黑龙江省黑河辰能西沟水电有限责任公司
摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，水库洪水调度中的风险分析方法成为目前研究人员普遍关注的课题，风险分析的研究有利于为水库防洪调度提供科学依据，文章通过分析水库洪水调度的主要研究内容，水库洪水调度的主要特征，水库洪水调度风险分析的内容，最后总结了水库洪水风险分析的几种方法。
关键词：山区;小型水库;洪水调度计算
引言
依托天气预报和洪水预报技术的进步，挖掘水库防洪预报调度的潜力、实现水库在汛期安全有效的蓄水，是洪水资源利用的重要途径。水库防洪错峰调度是水库防洪预报调度的主要方式之一，它依据水库下游的区间洪水预报信息，在区间洪峰来临前及时减小水库泄量，使水库泄量与区间洪水的组合流量不超过下游防洪控制断面的安全泄量。与不考虑预报信息的固定泄流方式相比，水库防洪错峰调度方式可在保证下游防洪安全的前提下加大泄量，从而有效减小预留的防洪库容，增加水库兴利效益，但受区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定因素的影响，可能会增加水库下游的防洪风险。因此，识别及量化水库防洪错峰调度运行中的不确定性因子和评估防洪错峰调度的风险，对洪水资源利用率的提高具有重要意义。
1山区暴雨洪水的成因特点
山区气候、雨型、洪涝、灾情有它的特殊性。究其暴雨洪水的成因:一是降雨历时短;二是山区丘岭,地面坡降大。水流急,汇流快,易形成难以预防的暴雨洪水;三是山区的综合治理标准低;四是水库工程防洪40载;五是从气象知识分析,由于山区地形崎岖、复杂,且高低相差太大,因此白天各处受热和光照极不均匀,尤其是夏天,白天暖气团比较潮湿,加之山区作用,使其不稳定,如遇冷气团冲击和强迫升高,使对流强度加大,达到极点,引起乌云滚滚,狂风骤起,雷电交加,瞬时间暴雨倾盆而下。由于这些原因使的山区降雨极不均匀,并且降雨来势猛,强度大,危害重,这也是山区暴雨的特点。
2山区小型水库洪水调度分析研究
2.1蒙特卡洛分析法
蒙特卡洛分析法是一种统计概率分析方法，又称为随机模拟法或者统计实验法，此方式通过特定的数学模型在计算机上进行模拟实验，然为后对实验结果进行统计分析。在实际洪水调度分析中证明蒙特卡洛分析方法是一种十分有效的分析方法，对水库洪水的风险调度提供了较为切合实际的参考依据。假设风险分析的目标为Y，那么它与各种风险因素之间的关系如下式所示：Y=f（x1，x2，…xn）其中的各变量代表了风险因素，但是在实际的洪水调度中很难掌握全部的风险因素，因此表达式的函数关系往往是未知的，或者函数关系已知但非常复杂，很难解析得到概率分布。蒙特卡洛分析法通过随机数生成器产生一组随机数，用这组随机数代表风险因素，得到一个确定的函数表达式，以此求得一个函数值，通过反复的抽样模拟实验，当次数达到一定数量时实验结果就会接近实际情况。经验表明，当随机数据的数量达到三百次左右时，就可得到收敛的函数分布。因此，蒙特卡洛分析法在实际应用时首先要确定防洪调度中不确定因素的概率分布；然后通过随机数生成器得到相应的随机数组，以此模拟不确定性因素；接下来选定一个洪水样本过程来模拟实际洪水；最后通过模拟得到目标的破坏频率。以此来为风险分析提供参考数据。蒙特卡洛分析法也存在一定的缺陷，通过此方法所得到的风险值不唯一，风险值受样本数量和模拟数量的影响。蒙特卡洛分析法是在某时刻确定条件下的一种模拟风险分析法，当影响因素不断变化时，所得到的模拟结果会出现差异。由于变量数目较多，此方法所花费的费用也相对较高。
2.2防洪调度运用原则
(1)水库采用蓄洪运用方式。起调水位为汛限水位，汛限水位的确定要满足水库的兴利和防洪要求，根据兴利调节计算确定兴利调节过程中汛期出现的最高水位323.03m为汛限水位。
(2)当入库流量小于汛限水位下虹吸管的最大泄量时，控制闸阀开度，使入库流量等于出库流量，保持水库汛限水位不变，当水库入库流量大于泄流建筑物的泄流能力时，泄水建筑物的运行方式为敞泄，水库开始调洪蓄水。直至水库的库水位达到汛限水位为止，关闸，完成本次洪水调节。当入库流量小于2.10m3/s时，开启一根虹吸管进行泄水，随着入库流量的增加，相应的增加虹吸管的开启数量进行泄洪，保障水库大坝安全。
2.3初始方案拟定
密云水库下游苏庄站的安全流量为3000m3/s，扣除水库下泄流量400m3/s，实际安全流量Qa为2600m3/s;50年一遇设计洪峰流量Qpm为2050m3/s。根据式，计算错峰流量Qc=Qa－Qpm=550m3/s。取区间预报流量阈值Qy为1400m3/s，计算其他时段水库泄量Q1=Qa－Qy=1200m3/s。洪水预报有效预见期为14h，水库泄流传播至防洪控制断面的历时tc为10h，调度滞时tz为1h，根据设计洪水过程得t1为14.5h，tm为18h，t2为22.5h。根据式，计算水库错峰开始时间ta≤t1－tc－tz=3.5h，为安全计，取3h。根据式，计算水库错峰结束时间tb≥t2－tc－tz=11.5h，取12h。根据式，计算错峰历时TL=tb－ta=9h。
2.4风险率的计算
根据错峰调度的基本原理和存在的不确定性因子，发生的错峰风险事件主要包括两种情景:①错峰时间上出现偏差，使得区间洪峰与水库其他时段流量(一般大于错峰流量)相遇;②虽然在错峰时间上无偏差，但实际出现的区间洪峰流量比预报值偏大，导致组合流量超过了安全泄量。根据水库防洪错峰调度风险的定义，可得极限状态方程为:max(q(t)+Q(t))－Qa=0。式中:q(t)受调度滞时、洪水传播时间不确定性的影响;Q(t)受区间洪水预报不确定性的影响。但由于不确定性因子在极限状态方程中不能显式表达，无法选择直接积分法、一次二阶矩法等方法计算风险率，而蒙特卡洛法是一种求解类似问题行之有效的方法。
2.5基于马尔可夫过程的风险分析法
入库径流是水库洪水调度中的一个不确定变量，此过程一般服从马氏过程。马氏过程是指某类变量间及其相关联影响的非平稳随机过程，最大的特点就是无后效性。因此，通过马氏过程的状态转移概率可以对水库洪水调度的风险率进行计算。刘广吉等在模糊灰色马氏过程在水库洪水预报中的应用中给出了洪水预报实例应用。
结语
水库防洪错峰调度方式利用了水库下游区间的洪水预报信息，能有效地减小水库防洪库容，增加水库兴利效益。但受到区间洪水预报、水库下泄洪水传播时间、调度滞时等不确定性因素的影响，有可能会增加水库下游的防洪风险。因此，识别防洪错峰调度过程中可能存在的风险因子，定量估计防洪错峰调度带来的风险，是水库防洪错峰调度方案能否应用于实际调度的关键。本文综合考虑了洪水预报的洪峰流量、峰现时间、洪水传播时间、调度滞时共4个风险因子，提出了水库防洪错峰调度的风险分析方法，并应用于海河流域密云水库。
参考文献
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