西大洋水库汛期分期及汛限水位研究

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随着社会经济的快速发展,我国的水资源需求日益增多。综合利用水库在起到蓄滞洪水、保护下游人民生命财产安全的同时,还能通过合理,调度进一步解决区域水资源短缺的问题。西大洋水库所在的唐河流域,年内降水季节性特征明显,汛期洪水多由几场典型暴雨引起,区域防洪风险不容忽视。同时,区内人口众多,水资源需求大,提升水资源利用效率、避免水资源浪费是协调当地发展的关键。在现有条件下,通过设置合理的分期汛限水位,实现汛末拦蓄洪水,提高水库的蓄满率的目的,对于解决区域水资源短缺问题意义重大。本文以洪水的资源化利用为研究目的,以西大洋水库为研究对象,以控制防洪风险为调度底线,从西大洋水库汛期分期指标入手、以汛期分期、设计洪水复核、主汛期汛限水位确定和分期汛限水位推求几个方面进行分析研究,主要研究的内容和取得的成果如下:(1)将现阶段常用的汛期分期指标进行了汇总,针对各指标间的关系复杂冗余的特点,引入协同学理论中的指标评价筛选的方法,选取了能够代表汛期特征的十个指标,应用极大不相关法将每个指标对指标群的相关关系进行分析计算,得出了影响西大洋水库汛期分期的关键指标,分别是:旬最大1d面雨量、旬大雨天数、旬最大洪峰流量、旬最大3d洪量、旬最大洪峰出现次数、旬平均入库流量。(2)根据指标筛选结果,将筛选完的分期指标应用Fisher最优分割法进行汛期分期,同时以日降水为分期指标,应用模糊统计法进行分期计算,将两种分期结果进行了对比分析。其中,Fisher最优分割法将汛期分为四段,分别为:6月1日~6月30日、7月1日~8月10日、8月11日~8月31日和9月1日~9月30日;基于模糊集理论得出的汛期分为三段,分别为:6月1日~7月17日、7月18日~8月14日、8月15日~9月30日。对于两种方法中7月上旬和中旬的归属差别,对7月上旬和中旬的最大3d洪量、旬内洪峰出现次数和多年平均入库径流量3个指标进行统计分析,结果显示7月上中旬各指标与6月数据差异较小,可归为一期,并将汛期分期结果定为6月1日~7月17日、7月18日~8月14日、8月15日~9月30日。(3)对西大洋水库的洪水资料进行了重新复核。本次增加了1983~2012年的洪水系列,得出的成果(洪峰流量、24h洪量、3d洪量、6d洪量)均有20%的减少。本次延长的近30年洪水资料为偏枯洪水,从成因上分析是可行的,为保证大坝安全,以对工程不利的角度仍然采用原洪水设计报告进行调洪计算。(4)根据水库现有的调度原则,对主汛期进行汛限水位确定。详细列举了引起防洪风险的典型因素,并分析了各个因素的分布规律,建立了“洪水-有效风”的漫坝风险模型。预设了5种初始的汛限水位方案,进行了防洪风险求解,以国内接受的10-6漫坝风险为标准,选择了133.35m的主汛期汛限水位方案,相较于现行的调度方案,主汛期汛限水位提高了2.5m,在可允许的风险前提下实现了水资源的充分挖掘。(5)本文应用模糊集分析方法,对汛期的模糊隶属度进行了统计计算,应用半升半降曲线进行拟合分析,由此确定了西大洋水库模糊汛限水位过程线,同时综合现有成果,提出新的分期汛限水位控制方案,新方案使1984年、1992年和1998年的农业需水量得到满足,农业灌溉保证率提高7%。
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