1、水库防洪调度技术基础,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：（）解决水库自身安全2、与下游防洪安全的矛盾（）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,（）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3、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,（）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。,14、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5、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=V 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、V代表水库水量变化，通过库容曲线可换算成水位变化值。,4、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（V）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6、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。,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7、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98、9.00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8800 m3/s 12000 m3/s 时，水库蓄水量按4000 m3/s控制。（保持拦蓄流量4000 m3/s）D级：当万安水库库水位蓄至93.6 m3/s 时，水库按入库流量敞泄，当Q入库 8800 m3/s时，按8800 m3/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9、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=3.0,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10、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11、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12、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13、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14、，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15、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，16、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17、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,利用预报抬高汛限水位、减少防洪库容,9、防洪与兴利的结合,10、水库群防洪调度,水库群的结构：,水库群自身安全调度原则：,（1）若水库B的设计标准较低，在拟定水库A的防洪调度方案时，应尽可能考虑水库B的安全。（2）若水库B的设计标准较高，在拟定水库A的防洪调度方案时，应落实切实可行的保坝措施，防止溃坝对水库B造成连锁反应。,10、水库群防洪调度,水库群自身安全调度原则：,（118、）若水库A的设计标准较高，在拟定水库B的防洪调度方案时，可考虑水库A的调洪作用。（2）若水库A的设计标准较低，在拟定水库B的保坝措施中，应考虑水库A可能失事的影响。,10、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式：,1、水库群防洪库容的分配（1）总库容的确定：V总=（1.11.3）Vc（2）各水库必须承担的防洪库容的确定：假定C处发生设计洪水，AC区间同频率，A库不泄洪，求VB；同样求VA；（3）公共防洪库容：V共=V总-VA-VB,10、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式：,1、水库群防洪库容的分配（4）公共防洪库容分配：,按各库蓄洪抵偿系数分配按总兴利效益最大化原则分配水库群调洪19、演算复核,10、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式：,2、水库群防洪调度方式,（1）固定下泄量方式：根据拟定的各水库的防洪库容，分别规定各库的判别条件及其下泄流量。,10、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式：,2、水库群防洪调度方式,（2）补偿调度方式：关键：确定水库的补偿次序。先后补偿法：适用于两库洪水同步性好、区间洪水比重大、防洪库容差别较大。相机补偿法：适用于两库洪水比重相当、同步性差。,10、水库群防洪调度,水库群为下游防洪的调度方式：,3、梯级水库防洪调度方式,（1）根据C处洪水情况，先由A库进行补偿调节，再由B库进行补偿调节。（2）若A库和AB区间同时遭遇较大洪水，20、则在有较准确的预报情况下，也可均匀分担蓄洪量。,10、水库群防洪调度,11、防洪优化调度,水库的防洪任务和最优准则：,1、防洪任务：保下游、保大坝、兼顾上游,最大消峰准则最短成灾历时准则最小洪灾损失准则最大防洪安全准则,2、最优准则：,单库防洪优化调度：,1、目标函数,按最大削峰准则,11、防洪优化调度,单库防洪优化调度：,1、目标函数,按最短成灾历时准则,11、防洪优化调度,单库防洪优化调度：,1、目标函数,按最小洪灾损失准则,11、防洪优化调度,单库防洪优化调度：,2、约束条件,水量平衡约束 水库最高水位约束 调度期末水位约束 水库泄流能力约束 出库流量变幅约束,11、防洪优化调度,水库群21、防洪优化调度：,水量平衡约束 水库最高水位约束 调度期末水位约束 水库泄流能力约束 出库流量变幅约束,约束条件：,11、防洪优化调度,水库群防洪优化调度：,运用系统工程原理和方法，以水库调度图为基础，考虑上、下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用各级水库防洪库容、泄洪能力的最优组合，在保证实现设定的防洪调度目标的前提下，对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略，供实时洪水调度决策参考。,对优化调度的理解：,11、防洪优化调度,对优化调度的理解：,在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息，作出洪水预报，并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相应的未来时段的优化调度决策过22、程；并不直接利用优化调度方案，而是考虑来水情况和各水库之间的水力联系，遵循当年防洪预案中水库的调度运用原则，通过经验判断，对优化调度方案进行人机交互式修正。在下一时段，根据实际发生的水情，进行防洪系统的状态校正，并利用更新后的防洪实时信息，重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过程，作出相应的人机交互式修正，直至降雨过程结束。,人机交互滚动生成调度方案,11、防洪优化调度,水库群防洪优化调度：,1、水雨情：2015年入冬（11月8日立冬）以来，我省降雨异常偏多,出现罕见冬汛。尤其是11月10-17日，连续发生两次强降雨过程。一是11月10日4时14日8时，全省普降大到暴雨，主雨区位于抚州、吉23、安、赣州北部一带，全省平均降雨量72毫米，以抚州市104毫米最大，吉安市99毫米，赣州市78毫米。二是15日14时18日8时，赣中、赣南降暴雨到大暴雨，主雨区位于抚州、吉安、赣州北部一带，与上次过程重叠，全省平均降雨量67毫米,以抚州市110毫米最大。受强降雨影响，赣江干流、抚河、鄱阳湖水位大幅上涨，赣江中游吉安站、贡水支流梅川江宁都站、章水支流寺下河安和站、抚河上游盱江南丰、南城站发生超警洪水，超警幅度00.48米,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,2、赣江中下游工程概况：赣江中下游建成的依次有万安水库、泰和石虎塘航电枢纽、峡江水利枢纽，在建的有新干航电枢纽、丰城龙头山24、水电站等，防洪工程体系逐渐形成。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,3、主要调度过程：围绕正在建设中的赣江新干航电枢纽工程围堰抢险（左、右岸围堰高程未达到设计标准），省防办全力以赴，加强协调与跟进，省水文局及时开展水库洪水调算，赣州、吉安市防办及各水库管理单位紧密配合，对万安水库、石虎塘航电枢纽、峡江水库等进行联合调度，下发调令23份。充分发挥了水库拦洪滞洪作用，为抢筑围堰赢得了时间，确保了工程安全，大大减少了洪灾损失。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,3、主要调度过程：万安水库入库流量从9日14时510秒立米开始起涨，11日14时涨到1000秒立25、米，13日20时涨到2000秒立米，形成两个洪峰过程，第一个洪峰流量出现在14日22时3020秒立米，流量退至16日2时2280秒立米再次起涨（受15日14时开始的第二个降雨过程），第二个洪峰流量出现在17日13时5120秒立米，随后入库流量开始缓慢消退。本次过程中，万安水库10日2时至18日8时，流域平均降雨量151毫米，18日1时最高水位95.83米，17日13时最大入库流量5120秒立米，17日6时40分最大出库流量4500秒立米。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,3、主要调度过程：受其及区间来水影响，峡江水库水位快速上涨，12日16时水位43.06，到13日6时26、涨至44.27米，峡江水库管理局13日6时致电省防办，要求加大出库，降低库水位，13日8时出库流量加大到4050秒立米（入库流量3240秒立米），应新干航电枢纽项目办请求，省防总调度峡江水库按4000秒立米左右下泄，此后，峡江水库入库来水量迅速增加，13日18时，入库流量达5700秒立米，水位涨到45.63米，根据新干航电枢纽工程围堰高程及抢险进展，13日19时，加大出库流量至4500秒立米，此后，根据来水及洪水预报，逐步加大出库，为控制库水位不超过46.0米，至14日10时，加大到5400秒立米左右，16日16时，水库水位回落至43.71米。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度27、分析：,3、主要调度过程：受15日14时开始的第二轮强降雨影响，入库流量再次加大，库水位复涨，省防总下发第115号调度命令，要求峡江水库17日9时开始按6700秒立米下泄（此时入库流量8100秒立米），随着来水的加大，逐步加大出库流量，最大下泄9700秒立米，最大入库流量9900秒立米左右，11月18日6时达到蓄水以来最高水位46.0米。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,4、新干 航电枢纽抢险情况：（1）工程设计施工安排 本工程采用分期导流方式，分两期导流，一期工程分别为左岸船闸及其相邻9.5孔泄水闸、右岸电站厂房（含相邻1.5孔泄水闸），二期工程为右岸其余13孔泄水闸28、。其中，2015年8月至2016年3月，利用左岸船闸及一期9.5孔泄水闸一枯枯水围堰以及右岸电站厂房枯水围堰挡水，两纵向围堰（泄水闸纵向枯水围堰和电站厂房纵向枯水围堰）之间宽约161米的原河床导流、通航。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,4、新干 航电枢纽抢险情况：（2）导流设计标准 船闸、电站厂房全年围堰设计洪水标准按全年10年一遇洪水，相应设计流量17800秒立米。泄水闸枯期围堰设计洪水标准按枯期（8月翌年3月）5年一遇洪水，相应设计流量为8610秒立米。船闸上下游引航道枯期围堰设计洪水标准按枯期（9月翌年2月）5年一遇洪水，相应设计流量为6070秒立米。,12、几29、个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,4、新干 航电枢纽抢险情况：（3）简要抢险过程 一期工程左、右岸围堰高程未达设计标准，在得知11月12日16时石虎塘水库下泄流量达到4000秒立米时，新干航电枢纽项目办及时组织人员、设备、材料，于当天晚上18时开始投入抗洪抢险，对围堰进行加高加固。由于连日强降雨，上游来水增加，来水量将超过设计标准，为避免洪水漫过新干枢纽围堰顶，造成更大的损失，11月17日17时40分左右（峡江下泄流量约7900秒立米，超过左岸围堰设计流量），主动挖开左岸下游横向围堰充水（船闸、泄水闸和下引航道）。,12、几个案例,2015年冬汛万安、峡江水库调度分析：,12、几30、个案例,2016年3月19日20时至24日8时，赣州市平均降雨量达173毫米，点最大降雨量为会昌县赖腰镇站327毫米，共33县977站降雨量超100毫米，笼罩面积42291平方公里。受强降雨影响，赣江上游贡水、章水、桃江、湘江等10条河流和赣江干流吉安以上发生超警戒洪水，贡水葫芦阁站超警戒达3.09米。万安水库入库流量3月20日起涨，3月22日3时出现洪峰流量13500立方米每秒（建库以来第三大洪水），最大出库流量9000立方米每秒，库水位最高蓄至95.43米。,12、几个案例,今年3.20早汛万安水库调度：,12、几个案例,今年3.20早汛万安水库调度：,1、合理制定水库度汛计划（确定水库汛31、期限制水位、主汛期时间）；2、严格按度汛计划运行，严禁超蓄；3、建立完善的雨水情自动测报系统，按报汛要求准确、及时报送水库水情，坚决杜绝假报、瞒报；4、加强水库洪水预报调度系统建设；5、了解水库工程运行要求，掌握水库所在流域的防洪要求；6、建立水库管理单位与防办、水库与上下游相关单位、上下级防汛指挥机构、重点防护对象的会商沟通机制；7、正确处理好水库自身防洪安全、上下游防洪安全、局部利益服从全局利益、防洪与兴利的关系；8、充分利用雨水情自动监测系统、水情预报，提前预泄，增加水库防洪能力，努力利用水库为下游防洪进行削峰、错峰。、水库管理单位要配备专业人员，落实责任，充分利用水文部门的技术和专业服务，强化；10、做好水库工程日常管理、加强防汛值班。,启示,