（水利工程专业论文）应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 目前全国水库调度研究及应用发展趋势是从原规划调度方式转变为依靠天气预报、 洪水预报和水情测报系统的预报调度，依据这些信息，防洪与发电都增加了一定的预见 期。应用这些信息，水库可以及时预泄和预蓄，提高了水资源的利用率。因此，本文以 浑江流域电站群为背景，通过分析利用流域洪水预报、天气预报、水情测报以及流域暴 雨间隔规律、退水规律等综合信息，合理预蓄预泄，在保证防洪安全的前提下，提高水 电站的综合利用效益。 主要研究内容和成果如下： ( 1 ) 首先分析流域洪水预报模型方案精度、模拟精度，统计洪峰、洪量、峰现时 间三个洪水要素的合格率，确定性系数及可利用的有效预见期；其次分析流域天气预报 的准确率，主要分析2 4 h 天气预报，对于浑江流域，2 4 h 天气预报可以为水库提供足够 的预泄时间，保证防洪安全。然后分析流域2 d 到1 5 d 天气预报用于流域洪水调度方式 研究的可行性；通常最高水位出现是在一场暴雨的退水阶段，因此统计分析暴雨间隔规 律，对于抬高水库水位值有一定的指导意义；最后分析水情测报系统的应用情况。通过 分析可以得出结论，浑江流域电站群具备应用综合天气信息进行合理预蓄预泄的条件， 并且可以计算出桓仁水库汛限水位动态控制的上限。 ( 2 ) 分析流域应用综合信息上浮汛限水位的步骤 在桓仁水库汛限水位动态控制域范围内，研究如何从面临时刻的实际水雨情出发， 抬高或降低水库水位。然后依据不同的天气信息采取不同的预蓄预泄方案。 ( 3 ) 实际应用情况及效益计算 从2 0 0 4 年开始，桓仁电厂开始与大连理工大学研究汛限水位动态控制应用问题， 作者从2 0 0 5 年开始应用研究，依次分析了2 0 0 5 年到2 0 0 8 年浑江流域电站群应用综合 信息进行水库洪水调度情况，并计算了所取得的效益。 ( 4 ) 风险分析 风险分析的概念与必要性，很多文献都有论述。本文风险分析的主要内容就是水库 在抬高汛限水位以后是否在下次洪水到来之前回复到汛限水位；或者通过洪水预报，在 洪水起涨之前将水库水位降到汛限水位以下，达到原设计的风险水平。 最后对全文作了总结，并对有待进一步研究的问题进行了讨论。 关键词：浑江梯级；综合信息；动态控制；效益；风险 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 t h e a p p l i c a t i o no fg e n e r a li n f o r m a t i o ni nh u n j i a n gc a s c a d e h y d r o p o w e rs t a t i o n sa n d i t sp r o f i ta n dr i s ka n a l y s i s a b s t r a c t n o w a d a y s ，也ed e v e l o p m e n tt r e n do fr e s e r v o i rr e g u l a t i o nm o d ei sf r o mc o n v e n t i o n a l d i s p a t c h i n gt of o r e c a s td i s p a t c h i n gd e p e n d e do nw e a t h e rf o r e c a s t ，f l o o df o r e c a s ta n dr e m o t e a u t o m a t i c r e g i m ec e n s o r i n gs y s t e m g i v e nt h e s e i n f o r m a t i o n ， f l o o d - p r e v e n t i o n a n d e l e c t r i c i t y - g e n e r a t i o nw i l lg e tal o n g o r - s h o r tf o r e s e e i n gp e r i o d m o r e o v e r , r e s e r v o i r sc a n p r e - s t o r a g eo rp r e - l e v e ea n dr a i s ew a t e ru t i l i z a t i o nb e t t e r t h i st h e s i ss e t t i n gc a s c a d e h y d r o p o w e rs t a t i o n si nh u n j i a n gb a s i na sag r o u n d ，a n a l y z e db a s i nf o r e c a s ti n f o r m a t i o no n f l o o d ，w e a t h e r , r e m o t ea u t o m a t i cr e g i m ec e n s o r i n gs y s t e ma n dr a i n s t o r mi n t e r v a lr e g u l a r i t y ， w a t e r - e b br e g u l a r i t yw h i c hc a l lh e l pt or e a s o n a b l yp r e - s t o r a g eo rp r e - - l e v e ea n di m p r o v e g e n e r a lu t i l i z i n ge f f i c a c yu n d e rt h ec i r c u m s t a n c eo fg o o da n t i f l o o dp e r f o r m a n c e s m a j o ra n a l y s e sa n dt h er e l a t e dr e s u l t s ： 1 f i r s t , a n a l y z i n gt h eb a s i nf l o o df o r e c a s tm o d e ，t h es c h e m ea c c u r a c y , v i r t u a lr e a l i t y a c c u r a c ya n dm a k i n gs t a t i s t i c so nt h et h r e ef l o o de l e m e n t so ff l o o ds u m m i t ，f l o o dv o l u m ea n d s u m m i t t i m e m e a n w h i l e ，a n a l y z et h ed e f i n i t ep a r a m e t e r sa n dt h eu t i l i z a b l ev a l i df o r e s e e i n g p e r i o d s e c o n d ，b a s e do nt h ea b o v e ，a n a l y z i n gt h ea c c u r a c yr a t eo f b a s i nw e a t h e rf o r e c a s t ， m a i n l y2 4h o u r sr e p o r tb e c a u s ei nh u a n j i a n gb a s i n , 2 4h o u r sw e a t h e rf o r e c a s tp r o v i d e s s u f f i c i e n tt i m ef o rr e s e r v o i rd i s c h a r g i n gb e f o r e h a n dt op r e v e n tf r o mf l o o d i n g t h e na n a l y z i n g 2 dt o15 dw e a t h e rf o r e c a s tu s e df o ra n a l y z i n gt h ep o s s i b i l i t yo fb a s i nf l o o dd i s p a t c h i n ga n d a s s a y i n gt h er a i n s t o r mi n t e r v a lr e g u l a r i t ya n dr a i s er e s e r v o i re l e v a t i o n a tt h et i m eo fa r a i n s t o r me b b i n g t h e r e f o r e ，t h es t a t i s t i c so ft h et i m ear a i n s t o r mf o l l o w e dc a ng i v es o m e g u i d a n c ef o rr a i s i n ge l e v a t i o n f i n a l l y ，a s s a yt h ea p p l i c a t i o no fr e m o t ea u t o m a t i cr e 西m e c e n s o r i n gs y s t e m ac o n c l u s i o nc a nb ed r a w nt h r o u g ha n a l y z i n gt h a th u n j i a n gc a s c a d e h y d r o p o w e rs t a t i o n si sq u a l i f i e dt oa p p l yg e n e r a li n f o r m a t i o nt or e a s o n a b l yp r e s t o r a g ea n d p r e l e v e ef u r t h e r m o r e ，t h eu p p e rb o u n d a r yo fd y n a m i c a l l yo p e r a t i n gr e s e r v o i rn o r m a l e l e v a t i o ni nf l o o ds e a s o ni nh u a n r e nr e s e r v o i rc a nb ec a l c u l a t e d 2 a n a l y z i n gs t e p so fa p p l y i n gg e n e r a li n f o r m a t i o nu p f l o a t i n gr e s e r v o i rn o r m a le l e v a t i o n i nf l o o ds e a s o ni nt h eb a s i n c h i e f l ys t u d y i n gh o wt or a i s eo rl o w e rt h er e s e r v o i re l e v a t i o ni nt h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n w i t h i nt h eb o u n d a r yo fd y n a m i cc o n t r o l l i n gf i e l di nh u a n r e nr e s e r v o i r t h ef o r m u l ai sb a s e d o nt h eb a l a n c i n gp r i n c i p l eo fw a t e rv o l u m e ，a n dt h e nw o r k e r sc a np e r f o r md i f f e r e n t p r e s t o r a g ea n dp r e l e v e ei na c c o r d a n c ew i t hd i f f e r e n tw e a t h e rf o r e c a s t 3 t h ea p p l i c a t i o na n dp r o f i tc a l c u l a t i o n i i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 i n2 0 0 4 ，h u a n r e n p o w e rp l a n t ，b e g a nt os t u d yt h er e l a t e da p p l y i n gp r o b l e m so fd y n a m i c c o n t r o l l i n gr e s e r v o i rn o r m a le l e v a t i o ni nf l o o ds e a s o n 、析t 1 1d a l i a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y t h i st h e s i sa n a l y z e dr e s p e c t i v e l yt h ef l o o dd i s p a t c h i n gg u i d e db yg e n e r a li n f o r m m i o nf r o m 2 0 0 5 ( t h er e l a t e da p p l i c a t i o nb e g a n ) t o2 0 0 8i nh u n j i a n gc a s c a d eh y d r o p o w e rs t m i o n sa n d b r i e f l yc a l c u l a t e dt h ep r o f i tg a i n e d 4 r i s ka n a l y s e s m a n yd o c u m e n t sh a v ed i s c u s s e dt h ec o n c e p ta n di m p o r t a n c eo fr i s ka n a l y s i s t h er i s k a n a l y s i so ft h i st h e s i sm a i n l yl i e si nt h e s et w op o i n t s ：w h e t h e rt h er e s e r v o i r e l e v a t i o ns h o u l d b el o w e r e dd o w nb e f o r et h en e x tf l o o da f t e rt h ew a t e ri se l e v a t e d ；w i t hag u i d a n c eo ff l o o d f o r e c a s t ，w es h o u l dd r o pt h er e s e r v o i r e l e v a t i o nb e l o wt h en o r m a ld e g r e ea n dt h er i s kr a t eo f t h eo r i 百n a ld e s i g nb er e a c h e db e f o r et h ef l o o da c c r u i n g l a s t l y , t h et h e s i sm a d ea no v e r a l lc o n c l u s i o na n da r g u e dt h ep r o b l e m sr e m a i n e dt ob e c o n s i d e r e da n dp r o v e d k e yw o r d s ：h u n j i a n gc a s c a d eh y d r o p o w e rs t a t i o n s ；g e n e r a li n f o r m a t i o n ；d y n a m i cc o n t r o l ； p r o f i t ；r i s k i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题日： 主垒也园丕羔堡垒盗兰查! 喜垒兰皇皇兰型重兰查垒堂2 么砀 作者签名： 必垒函日期：丝2 年上月日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究的目的及意义 洪水既对人类文明造成危害，又提供了丰富的水利资源。洪水灾害及水资源短缺已 成为制约经济发展的自然因素之一。 为了充分合理利用洪水资源，水库调度已经由原来的静态控制水库水位转变为通过 利用降雨与洪水预报等综合信息的动态控制方式。 在常规调度中，汛限水位静态控制和根据坝前水位作为判别入库洪水的量级来控制 水库泄流量，没有充分利用现代气象预报、洪水预报的成果，使有的年份汛期弃水多， 在汛后反无水可蓄，人为的造成洪水资源的浪费。桓仁水库已经采取了分期洪水控制运 用方案，但由于分期汛限水位有突变，在实际运行过程中应用存在着难度。 应用综合信息控制汛限水位的新理念，将综合利用现代科学技术提供的遥测、预报 与统计等一切有用信息，预测最可能发生事件与最不可能发生事件，并利用弥补措施预 防非常事件，安全经济地确定一个允许动态控制的汛限水位范围。 目前电力系统已逐步进入市场化运营，如何提高浑江梯级水库的整体效益，解决防 洪与发电的矛盾，处理蓄水与弃水的关系是桓仁水库拭待解决、迫在眉睫的问题。特别 是进入2 0 0 9 年以后，“引浑济辽 工程将投入运行，对桓仁水库下游的众多日调节电 站来讲，损失利益巨大，如果能够采取洪水预报调度方式和汛限水位动态控制，则可以 增加电能，还可以为辽宁省电力公司调峰、调相、事故备用提供保证。 从1 9 6 8 电站运行到2 0 0 5 年期间桓仁水库发生弃水有1 3 年。导致弃水的各场洪水 中峰后无雨的情况在5 0 以上，对于这类洪水，应用天气预报和洪水预报等综合信息， 采用动态控制汛限水位的方法进行调度，能保证在不提高防洪风险的情况下，显著增加 梯级电站的综合效益。分别选取2 0 0 1 年、2 0 0 4 年和2 0 0 5 年中导致弃水的3 场洪水为例， 应用综合信息动态控制调度和静态控制调度情况对比如下： 表1 1 动态控制与静态控制调度情况比较 t a b l 1 c a s ec o m p a r a t i v i t yo fd y n a m i cc o n t r o la n ds t a t i cc o n t r o l 应震综合信息提高浑汪电站群效益及风险分搴嚣 续表1 1 动态控制与静态控制调度情况比较 l 曲1 2 。lc a s ec o m p a r a t i v i t yo fd y n a m i cc o n t r o la n ds t a t i cc o n t r o l 从上表可见，仅一场中小洪水，调度运用得当，增加的效益就十分显著。上面的数 据仅仅考虑电量方面的效益，此外，桓仁水库减少弃水，有利于电网系统调峰，可产生 调峰效益。将来辽宁省的“弓| 浑济辽水利工程运行以后，梃仁水库减少弃水，可以增 加辽宁省中部城市群的供水，所带来的经济效益和社会效益将更加可观。 综上所述，在浑、江梯级电站开展应用综合信息进行优化调度是十分必要的。 。2 国内外研究现状及存在的问题 针对洪水双重性，世界各国相继开展了以控制洪水为墨标的大规模防洪工程措施与 非工程措施建设。本节参考文献 1 4 ，1 5 3 。 美国选择了以强制性洪水保险为导向推动洪泛区管理的模式，形成了以洪水保险葺 工程措施与工程措施相结合的防洪方针。在调度图范围内，水库严格按照调度规则实时 调度。西本在推进综合治水的模式中，推行了以高投入、高技术建设完善的防洪工程体 系为主，以非工程措施增强应急能力为辅的方针。 由子社会管理体制与运作机制不同，经济实力与技术实力等也大不一样，我国在借 鉴因外先进经验的基础上，逐步探索适合我国国情的方法。考虑到经济条件，我图水利 专家为解决上述问题，陆续提出了不同的观点和方法n 钉： 在六、七十年代研究提趱了利用洪水预报的“预蓄预泄 添限水位上下浮动方法， 即利用本次洪水尾水预蓄部分水量，利用降雨径流预报的预见期、水库泄流能力，在河 道安全泄量域内，下次洪水起涨前保证库水位回落到原设计添限水位。这幂孛方法对于“年 内发生一次洪水概率高 的水库效益较明显，达到既保证水库防洪安全，又有效利用洪 水资源的效果。八十年代末研究提出了“预报调度方式及规则”控制汛限水位方法， 即研究归纳出考虑降雨径流或定性降雨预报的调洪规则，要求利用这一规则确定的汛限 大连理工大学专业学位硕士学位论文 水位能够安全地调节原设计的各种频率洪水， 辽宁省供水局批准在六座水库实施这种方法， 专家论证是可行的。 满足水库工程及上下游设计的防洪要求。 经1 9 9 5 年超原设计标准特大洪水考验， 尽管上述的一些运用方法较原设计有较大改进，但都没有违背传统的设计理论与观 念。即基于频率分析原理的假定“认为洪水是一随机现象，年际间的洪水是独立不相关 的，每年发生设计洪水的概率相等”，水库运行时不允许违背原设计思想，即要年年作 好预防“设计、校核或上下游防洪标准洪水 产生的准备，要求洪水来临时，库水位不 得高于原设计的汛期限制水位。这种理念将人们的注意点集中于小概率事件上，时刻防 止小概率事件出现，即要求下次洪水起涨前必须将抬高的库水位预泄至原规划设计的汛 限水位，风险率保持原设计水平；若预报有降雨发生，便要做发生设计标准洪水来临的 准备，着眼于控n d , 概率事件所确定的汛期限制水位。 实际上，水库建成进入运行阶段，汛限水位控制所依据的信息比较设计阶段丰富得 多，不仅有基于随机理论的统计信息，还有实际监测的确定性信息和基于物理成因理论 计算的比较确定性的信息，还有基于上述信息和调度经验分析给决策人提供的模糊性信 息。因此，应用运行阶段的各种综合信息，建立实时动态控制汛限水位的新理念是必要 的，这一新理念是研究汛限水位控制新方法的基础。 基于水库汛限水位动态控方法研究的历史、现状及发展趋势，结合桓仁水库及浑江 梯级电站群的具体情况，以新理念为指导研究“利用综合信息提高浑江流域电站群的效 益 ，正是本文的主要研究目标。 1 3 本文主要研究内容及其研究思路 1 3 1 本文主要研究内容 应用综合信息，水库及时预蓄预泄，对桓仁水库汛限水位实行动态控制，是在设计 的汛期分期限制水位控制范围内，保证水库本身及对上下游的原防洪设计指标不变的前 提下进行的。它研究在有效预见期内，如何乖i j 用水库的泄流能力，在满足下游防洪安全 前提下，根据实时洪水预报和降雨预报等综合信息，留有余地( 考虑预报误差及其他干 扰) 确定预见期内的汛限水位控制值，上浮的水位在下游防洪标准洪水来临前降回到原 设计的分期汛限水位，以确保水库和下游防洪安全。另外，在大暴雨预报失误以后的退 水过程有多大的余富水量，便将有效预见期的汛限水位下调多少，且留有余地。应用综 合信息动态控制水库汛限水位方法研究的关键问题是确定实时汛限水位上下浮动值。 对浑江梯级水库群而言，综合信息是指： 1 ) 面临时刻f 所处汛期的阶段、设计约束的最高蓄水位及实际库水位z f 。 应用综合信悫提高浑江电辇群效益及风险分析 2 ) 由实测1 - 3 d 降雨预报形成的4 - 7 d 洪水总量、峰与过程信息，其中降雨开始 至入库洪峰流量出现的时闻，在3 0 h - 6 6 h 之闻，平均为4 1 h ；主降雨与入库洪峰流量 之间的间隔为1 2 h - - - 4 8 h 之间，平均为2 4 h 。第1 - - 2 d 涨水和第3 7 d 的退水量。 3 ) 面临时段退水流量( 6 h ) 4 o 4 8 0 m 3 瓜，未来7 l o d 退水过程。 4 ) 通化市气象台预报未来2 4 h ( 如) 、4 8 h ( 以8 ) 、7 2 h ( a 7 2 ) 降雨量级信息。 5 ) 美国g f s 系统、我国中央气象t 2 1 3 l 3 1 模式预报未来7 1 5 d 无雨预报信息可参考 利用；中央气象台1 2 0 h ( 4 ：。) 降雨趋势预报信息。 6 ) 桓仁水库流域连续性暴雨的间隔规律与1 0 d 预见期。 7 ) 流域蒸散发的消退规律。 8 ) 桓仁、回龙、太平哨水库泄流能力；调度专家及决策者汛限水位控制的经验等。 上述信息是影响水库汛限水位动态控制的主要因予。 应用上述综合信息，可以通过提前改变机组运行方式在降雨发生前降低桓仁水库水 位。由于在桓仁电站满发时出库流量达到4 8 0m 3 s ，而回龙山电站满发时流量在3 3 0 趱3 愿，加上一定的区闻流量，回龙出毫站肯定有弃水发生，因此依据的综合信息预见期 越长对水库调度越有利；同时可以利用洪峰过后拦蓄洪水尾部，抬高水库水位，此时利 用的信息要求相对准确度高，因为提前预泄的风险可以通过后期少发电量来弥补，风险 相对较小或没有风险：而拦蓄洪尾抬高水库汛限水位则要求：预报失误，不能给上下游 防洪带来风险。 1 3 。2 论文总体研究思路 首先，分析流域洪水预报模型及天气预报应用于提高汛限水位的可靠性；其次，研 究应用综合信息动态控制汛限水位的公式及方法步骤；接着，介绍了本方法近年在浑江 梯级电站的应用情况，对所取得的效益进行简要计算；最后，研究应用本方法所带来的 风险。 3 3 论文结构及内容安排 ( 王) 论文结构 为实现本文的研究目标或研究内容，给出了本论文大的研究框架，如图1 1 所示。 第王章为绪论，介绍? 本文盼选题背景及意义，提出了论文的研究内容。第2 章介绍流 域水文气象特点及工程情况。第3 “6 章为论文的主体部分，是一个有机的整体。其中第 3 章分析流域应用综合信息的可靠性；第4 章探讨了应用综合信息动态控制汛限水位的 方法步骤及控制域；第5 章进行效益计算；第6 章风险分析。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 第一章绪论 ，7、 第二章浑江流域概况及工程背景 l i 、位靠性研究榫水i ；： u 第四章应用综合信息动态控制汛限水位值基本方法 u i 第五章近年实际应用情况及效益计算 i 儿 第六章风险分析 图1 1 论文组织结构图 f i g 1 1 t h es t r u c t u r eo ft h ep a p e r ( 2 ) 论文章节的安排 根据论文的研究框架及思路，论文的研究章节安排如下： 第一章绪论 主要阐述了研究的目的与意义，以及国内外研究现状及存在问题，最后概述了本文 研究的总体思路和结构框架。 第二章浑江流域概况及工程背景 介绍流域自然地理和水文气象特点、已建工程情况及依据的防洪标准。 第三章应用综合信息提高桓仁水库汛限水位的可靠性研究 首先分析流域洪水预报模型，分析其准确率及预见期；分析流域暴雨间隔规律。同 时重点讨论了通化市气象台近年发布的2 4 h 与4 8 h 降雨预报；其次分析7 1 5 d 天气预报 模式，既美国国家环境预报中心的g f s 预报模式及其他模式可利用于汛限水位动态控制 中的问题；最后介绍了浑江流域电站群水情测报系统建设及应用情况。 第四章应用综合信息动态控制汛限水位值的方法 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 主要分析浑江梯级电站应用综合信息实施水库汛限水位动态控制的公式及方法步 骤。 第五章实际运行情况分析与效益计算 针对本方法近年在浑江梯级水库的应用，进行分析总结；对于所取得的效益进行了 简要计算。 第六章风险分析 分析应用本方法可能存在的风险。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 浑江流域概况及工程背景 2 1 浑江流域介绍 2 1 1 流域的自然地理特征 桓仁水库位于浑江中游。浑江为鸭绿江右岸最大支流，发源于长白山系龙岗山脉的 老岭南麓，自北向南流经吉林、辽宁两省，在辽宁的宽旬县浑江口村汇入鸭绿江。浑江 流域东为鸭绿江干流，西则为辽河右岸支流浑河太子河流域，南面与鸭绿江右岸支流蒲 石河为邻，北面为第二松花江流域。 浑江全长4 3 2 k m ，流域面积为15 0 0 0 k m 2 ：桓仁电站坝址以上河流长2 4 7 k m ，流域 面积为1 0 4 0 0k m 2 。 流域内高山群立，地形起伏大，其趋势自东北向西南逐渐降低，流域内山坡上表土 覆盖较薄，岩石大多裸露，土壤为含有腐植性的浅黑色土壤，其下则是沙质黄土。流域 上游有些山林，其它土坡上大部分是丛林和杂草。 浑江自河源以下流域面积超过6 0 0k m 2 以上的支流有1 1 条，超过1 5 0 0k m 2 以上的 河流有3 条( 哈泥河、富尔江以及半拉江) 。其河系呈直角状分布，河网较为发达，全 河蜿蜒于山谷之间，两岸山势陡峭，仅在支流汇入处地势稍为开阔，河道中多急滩，水 流湍急，河床由卵石及少量大石块构成，无水生植物，是较为典型的山区性河流。根据 河道特性，将通化以上划为上游，其河长为11l k m ，通化至桓仁为中游，河长为1 3 7 虹， 桓仁以下为下游。桓仁水库流域图见图2 1 。 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 图2 1 桓仁水库流域圈 f i 9 2 1 d r a i n a g e m a po f h u a n r e n r e s e r v o i r 2 12 流域的水文气象特征 本流域属于温带季风型大陆性气候，多年平均降雨量为8 7 6 m m ，汛期6 , - - 9 月降雨 量占全年总雨量的7 0 p a 上，特大暴雨主要集中在7 、8 月份。降雨成因主要为气团交 绥和气压系统影响所致，形成暴雨天气系统计有锋面、气旋、切变线及台风四种。流域 地形对降雨分布也起一定作用，即流域山脉走向夏季东南风来垂直何流域地形逐级抬升 致使偏南气流流入形成降雨。流域内暴雨走向有二：一是自西南向东北方向移动，暴雨 中心常在花甸、八道沟一带：另一是自南向北移动，暴雨中心常在桓仁。 桓仁坝址多年平均流量为1 4 8m 3 s ，折合径流深4 5 5 m m ，多年平均径流系数为05 2 ， 由于流域地形起伏大，土壤被覆较薄，河道坡降大，槽蓄能力小，所以在暴雨后形成陡 涨陡落的洪水形状。单峰过程一般为9 d 左右，连续暴雨则在1 5 d 内可形成两个以上的 洪水过程。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 2 流域已建成投产电站情况 浑江梯级开发以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖及旅游等综合利用效益。规划由 桓仁、回龙山、太平哨、金哨、双岭、西江、凤鸣共7 座电站组成。首级龙头桓仁水库 具有不完全年调节性能，其他均为以发电为主的日调节电站( 本文只研究桓仁、回龙山、 太平哨三座电站的应用) 。 ( 1 ) 桓仁水库 是浑江梯级的龙头，位于辽宁省桓仁满族自治县城桓仁镇上游约4 k m 处。桓仁水 库工程开发任务：以发电为主，兼顾其他综合利用任务。 桓仁水电工程为i 等工程，主要建筑物按p - - - o 1 洪水标准设计，p - - o 0 1 洪水校 核。设计洪水位为3 0 8 7 m ；校核洪水位为3 1 0 8 m ，水库总库容3 4 6 1 0 8 m 3 ；正常蓄 水位3 0 0 o m ，库容2 2 0 1 0 8 m 3 ；死水位2 9 0 o m 时，水库死库容1 3 8 1 0 8 m 3 。有效 库容8 2 1 0 8 m 3 ，调洪库容1 2 6 1 0 8 m 3 。 枢纽工程由混凝土单支墩大头坝、坝后式地面厂房及开关站组成。拦河坝长5 9 3 3 m ， 最大坝高7 8 5 m ，坝顶高程3 1 2 5 m ，坝顶溢流。设置有1 2 1 2 x l o m 平板钢闸门，堰顶 高程2 9 3 o m ；另设置中孔2 - - 4 x 6 m ，孔口高程2 7 5 o m 。主厂房内装设3 台水轮发电机 组，装机容量2 2 2 5 m w 。 ( 2 ) 回龙山水电站 工程位于桓仁满族自治县向阳乡回龙村，桓仁水电站下游4 4 k m 处，是浑江干流梯 级开发中的第二级，坝址控制流域面积1 2 5 0 6 k m 2 ，多年平均流量为1 7 7 6 m 3 s 。 回龙山水库工程枢纽为混合式开发，由混凝土重力坝、岸坡式引水道、引水隧洞、 全地下式调压并、埋藏式压力管道、地下式发电厂房、地下式开关站组成。拦河坝长 5 6 9 3 m ，最大坝高3 5 m 。设置1 3 1 2 x 8 4 m 弧形钢闸门，堰顶高程2 1 3 o m 。厂房内安 装2 台机组，装机容量7 2 m w 。 ( 3 ) 太平哨电站 距上游的桓仁电站8 6 k m ，回龙山电站3 6 5 k m ，流域面积为1 2 9 6 1k m 2 ，多年平均 流量为1 8 7 m 3 s 。 工程为混合式开发，由混凝土主、副坝、引水道、调压井、发电厂房组成。主坝长 5 4 7 m ，高4 4 2 m ，副坝长1 9 3 3 m ，高11 8 m 。坝上设置2 0 2 0 1 0 5 m 弧门控制的溢流 高孔，坝顶高程为1 8 1 5 m 。厂房内安装4 台机组，装机容量1 6 1 m w 。 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 2 3 桓仁水库汛期分期的确定与应用原则 根据浑江流域汛期洪水的分布特性，桓仁电站设计时，其大汛期为6 月1 日9 月 3 0 日，并在此期内按独立最大取样进行洪水统计分析。但进一步分析历年洪水发生的过 程可知，受天气系统变化规律的影响，在汛期的不同时期内，洪水发生的量级及时间分 布有明显的差异。浑江桓仁水库汛期最早出现洪水的时间为6 月2 日，最晚出现洪水的 时间是9 月1 6 日。 整个汛期可以划分为四期： 1 ) 前汛期，此期起止时间为6 月1 日7 月1 6 日。在此期，洪水发生的频次少， 共2 0 次，只占汛期洪水总次数的1 7 2 洪峰的量级也相对较小，最大洪峰3 1 2 0 m 3 s ， 洪峰平均流量为1 4 0 0 m 3 s 。 2 ) 主汛期，其起止时间为7 月1 7 日8 月1 4 日，在此期，洪水发生的频次多，共 发生5 5 次，占汛期总次数的4 7 4 。洪水量级大，实测前l o 位大洪水中，在此期发生 了7 次，7 次大洪水的峰现时间也很集中，都发生在7 月3 1 日8 月4 日之间，实测首 位1 9 6 0 年特大洪水，洪峰流量达1 3 4 0 0 m 3 s ，此期内洪峰平均流量为2 7 7 0 m 3 s 。 3 ) 后汛一期，起止时间为8 月1 5 日8 月3 1 日。在此期内，洪水发生的频次小于 主汛期，共发生2 1 次，占汛期总次数的1 8 ：1 。此期所发生的少数洪水的量级较大， 实测前1 0 位大水中，在本期发生了3 次，洪峰流量均超过了6 9 0 0 m 3 s 。此期内洪峰的 平均流量为2 2 5 0 m 3 s 。 4 ) 后汛二期，本期的起止时间为9 月1 日9 月2 0 日。在5 4 年系列中，此期仅发 生了8 次洪水，占汛期洪水总次数的6 9 ，最大洪峰流量3 2 0 0 m 3 s ，平均洪峰流量 1 8 8 0 m 3 s 。在本期，因暖湿气团活动己明显减弱、撤退，因而，大多数年份已无“汛 可言，基本上是一个波动的退水过程。 应用原则： 1 ) 坚持“安全第一 ，在保证桓仁大坝防洪安全的前提下，提高后汛期汛限水位， 为增加桓仁及梯级电站的发电效益创造条件。 2 ) 以桓仁技施设计各种控制水位为基本依据，不能突破并应留有适当的余地，以 增加水库调度运行的灵活性。 3 ) 后汛期应与主汛期相同，除保护下游左岸桓仁县城外，仍控制回龙山水库的入 库流量，提高梯级工程的安全度。 2 4 浑江梯级电站设计的防洪标准 ( 1 ) 桓仁电站防洪标准及调洪原则 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 ) 起调水位3 0 0 o m 。 2 ) 耕地淹没补偿洪水标准p = l o ，水库水位z 9 0 3 o m 。 3 ) 居民迁移洪水标准p = 3 3 ，水库水位z 3 0 4 7 m 。 4 ) 桓仁镇防洪标准p 2 ，安全泄流量q 9 0 0 0 m 3 s ，桓仁水库水位z 3 0 6 o m 。 5 ) 大坝设计洪水标准p = o 1 ，水库洪水位z 3 0 8 7 m 。 6 ) 大坝校核洪水标准p = o 0 1 ，水库洪水位z 3 1 0 8 m 。 7 ) 桓仁水库放流量受回龙山水库控制，对p o 2 洪水，分时段按回龙山水库控 制入库流量减桓仁回龙山区间流量泄放，即补偿错峰调度方式。当桓仁入库洪峰超过 p = o 2 洪峰流量时，将泄流高孔及中孔全部开启，不受回龙山入库流量控制。 ( 2 ) 回龙电站调洪标准及原则 1 ) 各设计频率洪水起调水位2 1 9 o m 。 2 ) 耕地淹没补偿洪水标准p = 2 0 ，水库水位翌1 9 o m 。 3 ) 居民迁移洪水标准p = 5 ，水库水位盟2 1 o m 。 4 ) 大坝设计洪水标准p = 1 ，水库水位盟2 1 7 m 。 5 ) 大坝校核洪水标准p = o 2 ，水库水位叟2 3 8 m 。 6 ) 本水库设计标准低，泄洪能力不足，主要依靠上游梯级桓仁水库来承担调洪库 容。当遭遇p = 2 0 洪水时，水库由正常蓄水位2 2 1 o m 迅速消落至2 1 9 o m 。直至闸门全 开。堰上自由溢流，以保证上述各标准洪水安全泄放及洪水位不增高。 7 ) 遇超标准洪水时，另采取非常措施解决。 ( ”太平哨电站调洪标准及原则 1 ) 各设计频率洪水起调水位1 9 1 5 m 。 2 ) 耕地淹没补偿洪水标准p = 2 0 ，水库水位 1 9 1 5 m 。 3 ) 居民迁移洪水标准p = 5 ，水库水位 1 9 1 5 m 。 4 ) 大坝设计洪水标准p = i ，水库水位 1 9 1 5 m 。 5 ) 大坝校核洪水标准p = o 1 ，水库水位 。j t _h、 奉 卑l 、 木皇 - j 、l 、 f i g 3 1f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o nc u r v eo f a b s o l u t ee r r o ro f r u n o f f f o r e c a s t 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 表3 1 产流预报绝对误差的频率分布表 t a b3 1f r e q u e n c yd i s t r i b u t i o nt a b l eo fa b s o l u t ee r r o ro fr u n o f ff o r e c a s t 3 1 3 洪水预报方案应用于汛限水位动态控制的可行性分析 3 1 3 1 汛限水位动态控制的条件及最适宜时间分析 ( 1 ) 汛限水位动态控制的条件 通过分析桓仁水库建库以来洪水及调度的主要特征可知，洪水预报方案的洪峰预报 不是汛限水位动态控制的必要条件，而“预报洪水总量”是汛限水位动态控制的条件。即 峰后退水期当“面临时刻水位的库容量”与“未来的入库水量扣除正常消耗量的余量”之和 “超过汛限水位动态控制范围的下限水位”，且水库闸门具有控制能力，便具备汛限水位 动态控制的条件。 ( 2 ) 汛限水位动态控制的最适宜时问 大连理工大学专业学位硕士学位论文 汛限水位动态控制中，在“预报洪水总量控制”条件下，从防洪安全角度，提及“汛 限水位动态控制”的时间是在降雨停止时。通常提及“汛限水位动态控制”的时间是在峰 后，最高库水位处于汛限水位动态控制的范围内。可见，从防洪安全与兴利蓄水两方面 考虑，提及“汛限水位动态控制”的最适宜时间是在一次洪水的退水期。 3 1 3 2 洪水预报方案预见期分析 从考虑人类活动影响的代表性与稳定性角度，选用桓仁水库运行以来的近十年实际 入库雨、洪水资料作为分析的基础。其雨洪资料特性列入表3 2 中。桓仁水库流域降雨 径流预报预见期的分析结论是：根据降雨量、历时、分布，降雨开始至入库洪峰流量出 现的时间，在3 0 h - - 一6 6 h 之间，平均为4 1 h ，主降雨与入库洪峰流量之间的间隔为1 2 h 4 8 h 之间，平均为2 4 h 。 表3 2 桓仁水库流域降雨径流预报预见期分析表 t a b3 2f o r e s e e a b l ep e r i o da n a l y s i st a b l eo f r a i n f a l l - r u n o f f f o r e c a s ti nh u a n r e nr e s e r v o i rb a s i n 应用综合信息提高浑江电站群效益及风险分析 3 1 3 3 退水预报方案精度与预见期分析 通过分析实际洪水与设计洪水的特点得出如下规律：由于受水库控泄流量约束，暴 雨量级的洪水最高水位出现在洪水退水过程线的约束流量处。当本次洪水最高水位达到 汛限水位3 0 0 o m 与3 0 3 o m (