水库防洪调度讲座

1、水库防洪调度讲座 孙晓山强调，孙晓山强调，万安水库防洪发电调度要站在全局的高度，万安水库防洪发电调度要站在全局的高度，对人民负责、对政府负责对人民负责、对政府负责，坚持两个原则：一是必须把防汛安，坚持两个原则：一是必须把防汛安全放在第一位；二是已制定的防汛调度方案的科学性、严肃性全放在第一位；二是已制定的防汛调度方案的科学性、严肃性不容怀疑。在此条件下，气象预报未来几天赣南地区没有降雨，不容怀疑。在此条件下，气象预报未来几天赣南地区没有降雨，洪水风险在可控范围，要科学、灵活调度万安水库，最大限度洪水风险在可控范围，要科学、灵活调度万安水库，最大限度利用洪水资源，充分发挥万安水库对全省用电的保障

2、作用。利用洪水资源，充分发挥万安水库对全省用电的保障作用。孙晓山要求，由于前期降雨少、江河水位低，后期万安库区孙晓山要求，由于前期降雨少、江河水位低，后期万安库区降雨量不大，可按照降雨量不大，可按照5月月21日零晨万安库水位日零晨万安库水位90.0米的要求进米的要求进行控制，行控制，开足马力满负荷运转，尽量减少弃水，最大限度利用开足马力满负荷运转，尽量减少弃水，最大限度利用洪水资源。洪水资源。省防办要实时监控万安水库水位、流量变化情况，省防办要实时监控万安水库水位、流量变化情况，适时进行调度。适时进行调度。气象、水文部门和万安水电厂要加强分析预测，气象、水文部门和万安水电厂要加强分析预测，及时

3、通报天气趋势和出入库流量，为防洪调度提供科学依据。及时通报天气趋势和出入库流量，为防洪调度提供科学依据。 汇报提纲水库调度方式水库调度方式防洪标准防洪标准水库特征水库特征调洪演算原理调洪演算原理防洪调度方式防洪调度方式洪水判别条件洪水判别条件分期洪水调度分期洪水调度防洪调度方式：防洪调度方式：可分为水库对下游无防洪任务和有防洪可分为水库对下游无防洪任务和有防洪任务两类任务两类兴利调度方式：兴利调度方式：包括灌溉、发电、供水、航运等方面包括灌溉、发电、供水、航运等方面综合利用调度方式：综合利用调度方式：承担防洪、兴利两种以上水利任务承担防洪、兴利两种以上水利任务的水库的调度方式，除了考虑以上所述

4、防洪、兴利的调的水库的调度方式，除了考虑以上所述防洪、兴利的调度方式之外，还要着重研究处理防洪与兴利的结合及兴度方式之外，还要着重研究处理防洪与兴利的结合及兴利各任务之间结合的问题利各任务之间结合的问题1、水库调度方式其它方面的要求：其它方面的要求：防凌调度方式防凌调度方式减於调度方式减於调度方式生态环境调度生态环境调度1、水库调度方式关于三峡大坝的防洪能力的报道：关于三峡大坝的防洪能力的报道：2、防洪标准第一篇新闻稿发于第一篇新闻稿发于20032003年年6 6月，声称三峡大坝月，声称三峡大坝“固若金汤，固若金汤，可以抵挡万年一遇洪水可以抵挡万年一遇洪水”；四年后的第二篇稿，则将该数字；四年

5、后的第二篇稿，则将该数字改成了改成了“千年一遇千年一遇”；而在；而在20082008年年1010月发布的新闻里，标题月发布的新闻里，标题又变为又变为“三峡大坝可抵御百年一遇特大洪水三峡大坝可抵御百年一遇特大洪水”；到了；到了上周二上周二（20102010年年7 7月月2222日），央视的一篇题为日），央视的一篇题为三峡蓄洪能力有限三峡蓄洪能力有限的稿件呼吁公众的稿件呼吁公众“勿把希望全寄托在大坝上勿把希望全寄托在大坝上”。 水库防洪问题与防洪标准： 保下游：保下游：下游防洪安全、安全泄量、设计洪水、下游防洪安全、安全泄量、设计洪水、防洪标准防洪标准保大坝：保大坝：设计洪水、校核洪水设计洪水、校

6、核洪水保上游：保上游：库区淹没库区淹没2、防洪标准死水位：死水位：水库实际运用的允许最低水位。水库实际运用的允许最低水位。死库容：死库容：死水位以下库容。死水位以下库容。3、水库特征正常蓄水位：正常蓄水位：在正常运行条件下，为了满足兴利部门正常用水，在正常运行条件下，为了满足兴利部门正常用水，水库在丰水期末允许蓄到的最高水位。水库在丰水期末允许蓄到的最高水位。兴利库容：兴利库容：死水位与正常蓄水位之间的库容。死水位与正常蓄水位之间的库容。3、水库特征防洪限制水位：防洪限制水位：在汛前应放空保持的水位在汛前应放空保持的水位防洪高水位、防洪库容：防洪高水位、防洪库容：保下游保下游3、水库特征设计洪

7、水位：设计洪水位：保大坝保大坝校核洪水位：校核洪水位：保大坝保大坝3、水库特征4、调洪演算原理在入库洪水过程已知的情况下，水库的洪水调节计算原理，在入库洪水过程已知的情况下，水库的洪水调节计算原理，就是求解方程组：就是求解方程组：12212122VVtqqtQQ)(Vfq 4、调洪演算原理水量平衡方程变形：水量平衡方程变形：4、调洪演算原理)(Vfq 4、调洪演算原理4、调洪演算原理4、调洪演算原理4、调洪演算原理5、防洪调度方式固定泄量（一级或多级）：固定泄量（一级或多级）：当来水不超过下游防洪标准时：当来水不超过下游防洪标准时：按固定泄量下泄按固定泄量下泄当来水超过下游防洪标准时：当来水超

8、过下游防洪标准时：敞敞泄泄5、防洪调度方式固定泄量调度例子：5、防洪调度方式补偿调节区间来水大则水库少放水，区间来水大则水库少放水，区间来水小则水库多放水，区间来水小则水库多放水，控制两者的组合流量不超控制两者的组合流量不超过防洪控制点的允许泄量。过防洪控制点的允许泄量。安区qQtq)(5、防洪调度方式补偿调节采用的条件：补偿调节采用的条件：（1）洪水传播时间：洪水传播时间：水库泄流到达防洪控制水库泄流到达防洪控制点的传播时间小于区间洪水预见期。点的传播时间小于区间洪水预见期。（2）洪水预报精度：洪水预报精度：区间洪水预报精度高区间洪水预报精度高（3）相应于下游防洪标准重现期的）相应于下游防洪

9、标准重现期的区间洪峰区间洪峰流量流量必须小于防洪控制点的必须小于防洪控制点的允许泄量允许泄量5、防洪调度方式经验调度方式（1）错峰调度法：错峰调度法：水库留出一定的错峰库容水库留出一定的错峰库容调节洪水，将入库洪峰与区间洪峰调节洪水，将入库洪峰与区间洪峰“错开错开”。（2）固定区间典型洪水补偿法：固定区间典型洪水补偿法：区间洪水一区间洪水一起涨，就认为区间设计洪水重现。起涨，就认为区间设计洪水重现。6、洪水判别条件（1）库水位）库水位（2）入库流量）入库流量（3）一定时段的降雨量）一定时段的降雨量（4）峰前蓄水量）峰前蓄水量库水位判别条件6、洪水判别条件入库流量判别条件6、洪水判别条件一定时段

10、的降雨量判别条件6、洪水判别条件当雨前水位达到汛限水当雨前水位达到汛限水位位164.0m，发生，发生50年年一遇以下的洪水、一遇以下的洪水、24小小时净雨量小于时净雨量小于228.8mm（降雨量小于（降雨量小于297mm）时，时，预计最高水位不超过预计最高水位不超过164.21m，闸门最大开高，闸门最大开高=3.0,最大泄量小于安最大泄量小于安全泄量全泄量800m3/s。 7、分期洪水调度各时期降雨成因不同，因而各时期洪水的特性各时期降雨成因不同，因而各时期洪水的特性与大小各异。与大小各异。将汛期划分为若干个调度期，不同的调度期采将汛期划分为若干个调度期，不同的调度期采用不同的汛限水位和调度方

11、式。用不同的汛限水位和调度方式。7、分期洪水调度7、分期洪水调度8、动库容调洪9、坝址洪水与入库洪水10、防洪库容动态控制11、防洪与兴利的结合防洪库容和兴利库容结合的形式防洪库容和兴利库容结合的形式：11、防洪与兴利的结合一次防洪调度中防洪和兴利的结合：一次防洪调度中防洪和兴利的结合：11、防洪与兴利的结合防洪与兴利的结合分期防洪限制水位的运用分期防洪限制水位的运用利用专用防洪库容兴利（超蓄）利用专用防洪库容兴利（超蓄）利用部分兴利库容防洪利用部分兴利库容防洪利用预报抬高汛限水位、减少防洪库容利用预报抬高汛限水位、减少防洪库容11、防洪与兴利的结合12、水库群防洪调度（1 1）若水库）若水库

12、B B的设计标准较低，在拟定水库的设计标准较低，在拟定水库A A的防洪的防洪调度方案时，应尽可能考虑水库调度方案时，应尽可能考虑水库B B的安全。的安全。（2 2）若水库）若水库B B的设计标准较高，在拟定水库的设计标准较高，在拟定水库A A的防洪的防洪调度方案时，应落实切实可行的保坝措施，防止溃调度方案时，应落实切实可行的保坝措施，防止溃坝对水库坝对水库B B造成连锁反应。造成连锁反应。12、水库群防洪调度（1 1）若水库）若水库A A的设计标准较高，在拟定水库的设计标准较高，在拟定水库B B的防洪的防洪调度方案时，可考虑水库调度方案时，可考虑水库A A的调洪作用。的调洪作用。（2 2）若水

13、库）若水库A A的设计标准较低，在拟定水库的设计标准较低，在拟定水库B B的保坝的保坝措施中，应考虑水库措施中，应考虑水库A A可能失事的影响。可能失事的影响。12、水库群防洪调度1、水库群防洪库容的分配、水库群防洪库容的分配（1）总库容的确定：）总库容的确定：V总总=（1.11.3）Vc（2）各水库必须承担的防洪库容的确定：）各水库必须承担的防洪库容的确定：假定假定C处发生设计洪水，处发生设计洪水，AC区间同频率，区间同频率，A库不泄库不泄洪，求洪，求VB；同样求；同样求VA；（3）公共防洪库容：）公共防洪库容：V共共=V总总-VA-VB12、水库群防洪调度1、水库群防洪库容的分配、水库群防

14、洪库容的分配（4）公共防洪库容分配公共防洪库容分配：按各库蓄洪抵偿系数分配按各库蓄洪抵偿系数分配按总兴利效益最大化原则分配按总兴利效益最大化原则分配水库群调洪演算复核水库群调洪演算复核12、水库群防洪调度2、水库群防洪调度方式、水库群防洪调度方式（1）固定下泄量方式：）固定下泄量方式：根据拟定的各水库的防洪库容，分别根据拟定的各水库的防洪库容，分别规定各库的判别条件及其下泄流量。规定各库的判别条件及其下泄流量。12、水库群防洪调度2、水库群防洪调度方式、水库群防洪调度方式（2）补偿调度方式：）补偿调度方式：关键：确定水库的补偿次序。关键：确定水库的补偿次序。先后补偿法：适用于两库洪水同步性好、

15、先后补偿法：适用于两库洪水同步性好、区间洪水比重大、防洪库容差别较大。区间洪水比重大、防洪库容差别较大。相机补偿法：适用于两库洪水比重相当、相机补偿法：适用于两库洪水比重相当、同步性差。同步性差。12、水库群防洪调度3、梯级水库防洪调度方式、梯级水库防洪调度方式（1）根据）根据C处洪水情况，先由处洪水情况，先由A库进行补库进行补偿调节，再由偿调节，再由B库进行补偿调节。库进行补偿调节。（2）若）若A库和库和AB区间同时遭遇较大洪水，区间同时遭遇较大洪水，则在有较准确的预报情况下，也可均匀分则在有较准确的预报情况下，也可均匀分担蓄洪量。担蓄洪量。12、水库群防洪调度13、防洪优化调度1、防洪任务

16、：保下游、保大坝、兼顾上游、防洪任务：保下游、保大坝、兼顾上游最大消峰准则最大消峰准则最短成灾历时准则最短成灾历时准则最小洪灾损失准则最小洪灾损失准则最大防洪安全准则最大防洪安全准则 2、最优准则：、最优准则：1、目标函数、目标函数按最大削峰准则按最大削峰准则13、防洪优化调度1、目标函数、目标函数按最短成灾历时准则按最短成灾历时准则13、防洪优化调度1、目标函数、目标函数按最小洪灾损失准则按最小洪灾损失准则13、防洪优化调度2、约束条件、约束条件水量平衡约束水量平衡约束 水库最高水位约束水库最高水位约束 调度期末水位约束调度期末水位约束 水库泄流能力约束水库泄流能力约束 出库流量变幅约束出库

17、流量变幅约束 13、防洪优化调度3、求解方法、求解方法线性规划法，近似线性规划法，近似 动态规划法，近似动态规划法，近似进化算法，随机试验进化算法，随机试验13、防洪优化调度13、防洪优化调度水量平衡约束水量平衡约束 水库最高水位约束水库最高水位约束 调度期末水位约束调度期末水位约束 水库泄流能力约束水库泄流能力约束 出库流量变幅约束出库流量变幅约束 约束条件：约束条件：13、防洪优化调度求解方法求解方法:采用轮库法和粒子群法相结合的方法：采用轮库法和粒子群法相结合的方法： 求各水库的初始泄流过程。求各水库的初始泄流过程。(砍平头法砍平头法) 对对i=1，2，3，4，5依次轮库循环优化求解依次

18、轮库循环优化求解:对于给定的对于给定的i水库，其余水库的泄流过程采用前次循环所求得水库，其余水库的泄流过程采用前次循环所求得的解，以的解，以F为目标函数，采用粒子群法求为目标函数，采用粒子群法求i库的最优泄流过程。库的最优泄流过程。 对对连续作若干个循环，每次循环都是对前次解的改进即连续作若干个循环，每次循环都是对前次解的改进即增优。若对增优。若对的循环达到可以接受的最高次数或当前解达到的循环达到可以接受的最高次数或当前解达到给定的精度，则输出当前解作为最优解。给定的精度，则输出当前解作为最优解。 13、防洪优化调度运用系统工程原理和方法，以水库调度图为基础，考虑上、运用系统工程原理和方法，以

19、水库调度图为基础，考虑上、下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用各级水库防洪库容、泄洪能力的最优组合，在保证实现设各级水库防洪库容、泄洪能力的最优组合，在保证实现设定的防洪调度目标的前提下，对某一场特定洪水寻求最优定的防洪调度目标的前提下，对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略，供实时洪水调度决策参考。蓄泄策略，供实时洪水调度决策参考。对优化调度的理解：对优化调度的理解：13、防洪优化调度对优化调度的理解：对优化调度的理解：在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息，作出洪在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息

20、，作出洪水预报，并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相应的未水预报，并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相应的未来时段的优化调度决策过程；来时段的优化调度决策过程；并不直接利用优化调度方案，而是考虑来并不直接利用优化调度方案，而是考虑来水情况和各水库之间的水力联系，遵循当年防洪预案中水库的调度运用水情况和各水库之间的水力联系，遵循当年防洪预案中水库的调度运用原则，通过经验判断，对优化调度方案进行人机交互式修正原则，通过经验判断，对优化调度方案进行人机交互式修正。在下一时。在下一时段，根据实际发生的水情，进行防洪系统的状态校正，并利用更新后的段，根据实际发生的水情，进行防洪系

21、统的状态校正，并利用更新后的防洪实时信息，重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过程，作防洪实时信息，重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过程，作出相应的人机交互式修正，直至降雨过程结束。出相应的人机交互式修正，直至降雨过程结束。 人机交互滚动生成调度方案人机交互滚动生成调度方案13、防洪优化调度黄河防洪调度系统研究黄河防洪调度系统研究一一. . 概述概述河口村河口村西霞院西霞院三门峡三门峡小浪底小浪底故县故县陆浑陆浑上拦工程一一. . 概述概述右岸长右岸长624km624km左岸长左岸长747km747km左岸左岸左岸左岸 临黄大堤临黄大堤 左岸从孟县中曹坡起，右岸从郑州左岸从孟县中曹

22、坡起，右岸从郑州市邙山起，共长市邙山起，共长1371km1371km。加上北金堤、沁河堤、大。加上北金堤、沁河堤、大清河堤、东平湖围堤、河口堤等，黄河下游各类堤清河堤、东平湖围堤、河口堤等，黄河下游各类堤防总长防总长2291km2291km。左岸左岸下排工程一一. . 概述概述分滞洪工程东平湖东平湖滞洪区东平湖滞洪区 涉及山东省东平、梁山、涉及山东省东平、梁山、汶上三县共汶上三县共29.0629.06万人，总面万人，总面积积627km627km2 2，有耕地，有耕地47.3747.37万亩。万亩。总分洪能力总分洪能力8500m8500m3 3/s/s。总库容。总库容为为30.430.4亿亿m

23、m3 3 。一一. . 概述概述分滞洪工程北金堤北金堤滞洪区北金堤滞洪区是防御超标准洪水的重要工程措施之一，滞洪区面积是防御超标准洪水的重要工程措施之一，滞洪区面积2316km2316km2 2，涉及豫、，涉及豫、鲁两省七个县（市）约鲁两省七个县（市）约157157万人。渠村分洪闸设计分洪流量万人。渠村分洪闸设计分洪流量10000m10000m3 3/s/s，有效，有效分洪水量分洪水量2020亿亿m m3 3。张庄退水闸设计退水流量。张庄退水闸设计退水流量1000m1000m3 3/s/s。一一. . 概述概述黄河防汛重点在下游，目前，已初步形成了以黄河防汛重点在下游，目前，已初步形成了以“上

24、拦上拦下排、两岸分滞下排、两岸分滞”的防洪工程体系与非工程防洪体系。但由的防洪工程体系与非工程防洪体系。但由于黄河洪水组成复杂，水沙交织，下游河道是地上悬河且滩于黄河洪水组成复杂，水沙交织，下游河道是地上悬河且滩区人员达区人员达181万之众，每遇洪水，对于下游堤防内外的防汛万之众，每遇洪水，对于下游堤防内外的防汛指挥调度工作面临着很大困难。一方面需要进行洪水处理，指挥调度工作面临着很大困难。一方面需要进行洪水处理，确保下游两岸防洪安全，另一方面要考虑泥沙淤积及滩区群确保下游两岸防洪安全，另一方面要考虑泥沙淤积及滩区群众安全。为提高防洪决策科学性和时效性，运用先进科学技众安全。为提高防洪决策科学

25、性和时效性，运用先进科学技术，及时、准确、全面接收和处理各类汛情信息，为黄河下术，及时、准确、全面接收和处理各类汛情信息，为黄河下游防汛调度指挥决策提供高水平的信息和技术支持，是十分游防汛调度指挥决策提供高水平的信息和技术支持，是十分必要的。必要的。 暴雨洪水预警预报系统暴雨洪水预警预报系统 防洪调度系统防洪调度系统 黄河黄河中下游中下游水沙输移模拟系统水沙输移模拟系统 工情险情会商系统工情险情会商系统 一一. . 概述概述“数字黄河数字黄河”工工程程 建成防洪调度软件系统，较为全面地支持黄河中下游洪水（水沙）调度与管理的主要技术业务，使分析计算过程更加高效、直观，使决策的准确性和时效性进一步

26、增强。 探讨将水库、河道冲淤数学模型应用于实时洪水泥沙调度，力争获取成熟经验，为今后全面、成熟应用冲淤数学模型打下坚实基础，为科学调度现有防洪工程、有效地减少洪水泥沙灾害提供决策支持。 一一. . 概述概述1、洪水泥沙调度预案分析 包括设计洪水预案分析计算、典型洪水方案分析计算、泥沙演进计算等2、实时洪水泥沙调度计算 实时洪水调度方案分析计算、调水调沙方案分析计算、实时洪水泥沙演进计算等3、调水调沙方案分析与计算 根据干流来水来沙和支来水情况，设定花园口的水沙过程控制目标，对小浪底水库的出库水沙过程进行分析计算。4、防洪调度方案评估 对防洪调度方案进行多指标综合评价排序，形成方案比选依据一一.

27、 . 概述概述一一. . 概述概述一一. . 概述概述黄黄河河防防洪洪调调度度业业务务工工作作干支流来水预报干支流来水预报实时洪水调度实时洪水调度河道洪水演算河道洪水演算(预报预报)水库河道泥沙演进水库河道泥沙演进洪水调度预案分析洪水调度预案分析水文局水文局设计院设计院黄科院黄科院防汛办防汛办充分考虑现有工程体系特点体现最新水（沙）调控思想提供防洪调度计算和调水调沙分析的辅助决策功能适应防洪调度业务工作分工、职责的实际体现多重耦合的理念，充分考虑预报与调度的分工与耦合，泥沙冲淤模型与清水模型的耦合机制充分利用现有资源，贯彻整合开发要求融合实用性和先进性一一. . 概述概述 三花区间洪水预报与调

28、度耦合与接口；洪水调度预案分析子系统；实时洪水调度子系统；三门峡、小浪底水库泥沙冲淤数学模型、下游河道泥沙冲淤数学模型系统与调度耦合与接口；调度方案评估子系统开发；历史水（沙）数据库和系统专用数据库；相关标准体系建立;黄河防洪调度业务运行平台开发；系统软件开发与集成。一一. . 概述概述二二. . 系统总体结构与开发策略系统总体结构与开发策略防汛公用基础数据库防汛公用基础数据库历史水沙及调度历史水沙及调度专用数据库专用数据库潼关水沙过程预估洪水调度预案分析实时洪水调度分析调水调沙方案分析调度方案评估管理业务运行平台管理业务运行平台（B-SB-S版）版） 管理业务运行平台管理业务运行平台（C-S

29、C-S版）版） 潼关水沙过程预估洪水调度预案分析实时洪水调度分析调水调沙方案分析调度方案评估干支流来水数据文件干支流来水数据文件B-S结构为主结构为主,C-S结构为辅结构为辅标准化整体模型封装标准化整体模型封装 在整个系统运行流程中，将调度业务计算、数学模型等整体封装成相对独立的计算过程，通过其输入和输出与其他模块发生关联。对于特殊模型，如泥沙分析计算模型，通过开发其（专用）预处理功能模块为其提供输入数据，在此基础上对模型的输入、输出进行标准化和规范化处理。标准化、通用化算法（方法）调用机制标准化、通用化算法（方法）调用机制 在设计上实现参数与算法的分离，增强其通用性，减小重复开发量，优化系统

30、运行机制。任务链分级管理，实现处理任务增减和选择的灵活性任务链分级管理，实现处理任务增减和选择的灵活性 任务链是用户提交的计算任务的一种表现形式。在计算时，将计算任务（翻译）编辑成任务链，提交计算。实现上述计算模式的前提是，对数据库（参数及实时数据等）进行标准化的、绝对独立的设计，在此基础上设计通用性方法库。由多个不同方法、模型等逻辑上构成系统的任务链，同时使任务链的修改灵活方便，从而提供系统运行的灵活性。二二.系统总体结构与开发策略系统总体结构与开发策略预报与调度有机耦合处理预报与调度有机耦合处理 将洪水预报与洪水调度系统有机地耦合，最大程度发挥洪水调度系统功能、增长预见期、提高洪水预警预报

31、时效性的重要手段。耦合包括两方面的内容，一是数据的耦合，二是功能的耦合。由于现行防汛责任制的分工，黄河流域洪水预报和洪水调度两个系统的耦合属异地耦合，所以，应用技术先进、适应性强的中间件技术，构建中间层应用服务系统，在两个子系统之间构建一个支持异构数据库或操作平台的统一数据应用接口、实现软件系统的异地运行。二二. . 系统总体结构与开发策略系统总体结构与开发策略水、沙计算模型耦合处理水、沙计算模型耦合处理 将泥沙数学模型包装成相对独立的计算过程，通过其输入和输出与其他模块发生关联。实现最大可能的的标准化和规范化处理。同时，将泥沙数学模型与默认的流量、水量计算模块有机地“并列”起来，为泥沙过程和

32、流量过程的耦合创造最为直接的条件，即，泥沙数学模型在分析计算过程中为可选计算内容。 情景模式情景模式侧重于辅助防洪工作的领导的决策，该模式以3维地形图为背景，叠加主要控制断面和枢纽实时洪水数据与洪水调度结果，图形化显示，操作简单明了。三种工作模式二二. . 系统总体结构与开发策略系统总体结构与开发策略专家模式专家模式直接针对防洪调度业务流程图进行洪水调度作业，便于对各个控制节点独立操作和调度方案的调算。该模式适用于防洪调度工作的专业人员使用。 三种工作模式二二. . 系统总体结构与开发策略系统总体结构与开发策略三种工作模式简明模式简明模式以流域概化图为背景，信息量较少，适用于非专业用户使用。

33、洪水调度预案分析子系统的主要功能是在整体防洪规划洪水调度预案分析子系统的主要功能是在整体防洪规划参数的约束下，根据设计洪水或参数的约束下，根据设计洪水或典型洪水典型洪水进行流域洪水泥沙进行流域洪水泥沙预案计算，计算洪水预案相应的各水库洪水泥沙蓄泄过程、预案计算，计算洪水预案相应的各水库洪水泥沙蓄泄过程、各滞洪区洪水吞吐过程、重点防洪控制断面洪水泥沙过程，各滞洪区洪水吞吐过程、重点防洪控制断面洪水泥沙过程，运用科学计算和可视化技术，将模拟计算的洪水预案展示出运用科学计算和可视化技术，将模拟计算的洪水预案展示出来。来。 系统功能 洪水调度预案分析子系统设计洪水及泥沙计算调度预案评价调度预案设定水库

34、群调洪演算分蓄洪区调洪演算河道洪水泥沙演算调度预案计算该模块的主要功能是根据给定的设计概率或重现期，进行设计洪水计算，并选择与设计洪水相匹配的潼关泥沙过程。提供洪水典型供选择，采用同频率法进行设计洪水计算，计算三门峡、小浪底、陆浑、故县水库入库设计洪水过程和武陟设计洪水过程，三门峡-小浪底区间、故县水库、陆浑水库-黑石关各区间、小浪底-花园口区间、及其它相关区间设计洪水过程。将设计洪水计算成果整理好后存放在设计洪水数据库中，当启动设计洪水计算模块后，选择设计洪水频率和设计洪水典型后，直接从设计洪水数据库中提取事先计算好的设计洪水过程。 主要功能是主要功能是: 根据设计洪水泥沙情况或根据设计洪水

35、泥沙情况或典型洪水泥沙典型洪水泥沙情况及水库、情况及水库、堤防、蓄滞洪区等防洪系统工情，设定堤防、蓄滞洪区等防洪系统工情，设定三门峡、小浪底、三门峡、小浪底、河口村、河口村、陆浑、故县陆浑、故县水库五库调度运用方式（水库五库调度运用方式（西霞院无西霞院无调洪库容和任务，一般采用敞泄滞洪方式；为河口村水调洪库容和任务，一般采用敞泄滞洪方式；为河口村水库预留接口库预留接口），设定），设定东平湖东平湖、北金堤北金堤分滞洪区的调度运分滞洪区的调度运用方式，根据需要设定是否进行泥沙演进。用方式，根据需要设定是否进行泥沙演进。 提供灵活的水库群组合方式供选择：可以从三门峡、提供灵活的水库群组合方式供选择：

36、可以从三门峡、小浪底、西霞院、河口村、陆浑、故县等六水库中选择小浪底、西霞院、河口村、陆浑、故县等六水库中选择任意个水库进行组合，研究调度计算方案，未被选择的任意个水库进行组合，研究调度计算方案，未被选择的水库按敞泄滞洪调度方式运用。水库按敞泄滞洪调度方式运用。 水库调度计算任务设定水库调度计算任务设定: : 1完全自由敞泄完全自由敞泄 2维持汛限水位敞泄维持汛限水位敞泄 3进出库平衡运用进出库平衡运用 4库水位控制运用库水位控制运用 5按调度规则控泄按调度规则控泄 6分时段混合控制运用分时段混合控制运用 7优化调度优化调度 8调水调沙复杂补偿调节调水调沙复杂补偿调节水库调度计算方式设定: 防

37、洪限制水位防洪限制水位蓄洪限制水位蓄洪限制水位( (防洪运用最高水位防洪运用最高水位) )兴利最小流量限制兴利最小流量限制起调水位起调水位调度期末水位调度期末水位库容曲线选择库容曲线选择泄洪设备最大允许使用数目泄洪设备最大允许使用数目 水库调度计算参数设定水库调度计算参数设定, ,包括包括: : 调洪演算原理与基本方法 以下四种调度方式可直接运用调洪演算原理与基本方法： 1完全自由敞泄完全自由敞泄 2维持汛限水位敞泄维持汛限水位敞泄 3进出库平衡运用进出库平衡运用 4库水位控制运用库水位控制运用 按调度规则控泄的计算方法按调度规则控泄的计算方法: :总结调度规则总结调度规则将调度规则表达成规范

38、格式和参数形式将调度规则表达成规范格式和参数形式运用调洪演算原理与基本方法编程实现运用调洪演算原理与基本方法编程实现 示示 例例 调水调沙复杂补偿调节计算方法：调水调沙复杂补偿调节计算方法：1 1、给定花园口流量过程控制目标、给定花园口流量过程控制目标, ,并可与小浪底水库的并可与小浪底水库的泄流控制过程混合；泄流控制过程混合；2 2、求出西在花流量过程控制目标；、求出西在花流量过程控制目标；3 3、用改进的粒子群优化方法求出小浪底水库的泄流控、用改进的粒子群优化方法求出小浪底水库的泄流控制过程，实现流量复杂对接。制过程，实现流量复杂对接。 分时段混合控制运用计算方法：分时段混合控制运用计算方

39、法： 程，再将调度时段细分，设定具体的计算过程。1. 水库群常规调度： 黄委会防汛部门在多年的防洪减灾实践中，总结了一套有效的经验调度方法。本次研究对这些调度方式进行了总结，并用敞泄滞洪、先敞后控、调度规则、人工控泄、补偿调节等调度模式进行概括。 2. 水库群优化调度 :运用系统工程原理和方法，以水库调度图为基础，考虑上、下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用各级水库防洪库容、泄洪能力的最优组合，在保证实现设定的防洪调度目标的前提下，对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略，供实时洪水调度决策参考。 目标函数： 目标函数： 约束条件：水量平衡约束水量平衡约束 水库最高水位约束水库最高水位约

40、束 调度期末水位约束调度期末水位约束 水库泄流能力约束水库泄流能力约束 出库流量变幅约束出库流量变幅约束 求解方法：采用轮库法和粒子群法相结合的方法，具体步骤如下：采用轮库法和粒子群法相结合的方法，具体步骤如下： 求各水库的初始泄流过程。求各水库的初始泄流过程。(砍平头法砍平头法) 对对i=1，2，3，4，5依次轮库循环优化求解依次轮库循环优化求解:对于给定的对于给定的i水库，其余水库的泄流过程采用前次循环所求得水库，其余水库的泄流过程采用前次循环所求得的解，以的解，以F为目标函数，采用粒子群法求为目标函数，采用粒子群法求i库的最优泄流过程。库的最优泄流过程。 对对连续作若干个循环，每次循环都

41、是对前次解的改进即连续作若干个循环，每次循环都是对前次解的改进即增优。若对增优。若对的循环达到可以接受的最高次数或当前解达到的循环达到可以接受的最高次数或当前解达到给定的精度，则输出当前解作为最优解。给定的精度，则输出当前解作为最优解。 蓄滞洪区调洪演算主要包括东平湖调洪演算和北金堤调洪演算两部分。 东平湖以上黄河大堤设防流量17500 ，以下设防流量11000 ，允许黄河干流下泄10000 。东平湖是确保济南市、胜利油田及艾山以下沿岸防洪安全的重要工程措施。 当经三门峡、小浪底、故县水库和陆浑水库滞洪，花园口流量仍大于22000，并考虑东平湖充分运用后仍无法控制艾山以下流量为11000，将运

42、用北金堤蓄滞洪区滞洪。 东平湖 东平湖调洪演算东平湖调洪演算 东平湖滞洪区调度运用的原则，按三种情况考虑：l若黄、汶河洪水不遭遇时，尽量运用老湖调蓄；l若黄、汶河洪水遭遇较大洪水时，一般采用先老湖后新湖或新老湖分别运用的方式；l若黄、汶河洪水严重遭遇，依照来水过程，分别利用老湖、新湖滞洪（老湖蓄汶河来水，新湖蓄黄河来水），视分洪情况适时破除二级湖堤、合理调度。 东平湖调洪演算东平湖调洪演算 考虑了四种东平湖运用次序，即老湖新湖依次运用、新湖老湖依次运用、老湖新湖同时运用、破二级湖堤全湖运用。 同时考虑了两种东平湖分洪计算方式，即孙口10000立方米/秒流量砍平头法和人工设定分洪过程方法两种。这

43、两种分洪计算方法都要考虑老湖分洪闸和新湖分洪闸分洪能力的限制。东平湖 东平湖调洪演算东平湖调洪演算 l大汶河来水考虑方式：根据具体情况给定大汶河来水洪量后，选择来水典型，然后按洪量同倍比法进行缩放；l东平湖老湖库容曲线：东平湖老湖区库容曲线要区分金山坝以东以西，根据金山坝是否破除情况，生成东平湖老湖库容曲线。东平湖分洪退水计算时，按新生成的东平湖老湖库容曲线等进行。l老湖庞口闸退水计算方式：东平湖老湖退水计算方式非常复杂，涉及到东平湖老湖庞口闸泄流曲线、闸上水位、闸下水位、大河流量及庞口闸下的水位流量关系， 庞口闸泄流曲线要区分围堰是否破除两种情况。需采用试算的方式进行老湖退水计算 l新湖司亥

44、闸退水计算方式：东平湖新湖司亥闸退水计算方式分为不考虑退水或人工设定退水过程两种情况。 北金堤调洪演算北金堤调洪演算 （2）伊洛滩区决溢 将夹滩看作一个水库，当黑石关滞洪前的流量5000m3/s或底水0.0432亿m3时，按马法进行滞洪演算，并对夹滩水库进行水量平衡计算；否则，滞洪后的流量滞洪前的流量。（3）沁南滩区漫溢 采用小董4000m3/s砍平头的方法。(参数化参数化)主要采用设计院方法主要采用设计院方法:（1）河道洪水演算采用分段马法进行演算，采用分段线性法处理马法演算的非线性问题。设计洪水及泥沙计算与选择洪水调度预案设定调度预案计算调度预案分析评价满意否？输出防洪预案否是系统工作流程

45、系统工作流程 根据实测、预估、计算的潼关洪水过程、三花区间各控制站或区间的根据实测、预估、计算的潼关洪水过程、三花区间各控制站或区间的洪水过程，对故县、陆浑、三门峡、小浪底等水库进行实时洪水联合洪水过程，对故县、陆浑、三门峡、小浪底等水库进行实时洪水联合调度方案的分析计算，生成各水库的出库及下游河道的流量过程；调度方案的分析计算，生成各水库的出库及下游河道的流量过程； 在给定潼关水沙过程的情况下，通过标准接口，利用现有较成熟的在给定潼关水沙过程的情况下，通过标准接口，利用现有较成熟的黄河泥沙冲淤模型进行计算，生成三门峡水库、小浪底水库和黄河下黄河泥沙冲淤模型进行计算，生成三门峡水库、小浪底水库

46、和黄河下游流量、含沙量和断面冲淤变化过程；游流量、含沙量和断面冲淤变化过程； 必要时，依据分蓄洪区的调度运用规则对分蓄洪区进行分洪方案的必要时，依据分蓄洪区的调度运用规则对分蓄洪区进行分洪方案的计算，最终生成黄河中下游水库、分蓄洪区的联合洪水泥沙调度方案。计算，最终生成黄河中下游水库、分蓄洪区的联合洪水泥沙调度方案。 实时洪水调度子系统与洪水调度预案分析子系统之间有如下区别：实时洪水调度子系统与洪水调度预案分析子系统之间有如下区别：（1）边界条件）边界条件入口断面流量过程、含沙量过程及悬移级配过程及出口断面的水位过程等边界条件在计算时必须给出。入口断面流量过程、含沙量过程及悬移级配过程及出口断

47、面的水位过程等边界条件在计算时必须给出。在洪水调度预案分析计算模型中是已知的设计洪水过程和相应的泥沙过程；而在实时水沙调度方案计在洪水调度预案分析计算模型中是已知的设计洪水过程和相应的泥沙过程；而在实时水沙调度方案计算中，调度期内的边界条件是未知的，需要通过预报手段来获取边界条件。算中，调度期内的边界条件是未知的，需要通过预报手段来获取边界条件。（2）起始条件）起始条件在计算开始时刻，每个水库和河道断面的水位、流量（含沙量）等水力状态即起始条件必须给出。在在计算开始时刻，每个水库和河道断面的水位、流量（含沙量）等水力状态即起始条件必须给出。在实时水沙调度方案计算中，可利用不断更新的实时信息修正

48、水库河道水流状态，将修正后的水流状态实时水沙调度方案计算中，可利用不断更新的实时信息修正水库河道水流状态，将修正后的水流状态作为新的起始条件再进行新一轮的调洪演算和泥沙演进计算。在洪水调度预案分析计算模型中，起始作为新的起始条件再进行新一轮的调洪演算和泥沙演进计算。在洪水调度预案分析计算模型中，起始条件是假定的。条件是假定的。（3）预报调度校正）预报调度校正实时洪水预报调度计算中要考虑流域水力状态包括水库、河道、分蓄洪区蓄水状态校正。实时洪水预报调度计算中要考虑流域水力状态包括水库、河道、分蓄洪区蓄水状态校正。 完整的洪水过程预报数据完整的洪水过程预报数据： 包括陆浑水库入库过程，陆浑龙门镇区

49、间的洪水过程，包括陆浑水库入库过程，陆浑龙门镇区间的洪水过程，故县水库入库过程，故县长水区间洪水过程，长水宜阳故县水库入库过程，故县长水区间洪水过程，长水宜阳区间洪水过程，宜阳白马寺区间洪水过程，白马寺、龙门区间洪水过程，宜阳白马寺区间洪水过程，白马寺、龙门镇黑石关区间洪水过程，五龙口、山路平洪水过程，五龙镇黑石关区间洪水过程，五龙口、山路平洪水过程，五龙口、山路平口、山路平- -武陟区间洪水过程，三门峡水库入库洪水过程，武陟区间洪水过程，三门峡水库入库洪水过程，三门峡小浪底区间洪水过程，小浪底、黑石关、武陟花三门峡小浪底区间洪水过程，小浪底、黑石关、武陟花园口区间（干流）洪水过程；黑石关、武

50、陟、花园口站洪水园口区间（干流）洪水过程；黑石关、武陟、花园口站洪水预报过程。预报过程。 非完整的洪水过程预报数据：非完整的洪水过程预报数据： 只有某些重点控制断面的洪峰、洪量及峰现时间只有某些重点控制断面的洪峰、洪量及峰现时间等水文特征值。等水文特征值。 采用洪水过程相似分析方法，根据降水及预报特采用洪水过程相似分析方法，根据降水及预报特征值，寻找历史同类典型洪水，进行放大、缩小及人征值，寻找历史同类典型洪水，进行放大、缩小及人工处理后估算出一个完整的水文预报过程。工处理后估算出一个完整的水文预报过程。 根据龙门、华县、河津、状头等站发生的实时水沙过程，及委水文根据龙门、华县、河津、状头等站

51、发生的实时水沙过程，及委水文局提供的潼关站洪水洪峰预报及最大含沙量预报值，从历史水沙数局提供的潼关站洪水洪峰预报及最大含沙量预报值，从历史水沙数据库选取潼关站已发生的近似洪水，将其水沙过程作为潼关站的预据库选取潼关站已发生的近似洪水，将其水沙过程作为潼关站的预估水沙过程。也可以借助于平台子系统的相关功能，由用户（分析估水沙过程。也可以借助于平台子系统的相关功能，由用户（分析计算人员）以图形化方式直接给出潼关水沙过程，或由协议文件导计算人员）以图形化方式直接给出潼关水沙过程，或由协议文件导入潼关水沙过程。入潼关水沙过程。 常规调度方法常规调度方法 黄委会防汛部门在多年的防洪减灾实践中，总结了一套

52、有效的黄委会防汛部门在多年的防洪减灾实践中，总结了一套有效的经验调度方法。将对这些调度方式进行总结，并用敞泄滞洪、先敞经验调度方法。将对这些调度方式进行总结，并用敞泄滞洪、先敞后控、调度规则、人工控泄、补偿调节等调度模式进行概括。后控、调度规则、人工控泄、补偿调节等调度模式进行概括。优化调度方法优化调度方法 运用系统工程原理和方法，以水库调度图为基础，考虑上、下运用系统工程原理和方法，以水库调度图为基础，考虑上、下游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用各级水库防游水库和防洪控制点之间补偿与被补偿关系，充分利用各级水库防洪库容、泄洪能力的最优组合，在保证实现设定的防洪调度目标的洪库容、

53、泄洪能力的最优组合，在保证实现设定的防洪调度目标的前提下，对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略前提下，对某一场特定洪水寻求最优蓄泄策略 滚动人机交互生成调度方案滚动人机交互生成调度方案 由于受到实时洪水预报预见期不足、水库控制面积差异由于受到实时洪水预报预见期不足、水库控制面积差异悬殊、区间洪水传播时间与洪水预报预见期不相适应等综合悬殊、区间洪水传播时间与洪水预报预见期不相适应等综合因素的影响，在多数情况下，实现流域尺度上真正意义的水因素的影响，在多数情况下，实现流域尺度上真正意义的水库群实时洪水优化调度，存在一定困难。鉴于此，根据水库库群实时洪水优化调度，存在一定困难。鉴于此，根据水库群实时洪水

54、调度特点，采用水库群实时洪水滚动人机交互生群实时洪水调度特点，采用水库群实时洪水滚动人机交互生成调度方案法成调度方案法。 滚动人机交互生成调度方案滚动人机交互生成调度方案 在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息，在防洪调度决策过程的面临时段充分利用采集的防洪实时信息，作出洪水预报，并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相作出洪水预报，并以预报洪水过程作为防洪优化调度模型的输入求得相应的未来时段的优化调度决策过程；应的未来时段的优化调度决策过程；并不直接利用优化调度方案，而是并不直接利用优化调度方案，而是考虑来水情况和各水库之间的水力联系，遵循当年防洪预案中水库的调考虑来

55、水情况和各水库之间的水力联系，遵循当年防洪预案中水库的调度运用原则，通过经验判断，对优化调度方案进行人机交互式修正度运用原则，通过经验判断，对优化调度方案进行人机交互式修正。在。在下一时段，根据实际发生的水情，进行防洪系统的状态校正，并利用更下一时段，根据实际发生的水情，进行防洪系统的状态校正，并利用更新后的防洪实时信息，重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过新后的防洪实时信息，重复上述进行洪水预报及调用优化调度模型的过程，作出相应的人机交互式修正，直至降雨过程结束。程，作出相应的人机交互式修正，直至降雨过程结束。 （1）蓄滞洪区分洪调度 砍平头模型人机交互式分洪模型 （2）蓄滞洪区内调洪

56、演算 主要以水库的调洪模式进行调洪计算，主要依据是水量平衡方程 （）蓄滞洪区退水调度 补偿退水 退水能力曲线或平均退水能力 默认的方法：默认的方法： 预案分析：用设计院的方法和参数；预案分析：用设计院的方法和参数； 实时调度：用水文局的方法和参数，采用耦合方法。实时调度：用水文局的方法和参数，采用耦合方法。演算方法可选择演算方法可选择 实时调度过程中，建立交互机制。实时调度过程中，建立交互机制。 水库蓄水状态校正水库蓄水状态校正 在滚动防洪调度决策过程中，充分利用实际发生的水库水位信息校正水库的蓄水状在滚动防洪调度决策过程中，充分利用实际发生的水库水位信息校正水库的蓄水状态。态。河道蓄水状态校

57、正河道蓄水状态校正 在河道洪水演算过程中，充分利用上断面的实际发生的流量过程推求下断面流量过在河道洪水演算过程中，充分利用上断面的实际发生的流量过程推求下断面流量过程，校正河道的水流状态。程，校正河道的水流状态。校正用实时流量、水位校正用实时流量、水位 以下站流量以下站流量：五龙口：五龙口 、山路平、山路平 、武陟、武陟 、龙门镇、龙门镇 、长水、长水 、宜阳、宜阳 、白马寺、白马寺 、黑石关、黑石关 、花园口花园口 、夹河滩、夹河滩 、高村、高村 、孙口、孙口 、艾山、艾山 、泺口、泺口 、利津、利津 、潼关、潼关 、小浪底出库、小浪底出库 以下站水位以下站水位：陆浑：陆浑 、故县、故县 、

58、三门峡、三门峡 、小浪底、小浪底 、西霞院、西霞院 、河口村、河口村 、黑石关水位、黑石关水位 5.实时洪水调度方案分析子系统实时洪水调度子系统工作流程 实时、预报与历史的水雨沙情信息输入进行防洪形势分析，明确当前的调度任务与目标三花区间实时洪水预报与潼关站水沙过程预估结果输入设定水库及蓄滞洪区运用参数，制订实时洪水调度方案实时洪水调度方案计算实时洪水调度方案分析评价实时水沙调度方案会商与决策实时水沙调度方案实施满意否？是否 分析评估水沙调度方案的花园口洪峰、给定流量级别以上的洪量分析评估水沙调度方案的花园口洪峰、给定流量级别以上的洪量及历时，对比分析多个调度方案的过程线、冲淤分析指标，通过及

59、历时，对比分析多个调度方案的过程线、冲淤分析指标，通过分蓄洪区水位容积曲线、水位面积曲线、水位社经曲线估算滞洪分蓄洪区水位容积曲线、水位面积曲线、水位社经曲线估算滞洪区的淹没损失。区的淹没损失。对防洪调度方案分析结果进行展示。主要内容包括：防洪工程运对防洪调度方案分析结果进行展示。主要内容包括：防洪工程运用方式，主要控制站的洪水过程、含沙量过程、颗粒级配及特征用方式，主要控制站的洪水过程、含沙量过程、颗粒级配及特征值，水库及分滞洪区的洪水过程、含沙量过程，当前防洪形势下值，水库及分滞洪区的洪水过程、含沙量过程，当前防洪形势下的调度依据及文字说明，调度方案的比较等。的调度依据及文字说明，调度方案

60、的比较等。 防洪调度方案单指标评价排序及多指标评价排序防洪调度方案单指标评价排序及多指标评价排序 l评价指标选取的原则：客观性、独立性、系统性、可操作性、层次性l评价指标体系设计：见下表 l 采用模糊评价方法建立防洪调度方案单目标评价模型。 模糊评价属于定性评价一种方法，其依据是模糊数学的“模糊集合”概念，是通过在通常生活实践中积累的知识以及经验为基础所建立的判据拟定的。l 采用归一化处理消除每个样本的指标在量纲、量级上的差异。在归一化处理时，根据各指标值的性质，可使用公式进行计算。 按各方案的单项指标相当对于评价集的隶属度的大小，对方案进行排序。 运用模糊综合评价模型方法模糊综合评价模型方法