【摘 要】
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我国目前面临着洪涝灾害频发和水资源供需矛盾突出的问题,洪水预报和调度是缓解供需矛盾的一个重要手段。随着经济社会的发展,流域下垫面发生剧烈的改变,影响了产汇流机理,从而影响原来的洪水预报方案精度,导致影响原调度方案适用性。针对这一问题,本文以浑河流域为研究背景,开展大伙房流域考虑水利工程影响的预报方案研究,进而研究新的防洪预报调度规则。取得主要成果如下:(1)不考虑水利工程影响的大伙房水库洪水模拟。
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我国目前面临着洪涝灾害频发和水资源供需矛盾突出的问题,洪水预报和调度是缓解供需矛盾的一个重要手段。随着经济社会的发展,流域下垫面发生剧烈的改变,影响了产汇流机理,从而影响原来的洪水预报方案精度,导致影响原调度方案适用性。针对这一问题,本文以浑河流域为研究背景,开展大伙房流域考虑水利工程影响的预报方案研究,进而研究新的防洪预报调度规则。取得主要成果如下:(1)不考虑水利工程影响的大伙房水库洪水模拟。首先,整编延长雨洪资料,形成67场历史洪水资料。其次,以径流深的绝对误差的绝对值之和最小、峰现时间误差最小和洪峰误差绝对值最小为产汇流目标函数率定大伙房模型参数,采用遗传算法利用1951-1995年的41场历史洪水资料进行模拟率定,利用1995-2019年的26场历史洪水资料进行模型参数验证。最后,从降雨中心空间分布、前期下垫面状况和洪水的年代等方面分析模拟结果的合理性,探究影响洪水预报精度的主要影响因素。结果表明,受中小水库工程蓄放洪水的影响,1995年以后洪水模拟精度差,尤其是降雨空间分布在上游的洪水。(2)考虑水利工程影响的大伙房水库洪水预报方法研究。首先,针对降雨中心分布在上游的洪水模拟精度差的问题,从土地利用和水利工程建设的变化情况,分析评估它们对径流的影响。其次,根据水利工程的影响程度,提出基于中小水库的初始蓄水状态和降雨空间分布影响产汇流的计算方法。最后,考虑水利工程影响,重新率定模型参数,并进行合理性分析。结果表明,在考虑水利工程影响后,产汇流模拟精度明显提高,尤其大洪水的模拟精度和确定性系数。但是,汇流合格率仅65%,尤其是降雨中心在上游的洪水汇流合格率较低。(3)基于网格的大伙房水库洪水预报方法研究。首先,针对以聚合水库的方式计算水利工程影响大小的预报方法没有充分考虑到水利工程的分布特征影响汇流特性,研究了基于网格的大伙房模型(Grid-DHF)。其次,进行流域网格化,确定每个网格单元的最大径流拦蓄量。最后,对历史场次洪水进行分类,采用相同的优化方法重新进行洪水模拟,确定Grid-DHF模型参数,并对结果进行合理性分析。模拟结果表明,基于净雨强度分类的Grid-DHF模型的大伙房水库预报方案,汇流模拟精度有较大的提高,1995年-2019年场次洪水汇流合格率由42%提高到88.5%。(4)考虑水利工程影响的大伙房水库预报调度方案研究。首先,基于Grid-DHF模型的洪水预报方案,分析预报误差分布规律,采用极大熵模型确定预报误差分布域。其次,基于新的洪水预报方案,推求不同频率的设计净雨过程和设计洪水过程。最后,设计并制定以净雨为主指标的考虑预报误差的大伙房水库防洪预报调度规则,并进行合理性分析。结果表明,新的预报方案预报误差域变小,水利工程的拦蓄作用使得设计洪水过程峰值变小、设计洪量变小和退水过程变缓,但高标准洪水影响比低标准洪水影响较小;新制定考虑预报误差的预报调度规则,各频率设计洪水对应的水库调洪最高水位和最大泄量均明显减小。因此,不考虑上游水库溃坝的前提下,原设计洪水对水库和下游防护对象是偏安全的。最后对全文进行了总结,并对有待进一步深入的问题进行了展望。
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