第３Ｏ卷第¨期 ２００８年１１月 人民黄河 ＶｏＩ．３０．Ｎｏ．Ｉ１ Ｎｏｖ．，２００８ ＹＥＬＬＯＷ ＲＩＶＥＲ 【水文・泥沙】 水库超设计洪水位风险分析 聂相田 ，陈守煜 ，李亚伟 （１．华北水利水电学院，河南郑州４５００１１；２．大连理工大学，辽宁大连ｌ１６０２４； ３．水利部综合事业局，北京１０００５３） 摘要：在总结有关学者研究成果的基础上，定义了水库超设计洪水位风险的含义，从理论上较全面地描述了水库超设 计洪水位风险率的分布特征，并提出了水库超设计洪水位风险率分布函数。通过洪水随机模拟试验的方法，采用改进的 调洪规则，对白山、丰满梯级水库超设计洪水位风险进行了分析，为研究水库超设计洪水位风险提供了一条有效的途径。 关键词：风险率；超设计洪水位；随机模拟 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—１３７９（２００８）１】～ｏｏ３８—０２ 中图分类号：ＴＶ６９７．１ 授式（１）计算－２阶原点矩： １概述 ０２＝１２ｐ＋２ （１一Ｐ）Ｐ＋…＋ｉ （１一Ｐ）卜 Ｐ＋…＝ 国内外学行对水库洪水风险作了广泛的探索和研究，如利 用随机和模糊 险分析的方法”。 对大坝防洪安全进行评估 和校核，采用动态规划理沦研究水库汛限水位和洪灾风险率的 关系 等，并取得了一定的成果。 可得： ｐ［１＋２ （１一ｐ）’＋…＋ｉ （１一ＪＤ） ’＋…］ （５） Ｄ 均方差为 ： （６） 水库超设｝ｒ洪水位风险是水库安全的重要指标，直接关系 到水库防洪和大坝安全，但对其风险率分布特征尚未从理论上 作详细研究。笔者从随机数学分析和洪水随机模拟分析的角 度对水库超设汁洪水位风险进行了研究。 Ｉｘ］：丽变差系数为 Ｃｖ ： ：—，／１ －Ｐ （７） ： （８） ２水库超设计洪水位风险率分布 按设计规范，以不小于某一概率Ｐ（％）的设计洪水及其过 程．按规定的水库起调水位和调度规则，调洪演算得出水库设 计洪水１＝ｌ＿＝ｊ＝、令Ｐ（％）为水库超设计洪水位的风险率，设 为水 库超设计洪水位的年份序列数， 为离散型随机变量，则水库 超设计洪水位风险率年序数的分布为 Ｐ Ｘ：ｉ｝＝（１一ｐ） Ｐ ｉ＝１，２，…，ｋ （１） 根据 与三阶原点矩。，的关系： ３＝Ⅱ３—３Ｍｅ ］“２十２（ ［ ］） ３＝１ ３ｐ＋２ （１一Ｐ）Ｐ＋…＋ｉ （１一ｐ）卜 Ｐ＋…＝ ｐ［１ ＋２ （１一ｐ） ＋…＋ｉ （１一ｐ） ＋…］ 可得： （９） ３ ————— ———一 ： （１ｏ）Ｊｕ 进而推导偏态系数Ｃ ［ ］为 ３水库超设计洪水位风险率分布数字特征 水库超设计洪水位风险率分布数字特征包括数学期望 Ｍ［Ｘ］、方差Ｄ［ＩＹ 与偏态系数Ｃ ［ ］以及变差系数Ｃ ［ ］。根 据数学期望的定义，有： ｃｓＩＸ］＝ ＝ …） ４水库超设计洪水位风险率分布函数 为了进一步研究水库超设计洪水位风险率分布特征，需分 析其风险率分布函数，（ ）： Ｆ（ ）＝Ｐ（Ｘ＜１） （１２） ｊ＝ｐ［Ｉ＋２（１一ｐ）＋３（１一Ｐ）。＋…＋ （１一ｐ） ＋…］ （２） 对式（２）求关于（１一Ｐ）的导数，得到水库超设计洪水位年序数 ｘ的风险率分布的数学期望，即 １ 根据式（１）有： ＭＣｘ］＝古 根据方差Ｄ［Ｘ］与二阶原点矩ｏ 的关系，有： Ｄ［Ｘ］＝ａ 一（Ｍ［Ｘ］） （３） （４） 收稿日期：２００８—０７—１８ 作者简介：聂相田（１９６２一），男，山西原平人，教授，主要从事工程管理、水资源 管理等方面的研究工作。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｔｎｉｅ＠１２６．ｅｏｒｌｌ 第１１期 聂相田等：水库超设计洪水位风险分析 ・３９・ Ｆ（Ｘ）＝｛ （１３） Ｌ１一（１一Ｐ） ， ≥１ 式（１３）为超设计洪水位年序数ｘ的风险率分布函数，简称为风 险率函数，当 ＝０时，Ｆ（ ）＝０；当 一 时，Ｆ（Ｘ）一１；当Ｐ 一定时，风险率随着 增加而变大。令 ＝ｎ（ｎ为水库使用年 限），于是水库在使用年限内的超设计洪水位风险率为 ，（ｎ）＝１一（１一Ｐ） （１４） ５实例分析 白山、丰满梯级水库均位于吉林省第二松花江上，其中：丰 满水库控制流域面积为４２ ５００ ｋｍ ，多年平均径流量为１４３亿 Ｉｎ ，正常蓄水位为２６３．５ ｍ，设计防洪标准为０．２％，校核防洪标 准为０．０２％，校核洪水位为２６７．０３ ＩＴＩ；白山水库控制流域面积 １９ ０００ ｋｍ２，多年平均径流量为７３亿ｎｌ ，正常蓄水位为４１３．０ ｍ，设计标准为０．２％，设计洪水位为４１８．３ ＩＩｌ，校核防洪标准为 ０．０２％。校核洪水位为４２０．０ ｍ。 根据白山水库入库洪水和白山一丰满区间实测典型洪水 的分配、组合过程，计算出白山、丰满水库之问的洪量分配比例 系数，然后将生成的丰满水库１５日洪量分配为白山入库洪水 １５日洪量和白山一丰满区间洪水１５日洪量。运用陈守煜提出 的调洪数值一解析解法进行调洪计算 ｊ。 入库洪水过程选择方法是从实际典型洪水过程中随机抽 取一个，按生成的洪量同倍比放大法生成人库洪水过程。先按 生成的白山水库入库洪水进行自山水库洪水调度调节计算，然 后将白山水库出库流量过程加上生成的自山一丰满区间洪水 过程作为丰满水库的入库流量过程，据此进行丰满水库的洪水 调洪调度计算。 应用蒙特卡洛方法对白山水库、丰满水库洪水调度系统进 行２５次万年一遇洪水系列模拟计算，得到洪水位频率分析统 计结果见表１。 表１白山、丰满水库１５日洪量调洪最高洪水位频率分析 水位／ｍ 水位／ｍ 芈 竿 丰满水库白山水库 丰满水库白山水库 ０．ｏｏ０ ｌ ２６７．６７ ４２０．４５ ０．ｏｏ５ ０ ２６６．４２ ４１７．９４ ０．０００ ２ ２６７．４７ ４２０．００ Ｏ．（）ｏ８ ０ ２６６．１９ ４１７．７ｌ ０．０００ ３ ２６７．３６ ４１９．８２ ０．０１０ ０ ２６６．０９ ４１７．５７ ０．０００ ５ ２６７、１４ ４１９．４７ ０．０２０ ０ ２６５．７７ ４１７．３ｌ ０．０００ ８ ２６６．９８ ４１９．１２ ０．０５０ ０ ２６４．７０ ４１６．７３ ０．００ｌ ０ ２６６．９０ ４ｌ８．９７ ０．０８０ ０ ２６４．０９ ４１６．５Ｏ Ｏ．００２ ０ ２６６．６４ ４１８．４９ ０．１ｏｏ ０ ２６３．８３ ４１６．２６ Ｏ．０ｏ３ ０ ２６６．５０ ４１８．２４ 由表１可知，白山水库５００年一遇模拟洪水，最高洪水位 为４１８．４９ ｍ，略高于白山水库设计采用的Ｐ＝０．２％时的最高 洪水位４１８．３０ ｍ。丰满水库５００年一遇模拟洪水最高洪水位为 ２６６．６４ ｍ，与设计采用的ｐ＝０．２％时的洪水位基本一致。丰 满、白山水库超设计洪水位风险分别为０．２％和０．２６２％，白山 水库１５日模拟洪水超过设计洪水位的风险率略大于相应的设 计标准。 白山、丰满水库模拟洪量风险分布数字特征值见表２。由 表２可知，白山、丰满水库模拟洪水超设计洪水位风险率分布 表现出巨大的离散性。当白山、丰满水库的使用年限均为３００ 年时，对于模拟洪水系列，在水库使用年限内超过设计洪水位 的风险率分别为０．４５２和０．５４５。 表２ 白山，丰满水库模拟１５日洪量风险分布数字特征值 ６结语 洪水风险率分布函数较完整地描述了超设计洪水位风险 的基本特征。通过水文资料的不断积累和采用改进的调洪调 度技术，结合洪水随机模拟试验，可以更加准确地了解水库的 超设计洪水位风险，在水库遭遇大洪水时，有利于洪水调度决 策，确保水库的安全。 参考文献： 【１］姜树海．大坝防洪安全的评估和校核【】］．水利学报，１９９８（１）：１８—２４． ［２］姜树海．防洪设计标准和大坝的防洪安全［Ｊ］．水利学报，１９９９（５）：１９—２５． ［３］傅湘，纪昌明．水库汛期调度的最大洪灾风险率研究ｃ Ｊ］．水电能源科学， １９９８（２）：ｌ２—１５． ［４］ 聂相田，邱林，朱普生，等．水资源可持续利用管理不确定分析方法及应用 ［Ｍ］．郑州：黄河水利出版社，１９９９． ［５］ 陈守煜 复杂水资源系统优化模糊识别理论与应用［Ｍ］．长春：吉林大学出 版社，２００２． ［６］陈守煜．水库调洪数值一解析解法［Ｊ］．大连理工大学学报，］９９６（６）：７２１—７２４． 【责任编辑乔韵青】 （上接第３７页） ６ 结 论 （１）近２Ｏ年来，渭于河流域山区、平原区的年平均气温总 体呈显著升高趋势，但是各季的平均气温变化趋势具有明显的 差异。山区升温主要在秋季，而平原区却出现在冬季。 （２）２０世纪８Ｏ年代降水偏多，９０年代降水偏少，２１世纪初 降水开始增加，渭干河流域山区与平原区均以夏季降水的线性 增势最为显著。 （３）近２０年来，渭干河流域平原区各站年径流量呈显著线 性增加趋势，而山区各站则增减不一。卡拉苏站年径流量呈线 性增加趋势，而破城子站、卡木鲁克站则呈线性减少趋势。 （４）近２０年来，气温、降水等水文因素对渭干河流域径流 变化影响加剧，２０世纪９０年代、２ｌ世纪初洪灾发生的频次均 高于８０年代，并且有逐年增加的趋势；暴雨洪水是成灾的主要 因素。 参考文献： ［１］张雄文．渭干河流域地表水资源评价［Ｒ］．阿克苏：阿克苏水文水资源勘测 局，２００６ 【责任编辑翟戌亮】