水库防洪预报调度的风险分析

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1、万方数据2004年11月水利学报SHUIUXUEBAO第11期文章编号：0559．9350(2004)11—0102—06水库防洪预报调度的风险分析姜树海，范子武(南京水利科学研究院水工水力学研究所，南京210029)摘要：本文从水文预报误差的不确定性分析出发．将短期洪水预报精度评定指标转化为人库洪水过程的随机特征值，并引人水库调洪演算随机数学模型，从而实现水文预报风险向预报调度风险的转化，为定量考察预报调度风险率、合理选择动态的汛限水位提供了科学的依据。通过这一方法论证了水文预报精度对水库防洪预报调度风险率的影响，表明提高水文预报精度将

2、有利于降低水库诃洪风险率。关键词：风险率；水文预报精度；永库调洪；随机数学模型中圆分类号：IN69'7；X820．3文献标识码：A水库的防洪预报调度风险分析，历来是水利工程运行管理中人们十分关注的问题之一。通常的水库防洪调度计算，是根据拟定的设计洪水过程线和确定的汛限水位，采用适当的计算方法，求出库水位和下泄流量的变化过程线，从而确定合理可行的水库防洪调度规则。而水库的防洪预报调度，则是依据预报的洪水过程，而不是设计给定或实测的洪水过程，实施防洪调度的方法。这一方法的明显优点在于增加了水库调洪的主动性，增大了水库预蓄或预泄的可能性，从而为

3、实现汛限水位的动态控制、缓解水库防洪和兴利的矛盾创造了条件。随着现代科技的发展，特别是气象预报、洪水预报理论、方法和手段的进步，短期洪水的预见能力已大大提高，但水文预报的误差总是难免的。不同时刻的入库流量和峰现时刻等预测洪水过程的随机性，再加其它流动运行条件的随机性，如：出库泄洪过程的不确定性、水位库容关系的不确定性等，必将导致与调洪风险率相关的库水位过程的随机性。其中，水文预报的不确定性是影响预报调度风险率的最重要因素。预报调度风险率的确定关系着汛限水位的合理选择和洪水资源的安全利用。前人已对水库的调洪风险和预报调度分析做过很多研究，但

4、未能实现这二者的有机结合，从而使预报调度风险率的定量评估问题迄今未能得以圆满解决。1洪水预报的不确定性分析风险分析方法是以统计信息为基础的。水文预报不确定性的定量分析，是水库预报调度风险率计算的关键所在。1．1水文预报误差和精度评定由于水文测验误差、预报方法误差和抽样误差等主观因素和客观因素的综合作用，水文预报误差总是难免的，不可能完全消除。根据大量统计计算和物理成因分析，表明水文预报误差的分布规律一般是两端有限的偏态分布。由于通常水文预报的保证率要求不是太高，对于不太高的保证率要求，用正态分布与偏态分布差别不大。因此，文献[3]建议：可

5、以用正态分布作为水文预报误差分析的基础。防洪预报调度是以预报的洪水过程、而不是实测过程为依据的。所以，在实际进行预报调度时，只能通过大量预报实践的检验，应用统计方法来说明预报误差的随机特性。收稿日期：2003．12-05作者简介：姜树海(1946一)．男，江苏南京人，教授级高级工程师，主要从事水工水力学和风险分析研究。102万方数据万方数据若以设计给定的汛限水位作为起调水位的均值F。(t。)，不考虑其自身控制的随机性，则峰现时间预报误差导致的起调水位分布f(h，t。)可按上述步骤求得。随着预报精度等级的降低，f(h，t。)的离散性明显增长

6、。2调洪过程随机库水位的确定一■等-一乙等L．∥’1r——i20,3040．5f(h．fo)图3初始水位的随机分布为了进行防洪调度的风险分析，必须确定调洪过程中库水位的随机分布特征。水库调洪演算的随机微分方程，提供了求解库水位随机过程的有效数学工具。在整个调洪过程中，水库蓄洪量W(t)总是随机变化着的。它制约着库水位的随机消长，同时又受制于洪水输入、输出等随机过程的作用。因此，对W(t)的随机模拟最为关键。通常认为，W(t)的变化过程是Markov过程，也是一个状态连续的平稳独立增量过程，符合Wiener过程的定义条件。由于影响调洪过程中

7、W(t)的随机因素众多，其综合作用的必然结果是W(t)围绕其均值过程线Ⅳ，(t)作随机游走，其概率分布符合正态分布。在W(t)的均值偏移岸，(t)上，迭加一个无偏的Wiener过程B(t)⋯，即有W(￡)=Ⅳ。(t)+B(￡)(5)式中：,uw(t)由传统的确定性调洪演算方法计算。对式(5)进行微分运算，并除以G(h)=dWldhfd日(t)Q(t)一!(^，“．dB(t)，dt{百2——页两一+1盯(6)【日(t。)：风式中：西、；分别为人流、出流的均值过程线；风为随机初始水位；dBIdt为一正态白噪声；B(t)的一维概率密度函数f(B

8、)为，(B)=吉exp{一[W—p，(t)]2／2a2t}(7)VZ《f口此式表明，B(￡)的均值E[B(t)]=0，方差叫B(t)]_d2f。根据多个随机过程联合分布的概念及对W(t)量纲分