漳河水库洪水分期与调度研究
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摘要
洪水分期的确定、设计洪水的计算以及水库调度方式的研究，是工程设计、施工和运行时经常遇到的问题。本文应用当今世界各个学科前沿研究课题的最新理论——分形理沦，首次用分维计算来定量划分确定洪水分期；采用合成流量等多种途径计算设计洪水；分析漳河水库特性制定了双库联合运行的分期(动态)调度方式。
全文共分为十一章，第一章为引言，说明问题的提出及研究的重要意义、国内外研究现状。第二章介绍漳河流域和漳河水库的基本情况，说明漳河水库主要是由观音寺和鸡公尖两个水库组成，水资源比较缺乏、同时又承担下游的防洪任务。第三章介绍本文所使用的基本水文资料，说明收集、整理、分析了漳河流域16个雨量站、6个水文站、2个水位站和1个蒸发站资料，系列长度近40年，足见资料基础扎实。第四章确定洪水分期是本文重点之一，首先，采用常规的统计学方法，分析洪水分期，作为比较成果；然后，创造性地应用分形理论，分析水文现象的分形特性，选择容量维和相似维的分维计算方法，从时间尺度和空间尺度两个方面，对漳河汛期入库洪水历年日最大流量系列样本，计算分形维数，对分形维数相近的取为一个洪水分期，从而突破性地利用分形技术对洪水分期的目的。第五章～第六章计算分期设计洪水，根据有关规程规范和成熟理论，探索采用新途径，分坝址设计洪水和入库设计洪水2个方面，改进以实测面雨量作为设计暴雨，采用暴雨途径为主和移置流量途径为辅，推出合成流量新途径和推算水库入库洪水等4种途径分析计算设计洪水，以暴雨途径坝址设计洪水作为水库设计洪水。第七章水库调洪演算模型建立，从研究水库复杂结构特点出发，建立函数关系，采用试算法求解，利用二分迭代加速收敛，求解方程式根，开发了调洪演算计算机模型。第八章分期(动态)汛限水位研究，通过分析沮漳河下游各个河段不同时期泄洪能力，按照漳河水库及下游堤防现状实际情况，根据调洪演算本次推荐主汛期汛限水应为121.90m，相应的前汛期为123.20m、后汛期为123：50m作为合理采用分期(动态)汛限设计水位。第九章水库调度方式研究，是根据设计洪水，进行多方案调洪演算和调度方式比较，提出了洪水判别标准及其相应洪水具体调度方式；探讨考虑短、中期洪水预报，预泄洪水的水库防洪调度方式和考虑沮河及区间洪水预报的水库错峰防洪补偿调度方式，修订水库调度规程。第十章分析计算洪水分期效益，通过汛限水位调整不仅将下游防洪标准由5年一遇提高到10年
一遇，同时将收水时间提前40天，有利于水库拦尾回蓄，提高防洪效益和充分利用
雨洪资源经济效益。第卜一章给出了总结和提出了展望。
总之，本文对洪水分期确定和分期设计洪水计算、水库调度方式等问题着重研究，
听用方法先进，内容丰富，成果可靠，为工程设计、施工和运行和其他己建水库更好
地拦蓄雨洪资源、发挥防洪和兴利效益提供参考和借鉴。
The dividing flood-period, design flood and reservoir operating rules, is usually meeting in engineering design, construction and production. This thesis is applied nowadays each of world latest theories - Fractal theory, and use to calculate dimension to divide flood-period first time. The adoption synthesizes discharges various paths of etc. calculate to design the flood. Analyzed the Zhanghe reservoirs characteristic establish the double reservoirs uniting-operating rules.
The full thesis is divided eleven chapters. The first chapter is preface, to elucidation bring upping of the topic, to present research condition important meaning in domestic and international. The second chapter is basic circumstance for introduction Zhanghe valley and Zhanghe reservoirs. To explain the Zhanghe reservoirs are mainly made up of both the Guangyinsi reservoir and the Jigongjian reservoir. The water resources is more lack, and undertake the downstream flood control mission at the same time. The third chapter is basic hydrology data for introduction of this thesis using .Elucidation collections, sorting, analyzed 16 precipitation stations,6 hydrology stations,2 water-level stations and 1 evaporation stations, series length about 40 years. It suffices to show the data foundation. The 4th chapter is one of most chapters this thesis. It make sure how divide flood-period. First, the statistics is usually adopted to analysis flood divide the period as comparison result. Then, the fractal theory is c
reatively applied to divide flood-period. To analyze the hydrology phenomenon the characteristic, to choose the capacity dimension and resemble dimension of method, to calculation dimensions for the years biggest discharge series of the day the sample in both aspects of space rule and the time rule. When dimension is close, the time period is the same flood period. It breakthrough apply fractal theory to divide flood-period. The 5~6th chapter calculate the design flood in various flood-periods. According to the norms and the mature theories, investigate to adopt the new path, design the flood in both dam site and enter reservoirs .The design point-rain is instead of the
design area-rain. Adopt the design area-rain , the design discharge path and the new path of synthesize discharge , etc 4 kinds of paths analyse and calculate design flood. The 7th chapter establish flood regulation and routing model in the reservoirs. Sophisticate the construction characteristics to set out, establish the function relation from the research reservoirs. The 8th chapter research flood periods( development) control water level To analyze the each of the Quzhang river downstream flood-control ability makes certain that main flood- period of the control the water level is 121.90m, advance flood-period of the control the water level is 123.20m, behind flood-period of the control the water level is 123.50m.The 9th chapter research reservoir operating rules The 10th chapter analysis compute economy benefit because divided flood period. The 11th chapter give the summary, bring upped the outlook.
In a word, this paper mostly research in to divide flood-period, to design the flood about various flood -period, to plan reservoir operating the rules etc. Method forerunner, contents used enrich, and the result is dependable. Engineering for design, construction, operation and other reservoirs have already set up will store more rain-flood resources, develop the flood control performance and promote the beneficial and abolish the harmful. It may provide reference.
全文共分为十一章，第一章为引言，说明问题的提出及研究的重要意义、国内外研究现状。第二章介绍漳河流域和漳河水库的基本情况，说明漳河水库主要是由观音寺和鸡公尖两个水库组成，水资源比较缺乏、同时又承担下游的防洪任务。第三章介绍本文所使用的基本水文资料，说明收集、整理、分析了漳河流域16个雨量站、6个水文站、2个水位站和1个蒸发站资料，系列长度近40年，足见资料基础扎实。第四章确定洪水分期是本文重点之一，首先，采用常规的统计学方法，分析洪水分期，作为比较成果；然后，创造性地应用分形理论，分析水文现象的分形特性，选择容量维和相似维的分维计算方法，从时间尺度和空间尺度两个方面，对漳河汛期入库洪水历年日最大流量系列样本，计算分形维数，对分形维数相近的取为一个洪水分期，从而突破性地利用分形技术对洪水分期的目的。第五章～第六章计算分期设计洪水，根据有关规程规范和成熟理论，探索采用新途径，分坝址设计洪水和入库设计洪水2个方面，改进以实测面雨量作为设计暴雨，采用暴雨途径为主和移置流量途径为辅，推出合成流量新途径和推算水库入库洪水等4种途径分析计算设计洪水，以暴雨途径坝址设计洪水作为水库设计洪水。第七章水库调洪演算模型建立，从研究水库复杂结构特点出发，建立函数关系，采用试算法求解，利用二分迭代加速收敛，求解方程式根，开发了调洪演算计算机模型。第八章分期(动态)汛限水位研究，通过分析沮漳河下游各个河段不同时期泄洪能力，按照漳河水库及下游堤防现状实际情况，根据调洪演算本次推荐主汛期汛限水应为121.90m，相应的前汛期为123.20m、后汛期为123：50m作为合理采用分期(动态)汛限设计水位。第九章水库调度方式研究，是根据设计洪水，进行多方案调洪演算和调度方式比较，提出了洪水判别标准及其相应洪水具体调度方式；探讨考虑短、中期洪水预报，预泄洪水的水库防洪调度方式和考虑沮河及区间洪水预报的水库错峰防洪补偿调度方式，修订水库调度规程。第十章分析计算洪水分期效益，通过汛限水位调整不仅将下游防洪标准由5年一遇提高到10年
一遇，同时将收水时间提前40天，有利于水库拦尾回蓄，提高防洪效益和充分利用
雨洪资源经济效益。第卜一章给出了总结和提出了展望。
总之，本文对洪水分期确定和分期设计洪水计算、水库调度方式等问题着重研究，
听用方法先进，内容丰富，成果可靠，为工程设计、施工和运行和其他己建水库更好
地拦蓄雨洪资源、发挥防洪和兴利效益提供参考和借鉴。
The dividing flood-period, design flood and reservoir operating rules, is usually meeting in engineering design, construction and production. This thesis is applied nowadays each of world latest theories - Fractal theory, and use to calculate dimension to divide flood-period first time. The adoption synthesizes discharges various paths of etc. calculate to design the flood. Analyzed the Zhanghe reservoirs characteristic establish the double reservoirs uniting-operating rules.
The full thesis is divided eleven chapters. The first chapter is preface, to elucidation bring upping of the topic, to present research condition important meaning in domestic and international. The second chapter is basic circumstance for introduction Zhanghe valley and Zhanghe reservoirs. To explain the Zhanghe reservoirs are mainly made up of both the Guangyinsi reservoir and the Jigongjian reservoir. The water resources is more lack, and undertake the downstream flood control mission at the same time. The third chapter is basic hydrology data for introduction of this thesis using .Elucidation collections, sorting, analyzed 16 precipitation stations,6 hydrology stations,2 water-level stations and 1 evaporation stations, series length about 40 years. It suffices to show the data foundation. The 4th chapter is one of most chapters this thesis. It make sure how divide flood-period. First, the statistics is usually adopted to analysis flood divide the period as comparison result. Then, the fractal theory is c
reatively applied to divide flood-period. To analyze the hydrology phenomenon the characteristic, to choose the capacity dimension and resemble dimension of method, to calculation dimensions for the years biggest discharge series of the day the sample in both aspects of space rule and the time rule. When dimension is close, the time period is the same flood period. It breakthrough apply fractal theory to divide flood-period. The 5~6th chapter calculate the design flood in various flood-periods. According to the norms and the mature theories, investigate to adopt the new path, design the flood in both dam site and enter reservoirs .The design point-rain is instead of the
design area-rain. Adopt the design area-rain , the design discharge path and the new path of synthesize discharge , etc 4 kinds of paths analyse and calculate design flood. The 7th chapter establish flood regulation and routing model in the reservoirs. Sophisticate the construction characteristics to set out, establish the function relation from the research reservoirs. The 8th chapter research flood periods( development) control water level To analyze the each of the Quzhang river downstream flood-control ability makes certain that main flood- period of the control the water level is 121.90m, advance flood-period of the control the water level is 123.20m, behind flood-period of the control the water level is 123.50m.The 9th chapter research reservoir operating rules The 10th chapter analysis compute economy benefit because divided flood period. The 11th chapter give the summary, bring upped the outlook.
In a word, this paper mostly research in to divide flood-period, to design the flood about various flood -period, to plan reservoir operating the rules etc. Method forerunner, contents used enrich, and the result is dependable. Engineering for design, construction, operation and other reservoirs have already set up will store more rain-flood resources, develop the flood control performance and promote the beneficial and abolish the harmful. It may provide reference.
引文
(1) Mandelbrot B B. Fractal: Form, Chance and Dimension.San Francisco: Freeman, 1977
(2) Mandelbrot B B. The Fractal Geometry of Nature.San Francisco: Freeman, 1982
(3) 张济忠，《分形》，清华大学出版社，1995年8月
(4) 王东生、曹磊，《混沌、分形及其应用》，中国科学技术大学出版社，1995年5月
(5) 刘式达、刘式适，《分形和分维引论》，气象出版社，1995年9月
(6) 李水根、吴纪桃，《分形与小波》，科学出版社，2002年10月
(7) 吕金虎、陆君安、陈士华，《混沌时间序列分析及其应用》，武汉大学出版社，2002年1月
(8) 王光远、张跃，《模糊随机过程论》，贵州科技出版社，1994年9月
(9) Kenneth J. Falconer, 《Techniques in Fractal Geometry》，1996年4月
(10) 谢和平、张永平等，《分形几何——数学基础与应用》，重庆大学出版社，1991年5月
(11) 丁晶、侯玉，《随机模型估算分期洪水的初探》，成都科技大学学报，1988年5月
(12) 欧阳玲，《长潭水库分期洪水与优化调度的分析》，广东水利水电，1999年第3期
(13) 欧阳玲，《长潭水库分期洪水与水情测报进行水库调度的初步分忻》，水利水电，1999年第1期
(14) 郭荣文，《分期设计洪水分析计算及防洪发电控制运行》，水利发电，1997年12期
(15) 牟才荣．陈小梅，《岩滩水库分期洪水调度运行研究》，红水河，第18卷第2期
(16) 沈晓华等，《长江河道分形与流域构造特征的关系》，浙江大学学报(理学版)，2001年1月
(17) 李华晔等，《河流水系分形的初步研究[J] 》，华北水利水电学院学报，1998，19(4)
(18) 冯金良，张稳，《海滦河流域水系分形[J] 》，泥沙研究，1999，1：62-65
(19) 金德生，陈浩，郭庆伍，《河道纵剖面分形-非线性形态特征[J] 》，地理学报，1997，52(2)：154-161
(20) 陶闯，林宗坚，卢健，等，《分形地形模拟[J] 》，计算机辅助设计与图形学报，1996年，8(3)：178-186
(21) 冯平，冯焱，《河流形态特征的分维计算方法[J] 》，地理学报，1997，52(4)：324-330
(22) 谢正栋，张永勤，徐敏，周寅康，《淮河流域洪水的分形特征及可预报时间研究》，南京大学学报(自然科学)，2003，39(1)：113-119
(23) 傅军，丁晶，邓育仁，《嘉陵江流域形态及流量分维研究》，成都科技大学学报，1995，1：74-79
(24) 王良健，彭补拙，《分形方法住洪涝灾害预测中的应用——以广西梧州为例》，地理科学，1998，18(3)：242-247
(25) 中华人民共和国水利部，1995，防洪标准GB50201-94，北京，中国计划出版社
(26) 中华人民共和国水利部，2000，水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，北京，中国水利水电出版社
(27) 中华人民共和国水利部，2000，水库大坝安全评价导则SL258-2000，北京，中国水利水电出版社
(28) 水利部长江水利委员会，1993，水利水电工程设计洪水计算规范SL44-93，北京，中国水利水电出版社
(29) 水利部长江水利委员会，1996，水利工程水利计算规范SL104-95，北京，中国水利水电出版社
(30) 黄河水利委员会勘测规划设计研究院，2002，碾压式土石坝设计规范SL274-2001，北京，中国水利水电出版社
(31) 长江防洪系统实时调度研究编辑委员会，1997，长江防洪系统实时调度研究，北京，中国水利水电出版社
(32) 水电部水利水电规划设计院，1987，水文计算，杭州，水电部华东勘测设计院水文队
(33) 长江水利委员会主编，1993，水文预报方法(二版)，北京，水利电力出版社
(34) 葛守西著，1999，现代洪水预报技术，北京，中国水利水电出版社
(35) 郭生练编著，2000．水库调度综合自动化系统，武汉，武汉水利电力大学出版社
(36) 雒文生，宋星原，2000，洪水预报与调度，武汉，湖北科学技术出版社
(37) 翟家瑞编著，1996，常用水文预报算法和计算程序，郑州，黄河水利出版社
(38) 赵人俊，1984，流域水文模拟—新安江模型与陕北模型，北京，水利电力出版社
(39) 赵金河 陈崇德，2001，漳河水库调度运用手册，湖北省漳河工程管理局出版社，
(40) 雒文生，2002，河流水文学，武汉大学出版社
(41) 雒文生 王祥三 郑志泰 徐世元主编，2002，提高古溪田一级水库汛限水何可行性研究报告，武汉大学出版社
(42) 东水利学院，1980，水文学的概率统计基础，水利出版社
(43) 湖北省水利厅 武汉大学 AGRA公司，1996，四湖排水系统优化调度研究，AGRA Earth & Environmental CALGARY, ALBERTA, CANADA.
(2) Mandelbrot B B. The Fractal Geometry of Nature.San Francisco: Freeman, 1982
(3) 张济忠，《分形》，清华大学出版社，1995年8月
(4) 王东生、曹磊，《混沌、分形及其应用》，中国科学技术大学出版社，1995年5月
(5) 刘式达、刘式适，《分形和分维引论》，气象出版社，1995年9月
(6) 李水根、吴纪桃，《分形与小波》，科学出版社，2002年10月
(7) 吕金虎、陆君安、陈士华，《混沌时间序列分析及其应用》，武汉大学出版社，2002年1月
(8) 王光远、张跃，《模糊随机过程论》，贵州科技出版社，1994年9月
(9) Kenneth J. Falconer, 《Techniques in Fractal Geometry》，1996年4月
(10) 谢和平、张永平等，《分形几何——数学基础与应用》，重庆大学出版社，1991年5月
(11) 丁晶、侯玉，《随机模型估算分期洪水的初探》，成都科技大学学报，1988年5月
(12) 欧阳玲，《长潭水库分期洪水与优化调度的分析》，广东水利水电，1999年第3期
(13) 欧阳玲，《长潭水库分期洪水与水情测报进行水库调度的初步分忻》，水利水电，1999年第1期
(14) 郭荣文，《分期设计洪水分析计算及防洪发电控制运行》，水利发电，1997年12期
(15) 牟才荣．陈小梅，《岩滩水库分期洪水调度运行研究》，红水河，第18卷第2期
(16) 沈晓华等，《长江河道分形与流域构造特征的关系》，浙江大学学报(理学版)，2001年1月
(17) 李华晔等，《河流水系分形的初步研究[J] 》，华北水利水电学院学报，1998，19(4)
(18) 冯金良，张稳，《海滦河流域水系分形[J] 》，泥沙研究，1999，1：62-65
(19) 金德生，陈浩，郭庆伍，《河道纵剖面分形-非线性形态特征[J] 》，地理学报，1997，52(2)：154-161
(20) 陶闯，林宗坚，卢健，等，《分形地形模拟[J] 》，计算机辅助设计与图形学报，1996年，8(3)：178-186
(21) 冯平，冯焱，《河流形态特征的分维计算方法[J] 》，地理学报，1997，52(4)：324-330
(22) 谢正栋，张永勤，徐敏，周寅康，《淮河流域洪水的分形特征及可预报时间研究》，南京大学学报(自然科学)，2003，39(1)：113-119
(23) 傅军，丁晶，邓育仁，《嘉陵江流域形态及流量分维研究》，成都科技大学学报，1995，1：74-79
(24) 王良健，彭补拙，《分形方法住洪涝灾害预测中的应用——以广西梧州为例》，地理科学，1998，18(3)：242-247
(25) 中华人民共和国水利部，1995，防洪标准GB50201-94，北京，中国计划出版社
(26) 中华人民共和国水利部，2000，水利水电工程等级划分及洪水标准SL252-2000，北京，中国水利水电出版社
(27) 中华人民共和国水利部，2000，水库大坝安全评价导则SL258-2000，北京，中国水利水电出版社
(28) 水利部长江水利委员会，1993，水利水电工程设计洪水计算规范SL44-93，北京，中国水利水电出版社
(29) 水利部长江水利委员会，1996，水利工程水利计算规范SL104-95，北京，中国水利水电出版社
(30) 黄河水利委员会勘测规划设计研究院，2002，碾压式土石坝设计规范SL274-2001，北京，中国水利水电出版社
(31) 长江防洪系统实时调度研究编辑委员会，1997，长江防洪系统实时调度研究，北京，中国水利水电出版社
(32) 水电部水利水电规划设计院，1987，水文计算，杭州，水电部华东勘测设计院水文队
(33) 长江水利委员会主编，1993，水文预报方法(二版)，北京，水利电力出版社
(34) 葛守西著，1999，现代洪水预报技术，北京，中国水利水电出版社
(35) 郭生练编著，2000．水库调度综合自动化系统，武汉，武汉水利电力大学出版社
(36) 雒文生，宋星原，2000，洪水预报与调度，武汉，湖北科学技术出版社
(37) 翟家瑞编著，1996，常用水文预报算法和计算程序，郑州，黄河水利出版社
(38) 赵人俊，1984，流域水文模拟—新安江模型与陕北模型，北京，水利电力出版社
(39) 赵金河 陈崇德，2001，漳河水库调度运用手册，湖北省漳河工程管理局出版社，
(40) 雒文生，2002，河流水文学，武汉大学出版社
(41) 雒文生 王祥三 郑志泰 徐世元主编，2002，提高古溪田一级水库汛限水何可行性研究报告，武汉大学出版社
(42) 东水利学院，1980，水文学的概率统计基础，水利出版社
(43) 湖北省水利厅 武汉大学 AGRA公司，1996，四湖排水系统优化调度研究，AGRA Earth & Environmental CALGARY, ALBERTA, CANADA.