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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明提供一种水库分级分期旱限水位设计与控制方法，属于抗旱调度技术领域。首先，分析供水保障目标及设计供水需求。其次，通过审查长系列水文资料的可靠性、一致性、代表性，设计不同预警级别的入库径流过程；综合考虑入库径流、水库运行水位、供水需求等因素的季节性特点，对水文年进行干旱预警分期。再次，根据设计需水过程、供水保障优先级，确定分级分期旱限水位供水规则，并初步确定分级分期的旱限水位。最后，基于长系列径流过程模拟进行分级分期旱限水位合理性分析与调整。本发明提出的基于长系列模拟的合理性分析方法及水库旱限水位反馈修正方法，能够综合考虑工程应用中对系统供水保证率与破坏深度的要求，计算快速、便捷、适于工程推广应用。

主权项：1.一种水库分级分期旱限水位设计与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：分析供水保障目标及设计供水需求；步骤二：设计不同预警级别的设计枯水年径流过程，包括一般枯水年径流过程和特枯年径流过程，设计分为以下两种情况：1对于年调节、季调节水库，采用水文频率分析方法设计枯水年径流量及其年内分配，径流频率曲线线型、统计参数及代表年的选取参考SLT278—2020《水利水电工程水文计算规范》；2对于多年调节水库，采用扣除允许破坏年数法确定设计枯水系列；具体为：首先，按式1计算设计保证率条件下正常工作允许破坏的年数Tf；然后，在实测资料中选出最枯连续枯水年组，从该最枯连续枯水年组最后一年起逆时序扣除允许破坏年数，余下的即为初步确定的设计枯水系列；采用连续枯水年组的平均年径流量、年径流量变差系数、连续枯水年数三个指标评估枯水的严重程度，三个指标按重要性排序依次是：平均年径流量、连续枯水年数、年径流量变差系数；Tf＝n-Pdn+11式中，n表示水文系列总年数，Pd为设计保证率；步骤三：确定干旱预警分期；综合考虑入库径流、水库运行水位、供水需求因素的季节性特点，对水文年进行干旱预警分期；步骤四：确定分级分期的旱限水位供水规则；根据步骤一确定的设计需水过程、供水保障优先级，确定分级分期旱限水位供水规则；1当水库水位高于旱警水位时，水库采取“充分供水”的供水措施，不限制供水，“充分供水”供水量的计算公式如下所示：Wa,t＝Dagr,t+Dind,t+Dlife,t+max{Deco,t,Dship,t}2式中，Wa,t为水库t时段“充分供水”供水量；Dagr,t为水库t时段正常灌溉需水量；Dind,t为水库t时段正常工业需水量；Dlife,t为水库t时段正常生活需水量；Deco,t为水库t时段生态需水量；Dship,t为水库t时段航运需水量；航运需水和生态需水都属于河道内需水，可共用，两者取大；2当水库水位在旱警水位以下，旱保水位以上时，水库采取“一级限供”的供水措施，轻度限制供水，“一级限供”供水量的计算公式如下所示：Wb,t＝Dagr,t·vagr,t+Dind,t+Dlife,t+max{Deco,t,Dship,t}3式中，vagr,t为水库t时段农业限制供水系数；3当水库水位在旱保水位以下时，水库采取“二级限供”的供水措施，进一步限制供水，“二级限供”供水量的计算公式如下所示：Wc,t＝Dagr,t·vagr,t+Dind,t·vind,t+Dlife,t+max{Deco,t,Dship,t}4式中，vind,t为水库t时段工业限制供水系数；步骤五：初步确定分级分期旱限水位；基于步骤一确定的设计需水过程、步骤二确定设计入库径流过程，以及步骤四确定的旱限水位供水规则，采用逆序递推方法初步确定分级分期的旱限水位；计算旱警水位时，以一般枯水年径流过程及“充分供水”供水过程作为输入；计算旱保水位时，以特枯年径流过程及“一级限供”供水过程作为输入；以供水期末水位恰好达到水库死水位或允许消落的最低水位，以旬或月为计算时段，依据水库兴利调节原理，逆序递推得到各月旬初水位，递推公式如公式5所示；逆序递推过程中，水库水位要满足基本约束：库水位在死水位和兴利蓄水上限水位之间，其中汛期兴利蓄水上限水位为水库汛限水位，非汛期兴利蓄水上限水位为正常蓄水位，见式7；各月旬旱警水位不应低于同期旱保水位；满足以上约束的各月旬初水位即为各月旬旱限水位和旱警水位； ZT+1＝Zdead6 式中，Zhj,t、Zhj,t+1分别为水库t、t+1月旬的旱警水位；f为水库库容-水位曲线；f'为水库水位-库容曲线；Wa,t为t月旬“充分供水”供水量；Wb,t为t月旬“一级限供”供水量；Wloss,t为水库t月旬蒸发、渗漏损失水量；Wp1,t、Wp2,t分别为一般枯水年和特枯水年t月旬的水库来水量；Zhb,t、Zhb,t+1别为水库t、t+1月旬的旱保水位；ZT+1为水文年末水位；Zdead为水库死水位或考虑水质要求允许取水的最低水位；Zlimit为水库汛限水位；Znormal为水库正常蓄水位；在上一步推求的各月旬旱限水位和旱警水位的基础上，基于步骤三确定的干旱预警分期，取各分期内最低月旬旱限水位、旱警水位作为该分期旱限水位、旱警水位；步骤六：分级分期旱限水位合理性分析与调整；1基于步骤四确定的旱限水位供水规则以及步骤五确定的分级分期旱限水位，对历史长系列径流过程进行模拟，统计各用户供水保证率Rel、最大供水破坏深度Vul，计算公式如下： Vul＝maxDeftDemt9式中，N为总的统计时段数；Zt为t时段供水状态，若当前时段满足供水需求，则Zt＝1，若当前时段未满足供水需求，即发生供水破坏，Zt＝0；Deft为时段t的缺水量；Demt为时段t的需水量；2判别供水保证率、破坏深度是否符合规划设计要求：若各用水户供水保证率、供水破坏深度指标均满足规划设计要求，则说明初步确定的旱限水位科学合理；若有任意指标不满足规划设计要求，则需要对初步确定的旱限水位进行反馈修正与调整，直至指标达标；3分期旱限水位反馈修正的方法：若供水保证率不达标，首先采用更换典型枯水年方式进行反馈修正，再按照“据旱限水位年内变化规律，调整对系统供水保证率、破坏深度影响大的旱限水位”思路进行反馈修正；若供水保证率达标而供水破坏深度不达标，则采用提升高用水时期旱警水位、降低枯水期旱保水位的反馈修正方法；若无法通过修正使得各用水户供水保证率、供水破坏深度指标达标，则说明水库供水系统无法承担当前设计需水量，应对设计需水量进行调整，直至各用水户供水保证率、供水破坏深度达到设计要求。

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