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水库防洪调度技术基础江西省防汛抗旱总指挥部办公室2016年5月6日主要内容水库防洪调度任务防洪标准水库特征指标调洪演算原理防洪调度方式洪水判别条件洪水调度方法中小洪水调度防洪与兴利调度水库群防洪调度水库防洪优化调度几个案例水库防洪调度的核心任务：运用水库的调蓄能力，按来水、蓄水情况、水文预报和水库的工程状况，有计划地对入库径流进行蓄泄。在保证工程安全的前提下，根据水库承担任务的主次，按照综合利用水资源的原则进行蓄泄控制，以达到防洪、兴利的目的，最大限度地满足国民经济各部门的需要。其内容包括：编制水库调度计划及确定各项控制运用指标、拟定水库调度方式、进行洪水过程中的实时调度等。解决两大矛盾：（１）解决水库自身安全与下游防洪安全的矛盾（２）解决水库防洪安全与兴利效益的矛盾另，实现特定目标的非常规防洪的水库调度，如：为下游特定工程施工要求服务，……。1、水库防洪调度任务（１）解决水库自身安全与下游防洪安全的矛盾水库安全与下游防洪安全的矛盾，具体表现：一次洪水过程，从下游防洪出发，要求水库多蓄少泄；从水库安全出发，则又要求水库早泄多泄。当库区及下游流域发生降雨，降雨过程中是无法判断未来出现洪水标准的。调度水库应达到如下要求：如果本次洪水大小与下游防洪标准相当，则应保证下游河道的泄流量在允许的安全泄量以下或相等；如果本次洪水与原设计或校核洪水相当，则水库下泄流量以库水位不超过设计或校核洪水位为原则；如果本次洪水为可能最大洪水，则应采取有效措施确保大坝安全。解决这个问题的关键就是：确定水库泄洪时间，泄流大小，控制泄流过程等一套合理的蓄泄方案。1、水库防洪调度任务（２）解决防洪安全与水库兴利效益的矛盾对于综合利用水库来说，处理好水库防洪安全与兴利蓄水的关系是十分重要的，不能因“安全”而完全放弃水库兴利蓄水，更不能因水库的兴利蓄水而不顾水库防洪安全。难点：降雨（水文现象）时空分布的周期规律与其随机规律的把握解决此矛盾，需要认真分析本地区水文气候现象（降雨洪水）规律，制定分段分级抬高汛期限制水位的方案，准确研判主要降雨季的结束时间，实时作业预报调度时可适时拦蓄洪水过程和尾洪，提高水库的兴利蓄水。1、水库防洪调度任务水库防洪问题与防洪标准：保下游：下游防洪安全、安全泄量、设计洪水、防洪标准保大坝：设计洪水、校核洪水保上游：库区淹没2、防洪标准死水位：水库实际运用的允许最低水位。死库容：死水位以下库容。3、水库特征指标正常蓄水位：在正常运行条件下，为了满足兴利部门正常用水，水库在丰水期末允许蓄到的最高水位。兴利库容：死水位与正常蓄水位之间的库容。3、水库特征指标防洪限制水位：在汛期允许兴利蓄水的上限水位。防洪高水位、防洪库容：保下游3、水库特征指标设计洪水位：保大坝校核洪水位：保大坝3、水库特征指标4、调洪演算原理按照经批复的水库汛期调度方案，制定每场洪水的实时调度方案。预报的洪水过程、下泄流量控制、坝上水位控制。水库调度所用就是水量平衡方程：I-O=ΔV三个变量当中，I代表入库水量（调度中一般有采用预报的入流）、O代表出库水量、ΔV代表水库水量变化，通过库容曲线可换算成水位变化值。12212122VVtqqtQQ4、调洪演算原理假定入库流量知道了，就看调度目标怎么定了。要控制库水位，就可算出出库流量；要控制出库流量就可算出水库的水量变化值（ΔV）水位，进而得到调度期末的库水位。下泄流量根据水库承担的下游的防洪任务和入库水量（流量）确定。有的水库防洪任务是根据入库洪水量级分不同层次，如来水是10年一遇，出库流量按5年一遇控泄；来水20年一遇，出库流量按10年一遇控泄等等。下泄流量增加最好有个过程，即逐步加大，泄量增加须及时通知地方政府、相关部门、坝下游附近的居民点，提前发出警报。水库（坝上）水位控制，水库土地、移民淹没线。对受动库容影响较大的河道性水库，要考虑动库容的影响。4、调洪演算原理5、防洪调度方式固定泄量（一级或多级）：当来水不超过下游防洪标准时：按固定泄量下泄当来水超过下游防洪标准时：敞泄5、防洪调度方式补偿调节区间来水大则水库少放水，区间来水小则水库多放水，控制两者的组合流量不超过防洪控制点的允许泄量。安区qQtq)(关键问题：（1）区间洪水预报；（2）洪水逆向演算。5、防洪调度方式补偿调节采用的条件：（1）洪水传播时间：水库泄流到达防洪控制点的传播时间小于区间洪水预见期。（2）洪水预报精度：区间洪水预报精度高（3）相应于下游防洪标准重现期的区间洪峰流量必须小于防洪控制点的允许泄量5、防洪调度方式经验调度方式（1）错峰调度法：水库留出一定的错峰库容调节洪水，将入库洪峰与区间洪峰“错开”。（2）固定区间典型洪水补偿法：区间洪水一起涨，就认为区间设计洪水重现。6、洪水判别条件（1）库水位（2）入库流量（3）一定时段的降雨量（4）峰前蓄水量库水位判别条件6、洪水判别条件库水位判别条件如洪门水库：主汛期，根据入库洪水预报，当水库水位低于99.0米时，调节正常溢洪道闸门，按泄量等于来量下泄，维持库水位99.0米；当水库水位超过99.00米时，闸门全开，水库按正常溢洪道下泄能力下泄；当水位上涨到104.43米时（即0.05％频率洪水）时，启用自溃坝。6、洪水判别条件入库流量判别条件如万安水库：A级：当8800m3/sQ入库9550m3/s时，水库开始蓄水，下泄流量按8800m3/s控制。（拦蓄流量0-750m3/s）B级：当9550m3/sQ入库12000m3/s时，水库蓄水量按750m3/s控制。（保持拦蓄流量750m3/s）C级：当Q入库12000m3/s时，水库蓄水量按4000m3/s控制。（保持拦蓄流量4000m3/s）D级：当万安水库库水位蓄至93.6m3/s时，水库按入库流量敞泄，当Q入库8800m3/s时，按8800m3/s下泄，库水位回落至88.00米时停止供水，保持88.00米库水位进入正常工作状态。6、洪水判别条件一定时段的降雨量判别条件6、洪水判别条件当雨前水位达到汛限水位164.0m，发生50年一遇以下的洪水、24小时净雨量小于228.8mm（降雨量小于297mm）时，预计最高水位不超过164.21m，闸门最大开高ｅ=3.0ｍ,最大泄量小于安全泄量800m3/s。7、洪水调度方法一是对于正常运行的水库，完全依据水库设计确定的调度原则进行调度。常称规程调度。二是应用现代通信技术、信息采集技术和洪水预报技术，进行水库防洪调度，常称水库实时预报调度（也称水库防洪风险调度）。7、洪水调度方法（1）规程调度规程调度具体应用一般是：在调度中严格按照所用的判别条件（如防洪特征库水位、入库洪峰流量等）决定水库的蓄泄量。在水库防洪标准以内按下游防洪要求调度，来水超过水库防洪标准，则以保大坝安全为主进行调度。下游防洪调度方式一般有固定或控制下泄量方式及补偿调节方式。7、洪水调度方法（1）规程调度如：柘林水库防洪设计调度原则：a、在保证大坝安全的前提下，当坝址洪水小于50年一遇洪水时，为下游承担防洪任务，下泄流量加潦河来水不超过6500立方米/秒。当区间洪水超过6500立方米/秒时，水库仅下泄发电流量。这就是水库对下游进行补偿调节方式；b、当坝址洪水为50年一遇至200年一遇之间时，正常溢洪道和泄洪洞全部开启。c、当柘林水库遭遇超过200年一遇（扩建后310年一遇）洪水，且库水位达69.40米时，开启非常溢洪道闸门泄洪(柘林水库遇到小于200年一遇的洪水时，只考虑开启正常溢洪道和泄洪洞泄洪)。7、洪水调度方法（2）水库实时预报调度a、水库实时预报调度的定义----依据实时预报的洪水过程，实施水库防洪调度的方法。与规程调度相比，规程调度是依据实测的入库洪水过程实施的水库洪水调度的方法。7、洪水调度方法（2）水库实时预报调度b、实施水库实时预报调度的原则仍然要遵循水库设计的防洪调度原则，其设计洪水位、校核洪水位、汛限水位、下游安全泄量仍是其约束的条件。7、洪水调度方法（2）水库实时预报调度c、实施水库防洪预报调度的条件→水库所在流域有较为完善的雨情、水情自动测报系统→满足信息报送、处理的通信及计算机网络→流域内较为完善的可靠的洪水预报模型，并开发了较为可靠的洪水预报调度系统→洪水预报调度技术人员的素质要求（流域内防洪要求、洪水预报基本知识、水库工程运行要求、水库调度的基础知识）。7、洪水调度方法（2）水库实时预报调度d、水库实时预报调度过程7、洪水调度方法（2）水库实时预报调度e、水库实时预报调度优点提高水库的防洪效益。通过预报对降雨过程、入库洪水有一个的判断，一方面可采取预泄方式，提前腾出库容，增加水库的防洪能力，另一方面，通过对下游洪水汇流的预报，对特定的防护对象，增加削峰、错峰能力。同时帮助决策者科学拟定防洪目标。提高水库的兴利效益。通过预报对入库洪水有一个比较准确的判断，可在进行调度中少弃水，或不弃水。目前全国正在开展的水库动态汛限水位的研究，就是基于水库防洪预报调度理论开展的。8、中小洪水调度超标准洪水调度标准内洪水调度可以实现设计（规定）的防洪目标，完成防洪调度任务。超标准洪水调度，才是调度过程中需要解决的难题，更是考验调度决策者智慧和体现决策水平的关键！超防洪保护对象标准的洪水调度，是在确保枢纽自身安全的前提下，尽量减轻保护区的洪灾损失。超枢纽设计标准的洪水，调度目标只能是保枢纽自身安全。8、中小洪水调度中小洪水调度洪水的发生为随机事件，在年内长达半年的汛期中，不可能每月都会发生较大洪水，但发生中小洪水的次数较多。传统的水库调度是根据水库调度规程进行调度，汛期水库的水位一般不得超过汛限水位，在发生较大洪水，需利用水库对洪水进行调节时，水位才可突破汛限水位，洪水过后要尽快降到汛限水位以下，以有利于调节后面可能发生的洪水，而当发生中小洪水（小于20年一遇）时，从防洪方面考虑水库可以不进行调节，继续维持汛限水库运行。8、中小洪水调度但也会地造成了一般年份水库汛期晒太阳，甚至汛后蓄不满的局面，洪水资源难以得到充分利用。随着水文气象预报技术和手段的不断发展和进步，获得较长预见期和可靠的预报精度具有较大的保障，这为调度人员提供了较大的主动性和回旋空间。在保证防洪安全的前提下，根据降雨和洪水预报信息，利用水库对中小洪水进行调节，适当抬高水库短时的运行水位，可以减小水库下游的防洪压力和提高水电站的发电、航运等综合效益。因此，研究水库中小洪水实时预报调度技术十分必要，具有重要意义。8、中小洪水调度开展中小洪水调度，必须通过研究制定中小洪水调度控制指标，并编制中小洪水调度方案，确保防洪安全。最好是在洪水退水阶段，且预报后期没有降雨发生的情况下实施。8、中小洪水调度（1）水库下游河道水位较低。（2）在降雨和洪水预报的预见时间内，水库上游和中下游地区无明显的强降雨过程，发生大洪水的可能性不大。（3）在考虑预见期降雨的情况下，水库超蓄水量应在预见期内可预泄至汛限水位或其以下，且下游防汛压力不大，一般不超警戒水位。实施水库中小洪水动态控制调度的必备条件8、中小洪水调度（1）当发生中小洪水时，根据防洪形势、依据水文气象预报信息，按调洪计算的成果确定目标水位和下泄流量。（2）入库洪水已转退，库水位达到目标水位后，再根据防洪形势、依据水文气象预报情况，确定库水位消落过程。若天气形势明朗，后期基本无雨，则消落速度可以缓慢一些；否则在不增加下游防洪压力的前提下尽快降至汛限水位。（3）在实施中小洪水动态控制调度过程中，如预报情况发生变化，可能发生较强降雨或较大洪水，则终止水位动态控制调度，转入以防洪调度为主。实施水库中小洪水动态控制调度的步骤9、防洪与兴利的结合防洪库容和兴利库容结合的形式：防洪库容和兴利库容结合的形式：9、防洪与兴利的结合一次防洪调度中防洪和兴利的结合：防洪预泄、利用预泄水量增加发电效益利用预报，减缓水库消落到汛限水位的速度，尽量减少弃水、多发电与汛末蓄水相结合9、防洪与兴利的结合防洪与兴利的结合分期防洪限制水位的运用利用专用防洪库容兴利（超蓄）利用部分兴利库容防洪利用预报抬高