考虑中小水库影响的门楼水库洪水预报调度研究

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1、万方数据大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1选题背景及研究意义洪水作为一种自然灾害给全球许多国家带来了巨大的经济损失。1989年12月11日联合国提出20世纪最后10年为“国际减灾10年”，而防洪减灾作为国际减灾的重要部分，受到世界各国的广泛关注【1】。我国地域广阔，江河众多，地形复杂，受自然地理、季风气候等因素的影响，水量年内在时间和空间上分布不均，同时人类活动不断加剧，导致暴雨洪涝灾害频繁发生，不仅给社会产生了巨大的经济损失，而且在一定程度上威胁到了人民的财产生命安全。自进入21世纪以来，洪水灾害给我国人民带来的财产损失超过了一万亿元[2】2。在全球

2、气候变化的大背景下，洪灾风险进一步加大；随着社会的不断发展和城市建设规模的扩大，对防洪减灾策略提出更高的要求，防洪减灾的任务变得艰巨而又迫切。随着人们对洪水特性认识的加深和治理洪水的经验不断积累，国家提出了符合时代特色的治水新理念，即通过工程措施和非工程措旌相结合的方式，建立人与自然和谐相处的防洪减灾体系。洪水预报与水库调度作为重要的防洪减灾的非工程措施，是现代水文学和决策论研究的热点f3]。洪水预报是在掌握流域产汇流机制的基础上利用当前的落地雨信息，对流域出口断面或者河道的水情做出预测的科学技术。水库调度是在洪水预报的基础上，根据水库实际的蓄水情况，在

3、保证水库大坝安全的前提下，严格控制库水位，制定合理的方案对入库流量进行蓄泄。在防洪减灾中，洪水预报能事先提供洪水的变化信息，为合理的制定调度方案奠定了基础，合理的调度方案不但能有效降低洪水灾害带来的损失，还可以使得洪水资源得到合理利用，提高水库的综合效益。近年来随着社会经济的不断发展，流域水文过程受人类活动干预程度日益增强14]。在影响流域水文过程的人类活动中，流域内为满足防洪、灌溉修建的中小水库对产汇流机制的改变影响最大。当流域久旱无雨土地干旱时，中小水库前期蓄水量较少，降雨初期较大比例的雨量会被拦蓄，预报产流远大于实测值；当流域土地湿润时，中小水库蓄

4、水量较多，如果再来一场大雨，中小水库将发生溢洪，对于防洪标准较低的小水库存在溃坝的危险情况，导致预报产流远小于实测值，给下游防护区的人民带来极大的威胁。洪水预报是水库调度的基础，考虑中小型水库对流域出口断面洪水过程的影响，能进一步提高流域洪水预报的精度，对合理处理流域水库兴利和防洪之间的矛盾，提高洪水资源的利用率和水库综合效益具有重要意义。山东半岛门楼水库流域就是水文过程受其上游中小型影响较大的典型流域，为满足当地区域经济的发展，流域内修建了许多小型水利工程，集水面积达到全流域的30％，总库容占到门楼水库总库容的60％以上。这些中小型水万方数据考虑中小水

5、库影响的门楼水库洪水预报调度研究库泄流方式都是无闸门控制，加上其地理位置偏僻和管理不到位等原因，蓄水状态很难掌握，存在随时泄流甚至垮坝的危险。在多年的水库运行资料中显示，中小型水库的影响是巨大的，特别是枯水年份，前期土壤干旱，降雨量小于50ram时，门楼水库几乎没有入库流量，拦蓄比较严重。中小水库的拦蓄和溢洪改变了流域的汇流机制，正常汇流的水量被拦蓄了，当中小型水库泄流时，正常汇流的水量又增加了，使得水库的入库过程难以掌握，给水库的调度运行产生了严重的影响。因此本文的研究内容之一是结合门楼水库流域前期降雨、蒸发、小水库群控制面积、兴利库容等资料研究考虑中

6、小型水库影响的门楼水库预报方案。水库调度是一个复杂的系统工程的决策问题【5】。其复杂性体现在，决策方案的确立不仅需要考虑水库自身以及上下游的防洪安全，还需要顾及末水位满足兴利蓄水的要求。常规调度是根据人工经验和数理统计相结合的一种决策方式。对于这样复杂的问题，在短时间能常规调度不一定能生成最优方案。因此，有必要为能快速生成科学有效的洪水调度方案而进行研究。门楼水库坝址距下游河道入海口21．7kin2，其中外夹河在距门楼水库溢洪道14．2km2处与门楼水库下游河道汇合流入黄海。受到外夹河洪水的影响，2007年门楼水库下泄流量未达到安全泄量的情况下下游河道出

7、现了漫堤。因此，本文的研究内容之二是结合外夹河的洪水信息，利用启发式信息、粒子群算法和模糊优选快速生成门楼水库调度方案。1．2国内外研究现状1．2．1短期洪水预报的研究现状水文预报中应用最广泛的是对洪水的预报，洪水预报在水库调度、防洪抢险和工农业生成服务中扮演了重要的角色，同时对其应用在国民经济建设中产生了巨大的经济效益，因此对洪水预报的研究具有重要意义与价值。对洪水预报理论方法的研究可以追溯到上个世纪初期，期间L．R．K．谢尔曼提出的单位过程线【61、霍尔顿提出的霍尔顿下渗理论m以及马斯京根法，为洪水预报理论与方法的发展奠定了基础，三者的结合可以算得上

8、是最早的水文模型，这些经典的理论如今仍然被广泛使用和不断改进。自从进入60年代以