水库分期旱限水位设计与控制研究

发布时间：2020-08-12 01:36

【摘要】：随着全球气候持续增温,区域干旱化趋势愈发严重,干旱灾害已经成为经济社会可持续发展的重要阻碍;因此,亟需开展干旱事件与合理抗旱的科学研究。本文旨在发挥水库的调蓄能力以实现抗旱减灾目标,针对区域供需失衡引起的干旱缺水现象,构建社会经济干旱指标评估流域干旱情势的演变过程;以黄河上游干流梯级水库工程为调控目标,运用最优分割法对流域干旱时段进行分期;根据分期旱限水位的设计理念和控制模型的理论搭建,建立以水库优化调控前后旱情等级的最优转化为目标函数的梯级水库抗旱优化调度模型;并通过对水库调控前后不同干旱时段分期旱情优劣转化的统计分析,确定各水库分期旱限水位的控制值。主要研究内容及结论如下:(1)以缺水破坏深度(WSD)作为社会经济干旱指标,对黄河上游逐月的干旱情势进行干旱等级评估,其结果表示:80年代流域旱情最轻,90年代及2000年后旱情相对较为严峻;而年内汛期基本无旱,仅少数时段发生轻微干旱和中等干旱,非汛期尤其是1-4月流域干旱程度较重。(2)综合考虑降水、径流、潜在蒸发、水位等因素对干旱的影响,运用Fisher最优分割法对干旱时段进行划分,确定干旱分期结果如下:龙羊峡水库分为7-8月、9-10月、11-3月、4-6月,刘家峡水库分为7-8月、9-10月、11-2月、3-6月。(3)以抗旱减灾为目标,论述了基于梯级水库联合抗旱优化调度的分期旱限水位的设计理念,并依据该设计理念对抗旱模型中两大控制模块旱情评估模块以及目标函数模块进行了理论搭建;最后以水库调控前后各分期时段内旱情向着最优方向发展时的干旱转化程度以及干旱转化等级最大为目标函数,构建梯级水库抗旱优化调度模型。(4)实施抗旱调度后,对水库调控前后各干旱时段分期旱情的干旱等级评估结果进行统计分析,可知:相比于水库调控前,水库调控后7-8月有个别时段被破坏,发生了中等及以上干旱事件,但发生频率均较小,最大为7.5%;9-10月所有干旱事件转化为无旱;11-3月中等及以上干旱事件均转化为轻度干旱和无旱的情况,其中无旱时段占比为52.5%,增大了40%;4-6月无旱时段增加了37.5%,轻度干旱及以上干旱时段明显减少,尤其是中等干旱时段,减少了 22.5%。综上所述,水库调控后流域旱情很大程度上都得到缓解,梯级水库联合抗旱调控效果显著。(5)对水库调控前后,不同干旱分期时段内无旱以及其他四种等级干旱之间的转化程度以及转化等级的长序列变化过程进行统计分析,根据分期旱限水位的优选步骤以及修正原则等,确定各水库分期旱限水位值。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV697
【图文】：

分布图,黄河上游,流域,水库

图 2-1 黄河上游流域的地理位置图及控制性水库站点分布图Fig.2-1 Geographical map of the upper reaches of the Yellow River and distribution map of controllereservoir sites.1 水文气象资料水文气象资料主要收集了黄河上游流域内包头、东胜、临河等气象站点 1970-201长序列水文气象资料；数据主要来源于中国气象科学数据共享服务网。1.降水资料根据黄河上游的长序列降水资料，利用线性回归方法对其长系列降水变化趋势进析（如图 2-2）。由图可知，黄河上游流域的多年(1970-2010 年)平均降雨量为 407.9m大降水量为 479.3mm，最小降水量为 349.8mm；总体呈现出下降趋势，年际间平均降以 0.26mm/a 的速度递减。450500550mm

过程图,需水,黄河流域,过程

（a）（b）图 2-6 唐乃亥、小川水文站径流量年际变化图terannual variation map of runoff in Tangnaihai and Xiaochuan hydrological station资料上游流域以兰州断面为主要控制断面，由于龙羊峡、刘家峡水库都是大型水利枢纽工程，兰州断面的用水需求综合考虑了农业、工业、生道外生态用水，其综合需水量过程如图 2-7 所示。数据主要来源于国河水利委员会。其中，农业灌溉需水存在明显的季节性变化特征，供最高，其次是汛期 7-8 月，冬季 12 月至次年 2 月的用水需求最低。y = -3.6289x + 710.54R2= 0.0641980 1990 2000 2010时间/年y = -5.4004x + 958R2= 0.10902004006008001970 1980 1990 2000 年径流量/(m时间/年40

黄河上游,干旱指数,社会经济

3 黄河上游社会经济干旱情势评估黄河上游流域逐年社会经济干旱指数。由图可知，黄河上游流域的社会经济干上升趋势；90 年代后，尤其是 2000 年后，流域年际社会经济干旱指数显著增大该时段内流域缺水破坏深度增大；尤其，在 1970 年、1978-1979 年、1990-199-2002 年等年份出现了严重缺水。通过查阅相关文献以及网络记载的黄河历史旱知：1970-1974 年、1977-1980 年、1990-2000 年都是有实测资料以来的历史连续987 年，更是出现了黄河流域近 10 年内受灾面积最广、程度严重的大旱年；199 年以及 2000 年黄河流域均在不同地区范围内发生了严重的干旱灾害；2000 年水和天然来水骤减，2001-2002 年，黄河流域为特枯年；2007 年，黄河流域出现的灾情等。可见，利用逐月缺水破坏深度作为社会经济干旱指标进行黄河上游流估是合理的。

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