（水文学及水资源专业论文）汛限水位动态控制方法研究及其风险分析.pdf

水库汛限水位动态控制方法研究及其风险分析 摘要 我国广大的北方流域水资源十分贫乏，随着国民经济的不断发展，水资源供需矛盾 日益尖锐。水资源短缺不但制约了社会经济的发展，也造成了严重的生态环境问题， 解决这些矛盾的途径有两个：一是开源节流；二是对有限的水资源进行优化配置，这 两个方面相辅相成，促进区域的可持续发展和水资源的可持续利用关键是如何合理地 调控水资源。汛限水位静态控制造成洪水资源的大量浪费，对北方流域汛期实施动态 控制汛限水位是提高洪水资源利用的关键。动态控制汛限水位决策过程中普遍存在大 系统、多目标决策、风险决策、群决策等特点，研究这些特点对开展水资源优化配置 决策具有十分重要的理论意义与实践价值。 在水库实时调度过程中，汛限水位是一十分重要、敏感的指标，它直接影晌着合理 解决水库防洪与兴利之间的矛盾。因此根据工程实际要求i 科学描述水库汛期，合理 确定水库汛限水位，研究汛限水位实时控制方法，建立切实可行的水库汛限水位控制 模式等，是当务之急。 汛限水位动态控制方法属于水库风险调度的非工程措施范畴，通过分析流域洪水的 成因和库区降雨及致洪规律，结合水库的蓄泄能力，积极慎重的利用水文气象预报信 息，研究既能满足防洪要求，又可充分利用洪水资源的可操作性的调度方法，利用水 文系列的连续演算方式推求汛限水位的变化范围，提出使用汛限水位上下限的原则， 达到风险较小、效益较大的目的。为此，本文在水文水资源有关理论、模型与方法的 基础上，研究了水库调度中动态控制汛限水位动态控制问题，其主要内容如下： ( 1 ) 论述了汛限水位动态控制方法相关领域的国内外研究现状和发展趋势，提出 了本文的研究背景和主要研究内容。 ( 2 ) 水库汛限水位动态控制中的风险主要来自洪水预报和降雨预报的误差，其次 来自决策者的决策误差。为此，客观的分析与认识流域洪水预报和短期降雨预报精度 是水库汛限水位动态控制的关键问题之一。结合实例分析了水文气象预报信息和洪水 预报信息在汛期限制水位动态控制中应用的可能性和水库汛限水位动态控制的条件。 ( 3 ) 为改变水库汛期弃水而汛后又缺水的矛盾局面，调整现行水库固定时间固定 汛限水位的调度方式，利用短期气象预报和洪水预报信息，在不改变现有防洪标准的 前提下研究防洪预报调度方式，实现防洪与兴利效益的转换，提高洪水资源的利用率。 ( 4 ) 利用水库的设计洪水资料和工程的现有泄流设备，在保证大坝安全的前提下， 利用工程措施和非工程措施首先确定出各种方法的极限允许起调水位。然后进行分析 处理，依据各方法计算出的汛限水位域值，应用包线法确定其上下限值，即所谓的汛 限水位允许动态控制范围。最后对包线法确定的上限值进行风险分析，为调度人员在 实际操作中提供决策依据。 水库汛限水位动态控制方法研究及其风险分析 ( 5 ) 根据水库流域天气预报、流域前期降雨、水库蓄水、水库泄水能力和防洪兴利 要求，利用水库汛限水位变动范围，结合洪水预报和短期降雨预报模型，研究水库汛 限水位动态控制方法。主要研究了预蓄预泄的汛限水位控制法和模糊推理模式的汛限 水位控制方法。 ( 6 ) 动态控制汛限水位问题，风险越大，可能的效益益也越大，在这种情况下， 往往不能以风险最小作为决策选择的依据，应在风险和效益分析和比较的基础上合理 控制风险的程度，最大限度地趋利避害。为此本文首先给出了动态控制汛限水位风险 的定义以及风险率的计算模型，然后从定性分析和定量计算两方面对动态控制汛限水 位问题进行风险分析，最后给出决策失误后降低风险损失的措施。 ( 7 ) 最后对全文作了总结，并对有待进一步研究的问题进行了展望。 关键词：水库；汛限水位；风险分析；效益分析：动态控制；洪水预报； 气象预报；实时调度；概率分布 n 水库汛限水位动态控制方法研究及其风险分析 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y , t h ew a t e rr e s o u r c e ss h o r t a g ei s q u i t es e v e r ei nn o r t hc h i n a , a n dt h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nw a t e rs u p p l ya n dn e e d b e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s n o to n l yd o e st h ew a t e rr e s o u r c es h o r t a g er e s t r i c t t h ed e v e l o p m e n t o f s o c i e t y a n d e c o n o m b b u ta l s oc a u s e st h ee n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s t h e r ea r et w oa p p r o a c h e st or e l i e v et h ea b o v ec o n t r a d i c t i o n s ：o n ei sn e ww a t e r r e s o u r c e sa n d w a t e r - s a v i n gm e a s u r e s ；t h eo t h e ri sr a t i o n a la r r a n g e m e n to f t h el i m i t e d w a t e rr e s o u r c e s t h e s et w o a p p r o a c h e ss u p p l e m e n t e a c ho t h e ra n db o o s tt h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h er e g i o n a le c o n o m ya n dt h es u s t a i n a b l ee x p l o i t a t i o no f t h ew a t e rr e s o u r c e s t h ek e yp o i n ti sh o wt or e g u l a t ea n dc o n t r o lw a t e rr e s o u r c e s n o w a d a y s ，i n t h er e a l t i m eo p e r a t i o no f r e s e r v o i r s ，t h ef i x e dl i m i tw a t e rl e v e li su s e d ， w h i c hr e s u l t si ng r e a tw a s t eo f w a t e r r e s o u r c e s ，s ot h es t u d yo nd y n a m i cc o n t r o lo f t h e l i m i tw a t e rl e v e 】i sc r o c i a lt oe n h a n c et h ew a t e rr e s o u r c e su t i l i z a t i o ni nn o r t hc h i n z _ t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e d e c i s i o n - m a k i n gp r o c e s s i n c l u d e l a r g e - s c a l e d ， m u l t i o b j e c t i v e ，r i s kd e c i s i o n - m a k i n ga n dg r o u pd e c i s i o n - m a k i n g t h e r e f o r e ，t h e s l ：u d yt o w a r di t o f f e r st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e sf o rt h eo p t i m i z a t i o no fw a t e r r e s o u r c e sa l l o c a t i o n d u r i n gt h er e a l - t i m eo p e r a t i o no fr e s e r v o i r s ，t h e l i m i tw a t e rl e v e li ss u c ha n i m p o r t a n ta n ds e n s i t i v ei n d e xt h a ti td i r e c t l ya f f e c t sh o w t or e a s o n a b l ym i t i g a t et h e c o n t r a d i c t i o nb e t w e e nf l o o dc o n t r o la n db e n e f i t so f r e s e r v o i r s a n di ti sv e r yu r g e n tt o d e s c r i b ef l o o ds e a s o n so f r e s e r v o i r s ，t or e a s o n a b l yd e f i n et h el i m i tw a t e rl e v e l ，t of i n d a no p e r a b l er e a l - t i m ec o n t r o lm e t h o do f t h el i m i tl e v e la n dt oe s t a b l i s ha n a p p r o p r i a t e c o n t r o lm o d e lo ft h el i m i tl e v e l d y n a m i cc o n t r o lo f t h el i m i tw a t e rl e v e lb e l o n g st on o n s t r u c t u r a lm e a s u r e so f r e s e r v o i ro p e r a t i o n w i t ht h ea n a l y s i so f t h ec a u s ea n dr u l eo f f l o o di nt h ec a t c h m e n t s a n dt a k i n ga d v a n t a g eo f h y d r o l o g ya n dm e t r o l o g yi n f o r m a t i o n ，t h eo p e r a b l em e t h o d c a nb eo b t a i n e dw h i c hn o to n l ys a t i s f i e st h ef l o o dp r e v e n t i o nb u ta l s ot a k e sf u l l a d v a n t a g eo f f l o o dr e s o u r c e s ，a n dt h eu p p e ra n dl o w e rl i m i t so ft h el i m i tw a t e rl e v e l a r ed e t e r m i n e dw i t hs e r i a lh y d r o l o g yc a l c u l a t i o n t h e n ，t h er u l eo fu s i n gt h eu p p e r a n dl o w e rl i m i t si sp u tf o r w a r dt or e a c hab e n e f i c i a lf l o o do p e r a t i o nw i t hs m a l lr i s k t h e r e f o r e ，o n t h eb a s i so fr e l a t i v et h e o r i e s ，m o d e l sa n dm e t h o d s ，t h ep a p e rs t u d i e st h e p r o b l e m sc o n c e r n i n g t h e d y n a m i cc o n t r o l o ft h el i m i tw a t e rl e v e li nr e s e r v o i r o p e r a t i o n a n dt h e m a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r el i s t e d ，a sf o l l o w s ( 1 ) t h ea c t u a l i t ya n dt r e n do fs t u d yo nd y n a m i c c o n t r o lo ft h el i m i tw a t e rl e v e l i l l 水库汛限水位动态控制方法研究及其风险分析 a r ei n t r o d u c e df r o mb o t hd o m e s t i ca n d a b r o a d ，a n dt h e nt h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n d m a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r ep u tf o r w a r d ( 2 ) t h er i s ko ff l o o do p e r a t i o nm a i n l yc o m e sf r o mt h ee r r o r so ff l o o da n d r a i n f a l lf o r e c a s t ，i nt h en e x t p l a c e 、t h e e r r o r sc o m e sf r o mt h ed e c i s i o n - m a k e r s s u b j e c t i v ep r e f e r e n c e t h u s ，i ti so n eo ft h ek e yi s s u e si nr e s e r v o i rr i s ko p e r a t i o ni ：o e x t e r n a l l ya n a l y z ea n du n d e r s t a n dt h ep r e c i s i o no ff l o o da n dr a i n f a l lf o r e c a s t t h e c a n s e so fe r r o r se x i s t e di nr e m o t es u r v e ys y s t e m ，f l o o df o r e c a s ts y s t e ma n dr a i n f a l l f o r e c a s ts y s t e ma r es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d ，a n dt h em a k e u pm e a s t i r e sa r ep r e s e n t e d w h e ne r r o r s o c c u r c o m b i n i n g w i t hc a s e s t u d y ；t h ea p p l i c a t i o n 。c o n d i t i o n s o f h y d r o l o g i cm e t e o r o l o g y f o r e c a s ti n f o r m a t i o na n df l o o df o r e c a s ti n f o r m a t i o ni n d y n a m i cc o n l r o lo ft h el i m i tw a t e rl e v e ld u r i n gf l o o ds e a s o n sa r ea l s oi l l u s t r a t e d ( 3 ) i no r d e r t or e l i e v et h ee o n t r a d i c t i o nb e t w e e nw a t e rd i s c h a r g ei nf l o o ds e a s o n s a n dw a t e r s h o r t a g e 蚯e rf l o o d s e a s o n s t h e 。m a n n e fo ff l o o do p e r a t i o n w i t h6 x e d l i m i t e dw a t e rl e v e ld u r i n gf i x e dt i m es h o u l db ea d j u s t e d t a k i n gi n t oa c c o u n tw e a t h e r a n df l o o df o r e c a s ti n f o r m a l i o n ；t h ef o r e c a s t o p e r a t i o nm a n n e r i ss t u d i e du n d e rt h e c o n d i t i o no fw i t h o u tt h ec h a n g eo ft h ee x i s t i n gf 1 6 0 d e o n l r 0 1s t a n d a r dt or e a l i z et i l e l + c o n v e r s i o no ff l o o dc o n t r 0 1a n db e n e f i t s ( 4 ) t h r o u g ha n a l y z i n gr u n o f f a n dw a t e ru t i l i z a t i o ni n f o r m a t i o nd u r i n gr e s e r v o i r o p e r a t i o n ，d e s i g nf l o o d ，a n dt h ee x i s t i n go u t l e tw o r k s ，a n du n d e rt h ep r e c o n d i t i o no f g u a r a n t e e i n g t h e s a f e t y o f d a l f i s ，m a n y i n i t i a lw a t e rl e v e l su n d e rd i f f e r e n t c i r c u m s t a n c e sa r ed e t e r m i n e db yf i e o da n db e n e f i tr o u t i n g t h e n t h r o u g ha n a l y s i sa n d d i s p o s a l ，t h eu p p e ra n dl o w e rv a l u e so ft h el i m i tw a t e rl e v e l a r ed e t e r m i n e db y e n v e l o p ec u r v i n gm e t h o d ，i e ，t h es c o p eo ft h el i m i tw a t e rl e v e l ，w h i c hp r o v i d e s r e f e r e n t i a lv a l u e sf o rt h ed i s p a t c h e r si no p e r a t i o n ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h ew e a t h e rf o r e c a s ta n da n t e c e d e n tp r e c i p i t a t i o no f r e s e r v o i r b a s i n s ，t h er e q u i r e m e n to fw a t e rs t o r a g e ，d i s c h a r g ec a p a c i t ya n df l o o dp r e v e n t i o no f r e s e r v o i r s ，a n db yu s i n gt h ev a r i a t i o nr a n g eo ft h el i m i tw a t e rl e v e l ，t h ed y n a m i c c o n t r o lm e t h o do ft h el i m i tw a t e rl e v e l i s i n v e s t i g a t e d i n t h i s p a p e r w i t ht h e i n t e g r a t i o no ff l o o dp r e d i c t i o na n ds h o r t - t e r mr a i n f a l lp r e d i c t i o nm o d e l n ea b o v e s t u d i e si n c l u d et h ec o n d i t i o no f d y n a m i cc o n t r o lo f t h el i m i tw a t e rl e v e la n dt h es t u d y o nt h ef e a s i b l eo c c a s i o nf o rd o i n gs o ，t h em e t h o df o rd y n a m i cc o n t r o lo ft h el i m i t l e v e lw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no ft h er u l eo ff l o o ds e r i e s a n dt h ew a t e r s t o r a g e p r o b a b i l i t y ，p r e p l a n n e ds t o r a g ea n dd i s c h a r g e m e t h o df o rd ) m a m i cc o n t r o lo ft h el i m i t w a t e rl e v e l ，a n dt h ef u z z y r e a s o n i n g m o d eo f d y n a m i cc o n t r o lo f t h el i m i tw a t e rl e v e l 水库汛限水位动态控制方法研究及其风险分析 ( 6 ) a sf o rt h ed y n a m i cc o n t r o lo ft 1 1 el i m i tw a t e rl e v e l ，m o r er i s km e a n sm o r e p r o b a b l eb e n e f i t s u n d e rt h i sc i r c u m s t a n c e ，t h el e a s tr i s ks h o u l dn o tb er e g a r d e da s t h eg o a li nt h ed e c i s i o nm a k i n go f d y n a m i cc o n t r o lo f t h el i m i tw a t e rl e v e l ，h o w e v e r ， 0 1 3 t h eb a s i so fr i s ka n db e n e f i ta n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n ，t h er i s kd e g r e es h o u l db e r a t i o n a l l ym a n a g e d t or e a c ht h el a r g e s tb e n e f i t a c c o r d i n g l y ，t h ed e f i n i t i o no ft h er i s k i nd y n a m i cc o n t r o la n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o m p u t a t i o nm o d e li s p r e s e n t e di nt h i s p a p e r t h e nt h er i s ko fd y n a m i cc o n t r o lo f t h el i m i tw a t e rl e v e li sa n a l y z e df r o mb o t h q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v es i d e s f i n a l l y , t h em a k e u pm e a s u r e sa r ep r o v i d e dt od e a l w i t ht h ee r r o r so f t h e p r e d i c t i o n ( 7 ) f i n a l l y , t h es u m m a r yo f t h i sp a p e ri sm a d e w i t ha p r o s p e c to f t h ei s s u e st ob e f u r t h e rs t u d i e d k e yw o r d s ：r e s e r v o i r ：l i m i tw a t e rl e v d ；r i s ka n a l y s i s ：b e n e f i ta n a l y s i s ： d y n a m i c c o n t r o l ；f l o o df o r e c a s t i n g ：w e a t h e r p r e d i c a t i o n ；r e a lt i m eo p e r a t i o n p r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n v 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 1 绪论 汛限水位静态控制造成洪水资源的大量浪费。随着科学技术的迅速发展，许多先进 设备和技术在水库中已经成功应用。部分技术力量较强、预报精度较高的北方及南方干 旱地区水库充分分析库区大洪水以及特大洪水的成因以及降雨预报的可利用程度，探索 库区降雨及致洪规律，在主汛期开展汛限水位动态控制研究。从防洪安全与合理利用洪 水资源两个目标出发，积极慎重地利用水文气象预报信息，解决动态控制汛限水位的几 个关键问题，提出切实可行的水库汛限水位动态控制的新方法，并充分估计可能发生的 风险，对于解决水资源短缺问题和提高雨洪资源利用率具有非常重要的意义。 1 1 我国目前面临的水资源短缺问题以及水库面临的挑战 1 1 1 我国目前面临的水资源短缺问题 随着社会经济、人口的发展，特别是北方和南方部分干旱地区，水资源非常短缺， 水供需矛盾日益加剧。我国缺水城市由7 0 年代的几座扩展到现在的3 0 0 多座，其中严重 缺水的城市有1 0 8 座。2 0 0 1 年汛前，辽宁、山东、河北、四川等省水资源形势进一步恶 化，山东济南、潍坊等城市缺水严重，不得不限制用水额度。天津的主要水源地潘家口 水库自1 9 9 4 年发生1 5 年一遇的洪水以来，一直没有发生较大洪水，为满足天津用水， 2 0 0 0 、2 0 0 1 年启用了水库死库容，还不得不花巨资，两次从黄河引水济津。 据专家分析根据我国的现实情况，即使将人均用水维持在1 9 9 7 年的4 5 0 m 3 ，到2 0 5 0 年我国需水量将增加到8 0 0 0 亿研3 ，供水量将比1 9 9 7 年增加2 3 0 0 亿研3 。根据北方人口、 资源和缺水状况，新增加的供水有一半以上将用于解决北方缺水。北方除部分地区外， 黄、淮、海三流域2 0 1 0 年后人均水资源将低于3 5 0 m 3 ，缺水将十分严重。据预测分析， 2 0 l o 年黄、淮、海三流域缺水1 4 0 多亿m 3 ，2 0 3 0 年将缺水2 6 0 亿，2 0 5 0 年将缺水3 6 0 亿m 3 。可以肯定，2 l 世纪我国水资源紧缺的局面是不可避免的。 1 1 2 我国目前面临的水资源短缺问题对水库提出的新要求 我国水资源供需形势紧张已成为突出的社会问题。一方面，水资源总体上匮乏：另 一方面，在来水时，为确保河流和大坝安全，又不得不全力以赴地护送洪水下泄入海， 使大量没有得到充分利用的宝贵水资源白自流失。在水资源目益匮乏的今天，人们不免 感到万分惋惜和万般无奈。如何充分利用水资源而又少受甚至不受洪涝灾害的威胁，是 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 目前摆在我们面前迫切需要解决的重大课题。随着社会经济的不断发展，人口迅速增长、 城市化进程只益加快，许多以防洪灌溉功能为主的水库，都变成为以防洪和城市供水为 主要目标，人们对水库的防洪安全和供水保障提出了更高的要求。对以防洪为主的水库， 如何适应新的形势和市场经济，是迫在眉睫的事情。 1 。2 解决水资源短缺问题的对策一洪水资源化 近年来，我国北方水资源紧缺问题日益突出，黄河水断流年数逐渐增加。如何采取 多种途径，缓解北方水资源短缺已成为人们关注的焦点。现在北方水资源开发程度己很 高，进一步开发的潜力已经不大。因此，这种需求的巨大压力必将转向水利工程管理和 资源水利方面，使现有的水资源得到最大可能的利用。否则，水库调度就无法适应国民 经济新形势的发展。汪部长提出资源水利观点，并且在中国水利学会第七次全会上作了 详细阐述。资源水利就是把水资源与国民经济和社会发展紧密联系起来，进行综合开发， 科学管理。从资源水利的角度看，水利工程是实现水资源优化配置的一个手段。 优化配置水资源对水库而言就是实现防洪兴利并举，既要保证安全又要多蓄水。实 现这一目标，一靠工程措施提高水库的防洪能力；二靠非工程措施，也就是提高水库调 度水平，进行优化调度和风险调度。要解决这一问题只靠工程措施是不够的，人们在抗 洪斗争实践中认识到防洪非工程措施投资少、见效快，在水库调度可以取得显著的效益。 洪水资源化的思想，是防洪时不是单纯地追求洪水安全入海，而是在风险分析的基 础上统筹考虑洪水资源化利用。这不仅是缓解水资源短缺和防洪减灾的重要开源之举， 而且是治水方略的重要内涵，是实现人与洪水和谐共处的有效措施。 1 2 1 防洪工程措施和非工程措施在防洪减灾中的作用及效益比较 在防洪减灾方面，工程措施对于减轻漠涝灾害起到了很大的作用。非工程措施目的在 于科学地调节洪水，改变洪水的时程和空间分布以及科学地管理洪泛区等 防洪是公益事业，不同于产业部门，不能用自身的产品来反| i 兜其经济效益。防洪效 益可用防洪措施实施后所减小的洪水灾害损失来表示。 下图为洪灾损失频率曲线图。曲线l 表示防洪工程措施实施前的洪灾损失；曲线2 表 示防洪工程措施实施后洪灾损失；曲线3 表示工程攒施实施后进一步实施非工程措施后 的洪灾损失。只为采取防洪措施实施前江河抗御洪水能力相应的频率。e 为防洪措簏实 施后抗御洪水能力相应的颓率。从曲线1 与曲线2 可见，对于同一频率，s 2 s 1 ， 即实施防洪工程措施后可降低洪灾损失，s 1 。为相应于洪水频率只防洪工程措施实施前的 洪灾损失；s 2 。为相应于洪水频率只防洪措施实施后的洪灾损失：s 3 。为相应于频率p 实 施工程措施和非工程措施后的洪灾损失。从只与只对比可见实旄工程措施后防洪标准明 显提高。从曲线3 可见实旌工程措施基础上实施非工程措施可进一步减少洪灾损失1 1 j 。 2 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 晕 裂 越 l 一2 、掣、 率p ( ) 图1 - 1洪灾损失频率曲线 f i g 1 - lt h e 弦蛔n c yc l c t v eo f f l o o d d i s a s t e rl o s s 文献 1 中曲线2 与3 同时交汇于水平坐标霉上点最，认为防洪非工程措施不能提高 防洪标准，因为防洪非工程措施“对洪水不起蓄、滞、分、泄的作用，它不能改变洪灾 是否出现，它的作用是减轻出现洪灾时的损失”。作者认为文献 1 的结论针对洪水保险 和洪泛区管理这类非工程措施是成立的，不具有普遍性。非工程措施应该是个广义概念， 它既能提高防洪标准，又能降低洪灾损失。预蓄预泄法中预泄回充法的目的就是提高工 程本身及下游的防洪标准，即图l 中曲线2 与3 不应该交汇于水平坐标同一点，曲线2 应该交汇于水平坐标的e ，曲线3 应交汇于水平坐标的只左侧的一点只，如上图。 历史的经验教训和现实的问题表明，对中国这样一个面临巨大的人口、发展和生态 压力的国家，通过工程措施适度控制一定量级的洪水是必要的，但并不充分，也不完善。 要将洪水损失降低到最低限度，取得最佳的防洪效益，必须对洪水损失进行综合预防与 管理，也就是说要将防洪工程措施和非工程措施结合起来。为此本文研究采用预报调度 方式、预蓄预泄法和模糊推理模式等非工程措施来提高防洪效益和兴利效益。 1 2 2 洪水资源化的可能性分析 洪水虽然给人类带来过巨大灾难，但洪水本身具备水害与水利双重特性。从洪水的 水害和水利的双重属性来看，洪水是可以资源化的。洪水的资源特性指洪水所具备的提 供水土资源、生态环境资源的属性。在人类文明尚未形成之前，河道洪水不受人类的干 预，形成了广袤、物种繁多的流域中下游平原和大面积沿河湿地。得益于这一资源，人 类文明得以进步。战国时期李冰父子兴建都江堰是古代利用洪水的典范。 1 2 3 洪水资源化的必要条件一治水思路和防洪战略的转变调整 ( 1 ) 新时期新形势下观念的转变和治水思路的调整 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 当我们为经济与社会的快速发展而欣喜的同时，也在为水灾加剧、水资源短缺、水 质污染以及生态环境的恶化而焦虑。经济社会与生态环境的这些变化对水利工作提出了 新的更高的要求，促使我们必须转变观念，及时调整治水思路。1 9 9 8 年洪水后我们逐步 在以下几个主要观念上达成共识：从试图消除洪水灾害转变为承受适度的风险：从防止 水对人类的侵害转变为在防止水对人类侵害的同时，特别注意防止人类对水的侵害；从 单纯防洪排涝转变为以减灾为目的；从重视防洪工程建设转变为重视工程建设的同时， 要特别重视非工程措施的建设：从认为洪水仅造成危害转交为滋水既有致灾的一面，也 有提供资源改善生态环境的一面；从单纯与洪水抗争转变为在保证生命安全的条件下， 合理地调整人与洪水的关系；王本德教授经过近二十年的洪水资源利用理论方法及应用 研究，新近提出实时调度阶段动态控制汛限水位的新理念。新理念是从不可能发生事件 出发，综合利用现代科学技术提供的一切有用信息，利用弥补措施预防非常事件，在预 见期内，以设计的汛限水位动态控制范围为约束，安全经济地确定一个汛限水位。 这些转变的实现，有赖于新时期治水思路的提出，有赖于防洪减灾理论的不断创新， 也有赖于新的科学的防洪减灾技术手段的开发与推广运用以及减灾研究和减灾实践的相 互支撑和密切结合，还有赖于国际间的交流与合作。 ( 2 ) 新时期新形势下防洪战略的转变调整 从洪水控制到洪水管理是当代防洪战略转移的重要标志。水库风险调度属风险管理 范畴【2 】，洪水风险管理是洪水管理的模式之一。要么以高投入确保安全，以洪水不再泛 滥成灾作为治水的目标；要么严格限制洪泛区的经济发展，即使淹没了也没什么损失， 都是无风险管理的模式。无风险管理显然不适合中国的国情。从我国的现实出发，只能 选择有风险的洪水管理模式，即在把握我国各流域洪水风险特性与演变趋向的基础上， 因地制宜，将工程与非工程措施有机地结合起来，以非工程措施来推动更加有利于全局 与长远利益的工程措施，辅以风险分担与风险补偿政策，形成与洪水共存的治水方略。 综上所述，从“洪水控制”到“洪水管理”是现代化防洪体系发展的必然趋向。从 中国的国情出发，采用洪水风险管理的治水模式是必要的。 实现由控制洪水向洪水管理转变就是增强系统意识、风险意识和资源意识，加强防 洪区、堤防保护区和洪泛区的社会化管理，从试图消除洪水灾害、人定胜天转变为承受 适度风险，制定合理的防洪标准、防御洪水方案和调度方案，综合运用各种措施，确保 防洪安全，遇超标准洪水把损失减少到最低限度，同时尽可能变害为利。基于这一战略， 研究汛限水位动态控制研究应该贯彻“防洪安全前提下，风险最小，效益最大”的原则。 1 2 4 洪水资源化的主要方法 主要是坚持点( 水库、闸坝) 、线( 河渠、堤防) 、面( 田间、地表) 兼顾，工程措施、非 4 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 工程措施、管理措施并重，蓄、泄、滞、引、部有机结合，通过科学调度，在保证防洪 安全的前提下，充分利用雨洪资源，达到防洪减灾和增加水资源、改善生态环境的目的。 洪水资源化的实现使得防洪调度将要承受更大的风险，洪水资源化和防洪调度正如 兴利与防洪一样是相互矛盾的，如何达到矛盾的统一，并把风险降到最小，是防洪调度 要解决的新课题。同时，洪水的资源化对洪水信息收集传递及预报调度系统的完善提出 了更高的要求，期望洪水资源化的风险降到最小。 洪水资源化要求针对不周的来水情况制定不同的调度原则，要有放、有调、有蓄， 作到汛期洪水的“综合利用”。其次，根据洪水发生的时间特点，不同的时期可以有不同 的防洪调度原则。7 、8 月份尤其是7 月下旬到8 月上旬发生大洪水的几率最高，这一时 期的防洪调度还应以防御大洪水为主。9 、1 0 月份，洪水相对较小，这时要以蓄洪为主防 洪为辅，尽量为非汛期多蓄水，缓解下游水资源短缺的局面。 作为流域水资源开发利用的一项重要工程一水库调度运行与管理，引起人们的普遍 关注。通过科学分析适当抬高水库汛限水位，使水库多拦蓄汛期洪水，提高水库非汛期 供水保证率是资源化的主要方法。为此。作为水库解决防洪与兴利突出矛盾的一个运行 参数一水库汛期限制水位就成为重点研究的对象，本文就汛限水位动态控制问题及由此 产生的风险进行研究。 1 3 水库、水库调度及水库汛限水位 水库是径流调节的工具，同时也是存储洪水资源的一种工程措施。截止目前，我国 现有水库8 6 0 0 0 多座，其中大型水库4 2 3 座，中型水库2 7 0 0 多座，其余8 万多座为小型 水库，总库容4 9 0 0 多亿立方米。这些水库在防洪、发电、供水、灌溉、旅游、保障城 乡及重要交通干线中发挥了重要作用，“水利是国民经济的命脉”，而水库是命脉之源。 随着社会经济的高速发展，水库的地位和作用越来越突出。 水库调度是在确保工程安全的前提下，对调洪库容进行合理安排，充分发挥水库的 综合效益。水库调度一般分防洪调度和兴利调度，水库防洪与兴利总是有矛盾的，不同 的洪水调度方式将会产生不同的效果。在目前科技发展水平下，由于受到预报条件和预 报水平的限制，水库洪水调度具有明显的两重性。调度的好，不仅可以保证防洪安全， 还可以增加供水发电和其它效益；反之，将会造成很大的损失，甚至是毁灭性的灾难。 为了处理好防洪与兴利矛盾，提高水库的综合效益，必须采用系统科学的水库调度方法。 水库汛限水位是为预防可能出现的洪水，确保大坝及下游安全，汛期水库允许蓄水 的上限水位。汛限水位是发挥水库功能的一个重要水位，是防洪与兴利的结合点，因此， 不仅没计时需根据水库本身保坝标准、水库下游的防洪标准和灌溉、发电、供水等因素， 经综合分析和研究论证，确定汛期限制水位，而且实时调度中更需依据实时水、雨、工 情动态控制汛期限制水位。 汛期限制水位动态控制方法研究及其风险分析 1 4 水库防洪调度的特点、目前面临的困难及其解决办法 1 4 1 水库防洪调度的特点 ( 1 ) 防洪调度决策不仅需统筹考虑水库上下游的防洪矛盾，而且还要统筹考虑防洪 与兴利的矛盾，是个多目标、多属性、多层次、多阶段的复杂决策过程，具有复杂性、 动态性、不确定性以及紧迫性等特点i ”。防洪调度决策涉及天气、雨情、水情、工情、 灾情等信息的收集和传递，众多影响因素构成了问题的复杂性；影响调度决策的因素随 时阃的变化而变化。这些不确定性因素增加了防洪调度的难度，而且带来决策的风险。 ( 2 ) 在防洪形势分析与决策时，决策的产生在很大程度上受决策者的心理素质，以 及决策者对风险的承受能力的影响，在诸多影响因素中，有些结构化较强，可以精确地 定量描述；有些则难以精确量化，对防洪调度而言，这些信息是不完全的，依据这些信 息作防洪决策，存在一定的风险。 ( 3 ) 由于水库防洪库容和流域特性不同，在洪水判别条件的选择上也存在较大差别： 对防洪库容较大的水库，由于调洪结果主要取决于洪水总量，往往以库水位作为# + t j j t j 条 件：对防洪库容较小水库，由于调洪结果主要取决于入库洪水流量，往往以入库洪峰流 量作为判别条件；有些水库将峰前蓄水量作为判别条件。 1 4 2 水库防洪调度方法综述及其发展趋势 按照所引用的基本理论，水库洪水调度方法可分为常规方法、优化方法和其它方法。 常规方法以传统的高等数学、概率论等为基础；优化方法以运筹学和系统科学为基础： 其它方法是以最近几年发展起来的几门学科为基础。每一种方法又可细分为几种。 ( 1 ) 鬻规调度方法 常规方法是一种半经验和半理论的方法，借助各水库的抗洪能力图、防洪调度图等 经验性图表调度。“水库控制运用”及“综合利用水