一种安全利用洪水资源的量化分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于具体步骤包括：（1）根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析；（2）根据退水速率确定退水段洪水资源安全利用的调度方式；（3）对确定调度方式的退水段洪水资源安全利用过程进行评价。本发明通过实施敞泄回蓄或滞泄跟踪两种典型的退水调度方式，将前期滞蓄库中的水量、退水速率、后续洪水发生量级、时序及概率等因素进行耦合关联分析，得到存在风险的量化评估结果，从而达到安全利用洪水资源的效果。
【专利说明】一种安全利用洪水资源的量化分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利水电工程【技术领域】，特别是涉及一种安全利用洪水资源的量化分析方法。
【背景技术】
[0002]目前各国水库防洪基本分为两大类:一类是下游有防洪要求；另一类下游无防洪要求。前者既设置汛限水位，又设置防洪库容，在入库洪水不超过下游防洪标准时，部分或全部利用防洪库容削减洪峰以保证下游安全，后者无下游防洪任务，一般不专设防洪库容，通常其正常蓄水位和汛限水位重合。
[0003]根据现有公知的防洪法规和本领域技术规范，水库在汛期进行洪水调度时，起调水位必须是汛限水位，在洪水调度过程中，无论采用任何调度手段，如预泄(q>Q)、跟踪下泄(q = Q)、滞泄(q〈Q)、敞泄(泄洪设施达最大开度)，在洪水结束时，库水位均需回归至汛限水位。
[0004]实践表明，这种因洪水结束且库水位回归至汛限水位的理念及规则，完全基于一种假设，即后续洪水随时会发生(含校核量级的洪水)，出于为下游和水库自身安全考虑的目的，必须留有足够的防洪或滞洪库容，以应对这种发生时间和量级不确定的洪水。
[0005]按照这种理念及规则的调度结果，下游及水库自身安全得到了保证，但一次又一次常见洪水资源没有得到任何程度的利用，其根本原因是:将确保遭遇稀遇洪水调度安全和常见中、小洪水资源利用对立起来，以致造成防洪优先变成防洪唯一的刚性约束了。
[0006]为了突破上述传统理念及规则的局限性，分期汛限水位的概念已经逐步为水利工程设计、管理和运行人员接受。但必须有个安全的前提，洪水资料充分，且经过合理而又严谨的论证。这种分期的汛限水位适合调节性能高的大型水库，且不同时期洪水物理成因明确。分期确定汛限水位最主要的目的还是逐步将库水位抬升至正常兴利水位。
[0007]这种预期必须建立在后期较高的汛限水位对应的时段发生特大洪水(例如设计洪水、校核洪水)的概率，比前期最低的汛限水位对应的时段发生的概率要低。但即便是分期汛限水位也是要遵循每次洪水调度结束，水位必须回归至该时段规定的汛限水位，在该时段内洪水资源同样没有得到有效的利用，在退水调度过程中仍然将滞蓄在库中的洪水随入库洪水一齐弃泄。另外，分期汛限水位由低水位向高水位抬高的过程，也还缺乏严格的论证和明确的实施路径，不具有可操作性。如何克服现有技术的不足已成为当今水利水电工程【技术领域】中亟待解决的重大难题之一。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种安全利用洪水资源的量化分析方法，本发明通过实施敞泄回蓄或滞泄跟踪两种典型的退水调度方式，将前期滞蓄库中的水量、退水速率、后续洪水发生量级、时序及概率等因素进行耦合关联分析，得到存在风险的量化评估结果，从而达到安全利用洪水资源的效果。[0009]根据本发明提出的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于它包括以下具体步骤:
[0010](I)根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析；
[0011](2)根据退水速率确定退水段洪水资源安全利用的调度方式；
[0012](3)对确定调度方式的退水段洪水资源安全利用过程进行评价。
[0013]本发明进一步的优选方案是:
[0014]本发明步骤(I)所述的根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析，包括以下具体步骤:
[0015]a.进行洪水量级统计；
[0016]b.采用降雨成因和时段结合的方法，对相邻洪水间隔时间进行统计分析；
[0017]c.建立洪峰流量为参数的洪水间隔时间及其发生概率的关系。
[0018]本发明步骤(2)所述的调度方式，是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式，根据判别条件:退水缓时采用敞泄回蓄调度方式；退水急时采用滞泄跟踪调度方式；
[0019]所述的敞泄回蓄调度方式，是指库水位蓄至调洪高水位后，为水库安全，执行敞泄，且在最快下泄时间内恢复至汛限水位，然后择机拦尾回蓄，以利用洪水资源的方式；
[0020]所述的滞泄跟踪调度方式是指退水段一直保持峰前调度中滞蓄的洪水，库水位一直维持调洪高水位，直到洪水退尽，开始利用这部分滞蓄洪水的方式。
[0021]本发明步骤(3)所述的调度方式，是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式。
[0022]本发明所述的敞泄回蓄调度方式包括客观分析法和主观分析法，其中:客观分析法是指通过选定不同的退水段回蓄时刻，计算对应的回蓄水量，分析安全利用洪水资源的保证率；主观分析法是指通过主观选取安全利用洪水资源的保证率，确定退水段可回蓄水量及回蓄起始时刻。
[0023]本发明与现有技术相比其显著优点在于:本发明可直接得到可量化的结果，即采用本发明中提出的敞泄回蓄或滞泄跟踪两种退水调度方法对洪水资源利用及安全水平可进行量化分析，使得调度技术人员和工程管理者实现可具体操作的技术流程，对不同量级的洪水及其退水过程进行洪水资源利用及其安全水平的评估，决定采用何种调度方式，以达到减少无益弃水，在可控范围内充分利用洪水资源，对于增加汛期水电发电量，减少火电发电量对我国节能减排及环境保护将产生重大的社会经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1本发明提出的一种安全利用洪水资源的量化分析方法的实施步骤方框示意图。
[0025]图2为特定时段(月或旬)水库洪水发生时间间隔、量级及发生概率的状态，也即以洪峰流量为参数的洪水间隔时间及其发生概率的关系示意图。
[0026]图3为由图3-1、图3-2、图3-3和图3_4组成的洪水资源安全利用调度方式示意图，其中:图3-1为敞泄回蓄客观法示意图；图3-2为拦蓄洪尾AV'并充分利用的保证水平，即敞泄回蓄法所述洪水资源安全利用的保证水平曲线示意图；图3-3为敞泄回蓄主观法示意图，图3-4为滞泄跟踪调度方式示意图。
[0027]图4为由图4-1和图4-2组成的洪水资源安全利用过程评价示意图，其中:图4_1为敞泄回蓄水量的利用和后续洪水发生时间对安全度影响的示意图，图4-2为滞泄跟踪法所述洪水资源利用和安全水平评价示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0029]结合图1，发明提出的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，它包括以下具体步骤:
[0030]步骤1，根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析，包括以下具体步骤:
[0031]a.进行洪水量级统计；
[0032]b.采用降雨成因和时段结合的方法，对相邻洪水间隔时间进行统计分析；
[0033]c.建立洪峰流量为参数的洪水间隔时间及其发生概率的关系。
[0034]在某特定时段(月或旬)，水库洪水发生时间间隔、量级及发生概率的状态，也即以洪峰流量为参数的洪水间隔时间及其发生概率的关系如图2所示。
[0035]步骤2，根据退水速率确定退水段洪水资源安全利用的调度方式，该调度方式，是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式，根据判别条件:退水缓时采用敞泄回蓄调度方式，退水急时采用滞泄跟踪调度方式；所述敞泄回蓄调度方式，是指库水位蓄至调洪高水位后，为水库安全，执行敞泄，且在最快下泄时间内恢复至汛限水位，然后择机拦尾回蓄，以利用洪水资源的方式；所述滞泄跟踪调度方式，是指退水段一直保持峰前调度中滞蓄的洪水，库水位一直维持调洪高水位，直到洪水退尽，开始利用这部分滞蓄洪水的方式；所述敞泄回蓄调度方式包括客观分析法和主观分析法，其中:客观分析法是指通过选定不同的退水段回蓄时刻，计算对应的回蓄水量，分析安全利用洪水资源的保证率；主观分析法是指通过主观选取安全利用洪水资源的保证率，确定退水段可回蓄水量及回蓄起始时刻。
[0036]图3为由图3-1、图3-2、图3-3和图3_4组成的洪水资源安全利用调度方式示意图。结合图3，进一步说明洪水资源安全利用调度方式，其中:图3-1为敞泄回蓄客观法示意图，图中阴影面积代表拦蓄的洪尾，该方法是在敞泄完滞蓄洪水AV后，水位恢复至起调水位Ztl，再执行回蓄，目的是为了在安全前提下利用洪水资源；图3-2为拦蓄洪尾Δ V，并充分利用的保证水平，即敞泄回蓄法所述洪水资源安全利用的保证水平曲线示意图；图3-3为敞泄回蓄主观法，该方法主观选取安全利用洪水资源保证率，确定相应的后续洪水发生时间间隔历时，推求希望回蓄水量AV'，确定回蓄起始时刻tE ;图3-4为滞泄跟踪调度方式示意图，该调度方式退水段一直保持峰前调度中滞蓄的洪水△ V，库水位一直维持调洪高水位Z1，直到tE时刻洪水流量等于机组最大过流能力Qt，开始利用这部分滞蓄洪水八￥，在1时刻由Z1水位敞泄至起调水位Ztl，对应历时为AT,。
[0037]步骤3，，对确定调度方式的退水段洪水资源安全利用过程进行评价，该调度方式是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式。
[0038]图4为由图4-1和图4-2组成的洪水资源安全利用过程评价示意图。结合图4，进一步说明洪水资源安全利用过程评价方式，其中:图4-1为敞泄回蓄水量AV'的利用和后续洪水发生时间对安全度影响，也即敞泄回蓄调度方式退水段洪水资源安全利用过程评价的示意图，图中Λ T为无入库洪水条件下，敞泄所需历时，Ta为兴利利用的历时，对应图4-1，后续洪水发生在AT内，安全水平下降，后续洪水发生在AT以后、Ta以前防洪安全有保证，洪水(AV')可部分利用，后续洪水发生在Ta以后，防洪安全有保证，且洪水(AV')可完全利用；图4-2为滞泄跟踪法所述洪水资源利用和安全水平评价，也即滞泄跟踪调度方式退水段洪水资源安全利用过程评价的示意图，滞蓄洪水AV'充分兴利利用的历时为Ta，滞蓄洪水最快下泄的时间为AT'，图中ty2-ty=Ta，tyl_ty=AT'，后续洪水发生在tytyl之间，水库安全水平下降；若发生在tylty2之间，则安全有保证，滞蓄水量AV仅能部分利用；若发生在ty2以后则既安全，AV又可完全利用。
[0039]本发明的【具体实施方式】中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
[0040]以上【具体实施方式】及实施例是对本发明提出的一种安全利用洪水资源的量化分析方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
【权利要求】
1.一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于它包括以下具体步骤: (1)根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析； (2)根据退水速率确定退水段洪水资源安全利用的调度方式； (3)对确定调度方式的退水段洪水资源安全利用过程进行评价。
2.根据权利要求1所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于步骤(1)所述的根据退水段洪水预报进行分期分量级洪水间隔时间的统计分析，包括以下具体步骤: a.进行洪水量级统计； b.采用降雨成因和时段结合的方法，对相邻洪水间隔时间进行统计分析； c.建立洪峰流量为参数的洪水间隔时间及其发生概率的关系。
3.根据权利要求1所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于步骤(2)所述的调度方式，是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式，根据判别条件:退水缓时采用敞泄回蓄调度方式；退水急时采用滞泄跟踪调度方式。
4.根据权利要求3所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于所述的敞泄回蓄调度方式，是指库水位蓄至调洪高水位后，为水库安全，执行敞泄，且在最快下泄时间内恢复至汛限水位，然后择机拦尾回蓄，以利用洪水资源的方式。
5.根据权利要求3所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于所述的滞泄跟踪调度方式，是指退水段一直保持峰前调度中滞蓄的洪水，库水位一直维持调洪高水位，直到洪水退尽，开始利用这部分滞蓄洪水的方式。
6.根据权利要求1所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于步骤(3)所述的调度方式，是指敞泄回蓄调度方式或滞泄跟踪调度方式。
7.根据权利要求3或4所述的一种安全利用洪水资源的量化分析方法，其特征在于所述的敞泄回蓄调度方式包括客观分析法和主观分析法，其中:客观分析法是指通过选定不同的退水段回蓄时刻，计算对应的回蓄水量，分析安全利用洪水资源的保证率；主观分析法是指通过主观选取安全利用洪水资源的保证率，确定退水段可回蓄水量及回蓄起始时刻。
【文档编号】E02B1/00GK103966972SQ201410177282
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】陈守伦, 李晓英, 芮钧, 胡明, 葛朝霞, 万定生, 叶翔, 李林峰, 顾文钰, 钱名开, 徐时进 申请人:河海大学