分析了水文气象预报信息和洪水预报信息在汛期限制水位动态控制中应用的可能性和水库汛限水位动态控制的条件。 (3)为改变水库汛期弃水而汛后又缺水的矛盾局面，调整现行水库固定时间固定汛限水位的调度方式，利用短期气象预报和洪水预报信息，在不改变现有防洪标准的前提下研究防洪预报调度方式，实现防洪与兴利效益的转换，提高洪水资源的利用率。 (4)利用水库的设计洪水资料和工程的现有泄流设备，在保证大坝安全的前提下，利用工程措施和非工程措施首先确定出各种方法的极限允许起调水位。然后进行分析处理，依据各方法计算出的汛限水位域值，应用包线法确定其上下限值，即所谓的汛限水位允许动态控制范围。最后对包线法确定的上限值进行风险分析，为调度人员在实际操作中提供决策依据。水库汛阳水位动态控制方法研究及其风险分析 ⑤根据水库流域天气预报、流域前期降雨、水库蓄水、水库泄水能力和防洪兴利要求，利用水库汛限水位变动范围，结合洪水预报和短期降雨预报模型，研究水库汛限水位动态控制方法。主要研究了预蓄预泄的汛限水位控制法和模糊推理模式的汛限水位控制方法。（6）动态控制汛限水位问题，风险越大，可能的效益益也越大，在这种情况下，往往不能以风险最小作为决策选择的依据，应在风险和效益分析和比较的基础上合理控制风险的程度，最大限度地趋利避害。为此本文首先给出了动态控制汛限水位风险的定义以及风险率的计算模型，然后从定性分析和定量计算两方面对动态控制汛限水位问题进行风险分析，最后给出决策失误后降低风险损失的措施。门）最后对全文作了总结，并对有待进一步研究的问题进行了展望。

全文目录

1 绪论  13-30
  1.1 我国目前面临的水资源短缺问题以及水库面临的挑战  13-14
    1.1.1 我国目前面临的水资源短缺问题  13
    1.1.2 我国目前面临的水资源短缺问题对水库提出的新要求  13-14
  1.2 解决水资源短缺问题的对策-洪水资源化  14-17
    1.2.1 防洪工程措施和非工程措施在防洪减灾中的作用及效益比较  14-15
    1.2.2 洪水资源化的可能性分析  15
    1.2.3 洪水资源化的必要条件-治水思路和防洪战略的转变调整  15-16
    1.2.4 洪水资源化的主要方法  16-17
  1.3 水库、水库调度及水库汛限水位  17-18
  1.4 水库防洪调度的特点、目前面临的困难及其解决办法  18-21
    1.4.1 水库防洪调度的特点  18
    1.4.2 水库防洪调度方法综述及其发展趋势  18-21
    1.4.3 水库防洪调度目前面临的困难  21
    1.4.4 解决水库防洪调度中防洪与兴利矛盾的方法  21
  1.5 水库汛限水位动态控制方法及其风险分析的研究现状  21-25
    1.5.1 国外水库汛限水位动态控制方法及其风险分析研究现状  22
    1.5.2 国内水库汛限水位动态控制方法及其风险分析研究综述  22-24
    1.5.3 水库汛限水位动态控制方法的发展趋势  24-25
  1.6 论文的选题背景  25
  1.7 论文选题依据、研究总体思路和主要研究内容  25-30
    1.7.1 汛限水位动态控制的必要性研究  26-27
    1.7.2 汛限水位动态控制的可行性研究  27
    1.7.3 本文的主要研究内容  27-29
    1.7.4 论文研究的总体思路和结构框架  29-30
2 水文气象预报信息在汛限水位动态控制中的应用  30-46
  2.1 问题的提出  30
  2.2 水雨情信息采集系统、气象预报产品、水文预报技术简介  30-33
    2.2.1 水雨情信息采集系统简介  30-31
    2.2.2 气象预报信息简介  31-32
    2.2.3 水文预报和洪水预报技术简介  32-33
  2.3 洪水预报信息在汛限水位动态控制中应用的可行性分析  33-37
    2.3.1 洪水预报系统的精度评定  33-34
    2.3.2 汛限水位动态控制的条件及最适宜时间分析  34-35
    2.3.3 产流预报误差对“汛限水位动态控制”的影响分析  35
    2.3.4 退水预报方法在“汛限水位动态控制”应用中的可行性分析  35-37
  2.4 降雨预报信息在汛限水位动态控制中应用的可行性分析  37-45
    2.4.1 短期降雨预报和灾害性暴雨预报水平概述  37-41
    2.4.2 短期降雨预报信息在汛限水位动态控制中的应用  41-45
  2.5 小结  45-46
3 水库防洪预报调度方式研究  46-67
  3.1 问题的提出  46-47
  3.2 防洪预报调度方式提高洪水资源利用率的机理分析  47-48
  3.3 预报的设计洪水过程及其相应的净雨过程推求方法  48-49
    3.3.1 预报的设计洪水过程基本要素控制原则  48
    3.3.2 与预报的设计洪水相协调的净雨过程推求方法  48
    3.3.3 预报的设计洪水过程线推求方法  48-49
  3.4 防洪预报调度方式的调洪规则(即判断指标)选定  49-50
    3.4.1 调洪规则(即判断指标)选取的原则  49
    3.4.2 调洪规则(即判断指标)选取的方法  49-50
  3.5 防洪预报调度方式的应用研究  50-65
    3.5.1 碧流河水库实施防洪预报调度方式的可行性分析  50
    3.5.2 碧流河水库预报的设计洪水过程及其相应的净雨过程推求方法  50-55
    3.5.3 碧流河水库预报调度方式依据的不同频率设计洪水过程线推求方法  55-58
    3.5.4 碧流河水库预报调度方式及其调洪规则(即判断指标)确定研究  58-64
    3.5.5 碧流河水库防洪预报调度方式研究结论  64-65
  3.6 水库实施防洪预报调度方式设计的条件分析  65-66
    3.6.1 待建水库实施“防洪预报调度方式”的基本条件  65
    3.6.2 已建水库实施“防洪预报调度方式”的基本条件  65-66
  3.7 小结  66-67
4 汛限水位动态控制范围的确定方法及其风险分析  67-81
  4.1 问题的提出  67
  4.2 确定汛限水位动态控制范围的方法及应用实例  67-75
    4.2.1 考虑库容补偿法确定汛限水位动态控制值简介  67-68
    4.2.2 考虑年内洪水统计特性变化规律确定汛限水位动态控制值  68-72
    4.2.3 预泄能力约束法确定汛限水位动态控制值  72-75
    4.2.4 考虑预报调度方式的汛限水位动态控制值确定  75
  4.3 包线法确定汛限水位动态控制范围  75
  4.4 包线法确定汛限水位动态控制范围的风险分析  75-80
  4.5 小结  80-81
5 水库汛期限制水位动态控制方法研究  81-92
  5.1 问题的提出  81
  5.2 预蓄预泄实时汛限水位动态控制法  81-85
    5.2.1 预蓄预泄法动态控制汛限水位的影响因素分析  82
    5.2.2 利用洪水预报预信息预蓄预泄方法实时动态控制汛限水位  82-83
    5.2.3 利用“洪水预报与降雨预报信息”预蓄预泄动态控制汛限水位方法  83-85
  5.3 汛限水位动态控制综合信息模糊推理模式法  85-91
    5.3.1 综合信息模糊推理模式法的基本原理  85-86
    5.3.2 试点水库汛限水位动态控制综合信息分析与计算  86-87
    5.3.3 试点水库未来24h汛限水位动态控制推理模式的建立  87-90
    5.3.4 碧流河水库未来24h汛限水位动态控制推理模式框图  90-91
  5.4 小结  91-92
6 汛限水位动态控制的风险分析  92-117
  6.1 问题的提出  92
  6.2 汛限水位动态控制风险的定义  92-94
    6.2.1 广义风险的概念  92-93
    6.2.2 汛限水位动态控制的风险的定义  93-94
  6.3 汛限水位动态控制风险的基本特性  94-95
    6.3.1 汛限水位动态控制风险的客观性  94
    6.3.2 汛限水位动态控制风险的不确定性  94
    6.3.3 汛限水位动态控制风险的不利性  94
    6.3.4 汛限水位动态控制风险的相对性  94-95
    6.3.5 汛限水位动态控制风险与利益的对称性  95
  6.4 汛限水位动态控制风险分析的主要内容和方法  95-100
    6.4.1 汛限水位动态控制风险分析的主要内容  95-97
    6.4.2 汛限水位动态控制风险分析方法  97-100
  6.5 水库汛限水位动态控制风险分析的“多目标集成权重群决策模型”  100-115
    6.5.1 水库汛限水位动态控制风险分析决策过程的特点  101
    6.5.2 汛限水位动态控制风险分析的“多目标集成权重群决策模型”的建立  101-108
    6.5.3 汛限水位动态控制风险和效益的定量计算  108-115
  6.6 汛限水位动态控制中降低风险灾害损失的弥补措施研究  115-116
  6.7 小结  116-117
7 总结与展望  117-119
  7.1 全文总结  117-118
  7.2 展望  118-119
创新点摘要  119-120
参考文献  120-125
作者在博士期间参加课题和完成论文  125-126
致谢  126

汛限水位动态控制方法研究及其风险分析

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