1、127.1 概述概述p一、洪水与防洪一、洪水与防洪n洪水一般指由于暴雨、急剧冰雪融化等因素引起的江河水量迅速增加，水位迅猛上涨的自然现象。若洪水超过江河、湖泊、水库等水体的承受或容纳能力而泛滥成灾，则形成灾害性洪水。37.1 概述概述n我国暴雨洪水具有以下两个特点：1.洪水发生频繁洪水发生频繁n据统计，我国主要河流19001999年100年间共发生10%20%以上的洪水213次，平均每年超过两次，且每两年可能发生一次频率5%10%的洪水，每三年左右可能发生一次频率5%以上较大频率的洪水。47.1 概述概述2.洪水峰高，洪量集中洪水峰高，洪量集中n我国特殊的气候条件，加上江河上中游山区集水面积广
2、大，支流发达，汇流迅速，下游河道位于冲击平原，比降平缓，泄水不畅通，且干支流洪水极易遭遇，使得中国不少江河洪水洪峰高涨，洪量集中，大洪水和特大洪水年的洪峰流量和洪水总量往往数倍于正常年份。57.1 概述概述n防洪措施是指防止或减少洪水灾害损失的各种手段和对策。它包括工程措施和非工程措施两个方面： 1.防洪工程措施防洪工程措施n防洪工程措施指为控制和抗御洪水以减免洪水灾害损失而修建的各种工程措施。防洪工程建设须根据流域和地区防洪规划要求进行，一般是在上游兴建控制性水库，拦蓄洪水，消减洪峰；在中下游平原进行河道整治、加固堤防、开辟蓄滞洪区，调整和扩大洪水出路，使其形成一个完整的防洪工程体系。67.
3、1 概述概述n防洪工程措施通过对洪水的蓄、滞、分、泄，起到防洪减灾的效果。这种效果包括两个方面：n其一是提高江河抗御洪水的能力，即提高江河的防洪标准，从而减少洪灾出现的频率；n其二是出现超防洪标准的大洪水时，虽不能避免洪灾发生，但在一定程度上减少洪灾损失。n由于受自然、技术、经济等条件的限制，不可设想由防洪工程措施来实现对洪水的完全控制。77.1 概述概述2.防洪非工程措施防洪非工程措施n防洪非工程措施是指为了减少洪灾损失，采取颁布和实施法令、政策及防洪工程以外的技术手段等方面的措施。例如洪水水情测报、预报和报警，防洪调度、防汛抢险、洪水风险管理等均属于防洪的非工程措施。87.1 概述概述p二
4、、水库防洪调度的任务、原则和内容二、水库防洪调度的任务、原则和内容任务：任务：根据规划设计或防洪复核选定的水库工程洪水标准（设计标准和校核标准）和下游防洪对象的防洪标准，结合当年水库的挡水建筑物、泄洪设施和配套工程的实际情况，按照水库、下游河道堤防及分蓄洪区防洪体系联合运用原则及泄洪方式，在确保水库工程安全的前提下，通过控制水库泄流对入库洪水进行调蓄，以保障上、下游防护对象的安全，并尽可能使水库取得最大的综合效益。97.1 概述概述 为了完成上述任务，必须遵循的原则是：为了完成上述任务，必须遵循的原则是： 在确保水库工程安全的前提下，最大限度地发挥水库对上、下游的防洪作用； 在满足第一条原则基
5、础上，正确处理防洪与兴利的关系，尽量使防洪库容结合兴利，并力求少留调洪库容，且通过预报调度重复利用，提高水库综合效益； 力求合理核定调洪参数，使制定的调洪规则和防洪调度图既安全可靠，又切合实际； 应根据洪水预报来拟定和不断修正泄洪方式，尽量使下泄流量均匀，以减轻下游的防洪压力。107.1 概述概述 水库防洪调度的主要内容：水库防洪调度的主要内容： 不定期的复核水库防洪参数（汛限水位、最高洪水位等）； 根据水库工程洪水标准及水库对下游承担的防洪任务，确定水库洪水调度方式和控制泄流的判别条件； 制定防御超标准洪水的非常措施及其使用条件； 根据原规划设计或复核修正后的规划设计，结合现状，编制水库防洪
6、调度方案和当年度汛计划，在遭遇洪水时，据此进行实时防洪调度。包括汛期分期调度，承担下游防洪任务的分级控制泄流，以及水库群的联合防洪调度。117.1 概述概述p三、我国防洪调度管理模式三、我国防洪调度管理模式 1. 组织机构组织机构n我国国务院设立国家防汛总指挥部，负责组织领导全国的防洪工作。n有防洪任务的县级以上地方政府，设立防汛指挥部，由各级人民政府的首长担任指挥。n水利部所属的流域管理机构内部组成防汛办事机构，黄河、长江等跨省的重要河流设防汛总指挥部，由流域机构负责人负责。127.1 概述概述2.责任制度责任制度n防汛是一项责任重大的工作，必须建立健全各种防汛责任制度，做到有章可循，各施其
7、职。我国防洪工作实行各级人民政府行政首长负责制，实行统一指挥，分级分部门负责；各有关部门实行防汛岗位责任制。具体包括如下：137.1 概述概述 行政首长负责制 分级责任制 分包责任制 岗位责任制 技术责任制 值班工作制度147.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n为利用水库的调蓄作用，满足防洪减灾的要求，需在兴利调节的基础上，进一步做好防洪计算，合理制定出调洪库容、设计洪水位和校核洪水位、坝高等，这便是调洪计算的中心内容。151. 死水位Z死和死库容V死 在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位称死水位。死水位以下的库容称死库容。2.正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴 水库在正常运用
8、情况下，为满足设计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位，称正常蓄水位。Z蓄与Z死间的库容，称V兴。3.防洪限制水位Z限； 水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，称防洪限制水位。水库的特征水位和特征库容水库的特征水位和特征库容164.防洪高水位Z防和防洪库容V防： 当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位称防洪高水位。 Z防与Z限间的库容称V防。5.设计洪水位Z设洪和拦洪库容V拦： 水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位称Z设洪。Z限与Z设洪之间的库容称V拦。6.校核洪水位Z校洪和调洪库容V调洪： 水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位称校核洪
9、水位。Z校洪与Z限之间的库容称V调洪。7.总库容V总和有效库容V效： V总=V死+V兴+V调洪-V重 V效=V总-V死=V兴+V调洪-V重17187.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法p一、水库调洪计算原理一、水库调洪计算原理n水库调洪计算也称为调洪演算，其一般课题是，对一定的水库和泄洪建筑物类型、尺寸、调洪方式，已知入库流量过程推求出库洪水过程、最大下泄流量和防洪特征库容、特征水位。19207.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法1. 水库泄洪建筑物泄流能力分析水库泄洪建筑物泄流能力分析n在水库枢纽工程中，根据水库的具体条件，可设表面溢洪道或深水式泄洪洞，或两者兼有
10、。n泄洪建筑物在某水头下的泄流能力，是指该水头下泄洪建筑物可能通过的最大流量，是实际泄流量的上限。对于无闸溢洪道，该水头下的泄流量和泄流能力一致；对于有闸溢洪道，当闸门全开时两者也是一致的。溢洪道的泄流能力仅随水头而变化，只是在实际应用中，无闸溢洪道只能按泄流能力下泄，有闸溢洪道可以在泄流能力之内按调洪方式由闸门控制泄流。2122237.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n溢洪道的泄流能力可按堰流公式计算：（7-1）n式中q溢溢洪道泄流能力（m3/s）; H0堰顶水头（m）；B溢流堰净宽（m）；M1溢流系数，其值取决于溢流堰形式。3/210qM BH溢H0247.2 洪水调节计算
11、原理及方法洪水调节计算原理及方法n泄洪洞的泄流能力可按有压管公式计算：（7-2）n式中q洞泄洪洞的泄流能力（m3/s）;H0泄洪洞计算水头（m）；w泄洪洞洞口过水断面面积（m2）；M2流量系数。1/220qM wH洞H0257.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n从（7-1）（7-2）可知，对于一定的泄洪建筑物来水，q仅为H0的函数，而H0又取决于库水位Z，Z又与库容V成单值函数形式，即q=f(V)。为了调洪计算上的方便，常将泄流函数绘制成蓄泄曲线q-V，其中q为当水库蓄水量V时对应的泄流能力。26277.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法2.调洪计算基本原理调洪计
12、算基本原理n溢洪道上不设闸门或虽有闸门但闸门全开的调洪是水库调洪的基本方式，因此针对该种调洪方式讨论调洪计算的基本原理（泄洪洞与溢洪道类似）。287.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n水库调洪是在水量平衡和动力平衡（即水力学中的圣维兰方程组）的支配下进行的。水量平衡可表示为水库的水量平衡方程，动力平衡可由水库蓄泄方程（或蓄泄曲线）来反映。n从起调开始，逐时段连续求解这两个方程，即可由入库流量过程Qt求出出库流量过程qt，这就是水库调洪计算所遵循的基本原理。297.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法12122122QQqqttVV 水库水量平衡方程在某一段时间t内，
13、入库流量减去出库流量，应等于该时段内水库蓄水量的变化，因此水量平衡方程为： （7-3）307.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法 水库蓄泄方程或蓄泄曲线n溢洪道无闸门或闸门全开时的泄流量就是溢洪道的泄流能力，对于某一水库，当泄洪建筑物的形式、尺寸一定时，泄流能力q仅取决于水库蓄水量V，因此水库蓄泄方程为：q=f(V) 或 q-V曲线 （7-4）317.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n在式（7-3）（7-4）中，仅q2、V2为未知数，故可联立求解。例如第一时段，Q1、Q2可从入库洪水过程线得知， q1、V1可由起调水位Z1查Z-V，q-V线得到，从而可联立求解出q
14、2、V2 。该时段q2、V2正是第二时段开始时的q1、V1，于是又可联立解出该时段末的q2、V2，依次类推，即可求得水库下泄流量过程线、最大下泄流量q1、调洪库容V洪和水库最高洪水位Z洪。327.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法p二、水库调洪计算方法二、水库调洪计算方法 试算法是一种最基础的、用途较广的水库调洪计算方法，不管溢洪道是否设闸和计算时间是否固定均可使用，其计算步骤为： 根据水位库容曲线Z-V和拟定的泄洪建筑物类型、尺寸，计算和绘制水库的蓄泄曲线q-V。 分析调洪开始时的起始条件，即起调水位和与之相应的库容、下泄流量。337.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理
15、及方法 从调洪开始，试算各时段末的q2、V2 。对于第一时段， Q1、Q2、 q1、V1及t均为已知，假设q2 ，可由水量平衡方程（7-3）求得V2 ，由V2在q-V关系曲线上又可查得q2，若两者相等，假设的q2即为所求。否则，应重设，重复上述计算过程，直到两者相等为止。这样，求得的q2、V2 ，又是下一时段的q1、V1。以此类推，直到调度期末，即得所需的下泄流量过程qt。347.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法 将入库洪水过程Qt和下泄流量过程qt点汇在一张图上，若计算的最大下泄流量qm正好是两条线的交点，则计算的qm是正确的；否则，说明计算的qm有误差，此时应改变计算时段t
16、进行试算，直到计算的qm是入库洪水过程Qt和下泄流量过程qt的交点。357.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法 由Vm查ZV曲线，可得最高洪水位Zm。显然，当入库洪水为设计标准洪水时，求得的qmVmZm即为设计标准下的最大下泄流量qm设、设计调洪库容V设、设计洪水位Z设；当入库洪水位校核标准洪水时，即得到相应校核数据。36377.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n【例】某水库，已知设计标准的洪水过程线Qt如表6.3第(1)(3)栏所列。用试算法推求水库设计最大下泄流量过程、设计调洪库容和设计洪水位。计算时段取t =12小时。3839407.2 洪水调节计算原理及方
17、法洪水调节计算原理及方法 推求该水库的蓄泄曲线推求该水库的蓄泄曲线qV。 该水库蓄泄曲线qV已经给出如表6.2所示。 确定调洪的起始条件。确定调洪的起始条件。 溢洪道属于无闸门控制的情况，对设计条件，取起调水位与堰顶平齐，且等于正常蓄水位，故得该水库的起调水位为116m，与之相应的库容V1为247*106m3，下泄流量q1为发电流量q电=10m3/s。417.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法推求下泄流量过程线。推求下泄流量过程线。n对于第一时段，确定起始为条件V1=247*106m3、 q1=10m3/s和已知的Q1=10m3/s、Q2=140m3/s，求V2、q2：假设q2=
18、30m3/s，由(8-3)得n依计算得到V2查qV曲线，得q2=20m3/s，与原假设不符，故需重设q2进行计算。假设q2=20m3/s，由(8-3)得612122163101401030() 123600247 102222249.38 10 mQQqqVttV 6632101401020() 123600247 10249.59 10 m22V427.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n再由计算得到V2 qV曲线，得q2=20m3/s，与假设相符，故V2 =249.59*106m3 ， q2=20m3/s即为所求，并分别填入表6.3(9)(6)栏。n以第一时段所求V2、 q2
19、作为第二时段初的V1、 q1，重 复 上 述 试 算 过 程 ， 又 可 得 到 第 二 时 段 V2 =265.26*106m3 ， q2=105m3/s。依次类推连续试算下去，即得表6.3第(6)栏所示的下泄流量过程qt。437.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法最大下泄流量最大下泄流量qm的计算。的计算。n按t =12h不变，取表6.3中(1)(3)(6)栏的t、Q、q值，绘出如图所示Q-t及q-t（虚线为退水过程）过程线，可见以t = 1 2 h 逐 时 段 试 算 求 得 的qm=240m3/s不是正好在Q-t及q-t交点上，而是在Q-t的偏下方，这显然是不正确的。44
20、7.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n以240m3/s作为qm不正确的原因，在于第四时段仍取t =12h太长了，因此减小计算时段进行试算。n设qm = q2 = Q2=250m3/s，于是在图6.5上查得t =2h，该时段初的V1=279.18*106m3、 q1=240m3/s和Q1=279m3/s，再进行水量平衡计算得：n依计算得到V2查qV曲线，得q2=250m3/s，与假定的qm 相符，故qm=250m3/s及为所求，出现在第38h。121221663279250240250()236002222279.18 10279.32 10 mQQqqVttV 457.2 洪水
21、调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法n此后仍采用与第3步相同的方法，对3848h的时段（t =10h）进行试算，求得48h的q为230m3/s。图中3648h用实线绘出的q-t，代表该时段正确的下泄流量过程。推求设计调洪库容推求设计调洪库容V设设和设计洪水位和设计洪水位Z设设。n按qm=250m3/s从图6.3的q-V曲线上查得相应的总库容Vm=279.32*106m3，减去堰顶高程以下的库容247*106m3，即得V设=32.32*106m3，由Vm=279.32*106m3从表6.1 Z-V曲线查得Z设=118.21m。467.2 洪水调节计算原理及方法洪水调节计算原理及方法p三、考虑
22、动库容的调洪计算方法三、考虑动库容的调洪计算方法n以上所介绍的调洪计算方法，是以静库容曲线为基础进行的，即把水库水面近似地作为水平面进行调洪计算，这对于通常所遇到的湖泊式水库是合适的，不仅算法简便，且能满足计算精度要求。但对峡谷型水库，当通过大洪水时，水库表面呈现出明显的水面坡降，若仍按静库容计算，不考虑楔形库容，会使计算的坝前水位偏高，结果发生较大误差。n考虑动库容影响进行调洪计算，其基本原理和方法与静库容计算基本相同，可采用试算法逐时段连续求解水库水量平衡方程和蓄泄方程。不同在于需要把静库容q-V曲线改绘成以入库流量Q为参数的Q-q-V曲线。477.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度p一
23、、水库调洪方式一、水库调洪方式n水库调洪方式是指为满足既定的防洪任务和要求而拟定的水库调洪的具体蓄泄方式。水库调洪方式概况起来可分为水库对下游无防洪任务的自由敞泄方式和对下游有防洪任务的控制泄流方式。487.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n对于不承担下游防洪任务的水库，采用敞泄方式时，最大敞泄流量应不大于相应设计洪水的洪峰流量；n对于承担下游防洪任务的水库，应一并考虑大坝防洪安全和下游防洪要求，分别拟定水库大坝自身安全和满足下游防洪减灾要求的调度方式，明确水库按保证下游防洪安全调度转为保坝安全调度的判别条件，处理好两者的衔接过渡，尽可能减小泄量的大幅突变对下游河道、堤防的不利影响。497
24、.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度p二、水库防洪调度图二、水库防洪调度图n由水库在汛期各个时刻的蓄水指示线组成。它是反映汛期内不同时刻，为了拦蓄洪水，水库所必须留出的防洪库容。它包括：防洪限制水位、防洪调度线、各种标准的防洪高水位及由这些线所划分的调洪区。507.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度（一）防洪调度线的绘制（一）防洪调度线的绘制n防洪调度线是指为满足安全地拦蓄设计洪水的要求，汛期各时刻水库必须预留拦洪库容的蓄水指示线。n它是根据设计洪水过程和下游安全泄量，从防洪限制水位开始，进行调洪计算而得出的水库蓄水指示线。n防洪调度线至设计洪水位的纵距表示水库在汛期各时刻所应预留的防洪库
25、容。517.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n由于设计洪水可能有不同的分配过程，为确保防洪安全，应选择几个不同分配 的典型设计洪水过程，分 别绘出其蓄水过程线，最 后取其下包线作为防洪调 度线。527.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度（二）分期防洪限制水位的确定（二）分期防洪限制水位的确定n防洪限制水位Z限是假定不同时段的起调水位，分别对校核洪水、设计洪水过程线，进行调洪计算，求出相应的校核、设计洪水位，且考虑兴利的要求后，进行比较确定的。537.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n我国绝大多数河流的洪水来源于降雨，各个时期由于降雨的成因不同，所形成的洪水，其特征与大小也有所不同。一
26、些水库可根据汛期各个时期，设计洪水大小的不同，分别拟定各时段的防洪库容，分期蓄水，分期进行防洪调度，逐步抬高防洪限制水位，使原来只能用于防洪的部分库容既可用于防洪，又可用于兴利。547.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 1. 分期洪水的确定分期洪水的确定 对于洪水分期，首先要对暴雨成因或暴雨洪水发生规律进行分析。 一般认为，当汛期洪水的变化有明显规律时，才可将汛期按不同类型的洪水划分成若干阶段。 如果洪水大小在整个汛期无明显差异，但由于下游河道的允许安全泄量，洪水预报的预见期及预报精度等在各个时期有所不同，因而能够留出不同的防洪库容，亦具备分期条件。557.3 水库防洪常规调度水库防洪常规
27、调度 在实际工作中，某些水库形成洪水的降雨系统，在时间上虽无明显分界，但在强度上逐渐减弱，亦可进行分期，但必须具备三个条件：I. 具有较长的洪水资料（50年以上为好）；II. 有大洪水调查资料；III.除单站资料外，还有条件能对洪水分期进行可行性分析。567.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 2.分期洪水起讫日期的划分分期洪水起讫日期的划分n确定分期洪水，必须对水文气象规律进行认真的分析，找出各分期洪水的界限，一般从两方面入手： 分析形成大洪水天气系统的运行规律，确定分析起讫时间分析形成大洪水天气系统的运行规律，确定分析起讫时间n例如，山西省汾河水库的汛期为69月。其中67月份受极峰北进的
28、影响，容造成特大暴雨洪水，这种洪水涨势迅猛，对防洪十分不利；89月份主要受极峰南撤的影响，造成强度不大的降雨，但其范围广，历时长，也可形成特大洪水，但此类洪水涨势慢，洪峰相对不高，对防洪来说相对有利。根据以上分析，该水库汛期可分为两期：67月份为前汛期，89月份为后汛期。577.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 统计洪水（暴雨）出现规律统计洪水（暴雨）出现规律n通过统计年最大或大于某一标准洪水（暴雨）在各月、旬出现次数所占百分比来确定分期的起讫日期。n【例】广东省枫树坝水库具有17年实测洪水资料（19591975年），下游龙川站有24年实测资料。另据调查，13101864年的554年间，有
29、较大历史洪水34次。据分析认为，实测系列具有一定代表性。58597.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n通过对实测和历史洪水资料分析，可见洪水季节变化特点如下：46月的洪水主要由峰面雨形成，一般为复峰型，洪水历时较长。据17年实测最大流量出现时间统计，46月洪水出现的频率占全部实测年份的82.3%，其中6月份出现年内最大洪水频率最多，占41.2%，5月份次之，占35.2%。79月份的洪水受台风影响较大，多为单峰型，洪水历时较短，洪水出现的频率为17.6%。n因此根据该留言洪水成因、洪水出现时间的分布和洪峰形状的不同，将46月划为前汛期，79为后汛期。607.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调
30、度3. 确定分期设计洪水过程线确定分期设计洪水过程线n分期洪水设计过程线的确定，是根据分期洪水的时间界限，在各分期内洪水按年内最大值选样，然后分别对各分期洪水进行频率分析，求出各分期不同设计标准的洪峰流量与洪水总量，并按各分期洪水的特点，选出典型洪水过程线，再按洪峰、洪量同频率控制的原则，求出不同设计标准的分期洪水过程线。但选样时要注意，不宜将洪水发生时间提前或错后，当一次洪水跨越两个时期时，要视其洪峰或定时段的洪量的主要部分在哪一期，作为该期样本，不能重复选样。617.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 4.防洪限制水位的确定防洪限制水位的确定n在设计洪水位、校核洪水位已定的情况下，假设若
31、干个（23个）起调水位，分别对分期设计洪水进行调洪演算，求出相应的最高库水位、最大下泄流量及需要的防洪库容。绘制起调水位与相应最高库水位的关系曲线，根据此关系线与设计（校核）洪水位，即可求出防洪限制水位。62枫树坝水库调洪起始水位与最高水位关系图637.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n最后，将水库的设计洪水位、校核洪水位、防洪高水位、正常蓄水位及以上所定防洪限制水位，绘制于同一图上，即为防洪调度图。647.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度p（三）防洪与兴利关系的分析（三）防洪与兴利关系的分析n根据水库的调节能力和洪水特性，水电站水库在分配拦洪库容和兴利库容时，会出现三种典型情况。n拦
32、洪库容与兴利库容完全分开。拦洪库容与兴利库容完全分开。这时，汛限水位和正常蓄水位重合，全年都预留相同的拦洪库容。这种情况多发生在控制流域面积较小、汛期洪水无明显规律的河流上。657.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n拦洪库容与兴利库容部分重叠。拦洪库容与兴利库容部分重叠。这时，汛限水位在正常蓄水位和死水位之间，设计洪水位高于正常蓄水位，仅在汛期预留足够的防洪库容。这种情况大多出现在汛期洪水的发生在时间上虽然不稳定，但仍有一定规律可循的河流上。667.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n拦洪库容与兴利库容完全重叠。拦洪库容与兴利库容完全重叠。这时，设计洪水位与正常蓄水位重合，汛限水位和死水
33、位重合，此重叠库容汛期用于防洪，汛末蓄水兴利。这种情况多见于流域面积很大，支流多，汛期洪水涨落比较平缓且洪水出现时间比较稳定，历年汛期的起始时间变化不大，丰枯水季的分界比较明显的河流上。67防洪库容与兴利库容结合方式防洪库容与兴利库容结合方式(1)兴利库容兴利库容 (2)拦洪库容拦洪库容 (3)调洪库容调洪库容 (4)死库容死库容687.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n我国雨洪河流的洪水在年内分配上一般具有明显的季节性（如黄河中下游主要汛期在79月，长江中游为69月）。因此，水库在主汛期预留足够的防洪库容，以调节可能发生的洪水，循环部分或全部拦洪库容，以达到一库多用的目的。所以防洪与兴利
34、库容结合的方式应尽量采用第二类或第三类。对于流域面积较小，洪水无明显规律可循的山区河流，或某些中小型水库泄洪设备无闸门控制时，才采用拦洪库容与兴利库容完全分开的方式。697.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度p三、水库常规调洪规则及其实施三、水库常规调洪规则及其实施n水库防洪调度规则是根据水库防洪调度的任务、防洪特征水位、水库的调洪方式、水库泄流量的判别条件等，编制的决定水库防洪调度的具体规定和操作指示。其作用是指明在各种可能情况下，水库应当如何蓄泄。707.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 1.入库洪水量级的判别入库洪水量级的判别n拟定合理的防洪调度方式，是实现水库对洪水进行合理调节，
35、确保水库安全，提高水库综合效益的重要环节。而合理防洪调度方式的实现，决定于对入库洪水判别的正确与否。判别方法如下：n以入库流量作为判别条件以入库流量作为判别条件n用入库流量判别入库洪水的标准，是以各种频率的洪峰流量作为判别条件。在实际工作中，要求根据预报的洪峰洪量，来判别入库洪水的标准，因此要求水文预报要及时并且精度高。n采用入库流量作为判别条件，一般适用于调洪库容小，洪峰流量对库水位的变化起主要作用的水库。717.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n以库水位作为判别条件以库水位作为判别条件n当水库的防洪库容较大，下游的防洪任务较重时，宜采用以各种频率洪水的调洪最高库水位作为判别条件。调度时
36、，根据实际库水位达到何种频率洪水的最高调洪水位来判别出现洪水的大小，由此来决定泄流量的大小。n用库水位作为判别条件，一般不会发生未达到标准就加大泄量的情况。但由于加大泄量较迟，对泄洪时机的掌握较晚，因而水库需要有较大的防洪库容。72737.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 综合判别法综合判别法n即结合使用水位和流量两个判别条件的各种方法。n如在洪水调度中按库水位和入库流量中哪一项先满足各自的最大值来判别洪水的级别，由此决定水库以相应级别洪水的调洪规则控制泄流。747.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n以峰前量作为判别条件以峰前量作为判别条件n采用库水位作为判别条件较为稳妥，但加大泄水相
37、对较迟，所需防洪库容较大；以入库流量作为判别条件，可以早一些判别洪水频率，但可靠性差。因而提出峰前量作为判别条件，调度方式如下：n当水库下泄流量为q时，需防洪库容为V=V1+V2，其中峰前蓄水量为V1，峰后蓄水量为V2。如果等待水库蓄水量达到V以后，才认为这次洪水已超过标准，虽然判别可靠，但时间较迟。757.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n若选择的洪水典型有足够的可靠性，则在峰前部分已经蓄水V1的情况下，就可以判别这次洪水总量将达到V，于是在实际运用中，若某次洪水峰前蓄水量超过V1，则可认为洪水已超过标准，可改按下一级标准调度。该方法较单纯以全部防洪库容相应的库水位作为判别条件更为有利。
38、767.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度2. 防洪调度规则防洪调度规则n在确定水库的调洪方式及选定洪水判别条件的基础上，必须将水库在各种洪水条件的调洪方式加以总结和归纳，并根据洪水的判别条件，从常遇洪水一直到校核洪水，有序地、彼此连贯地逐一规定水库泄水方式和操作方法，用明确规定的条文形成水库的防洪调度规则。777.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 水库调洪方式的选择是制定防洪调度规则的基础。水库调洪方式的选择是制定防洪调度规则的基础。对于承担下游防洪任务的水库，应采用分级控制方式，体现“小水少放、大水多放”的原则； 对于不承担下游防洪任务的水库，可以采用自由泄流或敞开泄洪调度方式，即在
39、调度时，只需考虑水库工程本身的防洪安全，下泄流量不受限制。787.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 控制不同泄量的依据是洪水的量级。控制不同泄量的依据是洪水的量级。 应根据水库及其下游区间洪水的规律寻求某种水文要素的指标量作为判别条件。良好的判别条件，可使判断的失误率缩小，而且可较早做出判断。797.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 为编制水库防洪调度规则而进行水库调洪计算时，为编制水库防洪调度规则而进行水库调洪计算时，必须从常规洪水至校核洪水有序地、彼此衔接逐必须从常规洪水至校核洪水有序地、彼此衔接逐级进行，每次进行较大洪水的调洪计算，必须从级进行，每次进行较大洪水的调洪计算，必须从
40、小到大逐级控制泄量，即必须结合判断条件，根小到大逐级控制泄量，即必须结合判断条件，根据已出现的洪水情况，逐级加大泄量。据已出现的洪水情况，逐级加大泄量。807.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度 防洪调度规则具有整体性和连贯性。防洪调度规则具有整体性和连贯性。连贯性体现在不管出现哪个量级的洪水，总是应该按规则逐条连续操作，直到出现洪水量级与条款规定的洪水一致为止；整体性体现在水库防洪调度规则是防洪特征参数，泄洪建筑物形式、尺寸、运用条件，水库调洪方式，洪水判别条件等要素的共同产物。任何要素的变动，原则上都应该对水库防洪调度规则进行全面复核和修订。817.3 水库防洪常规调度水库防洪常规调度n
41、防洪调度规则包括以下内容：a) 前、后汛期水库遭遇一般较小洪水，且库水位未超过防洪限制水位时的兴利蓄水与防洪调度的规定。b) 水库发生常遇洪水（5年、10年一遇洪水）、下游防洪标准洪水、大坝设计标准洪水及特大稀遇洪水的判别条件，控制泄量、调度方式和采取相应措施的规定。c) 水库遭遇不同频率洪水时，泄洪设备闸门启闭的决策程序和闸门操作的有关规定。d) 汛中和汛末水库拦洪的消落和回蓄的有关规定。e) 整个汛期利用洪水预报采取预泄、预蓄的有关措施和规定。82（三）防洪调度规则（三）防洪调度规则应用方法应用方法由于常规调度只是利用已发生的洪水信息，对影响后期调度效果的洪水预报信息利用不足，从而可能会出
42、现一些不太合理的现象，如洪水预报后期有较大的降雨，但利用已发生的信息却使泄洪偏小；或是洪水预报后期无降雨，利用已发生的信息却使泄洪偏大等。837.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度n对于水电站水库而言，如果在防洪调度时考虑预报预泄，不仅能提高水库的防洪能力，减轻下游所承受的洪水压力，还能增发电能，提高电站的经济效益。n现代水文气象信息的收集与传输手段日趋完善，水文预报的理论和方法日渐成熟，为水库防洪预报调度的实施创造了良好的条件。n考虑预报进行防洪调度的最重要条件，是必须具有可靠的、有一定预见期的、相当精度且经检验合格率较高的预报方案。847.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度p（一）预报
43、方案的分析评定（一）预报方案的分析评定n对预报方案进行分析评定包括定性和定量两个方面，即不仅需对编制方案所采用的预报方法的理论依据及所引用的点距因误差很大而欲舍弃的理由作出合理性分析，还需对预报误差作出定量分析。n理论上，水文预报误差表现在数量、分配和发生时间三个方面，它们都对预报调度产生影响，但目前还仅能从洪水某一特征值的数量上来考虑。857.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度n预报误差在数量上的表现形式有： 绝对误差：=预报值-实测值 相对误差：e=(/实测值)100% 相对精度：=1-e/100 合格率：a，即符合精度要求的点据数与总点据数之比。867.4 水库防洪预报调度水库防洪预报
44、调度n评定方法： 首先对每一次有记录的洪水按预报方案进行一次预报计算得出其预报值，与实测值对比，计算出绝对误差和相对误差。 然后统计在各种允许误差条件下的合格率，绘制成相对误差e与合格率a关系曲线。 可见，合格率要求越高，相对误差越大。877.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度n防洪调度对预报的要求，首先是合格率要高，即使误差大一些，也应这样考虑。因为预报误差可以通过调度中逐时段的修正来得到消除。但如合格率过低，尽管误差小，使用价值也不大，因为这样可能会出现误差大大超过原定的情况，从而使防洪调度决策失误。887.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度p（二）水库防洪预报调度（二）水库防洪预报调
45、度897.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度n如果汛限水位相同，则预报预泄调度可以减小调洪库容；n如果防洪上限水位一定，则预报预泄调度可以提高汛限水位，增大兴利库容。907.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度p（三）水库防洪预报调度的实施（三）水库防洪预报调度的实施n汛期水库防洪调度的重要工作，是利用一次洪水预报或中、短期水文预报进行水库的预泄或回蓄，水库在整个汛期内的预泄与回蓄可能交替进行多次。n水电站水库的预泄可分为防洪预泄和发电预泄，两者都是在洪水来临前水位达汛限水位的情况下，为各自的调度目的而进行的，来水都采用预报偏小值。917.4 水库防洪预报调度水库防洪预报调度n防洪预泄对于水
46、库是为了降低最高调洪水位，以确保水库安全或增大总的调洪库容；对下游防洪是为了错峰或减小下泄流量。n发电预泄一般在洪水不大的情况下进行。预泄流量不能超过电站最大过水能力，同时还要考虑水库的回蓄能力。考虑回蓄能力的方式是，对预报来水进行在电站过水能力控制下的预泄调度计算，若一场洪水预泄后需要的总调洪库容大于或等于预泄库容，则预泄方案成立，否则应降低预泄深度，减小预泄流量。927.5 水库防洪优化调度p 一、优化准则与数学模型一、优化准则与数学模型n（1）优化准则与目标函数 最大消峰准则（水位控制模式） 在控制水库最高水位的前提下，以下游防洪保护点的最大流量qmax最小作为防洪调度方案最优性的判别条
47、件。目标函数：2max1minmin( )( )TckqjtqQtQt937.5 水库防洪优化调度 最大防洪安全保证准则（下泄流量控制模式） 在满足下游防洪控制断面安全泄量的条件下，尽可能多下泄，使留出的防洪库容最大，以备后续可能发生的大洪水。等价的目标函数为：2max1minmin( )( )( )TrkcktZV tQtQtt947.5 水库防洪优化调度 最短成灾历时准则或分洪量最小准则 当发生超过下游防洪标准的洪水时，应该以满足大坝（或库区）防洪安全为条件，水库的下泄流量不再按下游防洪点安全泄量QAN进行控制，必须动用分蓄洪区。最短成灾历时准则的等价目标函数为： 分洪量最小准则的目标函数
48、：2*m1max( )( )TckqjANtTQtQtQ*11min( )(1)/ 2TMFHiitiWY tY tt957.5 水库防洪优化调度n除上述最优准则外，还有洪灾损失最小准则、防洪费用最小准则、安全调度一场洪水时水电站发电量最大准则等。967.5 水库防洪优化调度n（2）约束条件 水量平衡约束 最大泄流能力约束 调度期末水位约束 水库最高控制水位约束（最大削峰准则） 最大下泄流量约束（最大防洪安全保证准则）977.5 水库防洪优化调度p二、求解思路二、求解思路 上述模型为典型的多阶段决策问题，适宜用动态规划求解。 实际上，水库水位控制和下泄流量控制两种优化模型分别反映了防洪调度的不
49、同侧 面，一个模型的目标是 另一个模型的约束条件。 从图中可见，最大泄流 Qckmax与动用的防洪库 容Vf呈反比关系。987.6 水库实时防洪调度水库实时防洪调度n实时防洪调度是指在实际洪水调度过程中，根据实时信息在面临时段及时作出洪水调度决策的措施和方法。n它有明确的时效性要求，即从信息采集、洪水预报、防洪调度方案、方案评价至作出调度决策及实施所需的时间应短于洪水预报预见期，否则无法及时作出调度决策的调整和实施。997.6 水库实时防洪调度水库实时防洪调度p一、防洪实时信息与洪水预报一、防洪实时信息与洪水预报n防洪实时信息是防洪实时调度的依据。防洪实时调度必须利用已获取的各种实时信息，作出
50、洪水预报，并在研究防洪工程运用方案的基础上，作出调度决策。防洪信息包括： 天气信息 水雨情信息及工情信息 洪灾情况信息1007.6 水库实时防洪调度水库实时防洪调度p二、防洪调度方案生成二、防洪调度方案生成n以预报洪水过程及洪水地区组成为防洪系统的输入，以当前防洪工程运用状态及蓄洪水位、河道水流状态等为调洪计算起始条件，利用不同水雨情信息，在有预报洪水过程的基础上，单一水库用以下方法生成调度方案： 按常规防洪调度规则生成方案 预报调度是一种较理想的方式 按防洪优化调度模型生成方案 人机交互生成方案(预报入库洪水、下泄流量、库水位)1017.6 水库实时防洪调度水库实时防洪调度p三、防洪调度决策
