本发明属于水利水电技术领域，特别是涉及一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法。
背景技术：
防洪减灾是我国水利事业一项长期而艰巨的任务。在汛期，统一确定的防汛特征水位有警戒水位和保证水位。警戒水位是各江河堤防需要处于防守戒备状态的水位，到达这一水位时，堤身可能出现险情甚至重大险情，需昼夜巡查，并增加巡堤查险次数，防汛进入重要时期。而保证水位是堤防工程设计防御标准洪水位，相应流量为河道安全泄量，它是根据防洪标准设计的堤防设计洪水位或历史上防御过的最高洪水位。
目前的水库防洪补偿调度方式均以下游控制站保证水位对应的安全泄量为控制条件进行计算，确定防洪补偿库容空间，例如，杨春花等(水力发电，，36(8))的“不同补偿调度方式下三峡水库分期汛限水位控制”方法就是在保证水位对应的安全泄量基础上提出的，尽管该控制方法满足了大洪水时的防洪要求，还能提高洪水资源的利用率，但在下游水位超出警戒水位时，不能有效减轻下游防洪压力。由于保证水位对应的洪水样本为稀遇洪水，因此只有在应对大洪水时水库才能充分利用防洪库容，当发生一般洪水时，水库会基本拦不到水而防洪库容利用较少，不能充分发挥水库的防洪作用，甚至会使得下游控制站经常出现超警戒水位的局面，增加了防洪投入费用。因此，有必要实施减压控制的防洪补偿调度，在对防洪具有充分把握时适当拦蓄洪水，发挥水库的减灾甚至减压能力，在实际调度过程中充分发挥水库的防洪减灾能力。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提出一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，以满足水库下游减压需求。
本发明所述水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，包括以下步骤：
(1)收集水库实时防洪补偿调度的基本资料；
(2)设定当前的减压控制水位
(3)获得该减压控制水位
(4)以补偿控制水位z1为控制条件进行判断，如果zmax<z1，则调高减压控制水位
进一步地，所述步骤(2)中，减压控制水位
进一步地，所述步骤(3)包括，
(3.1)对第i场洪水过程进行调洪；
(3.2)得到第i场洪水的调洪高水位zi,max；
(3.3)判断是否所有洪水场次都加入调洪，若1≤i<n，则重复(3.1)～(3.3)对下一场洪水进行调洪，若i＝n，则进行后续步骤(3.4)；
(3.4)从各场次洪水的调洪高水位{z1,max,z2,max,…,zn,max}中选定最大值作为该减压控制水位
进一步地，所述步骤(3.2)中，第i场洪水的调洪高水位zi,max按照如下方式计算得到，
(3.2.1)令t＝1，zi,1＝z0；
(3.2.2)根据水位库容曲线函数f()，由当前时段的水位插值求得第i场洪水当前时段的库容；
(3.2.3)根据水库水量平衡方程vi,t+1＝vi,t+(ii,t-qi,t)×δt,t∈[1,t]计算得到下一个时段的库容；其中vi,t，vi,t+1分别为第i场洪水t时段、t+1时段对应的水库库容；ii,t为第i场洪水t时段入库流量；qi,t为第i场洪水t时段防洪补偿调度的修正出库流量；t为时段长度；δt为时段小时数；
(3.2.4)根据水位库容曲线函数f()，由下一个时段的库容插值求得下一个时段的水位；
(3.2.5)重复步骤(3.2.3)-(3.2.4)，直至该场洪水所有时段计算完毕；
(3.2.6)从第i场洪水所有时段的水位中选择最大值为第i场洪水的调洪高水位zi,max。
进一步地，所述步骤(3.2.3)中，
(a)当第i场洪水t时段对应的水库水位
考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于警戒水位对应安全泄量的允许泄量
(b)当第i场洪水t时段对应的水库水位
考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于保证水位对应安全泄量的允许泄量
其中，1≤i≤n，1≤t≤t，1≤k≤k，τk为水库至第k个控制站的传播时间，
进一步地，所述步骤(4)中，按照
本发明的有益效果：
本发明所述水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法可适用于具有各种防洪任务(上游型、中下游性、全流域型)的水库，通过设定防洪补偿调度的减压控制水位，在不影响水库防洪安全的前提下，细化水库防洪库容空间运用方式，提高水库对下游的拦蓄作用，为水库运行管理部门调度决策提供技术支持。
采用本发明所述的减压控制水位后，当水库水位不超过该水位时，对下游防洪控制站按照警戒水位进行防洪补偿制度；当水库水位超过该水位时，对下游防洪控制站按照保证水位进行防洪补偿调度。通过设定防洪补偿调度的减压控制水位，可以减少下游控制站超警戒水位的时间，进而减少防洪费用支出，提高水库防洪调度方式的实时可操作性，为水库运行管理部门调度决策提供技术支持。
附图说明
图1为本发明所述“一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法”的原理流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
本发明提供了一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，具体计算流程为：选取不同的减压控制水位，修正防洪调度方式中防洪补偿控制的计算条件，根据不同场次的水库入库流量、区间流量，计算每场洪水的调洪最高水位，并与补偿控制水位进行比对，如果每场洪水的调洪最高水位均低于补偿控制水位，则逐步抬高减压控制水位，最终求得满足防洪要求条件下的减压控制水位；否则给出不能满足减压控制的结论，只能在实时防洪补偿调度过程中执行按保证水位进行防洪补偿的基本调度方式。
步骤(1)：收集水库实时防洪补偿调度的基本资料。
所述基本资料包括水库的水位库容曲线、泄流能力曲线等特征曲线，汛限水位、防洪库容、防洪补偿控制水位、水位变幅等特征参数，不同场次的入库流量、水库至控制站的区间来水流量等序列数据，水库下游防洪控制站不同水位对应的安全泄量、水库至不同控制站的传播时间、水库基本防洪调度方式等基本资料，确定水库防洪补偿调度的边界条件。
步骤(2)：设定减压控制水位，确定考虑减压控制水位的水库实时防洪补偿调度方式。
水库起调水位为汛限水位z0，洪水场次为n，下游控制站数目为k。设第i场洪水的水库入库流量序列为
步骤(3)：考虑水库水量平衡方程，对每场洪水按照修正的防洪补偿调度方式进行调洪演算，获得第i场洪水过程的调洪高水位zi,max，取各场次洪水的调洪高水位的最大值
(3.1)对第i场洪水过程进行调洪；
(3.2)得到第i场洪水的调洪高水位zi,max；
(3.2.1)从第一个时段开始从汛限水位进行调洪计算，令t＝1；
(3.2.2)依据第i场洪水t时段的水位zi,t，由水位库容曲线函数f()插值求得第i场洪水t时段的库容vi,t，可表示为vi,t＝f(zi,t)；
(3.2.3)根据水库水量平衡方程vi,t+1＝vi,t+(ii,t-qi,t)×δt,t∈[1,t]计算得到……，其中vi,t，vi,t+1分别为第i场洪水t时段、t+1时段对应的水库库容；ii,t为第i场洪水t时段入库流量；qi,t为第i场洪水t时段防洪补偿调度的修正出库流量；t为时段长度；δt为时段小时数；
(3.2.4)依据计算得到第i场洪水t+1时段的库容vi,t+1，由水位库容曲线函数f()插值求得第i场洪水t+1时段的水位zi,t+1，可表示为zi,t+1＝f(vi,t+1)；
(3.2.5)令t＝t+1，重复步骤(3.2.3)-(3.2.4)，直至该场洪水所有时段计算完毕；
(3.2.6)从第i场洪水所有时段的水位中选择最大值为第i场洪水的调洪高水位zi,max，可表示为
如果考虑减压控制水位
(1)当水库水位不超过
①考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于警戒水位对应安全泄量的允许泄量
②取所有控制站允许泄量的最小值为实际允许的出库流量，即
(2)当水库水位超过
①考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于保证水位对应安全泄量的允许泄量
②取所有控制站允许泄量的最小值为实际允许的出库流量，即
(3.3)判断是否所有洪水场次都加入调洪，若1≤i<n，则重复(3.1)～(3.3)对下一场洪水进行调洪，若i＝n，则进行后续步骤(3.4)；
(3.4)从各场次洪水的调洪高水位{z1,max,z2,max,...,zn,max}中选定最大值作为该减压控制水位
步骤(4)：判断zmax是否低于防洪补偿控制水位z1。如果zmax小于z1，则减压控制水位仍可抬高，令
实施例1
以我国长江上游某大型水库为例，进行水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定，包括以下步骤：
步骤1：收集该水库防洪实时补偿调度的基本资料和约束要求。
首先收集该水库的水位库容曲线、泄流能力曲线等特征曲线，设定汛限水位为145m、防洪补偿控制水位155m、水位变幅2m，选取1958、1961、1962、1964、1966、1981、1982、1987这8年上游型洪水作为研究序列，统计得到不同场次洪水的入库流量、水库至防洪控制站a和水库至控制站b的区间来水流量等序列数据，各场场洪水的计算时段均为93个，分析统计控制站a和控制站b警戒水位和保证水位对应的安全泄量，水库出库至控制站a和控制站b的传播时间分别为0天和2天，收集水库基本防洪补偿调度方式等基本资料，确定水库防洪补偿调度的边界条件。
步骤2：设定减压控制水位为147m，确定考虑减压控制水位的水库实时防洪补偿调度方式。通常来说，减压控制水位从汛限水位开始设定，逐步抬高运用，直至流程结束。
水库起调水位为145m，洪水场次为8，下游控制站数为2。设第i场洪水过程的水库入库流量、水库至控制站a区间流量、水库至控制站的区间流量分别为
假设不考虑减压控制水位，此时减压控制水位为汛限水位145m，此时从145m开始按保证水位进行防洪补偿控制，此时8场洪水的最高调洪高水位仅为152.31m，离防洪补偿控制水位155m尚有空间，因此，需要运用减压控制水位以充分利用防洪库容。
考虑减压控制水位时，当减压控制水位为147m时，根据水库的防洪补偿调度方式，则各时段的出库流量qi,t计算公式修正为：
(1)当水库水位不超过147m时，水库防洪补偿调度的出库流量计算公式为：
考虑洪水传播时间，控制站点a相对于警戒水位对应安全泄量的允许泄量
取以上两个控制站允许泄量的最小值为实际允许的出库流量，即
(2)当水库水位超过147m时，水库防洪补偿调度的出库流量计算公式为：
考虑洪水传播时间，控制站点a相对于保证水位对应安全泄量的允许泄量
取所有控制站允许泄量的最小值为实际允许的出库流量，即
例如，对于第1场洪水的第8个时段，此次库水位为145.2m，低于147m，则选用上述(1)方式计算出库流量，控制站a和控制站b相对于警戒水位的允许泄量分别为32000m3/s和37500m3/s，取两者的极小值有q1,8＝32000。
同理，对于该场洪水的第29个时段，此次库水位为147.3m，高于147m，则选用上述(2)方式计算出库流量，控制站a和控制站b相对于保证水位的允许泄量分别为48000m3/s和45300m3/s，取两者的极小值有q1,29＝45300。
依次类推，实现对所有场次洪水在所有时段的允许流量计算。
步骤3：考虑水库水量平衡方程，对以上8场洪水按照修正的防洪补偿调度方式进行调洪演算，获得8场洪水过程的调洪高水位分别为152.31m、148.56m、152.30m、152.20m、151.31m、153.78m、150.53m、151.38m，显然，各场次洪水调洪高水位的最大值为zmax＝153.78m。
步骤4：判断153.78m低于防洪补偿控制水位z1＝155m。可见，zmax小于z1，则减压控制水位仍可抬高，令
技术特征：
1.一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)收集水库实时防洪补偿调度的基本资料；
(2)设定当前的减压控制水位
(3)获得该减压控制水位
(4)以补偿控制水位z1为控制条件进行判断，如果zmax<z1，则调高减压控制水位
2.根据权利要求1所述的水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，减压控制水位
3.根据权利要求2所述的水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：所述步骤(3)包括，
(3.1)对第i场洪水过程进行调洪；
(3.2)得到第i场洪水的调洪高水位zi,max；
(3.3)判断是否所有洪水场次都加入调洪，若1≤i<n，则重复(3.1)～(3.3)对下一场洪水进行调洪，若i＝n，则进行后续步骤(3.4)；
(3.4)从各场次洪水的调洪高水位{z1,max,z2,max,...,zn,max}中选定最大值作为该减压控制水位
4.根据权利要求3所述的水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：所述步骤(3.2)中，第i场洪水的调洪高水位zi,max按照如下方式计算得到，
(3.2.1)令t＝1，zi,1＝z0；
(3.2.2)根据水位库容曲线函数f()，由当前时段的水位插值求得第i场洪水当前时段的库容；
(3.2.3)根据水库水量平衡方程vi,t+1＝vi,t+(ii,t-qi,t)×δt,t∈[1,t]计算得到下一个时段的库容；其中vi,t，vi,t+1分别为第i场洪水t时段、t+1时段对应的水库库容；ii,t为第i场洪水t时段入库流量；qi,t为第i场洪水t时段防洪补偿调度的修正出库流量；t为时段长度；δt为时段小时数；
(3.2.4)根据水位库容曲线函数f()，由下一个时段的库容插值求得下一个时段的水位；
(3.2.5)重复步骤(3.2.3)-(3.2.4)，直至该场洪水所有时段计算完毕；
(3.2.6)从第i场洪水所有时段的水位中选择最大值为第i场洪水的调洪高水位zi,max。
5.根据权利要求4所述的水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：所述步骤(3.2.3)中，
(a)当第i场洪水t时段对应的水库水位
考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于警戒水位对应安全泄量的允许泄量
(b)当第i场洪水t时段对应的水库水位
考虑洪水传播时间，计算每个控制站点相对于保证水位对应安全泄量的允许泄量
其中，1≤i≤n，1≤t≤t，1≤k≤k，τk为水库至第k个控制站的传播时间，
6.根据权利要求5所述的水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其特征在于：所述步骤(4)中，按照
技术总结
本发明涉及一种水库实时防洪补偿调度的减压控制水位确定方法，其包括以下步骤：(1)收集水库实时防洪补偿调度的基本资料；(2)设定当前的减压控制水位(3)获得该减压控制水位下的调洪高水位Zmax；(4)以防洪补偿控制水位Z1为控制条件进行判断。所述方法在不影响水库防洪安全的前提下，细化水库防洪库容空间运用方式，提高水库对下游的拦蓄作用，为水库运行管理部门调度决策提供技术支持。
技术研发人员：胡向阳;邹强;丁毅;鲁军;饶光辉;李文俊;张睿;洪兴骏
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：.09.29
技术公布日：.01.03
