防洪调度（共9篇）
防洪调度 篇1
1 工程概况
苏库恰克水库位于新疆莎车县阔什艾日克乡与艾里西湖镇之间, 是叶尔羌河流域灌区内的一座平原区引水灌注式水库, 属叶尔羌河西岸中游灌区, 地理位置在东经77°15′, 北纬38°45′。库盘东侧边缘由3km左右的沙丘荒漠与莎车县艾里西湖镇耕地相隔, 距艾里西湖镇约13km, 南面巴莎公路由此通过, 沿巴莎公路向南30km为莎车县城。南面 (进水方向) 为一片纵深5km左右的沼泽地, 与莎车县的阔什艾日克乡行政区域相连;北面为水库的大坝, 西面阿克兰杆村与布谷里沙漠相接。
水库工程于1974年开工建设, 至1985年底完工蓄水, 现状库容为1.08亿m3, 属大 (Ⅱ) 型工程, 水库工程的永久性主要建筑物按2级水工建筑物设计, 水库现最高蓄水位1192.89m, 兴利库容9300万m3, 死水位1190.28m, 死库容1500万m3, 正常蓄水时水面面积47.5Km2。受益灌区有莎车县、麦盖提县、岳普湖县、巴楚县、42团和牌楼监狱。苏库恰克水库于2000年7月完成水库安全鉴定报告并通过审查。于2002年6月被确定为全国第二批病险水库之一。2003年9月批准立项, 除险加固工程于2004年4月开工。2005年底完成除险加固项目。
水库系统包括:水库大坝、放水系统及东、西库外渠。
苏库恰克水库坝长21.2km, 坝顶高程为1194.6m, 主要由13.4Km主坝段及7.8Km副坝组成。主坝段为主要是砂质粘土心墙坝, 坝顶宽21m, 最大坝高7.5m, 一般坝高4-5m, 由坝前防浪缓坡和坝后趾脚组成, 粘土心墙顶宽1m, 上下游边坡为1:0.25, 心墙两边为较肥大的砂壳组成。副坝段主要为砂坝, 坝顶宽40m, 由均质砂坝和坝前防浪缓坡组成, 坝高1-3m。
水库有三座放水闸, 通过各放水渠向水库灌区放水。东放水闸设计流量8m3/s, 阿克栏杆放水闸设计流量为1.6m3/s, 西放水闸总设计流量为29m3/s。水库每年春季和秋季合计可向下游输水1.43亿m3。
2 洪水调度方案
苏库恰克水库防洪标准较低, 存在水库老化、淤积等问题, 对洪水的调蓄作用逐年减少, 主要以灌溉为主。根据水库调度的实际情况, 苏库恰克水库的调度原则是:以兴利水位迎洪, 坚决制止超蓄。水库在汛期尽可能分蓄洪水, 对叶尔羌河削峰滞洪。具体运用程序是:
2.1 六月十日以前, 将水位降至死库容水位。
从七月一日起, 叶尔羌河进入主汛期, 水库应根据当年的实际情况, 结合水库的灌溉任务, 进行引水蓄库, 在汛期中期应降低水位至汛限水位, 待汛末蓄满。
2.2 九月十日后, 水库根据自治区及当地的天气形式预报, 适时关闭放水闸门, 蓄库用于灌溉。
2.2.1 防御标准洪水方案
苏库恰克水库正常蓄水9800万m3, 蓄水方式为灌注式, 主要用于农业灌溉, 对洪水的调蓄能力较低。水库在汛期到来之前, 增加放水, 降低水位, 将水位降到汛限水位以下;坚决制止超蓄, 水库在汛期尽可能分蓄洪水, 削峰、滞洪。同时, 结合灌区灌溉情况, 按计划蓄洪, 充分发挥水库对洪水的分洪能力。在汛期应加强巡坝查险, 对水库重点病险工段进行维修加固, 抢险物资、施工设备上库, 抢险人员到岗入位, 及时观测水情变化。
2.2.2 防御超标准洪水方案
苏库恰克水库由于在60公里以外的勿甫龙口上引水, 中间有多级引水枢纽控制, 且为灌注式蓄水方式, 不存在发生超标准洪水的可能性。
2.2.3 发生溃坝情况
目前水库的管理机构为塔里木河流域喀什管理局苏库恰克水库管理站, 管理站设于东放水闸下游一公里处。苏库恰克水库每年均能按调度规程合理调度运用, 各项规章、制度较为齐全。水库库区交通顺畅, 砂坝段坝顶有石子路, 库区范围手机信号良好, 巡视检查及抢险均无障碍, 水库管理工作有条不紊。
2.2.4 非常情况下扒坝泄洪实施方案
苏库恰克水库发生非常情况主要是上游莎车县东方红水库垮坝洪水顺势流入苏克恰克水库, 导致库容骤然增加, 引发险情。东方红水库设计库容7000万m3, 实际库容4500万m3, 位于苏库恰克水库引水渠上, 距苏库恰克27.5km。
苏库恰克水库在库容9800万m3时, 水位为1192.70m, 如果东方红水库垮坝, 洪水沿途损失按40%计, 到达苏库恰克为2700万m3, 全部注入水库, 库容达1.25亿m3, 水位为1193.27m, 距水库最低坝高1193.94 (0+50处) 还差0.67m。为防止发生险情, 确保万无一失, 应在西坝-2+900处扒坝分洪。另外在扒坝分洪前还应将拉拉玛渠左岸渠堤6km处加高1.5m, 渠堤顶加宽至3m;老卡纳渠右渠堤加高1.5m, 堤顶加宽至3m, 以上任务由岳普湖县防汛抗旱指挥部负责完成。
滞洪区为沙丘地带, 面积约90km2, 可滞洪6000万m3, 淹没范围为无人居住区。
如果由于地质灾害或认为破坏导致东坝段溃坝决口, 洪水将淹没水库管理站部和下游农舍、耕地, 此时只能采取就地紧急避险, 逐步转移至安全地带, 淹没范围内的人员转移安置具体工作由莎车县防汛指挥部负责实施, 务必保护移民财产安全, 保障基本生活需要。
3 保障及措施
3.1 行政首长负责制
水库抢险是塔里木河流域喀什管理局防洪抗旱的一部分, 其抢险指挥系统实行行政首长责任制, 由自治区防汛办公室、喀什地区防汛办公室、塔里木河流域喀什管理局防汛抗指挥部组成指挥调度体系, 各级管理机构制定相应分级责任制。在统一领导下, 对水库实行分级管理、分级调度、分级负责。水库管理站实行包库责任制与岗位责任制, 根据自治区安全生产委员会和自治区水利厅关于安全生产的有关精神, 我局详细制订和落实了有关安全生产的规章制度和各项工作任务, 成立了安全生产领导小组, 建立健全了安全生产组织机构。管理局与水库管理站, 管理站与水库工作人员签订了安全保坝责任书。
水库配备有临时照明用的发电机, 工程用的推土机、翻斗车, 巡坝用的汽车、摩托车、自行车等交通工具。为防万一, 水库储备了各种石料、麻袋、编制袋、铅丝笼、无纺布、木桩、草捆等抢险物资, 为水库抢险提供充足的后勤保障。
3.2 防汛指挥机构及人员
根据《水法》及《防汛条例》规定:“各级人民政府应当加强领导, 采取措施, 做好防汛抗洪工作”, “有防洪任务的县级以上人民政府设立防汛指挥部”。叶尔羌河流域塔里木河流域喀什管理局成立了防汛抗旱总指挥部, 负责叶尔羌河流域防汛工作, 其相应办事机构为叶尔羌河流域防汛抗旱办公室, 是叶尔羌河流域防汛工作的直接指挥机构。指挥部主要领导包括喀什地区行署行政首长及相应职能机构主要领导成员, 还包括农三师及当地驻军领导。其成员包括各防洪河段及用水单位的主要行政领导。其职能是在汛期做出有关流域防汛方面的重大决策;调动防汛所需要的人力物力。
流域内各县也应成立防汛抗旱指挥部办公室, 负责各县所在河段的防汛业务工作。流域所属的各级防洪机构必须服从流域的统一调度及指挥。防汛期间各级防汛指挥部, 为其管理范围内防汛工作最高权力和决策机关, 任何个人及团体均不得以任何借口抗拒或拖延执行防汛指挥部的决定, 否则因此而造成损失者将追究其法律责任。
流域及各县内防汛指挥机构必须每年都于汛前重新组建, 并上
防洪调度 篇2
防 洪 排 涝 调 度 方 案
长安镇圩区防洪排涝调度方案
一、基本概况
1、长安镇共有农村圩区包周围8个，共有单排机站30座，总动力627.5 kw，排灌两用机站20座，总动力920kw。在建城区内，新建排涝闸站4座、单闸4座配备排涝机泵10台套，排涝总动力671.5kw，形成包围圈3个，加之长安翻水站已经过改造，08年长安船闸经各方努力又进行了全面改造。以上水利工程设施的建成，大大增强了防灾抗灾的能力。此外，标准海塘已全部建成，达到了抗击百年一遇台风的预防能力。
2、防洪圩堤标准99年6月30日洪灾发生后，我镇根据上级要求，提高了下河流域圩堤建设标准，并掀起了以加固加高圩堤为重点的水利建设新高潮，到目前止，全镇下河流域的50.61km圩堤，基本达到安全圩堤标准（6×3），并新建了一大批外排落河涵管，从而提高了排涝效果。城镇防洪工程建设达到五十年一遇防洪，二十年一遇的排涝标准，目前主体工程已全部完成，并已正常运行，农村段下河按二十年一遇防洪，十年一遇排涝的设计标准已基本 完成各项建设任务。
二、防御洪涝调度预案
由于长安镇特定地理位置，水系由上、下河之分，镇防指要求凡有圩区的村必须确定“圩外水位达到5.5米（下河）不破圩，日雨量150毫米左右24小时排出不受淹，超标准暴雨及水位有对策和防重于抢”的指导思想。汛前圩堤全面加修达到（圩堤标高6.00米〈下河〉）,危险地段治理到位，应维修的闸、站全部维修好，以确保人民生命财产安全。在此基础上，防洪排涝工程按下列几种情况进行调度安排：
一、上河水系
由于我镇上塘河以南所有村无排涝设施，靠外排钱塘江和下河来降低水位，涉及村平时应做好对排水沟渠的清理和河道清障工作，确保排水畅通。
1、当外河水位达到4.80米时，注意雨情、水情的变化，做好关闸准备。
2、当外河水位达到5.20米时，关闭太平闸、朱口涧闸、青莲桥闸、虹桥闸，启用城镇防洪工程怡院1号泵站，怡院2号泵站进行镇区南片区域排涝。
二、下河水系
1、当外河水位达到3.40米时，地面高程在3.6米左右的圩区应关闭闸门，视雨情、水情启动排涝设施排涝。地面高程在3.6米以上的圩区应注意雨情水情的变化，做好关闸准备。
2、当外河水位达到3.60米时，视天气和圩内地面高程情况，及时关闸和预降内河水位，或分区块排涝，确保低洼田块不受淹，遇较大降雨时能迅速排出。
3、当外河水位达到4.00米时，镇、村所有干部必须坚守岗位，防汛抢险物质必须集中到村，抢险队伍必须落实到人。地面高程4米以下所有圩区必须全部封闭，确保客水不倒灌，所有排涝设备必须安装到位，根据雨情、水情随时启动排涝设备排涝。城镇防洪工程铁北排涝站应立即关闸排涝，使水位降至3.50米。
4、当外河水位达到4.40米时，号召农村所有干部都要做好防汛抢险的准备，镇各涉农及公安、供水、供电、交通、供销等部门必须安排人员值班，组织人员对圩堤、水闸等水利进行巡查检查，发现险情，立即进行抢险。凡涉及二个以上村的圩区，要加强沟通，保持联系，所有排涝动力根据雨情、水情投入运行，预降内河水位，迎战可能发生的暴雨。城镇防洪工程崇长港排涝闸，在上河水位较低的情况下，经市防汛指挥部同意，在港航部门的配合下，封闭崇长港（南排河至镇区）航道，关闭崇长港大闸进行排涝，使水位降至3.60米。在上河水位较高时，特殊情况下，可开启李家井或长安船闸，根据崇长港排涝站的流量和当时雨情，适当保留余地，进行二级排涝，以减轻上河的排涝压力。
5、当外河水位达到5.00米时，进行全社会动员，做好各种抢险准备，镇班子领导将分赴各村，亲临现场指挥，所有部门要日夜值班。圩区组织人员日夜值班巡查，缩短巡查间隔时间。抢险救灾队伍集中待命，对随时可能发生的险情进行抢险。各村必须无条件服从镇班子分工领导和镇防汛指挥部的统一调度，所有排涝动力要全部投入排涝，发挥排涝设备的最大效率；要特别注意圩堤、闸、站底部渗漏，防止倒闸、倒站、倒圩。
6、当外河水位达到5.50米时，听从市防汛指挥部的统一调度，在指导思想上立足于不破圩，确保人畜生命安全。抗灾抢险方案由市防汛指挥部根据雨情、水情、工情的变化及趋势决定。
长安镇人民政府防汛防旱指挥部
防洪调度 篇3
关键词 水电站；防洪调度
中图分类号 TV 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0208-01
恩施州属中亚热带山地季风气候地区，雨量充沛，空气湿润，丰沛的地表径流同众多具有较大落差的深谷型河流相结合，构成了丰富的水能资源。全州水能资源理论蕴藏量509.31万千瓦，可开发蕴藏量349.1万千瓦，可开发装机近500万千瓦，是湖北省除宜昌以外水能资源最丰富的地区。至2010年底，全州拥有水电站271处，总装机容量305.77万千瓦（包括水布垭电站184万千瓦），恩施州成为全省乃至华中地区重要的清洁能源基地。
1 工程概况
罗坡坝水电站工程为中型水库，大坝为混凝土拱坝，大坝及水工建筑物为Ⅲ等3级，水电站厂房为3级。水库正常蓄水位750.00 m，死水位724.00 m，有效库容4 300万m3，库容系数12.9%，为年调节水库，电站设计保证率为90%，出力系数取8.4。大坝按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，电站厂房按50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
2 流域特性
罗坡坝水库建于冷水河上，冷水河为乌江水系唐岩河的一级支流，发源于恩施市盛家坝乡三县场，河流全长53.21 km，流域面积460 km2，河道平均坡降7.06‰，总落差1 472 m，流域内有小型水库3个，总集水面积3.11 km2，总库容149万m3，对罗坡坝水库产、汇流影响较小。
3 安全泄量
罗坡坝电站厂房200年一遇校核洪水流量2 440 m3/s，厂房以下河段拉弓坝村、罗坡坝村均为高山峡谷，两岸悬崖陡峭，沿河两岸无人居住，下游小河电站2000年一遇校核洪水流量2 716 m3/s，罗坡坝水库向下游河道宣泄的安全泄量定为罗坡坝厂房200年一遇校核洪水流量2 440 m3/s。
4 水文预报方法
根据水库流域的水文气候特点，将一些科研成果运用于水文资料收集、传输、预报服务中。建立了罗坡坝水库流域雨量站点遥测系统、水文自动预报系统，产流量采用降雨径流相关法计算，水库坝址入库洪水过程采用时段单位线法推求。
罗坡坝洪水预报方案精度：产流方案合格率为79.6%，汇流方案流量合格率为83.3%，峰现时间合格率为83.3%，只能达到乙等预报合格率水平，预报误差使得罗坡坝水库防洪调度存在一定风险。
水库形成后，天然河道变成人工湖泊，水力特性的改变而造成洪水过程预报与实时入库过程的误差。如果不注意建库后库区汇流加快及洪峰值的增高，将使预报值偏小滞后，带来严重的后果。调度运行过程中，及时收集建库后的实测相关资料，加强入库洪水演变分析，制定入库洪水修正方案。
5 水库调度
根据水量平衡方程，采用试算法推求水库出库流量过程，主控参数为：入库流量过程、水库库容曲线、表孔下泄曲线、起调水位750.00 m，闸门开启孔数。整个计算只需输入起调水位、自动导入流域降雨量，由电脑自动完成，准确快捷。
水量平衡公式如下：
（）△t=V2-V1=△V
式中：Q1、Q2─表示时段初、时段未的入流量；q1、q2─表示时段初、时段未的出流量；△t─为时段长（以选定步长为准）；V1、V2─表示时段初、时段未的水库蓄水量；△V─为水库蓄水增量。
洪水调度原则如下。
1）防洪调度。依据工程防洪能力和下游防护对象的重要程度，采取分级控制泄洪的调度方式。应包括如下主要内容：①罗坡坝水库主要泄洪设施包括三个表孔、两台水轮发电机和生态放水管，水轮发电机组是否参与泄洪，视电网要求而定，当库水位超过752.42 m（厂房200年一遇校核标准洪水相应库水位）时，电站不宜参与泄洪；②根据对汛初来水的预报，罗坡坝水库在汛前及汛期有可能发生弃水时，要及时加大出力多发季节性电能，同时起到降低库水位以备水库度汛的作用；③罗坡坝水库汛期调度运用计划为：汛期4月15日～10月15日，水库水位处于正常蓄水位750 m以下时，水库按发电运行方式调度；当库水位达正常蓄水位750.0 m时，根据洪水预报，如来水流量大于机组最大过流能力36.0 m3/s（电站装机两台，单机额定流量17.47 m3/s，生态放水管设计流量1.06 m3/s）时，首先开启中表孔，由闸门控制泄流量使其等于来水流量，维持库水位不变；当来水流量大于中表孔闸门全开时的泄流能力时，中表孔闸门全开，同时对称开启两边表孔，控制泄流量使其等于来水流量，维持库水位不变，当来水流量大于三表孔闸门全开时的泄流能力时闸门全开。当来水流量逐渐减小时，按先对称关闭两边表孔，后中表孔的顺序，控制下泄流量等于来水流量，使库水位尽量维持在正常蓄水位750 m。
2）兴利调度计划。兴利调度的任务是在确保大坝安全的前提下，充分利用兴利调节库容，合理调配水量多发电，充分发挥工程的综合效益。①发电调度方案制定应以电网、罗坡水电站的安全运行为前提，充分合理地利用水量与水头，承担电力系统调峰任务，努力做到经济、优质运行；②罗坡水水利水电枢纽兴利调度服从于防洪调度，并与生态调度相协调。根据冷水河流域山区性河流上峡谷型水库的特点，水深每消落1 m所获库容不大，减少电站弃水量不多，而减小发电水头对该时段及后续运行期造成较大影响，发电调度应尽量维持高水位运行。拟定的水库调度方式为：根据水库调节性能和径流特性，每年自4月初开始按保证出力工作，水库逐步蓄水，保证在汛末蓄水至正常蓄水位，然后当入库流量大于调节流量（发保证出力所需流量）电站按入库径流工作，当等于或小于调节流量时，按保证出力工作，水库开始供水。为维持较高工作水头，一般年份在枯水期末并不消落至死水位（只有在设计枯水年才消落至死水位）。
3）生态调度。①生态调度的原则是结合防洪、发电等调度，确保下游河道不断流，合理下泄流量，满足下游生态需水基本要求；②一般情况下，通过电站发电下泄流量满足生态用水要求；③当罗坡坝电站停止发电可通过发电引水系统下泄0.75 m3/s的生态流量。
6 结论
通过以上分析，得出以下结论：对中小型水库运行调度应该注意以下几点问题。
1）首先应制定一个完善的气象、水文预报方案，这就要求在流域内保障有足够和雨量站点，有条件的在水库上下游设立水位流量实时监测点。
2）确保水情信息的准确性与时效性，应加强自动化测报站点的维护管理与更新。
3）水库安全标准和下游防护对象的防洪标准是水库调度不可超越的制约因素，一定要在保障大坝和下游防洪安全的前提下对入库洪水进行调蓄。
4）水库的运行环境是在不断变化着的，加强入库洪水演变分析，才能消除各种影响因素对调度成果的综合影响。
5）完善水文预报模型，为改善水文预报模型精度，应编制实时校正模型，利用实时水、雨情反馈信息改进模型的预估过程。同时，可参照专家系统模式，科学总结成功的洪水预报经验，使模型中难以包括的洪水规律能在预报实践中发挥作用。
6）要有一套畅通的水情传输通道及上报机制。
参考文献
[1] 罗小青.小水电站防洪安全问题及对策[J].水利发展研究,2008,8(2):55-57.
对水库防洪调度的认识与探讨 篇4
水利枢纽的任务往往不是单一的, 在大多数情况下它们具有防洪和兴利的综合利用要求。为达到兴利调节的目的, 水库必须具有为满足兴利所需的有效库容;同样为满足洪水调节的要求, 水库必须设置防洪库容。在研究水库调洪计算时, 必须同时考虑利用兴利库容兼作洪水调节的可能性, 以降低建筑物总造价。有关从径流变化规律入手, 研究防洪库容与兴利库容结合使用的问题, 将在下面详细讨论。
2 泄洪建筑物的类型及其泄流特点
在水力枢纽中, 为了达到安全宣泄洪水的目的, 一般都需要设置泄洪建筑物。泄洪建筑物的基本类型有:表面式溢流堰和深水式泄水孔。溢洪堰可以设在坝体本身或设在坝体之外。属于前一类型的是利用拦河坝顶部溢洪的各种溢洪堰。坝体以外的溢洪道的型式可分为开敞式、侧槽式、竖井式及虹吸式等。表面式泄洪建筑物可分为无闸门控制自由溢流和闸门控制二种型式。溢流堰除宣泄洪水作用水, 还可兼起排泄冰凌、垃圾等漂浮物的作用, 有时还能以排放浮运的木材。
泄水孔由设于坝体的底孔、隧洞及泄水管等型式。泄水孔一般都没有控制闸门。它同时可起排除库内淤积泥沙的作用。设于较低高程的泄水孔, 同时可用以放空水库的存水。泄水孔由于设在水下, 对控制闸门难以作检查和修理。但它能利用进口处于:水下的条件, 提前泄放水量, 这对考虑水文气象预报使水库进行预泄是有利的。
不同型式的泄洪建筑物具有不同特点的下泄流量过程线。图1为表示各种泄洪建筑物下泄流量过程线的示意图。图中曲线 (1) 为设计洪水过程线, 曲线 (2) 为无闸门控制的隘洪道的下泄流量过程线。在无闸门控制的情况下, 常使溢洪道堰顶高程与正场高水位齐平, 并认为在发生设计洪水之前, 水库水位己蓄至正常高水位, 因此当设计洪水来临时 (即从图中d点开始) , 水库即开始溢洪。曲线 (4) 的道堰顶水头较小, 其下泄流量小于同一时刻的入库流量, 因此, 入库水量部分滞存在正常高水位以上的水库容积中。在涨水段相应的时段内, 水库蓄水量逐渐增加, 水位逐渐升高, 下泄流量也随之逐渐增大。曲线 (4) 的dl段为退水段, 在相应时段内, 虽入库流量逐渐减小, 但它仍大于溢洪道所有的泄流能力, 水库水位仍继续升高, 下流流量逐渐增大, 直至溢洪道的泄流能力与同一时段的入库流量相等, 这时水库出现最大的蓄水量及相应出现最大下泄流量qm点以后, 因入库流量继续减小, 入库流量小于同一时刻的下泄流量, 所以水库水位逐渐消落, 下泄流量也随之逐渐减小, 直至水位消落至正常高水位为止。曲线 (2) 表示有闸门控制的溢洪道的下泄流量过程线。设有闸门的溢洪道, 通常使其闸门顶高程与正常高水位齐平, 而溢流堰的槛顶高程低于正常高水位。同样假设在发生设计洪水前, 水库水位蓄正常高水位。当设计洪水来临时, 开启闸门开始泄洪。通常由于在开闸前, 溢流堰已具有一定的水头, 这时其泄洪能力可能超过初期的入库流量。在没有径流预报的条件下, 为保证兴利的要求, 不允许泄出正常高水位以下库容的蓄水量。所以在这种情况下, 应人为地控制闸门的开度, 使下泄流量等于入库流量。
曲线 (3) 表示有闸门控制, 且有较大泄流能力的泄洪建筑物的下泄流量过程线。这种泄洪建筑物, 可能是有闸门的溢洪道, 可能是泄水孔, 也可能同时有前述二种。在前两种情况下, 要求泄洪建筑物有足够大的尺寸、在很多情况下它可能由于地形条件及水工建筑物结构上的要求的限制, 或是由于经济上不合理而不可能实现。同时设有两种泄洪建筑物的水利枢纽, 具有泄洪灵活性的优点, 在现行大、中水利枢纽中常见采用。
由上述分析可知, 各种泄洪建筑物由于泄洪特点不同, 在具有相同的最大下泄流量的条件下, 所需的防洪库容在水库入流过程线与下泄流量过程线之间的面积即为在水库蓄留的洪水总量.水库的防洪库容等于该水量。从图中可见, 无闸门控制的溢洪道所需防洪库容最大, 有闸门控制的泄洪道次之, 第三种泄流过程线所需的防洪库容最小。
泄洪建筑物型式的选择, 必须综合考虑水利枢纽的坝型、地形地质条件及综合利用要求等因素。通常应根据上述条件拟定若干可能方案进行分析、比较和论证, 以便最后选择一种技术上可能、经济上合理的方案。一般在小型水库多采用无闸门控制的溢洪道。有闸门控制的泄洪建筑物, 便于根据实际需要拟定有利的泄洪规则, 便于利用径流预报以及使防洪库容与兴利库容尽可能结合使用, 因此在条件允许时应提倡采用。当水利枢纽同时具有两种泄洪建筑物时, 则可以保证泄洪的灵活性和机动性。因此在大型水利枢纽中, 常见采用。
3 水库调洪计算的基本原理和方法
水库调洪计算的内容是确定防洪库容与水库下泄流量的关系。进行水库调洪计算时, 应认识水工建筑物的重要性, 计算的具体条件 (如河道的地形特性和水力特性、坝的蓄水高度以及不同设计阶段对成果精度的要求等) , 选择相适应的计算方法, 根据对水库水利条件考虑的不同, 水库的调供计算可分为以下两类途径:
3.1 按静库容曲线进行水库的调洪计算。
此法假设水库的水面呈水平, 因此直接利用库区地形资料的静库容曲线, 并借此进行水库的调洪计算。这一类计算方法在工程设计中被广泛采用。必须指出, 在水库发生壅水的情况下, 水库的水面并不完全呈水平状, 而是在水库壅水和流量的影响下, 水库水面形成回水曲线, 因此这种计算方法实际上是忽略了动库容的影响。
3.2 考虑动库客的计算方法。
严格说来, 水库在洪水期间的水流状态属于不稳定流。因此, 若要求获得精确的计算结果, 必须按不稳定流的条件进行水力计算。由于按不稳定流计算极其繁琐, 因此一般常采用较为简化的动库容曲线法。此法系事先给出水库动水容积特性曲线, 再利用该曲线进行水库的调洪计算。
摘要：在各种防洪工程措施中, 水库是控制洪水的有效的工程措施, 防洪调度主要是通过调洪计算来实现的。详细讲诉水库调洪计算的方法。水库调洪计算的内容, 是对既定的泄洪建筑物尺寸、下泄流量过程线及防洪库容的关系。通过调度计算, 为合理确定泄洪建筑物尺寸和有关防洪的水库参数提供依据。
关键词：水库防洪调度,认识,分析
参考文献
[1]何茂学, 王振明.水库防洪调度方案的编制及实施效果[J].水利水电技术, 2009 (1) .
防洪调度 篇5
对于具体防洪对象的防洪风险极限状态, 应规定明确的极限标志和限值[1]。影响水库防洪风险率的主要随机因子是调洪最高水位Z和最高蓄水位dZ。而最高调洪水位Z及相应的防洪风险率是与水库的整个调洪过程联系起来的[2]。在水库调洪过程中, 存在着许多人们难以预料和控制的不确定性因素。这些因素有: (1) 水文不确定性, 主要是指入库洪水过程的不确定性; (2) 水力不确定性, 包括出库泄流能力的不确定和库容与水位关系的不确定性等方面因素。
2 实例
以黄河中上游的万家寨水库为例, 万家寨入库洪水分为两部分, 干流洪水受水库及河道调蓄的影响, 汛期洪水过程比较平稳, 基本上无不确定性。头道拐至坝址的河万区间为丘陵地区, 受地形的影响经常发生局地暴雨 (历时以24h为主) , 历史上坝址断面发生的最大洪水即产自该区间。河万区间仅红河放牛沟有实测资料, 控制面积占区间面积的61.7%, 河万区间洪水是将支流红河放牛沟站的洪水按面积比放大到区间。因此, 万家寨水库入库洪水过程随机模拟主要是针对河万区间洪水过程的模拟。
2.1 水文不确定性
区间洪水的不确定性是万家寨水库防洪的一个重要风险因子。采用河万区间红河放牛沟站实测洪水资料, 经选样放大后生成河万区间洪水过程, 再考虑与河口镇站干流洪水叠加, 形成万家寨水库汛期入库洪水过程。入库洪水计算式为
2.2 水力不确定性
万家寨水库水力不确定性重点考虑库容与水位关系及泄流能力两方面。调洪演算时主要采用1 5年淤积 (A 1) 、1 1年淤积 (A2) 、设计淤积平衡 (A3) 、现状2008年 (A4) 的库容曲线。对于泄流能力的随机模拟[2], 该次采用三角形分布并假定在任何水位下相应的泄流量计算的最大相对误差不超过±5%。
2.3 后汛期风险分析
9月1日~10月15日为流域后汛期。统计黄河干流和河万区间放牛沟站洪水资料, 10月份干流和河万区间洪水较少, 为抬高水库汛限水位创造了有利条件。由于后汛期缺少实测洪水资料, 无法如主汛期一般取出足够数量的原始样本, 通过随机模拟生成长系列的洪水过程。此情况下, 基于随机微分方程的水库调洪演算, 便可实现在设计洪水过程下固定洪水频率的防洪风险分析。首先在后汛期河万区间实测洪水资料中, 选取若干场典型洪水过程 (1966年、1969年、1970年、1971年) , 对其进行同频率放大 (放大为万年一遇洪水) 处理, 然后加上干流洪水, 作为入库洪水调洪计算。
从表1中可知, 1970年典型洪水对万家寨水库防洪最不利, 为充分考虑水文、水力不确定性对防洪的影响, 在汛限水位977m、15年淤积 (防洪最不利) 的库容曲线、泄流能力为设计泄流能力的0.95倍下, 特模拟100次1970年典型洪水的调洪演算, 调洪最高水位见图1。
从表1及图1可得出以下结论。
(1) 无论是汛限水位是977m还是974m, 4场典型洪水的万年一遇洪水, 其最高调洪水位为978.87m, 未超过979.1m。1970年典型洪水为防洪最不利洪水。
(2) 基于1970年典型洪水的汛限水位977m (考虑干流洪水预报来水为3 000m3/s) 方案, 模拟100次的调洪最高水位在977.88m~978.96m波动, 但未超过979.1m。调洪最高水位的波动性说明水文不确定性对万家寨水库后汛期防洪影响较为明显。
总之, 按拟定的汛限水位动态控制的调度原则进行调洪演算, 后汛期 (10月份) 适当抬高汛限水位 (974m或977m) 的方案, 在不增加防洪风险的前提下, 显著提高万家寨水库兴利效益和水资源利用率。
3 结语
该文建立了汛限水位动态控制的防洪调度风险分析模型, 以黄河中上游的万家寨水库为研究实例, 水库后汛期洪水样本较少, 基于典型洪水过程, 通过随机微分方程引入水文不确定因素, 调洪结果表明:水文不确定性对万家寨水库后汛期防洪影响较为明显, 在干流洪水预报可用的前提下, 后汛期汛限水位取974m或977m能显著增加万家寨水库后汛期的兴利效益。
摘要：汛限水位动态控制能在不降低水库防洪标准的条件下提高水库兴利效益和水资源利用率, 该文以万家寨水库为研究背景, 建立了汛限水位动态控制下的防洪调度风险分析模型。水库后汛期洪水样本较少, 基于典型洪水过程, 通过随机微分方程引入水文不确定因素, 采用基于随机微分方程的调洪演算分析防洪调度风险。实例结果表明:水文因素的随机性是万家寨水库后汛期防洪风险的主要影响因素, 得出了各汛限水位方案下的调洪最高水位。后汛期汛限水位动态控制, 可不降低大坝的防洪安全标准显著增加水库的兴利效益。
关键词：防洪调度,风险分析,随机微分方程,汛限水位
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[3]姜树海.随机微分方程在泄流风险分析中的运用[J].水利学报, 1994, 3 (3) :1-8.
防洪调度 篇6
1 水库泄流方式
水库调洪方式即水库防洪调度方式,实质上也就是水库的泄洪(泄流)方式。由于各种因素的影响,调洪方式是多种多样的,概括起来可分为自由泄流和控制泄流两类。自由泄流是指溢洪道不设闸门(或其它无控制能力的泄洪建筑物),其下泄量的大小取决于库水位的高低;控制泄流是指利用泄洪建筑物进行人为控制的泄流(如溢洪道设置闸门以控制水库的泄流)。八楞山水库泄流方式是控制泄流。
2 控制泄流
水库的控制泄流分为固定泄流和变动泄流两种:固定泄流适用于防护对象距离水库很近或者水库与防护对象区间洪水较小的情况;变动泄流以变流量控制的泄流方式,其中防洪补偿调节就是变动泄流方式的一种,它适用于防护区距水库较远,区间来水较大的情况。以下主要论述固定泄流的调洪方式:
固定控制泄流的级数主要与上下游防洪设计标准的数量及水库与下游各种防、分洪措施的运用程序有关。
2.1 考虑水库下游防洪要求,且遇到下游防护地区防洪标准洪水时,水库调洪过程主要如下:
涨洪阶段:水库泄流能力小于来水流量,且小于下游防护允许泄量时,水库按泄流能力泄洪,水库蓄水量增加,库水位逐渐上升,泄洪能力不断增大;当水库泄流能力小于来水流量,但大于下游防护允许泄量时,水库按下游防护允许泄量泄洪,水库蓄水量继续增加,库水位也不断上升;在洪水逐渐减少,当来水量等于允许泄量时,水库水位达到最大值。
落水阶段:水库泄流能力大于来水流量,且大于下游防护允许泄量时,水库按下游防护允许泄量泄洪,水库蓄水量减少,库水位下降;水库泄流能力大于来水流量,小于下游防护允许泄量,库水位高于汛期限制水位时,水库按泄流能力泄洪,水库蓄水量减少,库水位下降至汛期限制水位。
2.2 考虑水库下游有防洪要求,当水库遇到水工建筑物设计洪水标准洪水时,水库调洪过程主要如下:
在水库水位超过防洪高水位前,水库调节过程与前述过程相同;当水库水位达到防洪高水位,即为下游防洪而设置的防洪库容已满,说明入库洪水已超过下游防洪标准,为保证水工建筑物的安全,不再控制水库泄量,将闸门打开自由泄流。
在此次调洪工作中,水库根据上游降水情况及时加大泄量并在洪峰过后逐级减小泄量,使上游入库洪水稳步回落。此次调整工作自8月26日开闸泄流,9月18日关闭闸门,调整历时23天,入库水量4600万立方米,出库水量4400万立方米,水库最大泄量75立方米/秒,最大入库流量145立方米/秒,为水库建库以来最大洪峰。水库最大蓄水量7900万立方米,降水量74毫米。
由于此次洪水来势迅猛,县防讯办和水库启动应急预案。县委县政府主要领导、县防汛办正确指挥,水库负责人带领水库全体职工加岗值班、巡查、监测并及时上报水情。防洪期间,县水务局、防汛办、水库负责人多次到水库现场指挥,研究制定方案,协调下游相关部门,了解受灾损失情况,水库全体干部职工按照防汛工作制度严密监测水情、雨情,对大坝、输水洞、溢洪道等重点工程建筑物进行安全巡查。
防汛经验总结如下:
a.水库严格执行上级部门下发的防汛文件,及时传阅各科室主管领导,召开紧急动员会,统一思想,加强防范洪水意识和准备。
b.严格执行县防汛批复的《防汛工作应急抢险预案》,一旦发生汛情,做到有防汛负责人指挥及各职能部门密切配合,保障抢险队伍落实到位,防汛抢险物资储备充足,防汛联系畅通,计算测报水情信息准确。
c.以保证大坝安全为第一工作任务,逐级调节泄洪流量,消减洪峰,充分发挥水库拦蓄洪水的作用,使水库下游损失减小到最低。
d.要有防洪水防大洪水的忧患意识,水库兴利调节保证了农业水田丰收,一旦大坝失事,将对下游造成毁灭性灾害。因此,在汛期水库应将蓄水水位控制在防汛限制水位以下,防汛限制水位经批准,任何单位和个人不得改变或干预。
e.总结经验教训,为今后水库防洪工作提供宝贵经验。
摘要：介绍了水库调节洪水和控制泄量的过程,合理分洪,全力抢险,保障水库安全和下游人民生命财产安全。
防洪调度 篇7
在中国, 有近1/2 的地域、1/3 的县市、1/4 的人口主要靠小水电供电, 小水电在我国能源结构中占有非常重要的地位[1]。伴随着我国水电行业发展的不断完善, 大型水电工程市场趋于饱和, 中小型水电工程开发建设已成为热点。 与目前火热的开发建设局面相比, 其优化管理调度的运用研究尚不完善, 造成水资源的分配不够合理[2]。 因此, 构建合理的防洪发电调运规则, 解决调度管理存在的问题, 是充分发挥小水电工程综合效益的关键。
位于河南省栾川县境内的金牛岭水电工程, 隶属于伊河流域, 工程任务以发电为主, 兼顾防洪、旅游、水产养殖等功用。 对金牛岭水电工程实施科学管理, 进行合理调度, 可以“ 一库多用, 一水多用”, 实现水资源的合理调配、高效使用。
1 水库调度原则
依据规划设计要求, 科学处理防洪与兴利之间的对立关系, 合理调配水量, 充分发挥水库的综合效益, 是水库兴利调度的首要任务。 在进行水库兴利调度时, 要遵守以下基本调度原则:确保工程安全;妥善处理防洪与兴利的关系, 做到统筹兼顾;贯彻“ 一水多用, 梯级联合调度”的基本原则, 充分发挥水库调节功能, 提高水的重复利用率;兴利调度方式, 要满足既定的防洪、兴利任务和要求, 根据水库调节性能和兴利各部门用水特点及效益最大的原则制定; 非汛期利用水库的调蓄功能, 最大限度满足下游各梯级电站流量互相匹配, 联合运用;汛期防洪弃水时, 充分利用弃水进行发电, 提高防洪效益。
防洪调度的任务则是根据规划设计确定的防洪标准及调洪原则, 在确保枢纽工程安全可靠运行的前提下, 尽量避免或减轻洪水灾害。 在进行水库防洪调度时, 要遵循“ 安全第一”的原则, 按既定的方案进行调度。
因金牛岭水库是栾川县伊河防洪体系的一部分, 应从整个防洪系统着手, 运行时充分考虑整个系统内外的水情信息, 按照防汛部门的统一部署进行合理调度。
2 优化调度
2.1 单库优化调度
金牛岭水电工程作为伊河梯级开发规划的一部分, 其水库调度方式是否合理, 直接影响到整个枢纽工程的效益。 在对该水库进行合理调度时, 可采用常规调度和优化调度[3]两种方式:常规调度, 即根据现有的水库常规调度图对水库进行调度;优化调度, 即采用优化算法, 使水库达到最优运行的一种调度方法。 优化调度能更大程度、更有效地利用水库的调洪蓄水能力, 在保证水库合理调度的前提下, 获得更大的经济效益。
为分析对比水库优化调度后的效果, 需对以上两种调度方式进行对比计算:常规调度是按供水期、蓄水期进行等流量调节, 不蓄不供期来多少放多少的方式进行调节, 同时需要考虑水电站的装机容量及过水能力的限制, 分别对丰水、平水、枯水三个典型年的水能进行计算;优化调度是首先选取丰水、平水、枯水三个典型年设计径流过程, 以年发电量最大化为基准目标, 综合考虑水库水位、库容及电站最大过水能力、装机容量、水量平衡等约束条件, 初步建立数学模型, 然后根据书库调度过程的多阶段决策的特点, 采用动态规划数学模型对其进行求解。
两种调度方式下的计算结果对比如表1 所示。
对表1 中的计算结果进行对比可以发现, 金牛岭水电工程 ( 装机容量为5000.00k W) 优化调度比常规调度多年平均增发电量173.99 万度, 增发率为12.97%。 因此, 对金牛岭水库电站进行优化调度, 效果显著。
2.2 梯级优化调度
金牛岭水库的调度运用效果直接影响下游水电站的发电效益。 对伊河流域的梯级电站实行联合优化调度, 统一进行管理, 有利于水能资源的高效利用, 充分发挥梯级枢纽工程的综合利用效益[4]。
为分析梯级电站联合优化调度的效果, 下面分别从金牛岭水电工程联合调度情况下金牛岭水电站发电量的减少及整个梯级水电站发电量的增加两个方面进行计算。
首先选取丰水、平水、枯水三个典型年分别进行梯级水电站的联合优化调度, 计算结果见表2。 同时列出表1 中金牛岭水库单库优化调度的结果以分析年发电量的减少情况。
由表2 中的计算结果可以发现: 金牛岭水电工程梯级联合优化调度 ( 装机容量为5000.00kw) 相比单库优化调度时, 年发电量减少74.09 万度, 减少率为4.89%。
表3 汇总了金牛岭水库梯级电站联合优化调度下的计算结果及梯级电站非联合优化调度下的梯级电站总发电量。
由表3 可以得出:水库梯级电站联合优化调度相比非联合优化调度时, 总发电量增加了163.94 万度, 增发率为2.63%, 发电效益优势明显。
3 防洪优化调度运用规则
水库调度图及其相应的调度运用规则是指导水库调运的基本依据, 水库调度图的上、下基本调度线是水电站保证出力时, 水库运行的边界条件[5]。
通过综合对比分析水库调度图、 单库优化调度图及梯级联合优化调度图可知, 供水期按电站保证出力运行方式计算, 其上、下基本调度线基本重合;蓄水期及不蓄不供期按常规运行方式或优化运行方式计算, 其上下调度线有所不同。 为充分利用水资源, 在确保水库安全渡汛情况下实现水库梯级电站发电效益最大化, 建议按梯级调度线指导水库调度。
根据水库蓄水的状态、 所处的运行区及不同的来水等外在条件, 决策水电站运行时按什么出力, 再对按水库调度图作出的各种决策进行分析总结, 得到如下的调度规则, 以便指导水库电站的实际运行。
(1) 当水库的实际蓄水位在上、下基本调度线之间的保证出力区时, 供水期水电站将按保证出力运行, 即水电站出力N=Np。
( 2) 当水库的实际蓄水位在上基本调度线以上时, 供水期水电站将按加大出力运行, 即水电站出力N>Np。
( 3) 当水库的实际蓄水位在下基本调度线以下 ( 即限制出力区) 时, 供水期水电站将按降低出力运行, 即水电站出力N<Np。
( 4) 由于水库库容相对较小, 汛期很容易蓄满, 因此, 可结合天气预报, 在保证水库防洪安全的条件下, 采用早蓄方案, 使电站能在大多数月份处于高水位运行状态。 在蓄水期及不蓄不供期, 水电站尽量保持高水头运行。
( 5) 为安全起见, 在汛期, 水库水位不得超过汛期限制水位;在非汛期, 水库水位不得超过正常蓄水位。
( 6) 根据调洪演算结果和水库下游保护对象所在断面处的水位流量关系, 即可确定水库遭遇不同设计洪水时, 水库下游河道断面的相应水位, 为防洪抢险及下游居民生产、生活安全提供决策依据。
在水库电站实时调度运行的过程中, 应根据以上调度规则并考虑下游电站的合理匹配, 以保证水库梯级电站的总发电量最大化, 同时还应兼顾水库下游群众生活用水、农业生产用水及河道生态需水要求等, 合理选择泄流方式。
4 结束语
( 1) 在实施梯级小水电防洪优化调度时, 要严格遵守相应的调度原则;
(2) 水库梯级电站进行联合调度效益显著:金牛岭水库梯级电站联合优化调度时, 总发电量增加163.94万度, 增发率为2.63%;
( 3) 水库调度图对水库的调度决策起指导性的作用:在水库调度图的指导下, 水库调度可根据当时水位和预报来水情况, 指导水库运行;
( 4) 实际应用表明, 该成果可以在确保水库安全渡汛的情况下, 实现水库电站发电效益的最大化, 较好地指导电站的实际运行, 同时也可以为同类水电工程提供参考。
参考文献
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防洪调度 篇8
随着水库防洪调度系统广泛研究与应用[1,2,3,4], 无论使用Java或C#语言, 还是采用C/S (客户/服务器端) 或B/S (浏览器/服务器) 模式开发, 其体系结构、功能模块、GUI等越来越趋向一致。架构设计时, 我们都会考虑设计的模板化、通用化、接口统一化来构建通用可重用的、易扩展的水库防洪调度系统。然而, 一开始的设计并不能正确反映系统的内在本质, 也不能完全预料未来需要的变化, 需要在实践反馈的过程中逐步加深理解。面对这些改变, 无论其大小, 我们都需要抛弃原来整个系统重新开发吗?当然这是不必要的。我们可对原来的设计进行修改从而可灵活扩展以满足变化, 当然贸然地扩充修改可使软件质量下降, 这时重构的概念便应运而生。重构是指在不改变程序功能的前提下改变其结构, 是一种增强软件可理解性、可维护性、可复用性的软件方法。
本文在丰满水库防洪调度系统开发研究及应用的基础上, 结合水库调度人员长期调度经验, 对已有丰满水库防洪调度系统源代码进行重构, 重点讨论了规范、专业的水利Java组件包的开发过程及主要技术:重构既有代码的设计[5]、测试、API文档、类库发布和项目管理等;最后利用Java GUI组件包构建了丰满水库洪水调度综合图, 提高了系统的可移植性、可扩充性、易维护性和水利软件开发的效率与质量。
1 防洪调度系统GUI组件包结构
1.1 防洪调度组件分类[4]
在面向对象编程以及分布式对象技术中, 组件是类和接口的集合, 通过可重用的外部API (Application Programming Interface, 即应用程序接口) 来满足功能性和非功能性的需求[4]。
开发具有专业水库防洪调度的Java组件, 能将调度系统各大功能模块组件化, 使得软件开发人员侧重于组件的构架, 防汛专业人员侧重于组件功能的实现, 便于分工协作, 且开发速度快、成本低, 易于软件的更新维护。与传统防洪调度系统对比如表1所示。根据调度系统结构 (图1) 相应地把组件分为图形界面组件、防洪调度业务组件、数据访问组件和通用化基础组件4类。本文描述的对象是图形界面组件, 其他类型的组件与之类似, 可遵循“分析-设计-开发-测试-重构-测试-发布”的过程开发专业的水库防洪调度Java组件。
1.2 防洪调度GUI组件
基于Java的丰满水库防洪调度系统 (图1) 通过与用户交互进行防洪决策, 而显示给用户的信息要采用不同的表现形式, 既有表格, 也有图形, 系统界面友好, 这改变了过去使用表格事件驱动进行调度的局限, 操作方便, 自动化程度高。
根据洪水调度流程, 该系统界面主要包括系统时间设置, 调度方案制定与修改, 由泄量推求机组、闸门开度, 方案评价, 水库综合调度图, 调度方案管理查询和基本资料管理 (水位库容曲线、水位) 等部分。常用组件如“系统时间设置”中只能输入整型、字符型等并有错误提示的文本框、日历等。较为复杂的组件有调度制定与修改、调度综合图、水位库容曲线等组件。防洪调度系统界面组件包结构略图如图2所示。这些界面组件包的开发有利于构建水库防洪调度平台, 更可使我们更多地专注于如径流预报模型, 优化调度算法等方面的研究。
2 水库调度GUI组件开发
本节将介绍水库调度GUI组件开发过程:重构、测试、打包、API文档生成及发布, 最后通过Maven构建工具对组件项目各个阶段进行管理, 发布GUI组件包, 这样便可利用开发的GUI组件不断迭代合成来构建水库防洪调度系统表现层。
2.1 GUI组件重构
防洪系统研究所关注的问题已从系统功能转移到可维护性、稳定性和复用性等非功能性问题, 并且考虑到Java SE Development Kit (JDK) 升级带来新特性、新框架的引入等原因, 我们需对已有源代码进行重构。重构是指在不改变程序功能的前提下改变其结构, 是一种增强软件可理解性、可维护性、可复用性的软件方法。本文主要通过第3方图表组件和设计模式来对源代码进行重构。
2.1.1 第3方图表组件
基于Java的AWT和Swing技术在图形处理和控制方面提供了强大的功能, 如方案制定组件在编辑状态下, 只需拖动曲线上的小方格就能改变出流过程生成新的调度方案。但是, 据以往开发经验, 防汛专业人员仅利用Java AWT和Swing创建专业图表是耗时的工作, 且图表的复用性、稳定性都较差, 亟需利用新的图形组件对源代码进行重构。
JFreeChart和JFreeReport, Java开源图表生成组件, 可创建各式图表, 如曲线图、柱状图和复合图等, 支持多种输出格式 (PNG, JPEG等图片格式;PDF, EPS和SVG等矢量图格式等) 。很多开源框架或产品都用到JFreeChart, 如基于JFreeChart的图表标签库Cewolf等。
JClass Desktop Views是商业Java集成组件集合, 开发者能快速在客户端建立企业级应用程序, 可加速开发进程和改善编码质量。组件列表JClass Chart为GUI提供专业的图表;JClass LiveTable 可创建专业表格和表单的Java窗格。无疑, JClass DesktopViews也是一个很好的选择, 但是价格昂贵。
综合比较, 本文选择JFreeChart图表组件对已有源代码进行重构开发专业的防洪调度GUI组件包, 在满足不改变程序功能前提下, 减少程序代码, 提高程序的复用性、稳定性和可维护性。
2.1.2 设计模式
设计模式是经过提炼的出色的设计方法, 对于面向对象程序开发中碰到的常见问题, 它都是合理而可复用的解决方法:
简单工厂 (Simple Factory) 模式:类的创建模式, 由一个工厂对象可以动态决定将哪一个类实例化, 不必事先知道每次要实例化哪一个类, 如图2 类FCDDSSChartsFactory工厂类可负责实例化调度图、水位库容曲线图等。而客户端则可免除直接创建产品对象的责任, 仅仅是“消费”产品, 实现了责任的分割。
模板 (Template) 模式:界面组件初始化中会涉及数据预处理、快捷键工具栏及布局等, 打印、输出图形和表格等功能, 有的方法实现相同, 有些方法实现不同, 已有源代码中把这些方法都放在各自组件中, 不能复用。根据上述特点, 可利用模板模式重构代码, 把它们放在抽象类 (AbstractFCDJPanel类, 图3) 中进行声明并实现, 在子类中加以扩展, 在子类中不加修改地完全继承下来。
此外, 还可能用到其他设计模式对代码重构可提高系统的可维护性和复用性, 如适配器 (Adapter) 模式, 组件依赖第3方软件整合来建立服务, 可开发适配器并隔离第3方软件调用和适配器的实现, 更容易地与第3方软件APIs合并等。
2.1.3 其他重构
重构还包括其他方面, 如JDK新版本特性如元数据、自动装包/拆包、For-Each循环、静态导入、泛型等需对源程序进行升级, 包结构更改、重命名Java元素等等。重构不可能一次完成, 随着我们对需求增加、改进, 对所依赖的Java版本、第3方组件的升级等再次进行重构。只有遵循“重构-再重构”思想才能不断改善既有代码的设计, 提高防洪系统可维护性、复用性及稳定性。
2.2 GUI组件测试
重构可能在不经意间引入了一些错误, 因此需要可自动重构的工具。同时, 要降低对代码造成破坏的风险, 一套可靠的测试机制是必不可少的, 这样可极大地减小错误产生的可能, 所以在重构中测试也是非常重要的。本文利用JUnit单元测试框架编写测试代码进行自动化功能测试, 具体可参考文献[7,8]。同时, 由于界面是软件与用户交互的最直接层, 设计良好的界面能引导用户完成相应的操作, 因此除了功能测试外, 还应进行界面测试。界面测试主要包括一致性测试 (避免对相关软件操作发生理解歧义) 、信息反馈测试 (要求组件有足够的输入检查和错误提示功能等) 、界面简洁性测试和界面美观度测试等[9]。本文利用Eclipse作为开发工具, 它不仅提供了多种实用的自动重构功能, 还集成了对JUnit单元测试及Maven项目管理的支持。
2.3 存档文件及API文档
代码编译测试后, 还需生成存档文件 (如JAR文件等) 、API文档等。存档文件不仅用于压缩和发布, 而且还用于部署和封装库、组件和插件程序, 并可被直接使用。它提供很多优势和功能, 如安全性、减少下载时间、压缩、传输平台扩展、包密封、包版本控制及可移植性等[10]。生成方法为:jar {ctxu}[vfm0Mi] [jar-文件] [manifest-文件] [-C 目录] 文件名。API文档可以帮助开发者或者用户了解组件功能描述、构造方法、实例方法等, 从而可提高开发效率, 易于维护及扩展。javadoc是Java API文档生成器, 可从Java源文件生成API文档HTML页。用法为:javadoc [选项] [软件包名称] [源文件] [@file]。
2.4 Maven项目管理
如上所述, 一个组件开发要经历编译、测试、打包, 生成Javadoc文档和部署等步骤。当项目变得庞大复杂时, 就需一种构建工具来自动构建项目, 本文采用开源项目Maven作为GUI组件开发的构建工具。Maven简单易用、易扩展, 能对项目的各个阶段提供大力支持。它可自动完成这些步骤, 还提供了信息统计的功能, 使开发团队可更好地跟踪项目的进展情况。其主要步骤:mvn install, 可实现自动编译, JUnit单元测试并生成测试报告, 打包, 最后将包安装到本地代码库 (结构如图4所示) 。另外, 使用mvn javadoc, 生成Javadoc文档;使用mvn site可快速生成项目站点, 包括项目描述、进展情况等;mvn deploy将组件包发布到远程代码库。这样组件包可以快速方便发布到远程仓库或本地仓库, 可供今后组件包再重构升级 (如图4现在版本号为0.8.0) 和防洪调度系统构建之用。
3 应用实例
丰满水库是一座以防洪发电为主, 兼有灌溉、航运、养殖、旅游等综合利用的大型水库, 是第2松花江上的控制性工程。该水库发电装机容量达到100.25万kW, 是东北电网的主力电厂;下游堤防可保证吉林、哈尔滨2城市和沿江城乡安全;灌溉农田3.5万hm2, 并供应吉林市热电、化学、造纸、冶金等工业用水和百万人口生活用水。为此, 我们开发了丰满水库防洪调度系统, 系统利用了具有通用性组件设计完成了数据提取、信息查询、Pa计算与修改、防洪形势分析、洪水预报、洪水调度、方案管理等模块开发, 这些功能模块迭代组合, 就可以构建水库防洪调度系统。图5为利用GUI 组件包开发的水库调度综合图界面, 其功能有不同输入格式 (如JDBC、XML和Vector等) 数据的调度过程线显示、基本信息获取、另存为多种格式 (JPEG、PDF和HTML等) 文件和打印图表等;点击“左键”, 可获取当前位置的信息, 包括降雨、净雨, 流量和水位等;点击“右键”, 可通过选择“属性”, “另存为”或“打印”, 以实现图表属性设置、存储或打印图表, 符合用户操作习惯。
4 结 语
本文在以往水库防洪调度系统开发应用成果的基础上, 结合丰满水库系统实际应用经验, 提出了利用成熟开源项目及设计模式对已有系统源代码重构、组件化, 并使用Maven构建工具对组件进行自动编译、测试、打包和发布等项目管理, 通过设计大量通用性强的专业防洪调度GUI组件包, 可扩展防洪调度业务组件、数据访问组件和通用化基础组件等, 为今后防洪决策支持系统开发的可视化、规范化、组件化和再重构及水库防洪调度决策支持系统平台的构建奠定了基础。
参考文献
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[9]Kiki.GUI测试总结[EB/OL].http://blog.csdn.net/i mlogic/archive/2007/05/28/1628375.aspx, 2007-05.
防洪调度 篇9
关键词：水库汛限水位,动态控制域,防洪预报调度方式,设计净雨,碧流河水库
1 引言
汛限水位是重要的水库特征水位,对水库防洪与兴利蓄水均十分关键。我国传统的汛限水位控制采用水库坝前的实际水位作为判断入库洪水量级标准,执行规划的防洪调度方案,该调度式的特点是不考虑水文、气象预报信息,被称为“静态控制”方式[1,2],这种方式强调了对防洪安全的重视,却可能牺牲了部分兴利蓄水效益。近年来,对水资源需求的不断增长,同时水文气象预报科学理论及水雨情监视技术也迅速发展,这两个重要因素都从现实上迫切要求在水库汛期控制运用中考虑预报信息,从而在不增加防洪风险的同时,提高水库的兴利蓄水效益[3]。2002年,水利部将水库汛限水位动态控制与运用列为重大课题,碧流河水库被列首批12座试点水库之一,研究该水库的汛限水位动态控制方法,其核心问题之一是汛限水位动态控制域的确定[4～5],它是汛限水位实时动态控制的基础。
目前,确定汛限水位动态控制域的主要方法有三[6]:一是防洪预报调度方法,二是预泄能力约束法,三是结合实际流量和分级预泄的方法。三种方法的共性在于更加重视水雨情预报信息,其结果都是通过提前分析、判断洪水情势,提前均匀泄流,达到提高汛限水位的目的。其中防洪预报调度方法最早被提出,国内也有成功应用,但该方法应用中设计净雨反演推求、可操作的洪水调度规则的制定等关键问题并没有得到详细阐述。本文以碧流河水库为工程背景,详细介绍了采用防洪预报调度方式确定水库汛限水位的详细过程,并从可操作层面,制定了该水库防洪预报调度规则。
2 碧流河水库的工程背景
碧流河水库是一座以城市供水、防洪为主,兼有水力发电、农业灌溉、养鱼等综合利用的多年调节大(II)型水利枢纽工程。水库控制面积2 085 km2,总库容为9.34×108m3,下游河道第一级防护点河道过流能力允许的水库泄流量为1500 m3/s。水库原设计主汛期汛限水位为68.1m,正常高水位69.0m。2002年,水利部重大科技项目“水库汛限水位设计与运用”把碧流河水库列为首批试点水库之一,深入研究汛限水位动态控制方法与应用。
以前,碧流河水库一直采用原设计的“不考虑预报的以坝前水位作为判别指标,分级有闸控制”的常规防洪调度方式,洪水资源利用率较低;经长系列调节计算,碧流河水库尚有20～50×106m3洪水资源可利用;同时,流域水情自动测报系统运行稳定,卫星云图等气象信息收集系统、流域洪水预报精度较高,已具备了考虑洪水预报或降雨预报修改原防洪调度方式的基本条件。
3 设计洪水选择与设计净雨推求
3.1 设计洪水选择
碧流河水库原设计的1962年典型洪水过程是直接移用了下游小宋屯实测洪水过程,没有考虑河槽调蓄影响,依据此过程同频率放大推求各种频率设计洪水过程。
3.2 典型洪水模拟
基于原设计成果,以原设计的1962年典型洪水过程总径流深作为控制的原则,应用水库以上流域的单位线逆推净雨过程。首先分析模拟预报的1962年典型碧流河洪水过程与小宋屯实测洪水过程差异的合理性,结果图1所示。
表1为反演推求的各频率设计净雨过程,通过碧流河水库洪水调度系统,模拟计算62年典型洪水,如图1所示,左边线是模拟预报的碧流河洪水过程,右边线是小宋屯实测洪水过程。最右边的数据框内1～4列数字分别为时间、模拟降雨、模拟净雨、模拟预报碧流河入库洪水过程、小宋屯实测洪水过程,分析比较结论是:
(1)第一时段净雨形成后即产流是符合产流规律的。
(2)碧流河入库洪水流量较原设计坝址洪水起涨早且陡,水库洪水向下游传播的初阶段及流量较小时,河槽调蓄作用较明显,所以小宋屯断面流量过程起涨比较缓;当流量超过3000 m3/s后或洪峰两侧河槽调蓄作用不明显,小宋屯断面流量与碧流河入库流量涨势趋于一致,亦是合理的。
(3)水库至小宋屯距离40km,河道比降0.068%,入库洪峰近4000m3/s传播到小宋屯需3h,亦属合理;因为原设计将小宋屯断面流量过程及洪量,没做任何处理直接移用到碧流河水库坝址,故模拟产流系数接近1,在设计上是偏于安全的。
3.3设计净雨推求
按“径流总量倍比放大法”推求不同频率设计洪水过程的净雨时程分配,各频率设计净雨推求结果如表1所示。
4 碧流河水库预报调度方式各频率设计洪水推求
因为没有设计频率的暴雨过程资料,所以不作产流预报,不同设计频率洪水净雨过程直接采用表1各频率设计净雨数值。汇流预报采用经验单位线方法,选用典型年模拟的全流域经验单位线,即图1标识的第3号单位线,依此单位线模拟预报1962典型年汇流过程效果较好。用第3号单位线和各频率设计净雨,模拟预报相应频率洪水过程,如图2所示。
5 碧流河水库预报调度规则与结果分析
5.1 预报调度规则
在确定预报调度规则时,对判断指标设计净雨选取采用“逐级调节滞后泄流”确定方法。通过对多方案的各频率洪水的调节计算,确定满足水库及上下游各级防洪标准的前提下,拟定防洪预报调度规则如下:
a.当累积预报净雨<=185 mm,若实际入流>=1500m3/s,则出流=1500 m3/s;实际入流<1500m m3/s,则出流=入流。
b.若累积预报净雨>185mm,则滞后一时段出流=2500m3/s.
c.若累积预报净雨>290mm,则滞后一时段出流=4500m3/s.
d.若累积预报净雨>355mm,则滞后一时段敞泄。
“规则-03”的调洪成果与确定的动态控制汛限水位上限值分析
基于上述初步拟定的防洪预报调度规则,经过多个汛限水位方案比较,最后选择动态控制汛限水位的上限值为68.8m。
5.2 预报调度规则的合理性分析
若以68.8m水位作为起调水位,调节5%频率洪水,下游组合流量3170m3/s,小于下游安全泄流量3400 m3/s,坝前水位70.19m,低于上游退赔线70.20m;调节2%频率洪水,下游组合流量5350m3/s,小于规划的下游组合流量5650 m3/s,满足水库下游防洪要求;调节0.2%频率洪水,设计水位70.53m,低于水库设计标准水位约束71.0 m;调节0.01%频率洪水,调洪最高水位72.09m,满足水库校核标准水位约束72.6m。
因此,以防洪预报调度方式确定的碧流河水库汛限水位与调度规则是安全可行的。
6 结论与认识
水库汛限水位动态控制域的确定是汛限水位动态控制研究的基础与核心。本文以水利部重大科研课题为背景,重点研究了碧流河水库防洪预报调度方式确定汛限水位的关键问题,详细阐述了设计净雨推求、预报调度方式设计洪水模拟,最后从实用性出发,拟定了可操作的防洪预报调度规则。采用防洪预报调度方式,可将碧流河水库的汛限水位提高到68.8m,并且调洪过程中的特征水位与下泄流量均满足水库规划设计的约束,未在原设计的基础上额外增加防洪风险。
作为整个课题的一部分,本项研究成果已获得松辽流域水利管理委员会的批准,并且在2005～2010年的汛期得到成功应用,取得非常好的综合效益。
参考文献
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[2]周惠成,王本德,王国利,等.水库汛限水位动态控制方法研究[M].大连:大连理工大学出版社,2006.
[3]王本德,周惠成,王国利,等.水库汛限水位动态控制理论与方法及其应用[M].北京:中国水利水电出版社,2006.
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