基于风险理论的水库汛限水位控制研究

摘要

洪水资源化作为一种新的治水理念，成为解决区域水资源短缺的一项有效措施。洪水资源化对水库而言是实现防洪和兴利并举，而汛限水位是水库防洪和兴利的结合点，汛限水位的过高或者过低会直接影响水库的防洪风险和兴利效益，而随着科学技术和人类社会的进步，人们对安全可靠的要求越来越高，因此，研究基于风险理论的水汛限水位控制方式具有重要意义。论文以风险理论为主线，以汛限水位控制为目的，详细研究了水库调度中防洪风险和供水风险的制约因素，发展了水库调度的风险理论体系，构建了较为通用的风险调度模型，并用于陕西省石头河水库汛限水位控制方案的研究。具体研究结果如下:
　　(1)水库汛限水位控制风险分析程序的建立。以经典的风险分析理论入手，系统归纳了水库调度中风险的定义、特征及风险分析的程序。从风险发生的形式、主要因素以及后果三方面详细的对水库调度中的风险进行了识别;从风险发生的概率及后果大小的角度对水库调度风险估计的方法做了深刻的剖析;通过归纳水库调度风险评价方法，论述了水库调度运行中方案的决策。最后论证了水库汛限水位控制和水库调度之间辩证统一的关系:即汛限水位控制需要水库调度来实现，而水库调度的起调水位为汛限水位。在此基础上建立了一套较为完整的汛限水位控制风险分析程序。
　　(2)水库防洪通用风险模型的构建。选取影响水库防洪风险的主要风险因子:洪水、库容、泄流能力、起调水位和风浪，以概率的基本定理为基础建立了防洪风险模型，并从模型因子的数量和模型因子服从的分布函数的角度总结了模型求解方法的适用性。最后以石头河水库为例，选取了校核水位作为风险指标，洪水作为主要风险因子，用频率分析法计算了不同汛限水位方案(798.00m、798.50m、799.00m、799.50m、801.00m)下的风险率，并将10-6作为风险率的允许风险标准，当汛限水位抬高至799.00m时，风险率为9×10-6，依旧在允许范围内。因此可以得出结论:石头河水库库水位799.00m为汛期允许正常蓄水的最高水位。
　　(3)水库供水风险模型的构建。选取影响水库供水风险的主要风险因子:入库径流、兴利库容、调度规则、下游河道生态需水量、蒸发渗漏，同样以概率的基本定理为基础建立水库供水风险模型;同时选取可靠性、易损性和事故周期作为风险评价的指标，通过对石头河水库供水风险因子的分析，选取入库径流作为风险因子，以“1-设计保证率”为允许风险标准，采用长系列兴利调度计算得到结论:石头河水库库水位798.00m为汛期兴利蓄水的最低水位。
　　(4)基于风险理论的汛限水位分期控制运用研究。介绍了传统汛限水位控制运用的缺点，阐述了基于风险理论的分期控制方法的适用性。综合考虑了石头河水库的防洪和供水风险，在对石头河水库汛期分期的基础上，最终得到石头河水库汛限水位控制方案，即在主汛期（7月11日～8月10日）汛限水位为798.00m～799.00m，汛前期（05月21日～07月10日）汛限水位从801.00m逐步降低到799.00m，汛后期（08月11日～09月20日）逐渐从799.00m回升到801.00m，其他时期以801.00m为控制，最后有针对性的提出了水库汛限水位控制中风险降低的措施。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 水库防洪调度风险

1．2．2 水库供水调度风险

1．2．3 水库汛限水位控制方法及其风险

1．2．4 研究中存在的问题

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2．1 风险的定义

2．2 风险的特征

2．2．2 对称性

2．2．3 不确定性

2．3 水库调度中的风险分析

2．3．1 风险分析的目的

2．3．2 风险分析的内容

2．4 水库汛限水位控制与水库调度的关系

第三章 水库调度中的防洪风险

3．1 水库防洪风险概念

3．2 风险因素识别与模型建立

3．2．1 风险因子识别

3．2．2 概率分布

3．2．3 防洪风险率模型的建立

3．3 风险率模型的求解

3．3．1 重现期法

3．3．2 直接积分法

3．3．3 一次二阶矩法

3．3．4 JC法

3．3．5 统计试验法

3．4 石头河水库防洪风险分析

3．4．1 水库概况

3．4．2 防洪标准复核

3．4．3 风险指标选取

3．4．4 风险因子的处理

3．4．5 防洪风险率计算

第四章 水库调度中的供水风险

4．1 供水系统及其风险

4．2 供水系统中的不确定性

4．3 风险因子的识别

4．4 水库供水的风险评价

4．5 石头河水库供水风险分析

4．5．1 需水量及其时程分配

4．5．2 供水风险分析

4．5．3 供水调度原则

4．5．4 供水风险评价

第五章 基于风险理论的汛限水位分期控制运用

5．1．2 汛限水位分期和动态控制

5．2 汛限水位控制中的极限状态

5．3 石头河水库汛限水位控制运用方案

5．3．1 石头河水库汛期分期方案

5．3．2 石头河水库风险综合评价

5．3．3 基于风险理论的石头河水库汛限水位控制

5．4 风险降低的措施

第六章 结论及展望

参考文献

致谢

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