本发明属于防洪限制水位调节技术领域，具体涉及一种基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法。
背景技术：
受气候变化及人类活动影响，水资源时空分配更加趋于不均，加之我国社会经济的高速发展，人们对水资源需求的缺口愈加增大。通过大江大河上的水库对地表径流进行调节，是满足社会用水需求的重要措施。水库洪水调度是水库对河川径流过程调节的一种重要类型。水库洪水调度长期以来实行基于不考虑预报信息的静态调度模式，即，基于洪水频率分析及水文统计，设定固定的汛限水位和确定的调度规则来调节洪水。这种静态调度模式造成洪水资源难以充分利用，具体表现为：在汛期，为确保防洪安全不敢蓄水，要严格控制水库水位不超过汛限水位，留出较大的防洪库容准备调蓄可能会发生的设计洪水和校核洪水，较低的库水位影响供水、发电效益；而汛期过后河道来水量很少，水库在汛限水位以上的库容又比较大，常常造成库水位难以达到正常蓄水位，严重影响到水库的兴利和洪水资源利用。
对于水库防洪调度而言，防洪限制水位是一个控制性的关键水位，其关系到水库兴利和防洪安全两个方面的重要参数。防洪限制水位低则发电水头低，水库蓄水不足、降低兴利效益，但防洪相对偏于安全；限制水位高则恰恰相反，增加了蓄水量和水头，减小了调洪库容，防洪风险上升。长期以来，水库防洪限制水位的定制仍是基于泄流能力和由历史洪水频率分析得到入库设计洪水过程经调洪演算确定得到，频率分析时采用的洪水要素均为年最大值系列。由历史洪水数据系列确定得到的汛限水位显然是要求水库在汛期时刻以防备发生设计或校核标准(发生概率很小)的洪水为目标，其防范级别显然较高，影响蓄水发电和洪水资源利用。在气候变化和人类活动等多重作用影响下，河川水文系列变异明显，以历史数据作为设计依据指导水库未来调度弊端更加显现。
随着遥测、遥感与卫星技术的飞速发展，包括基于数值分析、卫星云图、测雨雷达的天气形势与降水预报信息，已在气象预报上发挥了重要作用，降水预报的精度提高，预见期延长。我国天气预报每日发布全国和各地区24小时、48小时及72小时降水预报等级分为无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨，由于预报的不确定性，实际天气的降水预报等级在给定的降水预报等级条件下，有可能会发生相邻等级的降水事件，但越级的降水事件概率极低，据有关数据分析表明，我国未来24小时预报的准确率已经超过80％，定性分级预报准确率已经达到90％以上，这些信息对于水库防洪调度、充分利用洪水资源意义重大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，按照在流域上发生平均面雨量相当于预报越级降水量来对水库进行设防，再由水库防洪库容和安全控泄流量来反推对应的安全限制水位，基于未来短期降水预报推求防洪限制水位考虑预报精度的同时，还将可能的降水量取值范围进行越级拓宽，一方面增加了水库对洪水资源的利用，另一方面在更大程度上降低了水库的调洪风险，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、降水预报等级划分：对天气预报播报的降雨信息，按照流域或区域面雨量大小进行降水预报等级划分，所述降水预报等级由低至高依次包括无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨，所述无雨按预报降水概率由低至高依次包括晴天、多云和阴天，所述无雨的实际降水区间为[0，0.1mm)，所述小雨的实际降水区间为[0.1mm，6mm)，所述中雨的实际降水区间为[6mm，15mm)，所述大雨的实际降水区间为[15mm，30mm)，所述暴雨的实际降水区间为[30mm，60mm)，所述大暴雨的实际降水区间为[60mm，∞)；
步骤二、确定越级控制雨量阈值：流域内未来24小时降水预报为晴天间多云时，其对应的越级为小雨及小雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取3mm；
流域内未来24小时降水预报为多云间阴天时，其对应的越级为中雨及中雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取10mm；
流域内未来24小时降水预报为小雨时，其对应的越级为大雨及大雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取15mm；
流域内未来24小时降水预报为中雨时，其对应的越级为无雨或暴雨及暴雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量上限阈值取30mm，其对应的越级控制雨量下限阈值取3mm；
流域内未来24小时降水预报为大雨及大雨以上降水预报等级时，其对应的越级为中雨及中雨以下降水预报等级，其对应的越级控制雨量下限阈值取10mm；
步骤三、获取未来24小时降水预报等级信息并判断未来24小时降水预报等级是否为小雨及小雨以下降水预报等级：根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为小雨及小雨以下降水预报等级时，执行步骤四；否则，执行步骤五；
步骤四、小雨及小雨以下降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤401、根据公式
步骤402、根据公式
步骤403、根据公式
步骤404、根据公式
步骤405、根据公式
步骤406、根据公式
步骤407、比较小雨及小雨以下降水预报等级下第一限制水位值
步骤五、中雨及中雨以上降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤501、根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，根据公式
当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，且当前预报量级下第一限制水位值
步骤502、根据公式
步骤503、根据公式
步骤504、根据公式
步骤505、根据公式wa＝qa×86400，计算中雨及中雨以上降水预报等级下未来24小时内超出流量部分对应的有效水量wa；
步骤506、根据公式
步骤507、天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，比较
上述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述水库为暴雨洪水入流类型且承担防洪任务的水库，所述暴雨洪水入流类型水库包括供水水库、灌溉水库、发电水库及多目标综合利用水库；
当水库为供水水库或灌溉水库时，水库生态基流常流量qu为满足河道下游生态及航运要求的下泄流量；
当水库为发电水库或多目标综合利用水库时，水库生态基流常流量qu取发电下泄等常流量和下游生态流量两者中的大值。
上述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述水库为单一水库。
上述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述流域为扇形流域或汇流面积不大于50000km2的羽形流域。
上述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述流域内径流系数α取值范围为0.6～0.8。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明对天气预报播报的降雨信息，按照流域或区域面雨量大小进行降水预报等级划分，考虑天气预报的不确定性，通过基于未来短期降水预报推求防洪限制水位考虑预报精度的同时，还将可能的降水量取值范围进行越级拓宽，进而确定各个降水预报等级的越级控制雨量阈值，为水库防洪限制水位动态调节提供参考的基础，便于推广使用。
2、本发明针对不同降水预报等级制定不同的水库防洪限制水位动态调节方式，根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为小雨及小雨以下降水预报等级时，以洪水资源利用为主要目标，按预设的越级控制雨量阈值防控洪水风险；当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，以控制和降低洪水风险为主要目标，按预设的越级控制雨量阈值上限降低调洪风险，按预设的越级控制雨量阈值下限减少兴利损失，在更大程度上降低了水库的调洪风险，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，针对不同降水预报等级，均计算两个限制水位值，其中，不同降水预报等级下的第一限制水位值的制定主要是站在洪量控制的角度上，计算过程均以防洪高水位或设计洪水位为基础进行；不同降水预报等级下的第二限制水位值的拟定则主要是基于洪水资源利用或减少兴利库容损失的要求，计算过程以常规防洪高水位为基础进行，便于推广使用。
综上所述，本发明按照在流域上发生平均面雨量相当于预报越级降水量来对水库进行设防，再由水库防洪库容和安全控泄流量来反推对应的安全限制水位，基于未来短期降水预报推求防洪限制水位考虑预报精度的同时，还将可能的降水量取值范围进行越级拓宽，一方面增加了水库对洪水资源的利用，另一方面在更大程度上降低了水库的调洪风险，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，包括以下步骤：
步骤一、降水预报等级划分：对天气预报播报的降雨信息，按照流域或区域面雨量大小进行降水预报等级划分，所述降水预报等级由低至高依次包括无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨，所述无雨按预报降水概率由低至高依次包括晴天、多云和阴天，所述无雨的实际降水区间为[0，0.1mm)，所述小雨的实际降水区间为[0.1mm，6mm)，所述中雨的实际降水区间为[6mm，15mm)，所述大雨的实际降水区间为[15mm，30mm)，所述暴雨的实际降水区间为[30mm，60mm)，所述大暴雨的实际降水区间为[60mm，∞)；
本实施例中，所述水库为单一水库，仅基于单一水库考虑其汛期限制水位的动态规划，不针对梯级和水库群；所述流域为扇形流域或汇流面积不大于50000km2的羽形流域；且参照水文情报预报规范，采用的天气预报产品的合格率大于85％，预报精度不低于甲级水平。
步骤二、确定越级控制雨量阈值：流域内未来24小时降水预报为晴天间多云时，其对应的越级为小雨及小雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取3mm，取小雨中位数；
流域内未来24小时降水预报为多云间阴天时，其对应的越级为中雨及中雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取10mm，取中雨中位数；
流域内未来24小时降水预报为小雨时，其对应的越级为大雨及大雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取15mm，取大雨下限；
流域内未来24小时降水预报为中雨时，其对应的越级为无雨或暴雨及暴雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量上限阈值取30mm，取暴雨下限，其对应的越级控制雨量下限阈值取3mm，取小雨中位数；
流域内未来24小时降水预报为大雨及大雨以上降水预报等级时，其对应的越级为中雨及中雨以下降水预报等级，其对应的越级控制雨量下限阈值取10mm，取中雨中位数；
需要说明的是，对天气预报播报的降雨信息，按照流域或区域面雨量大小进行降水预报等级划分，考虑天气预报的不确定性，通过基于未来短期降水预报推求防洪限制水位考虑预报精度的同时，还将可能的降水量取值范围进行越级拓宽，进而确定各个降水预报等级的越级控制雨量阈值，为水库防洪限制水位动态调节提供参考的基础。
步骤三、获取未来24小时降水预报等级信息并判断未来24小时降水预报等级是否为小雨及小雨以下降水预报等级：根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为小雨及小雨以下降水预报等级时，执行步骤四；否则，执行步骤五；
实际使用时，考虑未来72小时降水预报等级信息，根据未来24小时内的降水预报等级来进行推导计算，即24小时降水预报是否为小雨及小雨以下等级，确定并修正水库防洪限制水位，将未来48小时和72小时的降水预报等级信息作为参考，辅助作业人员做好水位调节准备工作。
步骤四、小雨及小雨以下降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤401、根据公式
本实施例中，所述流域内径流系数α取值范围为0.6～0.8。
实际实施时，流域内径流系数α取值参考前期降雨情况而定。
步骤402、根据公式
本实施例中，所述水库为暴雨洪水入流类型且承担防洪任务的水库，所述暴雨洪水入流类型水库包括供水水库、灌溉水库、发电水库及多目标综合利用水库；
当水库为供水水库或灌溉水库时，水库生态基流常流量qu为满足河道下游生态及航运要求的下泄流量；
当水库为发电水库或多目标综合利用水库时，水库生态基流常流量qu取发电下泄等常流量和下游生态流量两者中的大值。
需要说明的是，水库防洪限制水位的制定考虑未来24小时降水预报，将预报等级越级拓宽，按照越级后相应的雨量折算入库水量，再从防洪库容中扣除对应水量，作为防洪安全储备，并以扣除后的库容基于水位库容关系求得限制水位。
步骤403、根据公式
步骤404、根据公式
步骤405、根据公式
步骤406、根据公式
步骤407、比较小雨及小雨以下降水预报等级下第一限制水位值
步骤五、中雨及中雨以上降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤501、根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，根据公式
当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，且当前预报量级下第一限制水位值
步骤502、根据公式
步骤503、根据公式
步骤504、根据公式
步骤505、根据公式wa＝qa×86400，计算中雨及中雨以上降水预报等级下未来24小时内超出流量部分对应的有效水量wa；
步骤506、根据公式
步骤507、天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，比较
需要说明的是，针对不同降水预报等级确定不同的水库防洪限制水位动态调节方式，根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为小雨及小雨以下降水预报等级时，以洪水资源利用为主要目标，按预设的越级控制雨量阈值防控洪水风险；当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，以控制和降低洪水风险为主要目标，按预设的越级控制雨量阈值上限降低调洪风险，按预设的越级控制雨量阈值下限减少兴利损失，在更大程度上降低了水库的调洪风险；针对不同降水预报等级，均计算两个限制水位值，其中，不同降水预报等级下的第一限制水位值的制定主要是站在洪量控制的角度上，计算过程均以防洪高水位或设计洪水位为基础进行，考虑漏报上限，未来可能入库水量有多少，就将库容从防洪高水位或设计洪水位向下浮动多少；不同降水预报等级下的第二限制水位值的拟定则主要是基于洪水资源利用或减少兴利库容损失的要求，计算过程以常规防洪高水位为基础进行，在小雨及小雨以下降水预报等级时，不确定性主要考虑漏报，在不影响下游防洪目标的前提下水库未来24小时可安全下泄多少水量，就将库蓄水量向上抬升多少；在中雨及中雨以上降水预报等级时，不确定性主要考虑空报，水库未来24小时最少可能会回充多少水量不会显著影响到水库蓄水兴利，就将库蓄水量向下浮动多少。
实际实施时，不同降水预报等级下的水库防洪限制水位均选小值，从而实现对小雨及小雨以下降水预报等级的情况以兴利为主要目的，控制防洪风险；对中雨及中雨以上降水预报等级的情况以防洪为主要目的，控制兴利损失。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
技术特征：
1.基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、降水预报等级划分：对天气预报播报的降雨信息，按照流域或区域面雨量大小进行降水预报等级划分，所述降水预报等级由低至高依次包括无雨、小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨，所述无雨按预报降水概率由低至高依次包括晴天、多云和阴天，所述无雨的实际降水区间为[0，0.1mm)，所述小雨的实际降水区间为[0.1mm，6mm)，所述中雨的实际降水区间为[6mm，15mm)，所述大雨的实际降水区间为[15mm，30mm)，所述暴雨的实际降水区间为[30mm，60mm)，所述大暴雨的实际降水区间为[60mm，∞)；
步骤二、确定越级控制雨量阈值：流域内未来24小时降水预报为晴天间多云时，其对应的越级为小雨及小雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取3mm；
流域内未来24小时降水预报为多云间阴天时，其对应的越级为中雨及中雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取10mm；
流域内未来24小时降水预报为小雨时，其对应的越级为大雨及大雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量阈值取15mm；
流域内未来24小时降水预报为中雨时，其对应的越级为无雨或暴雨及暴雨以上降水预报等级，其对应的越级控制雨量上限阈值取30mm，其对应的越级控制雨量下限阈值取3mm；
流域内未来24小时降水预报为大雨及大雨以上降水预报等级时，其对应的越级为中雨及中雨以下降水预报等级，其对应的越级控制雨量下限阈值取10mm；
步骤三、获取未来24小时降水预报等级信息并判断未来24小时降水预报等级是否为小雨及小雨以下降水预报等级：根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为小雨及小雨以下降水预报等级时，执行步骤四；否则，执行步骤五；
步骤四、小雨及小雨以下降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤401、根据公式
步骤402、根据公式
步骤403、根据公式
步骤404、根据公式
步骤405、根据公式
步骤406、根据公式
步骤407、比较小雨及小雨以下降水预报等级下第一限制水位值
步骤五、中雨及中雨以上降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节，过程如下：
步骤501、根据天气预报获取未来24小时降水预报等级信息，当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，根据公式
当天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，且当前预报量级下第一限制水位值
步骤502、根据公式
步骤503、根据公式
步骤504、根据公式
步骤505、根据公式wa＝qa×86400，计算中雨及中雨以上降水预报等级下未来24小时内超出流量部分对应的有效水量wa；
步骤506、根据公式
步骤507、天气预报播报未来24小时降水预报等级为中雨及中雨以上降水预报等级时，比较
2.按照权利要求1所述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述水库为暴雨洪水入流类型且承担防洪任务的水库，所述暴雨洪水入流类型水库包括供水水库、灌溉水库、发电水库及多目标综合利用水库；
当水库为供水水库或灌溉水库时，水库生态基流常流量qu为满足河道下游生态及航运要求的下泄流量；
当水库为发电水库或多目标综合利用水库时，水库生态基流常流量qu取发电下泄等常流量和下游生态流量两者中的大值。
3.按照权利要求2所述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述水库为单一水库。
4.按照权利要求1所述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述流域为扇形流域或汇流面积不大于50000km2的羽形流域。
5.按照权利要求1所述的基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，其特征在于：所述流域内径流系数α取值范围为0.6～0.8。
技术总结
本发明公开了一种基于预报误差越级设防的水库防洪限制水位动态调节方法，包括步骤：一、降水预报等级划分；二、确定越级控制雨量阈值；三、获取未来24小时降水预报等级信息并判断未来24小时降水预报等级是否为小雨及小雨以下降水预报等级；四、小雨及小雨以下降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节；五、中雨及中雨以上降水预报等级的水库防洪限制水位动态调节。本发明按照在流域上发生平均面雨量相当于预报越级降水量来对水库进行设防，再由水库防洪库容和安全控泄流量来反推对应的安全限制水位，基于降水预报推求防洪限制水位，考虑预报精度的同时还将可能的降水量取值范围进行越级拓宽，增加水库对洪水资源的利用，降低了水库的调洪风险。
技术研发人员：刘招;王丽霞;杨银科
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：.11.19
技术公布日：.02.28
![[05月]白发- 一篇令人动容的重庆市中考满分作文](https://1000zi.500zi.com/uploadfile/img/2024/05/27/21107902bf63cb77c07022e14d50d0f3.jpg)
