水文预报与水资源优化管理关键技术彭顺风实用教案

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1、第1页/共43页第一页，共43页。i) 第2页/共43页第二页，共43页。第3页/共43页第三页，共43页。淮河流域水旱灾害(zihi)(zihi)的两大特点1 1、灾害(zihi)(zihi)发生频率高 据统计，公元前246246年20002000年的22462246年中，共发生洪涝10051005次，旱灾936936次，几乎是年年有灾。22462246年中发生流域性的水旱灾害(zihi)336(zihi)336次（水灾266266次，旱灾7070次），平均6.76.7年1 1次。2 2、旱涝交替、连旱连涝变化发生频率高 第4页/共43页第四页，共43页。淮河流域水资源的特点及存在的问题(w

2、nt)(wnt)1 1、水资源短缺 淮河区水资源总量约916916亿m3m3，占全国1/301/30，而承载的人口和耕地面积分别占全国1/51/5和1/71/7。由于人多，地多，水少，加上水资源时空分布不均匀，淮河区水资源供需矛盾十分突出。2 2、水资源时空分布不均 汛期特别是丰水年汛期易造成洪涝灾害，水资源利用难度大；偏枯年份水资源又严重供不应求，造成旱灾。 山丘区降水量和水资源量较大，但由于耕地少、经济落后需用水量较小；平原区特别是豫东和南四湖湖西等平原地区降水量及水资源量相对较小、但耕地多，主要城市、工矿企业主要分布在平原区内，需用水量较大。 第5页/共43页第五页，共43页。3 3、水

3、资源浪费现象 农业用水定额偏高、灌溉水利用率低；许多工厂设备陈旧，工艺、管理落后、取用水量大、重复利用率低；不少城市存在吃大锅饭、常流水、管网跑冒滴漏严重等现象。4 4、水资源配置不尽合理 首先，淮河流域水资源区域配置的工程手段不足。淮河流域水资源与用水要求在空间(kngjin)(kngjin)上不够匹配，淮河以南地区水资源相对丰沛，且拥有多座大型蓄水工程，而社会经济发展对水资源需求不旺；淮河以北地区水资源相对缺乏，但社会经济发展对水资源需求旺盛。 其次，用水结构上不够合理，如在淮北及南四湖等缺水地区发展了大量的高耗水、高污染的大型工业，工业布局不够合理。 第6页/共43页第六页，共43页。

4、目前国内的技术储备难以解决中长期水文预报预见期短、淮河流域复杂气候、下垫面及工程布局条件下的水文预报与水资源优化配置联合(linh)调度等技术难题。 瞄准水文预报预见期增长、精度的提升以及水文预报与水资源配置的联合(linh)调度。淮河水利委员会向水利部“948”项目()管理办公室申请外汇资金，由淮委水文局与美国乔治亚水资源研究所共同开发完成了淮河上游水资源管理决策支持系统，为淮河流域的防洪减灾及水资源优化配置提供科学支撑。第7页/共43页第七页，共43页。第8页/共43页第八页，共43页。化管理及决策支持系统。化管理及决策支持系统。第9页/共43页第九页，共43页。小时下泄流量(liling

5、)发电目标，状态变量目标小时下泄流量(liling)发电目标，状态变量目标电量 洪水损失 供水效益(xioy) 航运效益(xioy)当前系统状态水文预报水文预报供水需求供水需求能量需求能量需求航运要求航运要求社会社会/文化约束文化约束机组负荷分配流量调节实时控制模型实时控制模型小时/天中中/短期模型短期模型日，6小时, 或1小时/长度一个周/旬/月长期计划模型长期计划模型周，旬，或月/几个月到一年水文预报电力需求供水需求洪水损失曲线航运要求用水部门和供水量的短期运行权衡关系发电计划防洪管理供水航运用水部门和供水量的长期计划权衡关系用水部门和供水量的长期计划权衡关系效益分享选择效益分享选择节水兴

6、利策略节水兴利策略径流方案径流方案系统开发选择系统开发选择需求方案（水需求方案（水/能）能） 水调方案水调方案方案方案/政策评估模型政策评估模型周，旬，月 / 多年评估结果：评估结果：系统开发选择系统开发选择大型调水政策大型调水政策气候变化气候变化 减灾标准减灾标准水资源分享协议水资源分享协议系统基础设施变化系统基础设施变化管理政策管理政策电量 洪水损失 供水效益 航运效益第10页/共43页第十页，共43页。第11页/共43页第十一页，共43页。第12页/共43页第十二页，共43页。第13页/共43页第十三页，共43页。长期预报(ybo)模型利用径流、降雨利用径流、降雨(jin y)(jin

7、y)及海及海温作为预报因子，温作为预报因子，采用回归和历史采用回归和历史相似法作为预报相似法作为预报模型，对鲁台子模型，对鲁台子以上区间、鲁台以上区间、鲁台子至蚌埠闸区间子至蚌埠闸区间以及上游水库的以及上游水库的入库径流进行预入库径流进行预报，以可能径流报，以可能径流过程线集合的形过程线集合的形式作为结果输出，式作为结果输出，预报提前期可达预报提前期可达3 36 6个月。个月。第14页/共43页第十四页，共43页。长期(chngq)计划模型以中长期水库径流预报的结果为以中长期水库径流预报的结果为依据，综合依据，综合(zngh)(zngh)考虑系统考虑系统的所有约束条件的所有约束条件( (发电，

8、防洪，发电，防洪，防旱，灌溉，供水，生态水质防旱，灌溉，供水，生态水质等等) )，提供管理人员和决策者多，提供管理人员和决策者多种优化方案的权衡对比结果，及种优化方案的权衡对比结果，及相应的各水库今后几月至一年的相应的各水库今后几月至一年的每月的调度方案。每月的调度方案。第15页/共43页第十五页，共43页。多年(du nin)评估模型为快速评估中长期水资源优化为快速评估中长期水资源优化管理模型的应用效果而设计的管理模型的应用效果而设计的工具。通过对模拟演算的结果工具。通过对模拟演算的结果(ji gu)(ji gu)分析，可以对决策分析，可以对决策支持系统的参数是否要做相应支持系统的参数是否要

9、做相应的调整提出建议。的调整提出建议。第16页/共43页第十六页，共43页。第17页/共43页第十七页，共43页。第18页/共43页第十八页，共43页。 利用当前水文信息和有关联的海洋温度变化，对流域最有可能的来水进行预报，其预报提前期可达3-63-6个月，此方法在多个地区均有应用(yngyng)(yngyng)，可靠性超过70%70%。 第19页/共43页第十九页，共43页。第20页/共43页第二十页，共43页。第21页/共43页第二十一页，共43页。 ELQG 属于迭代优化算法，从一初始(ch sh)控制系列开始R(k); k = 0, 1, 2, ., N-1，然后逐步寻找改善的系列直到

10、收敛。收敛的标准是目标函数不再改进。ELQG 法的特点是计算速度快，特别适合有不确定输入的多水库系统的优化问题。 第22页/共43页第二十二页，共43页。第23页/共43页第二十三页，共43页。 快速评估中长期水资源优化管理模型的应用效果。可对决策支持系统的参数是否要做相应的调整提出建议；可评估下列条件变化对系统运行及效益带来的影响：（长期预报模型精度的改进、大气变化、不同的系统约束、新的水利工程开发(kif)和不同水资源分配方案）。第24页/共43页第二十四页，共43页。第25页/共43页第二十五页，共43页。（2）首次利用）首次利用“扩展线性二次高斯扩展线性二次高斯”的优化算法对蚌埠闸以上

11、南岸地区的优化算法对蚌埠闸以上南岸地区的水库进行水库群优化调度，算法的水库进行水库群优化调度，算法实用快速，能帮助管理人员制定实用快速，能帮助管理人员制定(zhdng)从中长期计划到短期实时从中长期计划到短期实时运行的方案。运行的方案。（3）建立的演算评估模型可以利用）建立的演算评估模型可以利用中长期水资源优化管理模型对所选中长期水资源优化管理模型对所选定的长期历史径流系列进行自动反定的长期历史径流系列进行自动反模拟计算，对模拟结果进行分析评模拟计算，对模拟结果进行分析评估。估。第26页/共43页第二十六页，共43页。第27页/共43页第二十七页，共43页。第28页/共43页第二十八页，共43

12、页。研究成研究成果达到果达到(d do)国国际先进际先进水平水平第29页/共43页第二十九页，共43页。第30页/共43页第三十页，共43页。 “ “淮河淮河(hui h)(hui h)上游水资源管理决策支持系统上游水资源管理决策支持系统”是淮河是淮河(hui h)(hui h)流域防洪抗旱及水资源优化管理流域防洪抗旱及水资源优化管理配置中的重要非工程措施。系统自配置中的重要非工程措施。系统自20072007年在淮河年在淮河(hui h)(hui h)流域蚌埠闸以上地区投入使用以来，系流域蚌埠闸以上地区投入使用以来，系统在以下方面做了应用研究：统在以下方面做了应用研究：2 2、区域的水资源论证

13、、区域的水资源论证 如淮南凤台、潘集、田集及蚌埠等电厂的水资源如淮南凤台、潘集、田集及蚌埠等电厂的水资源论证等。论证等。第31页/共43页第三十一页，共43页。1 1、水资源规划、研究 如“淮南煤电基地田集电厂水源条件分析 ” ”、“特殊干旱期淮河蚌埠闸上水资源调度(diod)(diod)方案研究 ” ”、“淮南采煤沉陷区平原水库建设研究”、“淮河干流临淮岗以上规划来水研究 ” ”、“淮河干流正阳关 蚌埠段水量配置方案研究”等。第32页/共43页第三十二页，共43页。第33页/共43页第三十三页，共43页。加入海温后的预报加入海温后的预报(ybo)(ybo)模型可以将预报模型可以将预报(ybo

14、)(ybo)提前期由个月增加到个月，为长期计划提前期由个月增加到个月，为长期计划的制定提供了保证。的制定提供了保证。加入(jir)(jir)海温因子后对预报精度的改进第34页/共43页第三十四页，共43页。 帮助决策人员制定上游山区水库群防洪调度和水资源调度的方案，能计算不同来水年份（丰、平、枯水年等）水资源利用率和利用潜力，分析缺水年份不同分水方案对各用水户造成影响(yngxing)，从而为制定流域长期水资源规划提供支撑 。第35页/共43页第三十五页，共43页。第36页/共43页第三十六页，共43页。 2003年2009年，通过系统在不同地区、不同部门的应用，提高了淮河上游区中长期水文预报

15、和水资源预测调度的水平，在蚌埠闸以上地区的水资源水资源论证、水资源规划研究、水资源的优化配置等方面得到了广泛的应用，经济效益(jn j xio y)和社会效益显著。 第37页/共43页第三十七页，共43页。 通过安徽省水文局、淮委水政水资源处，安徽省水科院应用取得(qd)了显著的应用和经济效益。第38页/共43页第三十八页，共43页。第39页/共43页第三十九页，共43页。 目前国内类似的软件产品不多，国际上虽有类似系统软件，但价格贵，二次开发困难，本项目技术成熟(chngsh)，可先在淮河流域内部地区推广应用，然后再推广到其它流域。 第40页/共43页第四十页，共43页。 项目成果已于2007年投入应用，并在安徽省水文局、淮委水政水资源处，安徽省水科院进行了实际推广应用，取得了良好的经济和社会效益。 通过实践检验证明，项目的设计思想(sxing)、技术成果等具有广阔的推广应用前景。第41页/共43页第四十一页，共43页。谢谢 谢谢 ！第42页/共43页第四十二页，共43页。感谢您的观看(gunkn)！第43页/共43页第四十三页，共43页。