本书在综述大量的文献资料和长江上游水库群的应用示范的基础上,首次提出了水库运行期设计洪水的概念、理论和计算方法。主要内容包括:设计洪水研究进展与热点问题,梯级水库运行期设计洪水理论和方法,金沙江下游梯级和三峡水库设计洪水复核,长江上游干支流梯级水库群和三峡水库运行期设计洪水及汛控水位,金下游梯级和三峡水库防洪库容的互补等效关系,金沙江下游梯级水库防洪库容动态分配和汛期运行水位动态控制,三峡水库汛期运行水位动态控制和提前蓄水时机等。
随着长江上游大型梯级水库群的开发与建成,以三峡工程为核心的干支流控制性水库群已形成规模,并在我国水资源、水电清洁能源、水生态环境安全格局中发挥着关键作用。水库群通过联合调度改变洪水资源时空分布格局,高效利用雨洪资源,充分发挥水库群防洪、发电、供水、生态和航运等综合效益。水库群洪水资源化通过优化水库防洪参数和调度方案实现,是一种最直接和经济的非工程措施。水库群洪水资源化的主要技术途径包括水库运行期(分期)设计洪水、水文气象短中长期预测预报、汛期运行水位动态控制和提前蓄水等。
我国大部分河流已经形成梯级水库群格局,明显改变了河川径流及洪水的时程分配过程。水库运行管理的主要目的是在保证防洪安全前提下充分发挥水库的综合利用效益。设计洪水计算如何充分考虑上游水库的调蓄影响及水库群防洪库容之间的相互补偿作用,以适应流域下垫面及河道汇流条件的改变,是当前梯级水库联合调度运行管理中亟待解决的科学问题和工程技术难题,也是水文科学应用基础理论研究的重点方向之一。研究探讨水库“运行期设计洪水”计算理论和方法,定量估算上游水库调蓄对下游断面设计洪水和防洪安全标准的影响,并推求水库运行期的汛期防洪控制水位(简称汛控水位),不仅有利于协调防洪与兴利之间的矛盾,实现洪水资源高效利用,还能为进一步补充修订相关规范提供理论基础和科学依据。作者及其课题组积极参与该领域的多项课题研究与应用实践,与同事和研究生们一起,发表了200多篇学术论文,积累了丰富的经验和知识。
本书共分10章:第1章绪言,介绍国内外有关设计洪水及汛期运行水位动态控制现状;第2章综述设计洪水研究进展与热点问题;第3章提出梯级水库运行期设计洪水理论和方法;第4章开展金沙江下游梯级和三峡水库设计洪水复核计算;第5章计算长江上游干支流梯级水库群运行期设计洪水;第6章推求三峡水库洪水地区组成与运行期设计洪水及汛控水位;第7章探讨梯级水库防洪库容优化分配和互补等效关系;第8章研究金沙江下游梯级水库防洪库容聚合分解与配置;第9章介绍金沙江下游梯级和三峡水库汛期运行水位动态控制;第10章提出水库提前蓄水时机和多目标联合优化调度。希望本书的出版,能推动我国水库运行期设计洪水及汛期水位动态控制研究和应用,并起到一个抛砖引玉的作用。
全书由郭生练负责撰写和统稿,熊丰、谢雨祚两位博士参与了部分章节的编写。武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室的李娜、何志鹏、崔震、钟斯睿等参与了部分研究工作。本书是在综合国内外研究文献资料的基础上,经过反复酝酿而写成的,其中一些章节融入了作者20年来的主要研究成果。同时,本书的研究得到了国家自然科学基金项目“水库运行期设计洪水计算理论和方法”(51879192)、国家“十四五”重点研发计划课题“大型水库群运行期设计洪水与特征水位理论方法”(2022YFC3202801)和中国长江三峡集团项目“乌东德一白鹤滩一溪洛渡一向家坝一三峡五座水库运行期设计洪水及汛期运行水位动态控制研究”(0799254)的资助。水利部长江水利委员会水文局原局长王俊教授级高级工程师、武汉大学刘攀教授等专家学者对本书进行了评审,提出了许多宝贵的意见和建议。另外,中国水利水电出版社王晓惠编辑为本书的出版付出了大量的心血。在此一并感谢!
由于作者水平有限,编写时间仓促,书中必然有许多缺陷和不妥之处,有些问题有待进一步深入探讨和研究;在引用文献时,也可能存在挂一漏万的问题,希望读者和有关专家批评指出,并将意见反馈给我们,以便今后改正。
郭生练,男,1957年出生于福建省龙岩市,1982年毕业于武汉水利电力学院,1986年和1990年先后获爱尔兰国立大学硕士和博士学位,1991-1993年武汉水利电力大学博士后。1993年晋升为教授,1995年增选为博士生指导教师、享受国务院政府特殊津贴专家,2019年当选挪威工程院外籍院士。现任武汉大学水问题研究中心主任,湖北省科学技术协会、国际水文科协协会中国国家委员会名誉主席,《水资源研究》主编及《水利学报》《水科学进展》《水文》等刊物编委。
先后主持完成30余项国家级课题和70多项横向课题;指导培养博士后10人、博士和硕士研究生100多人次;发表学术论文700多篇,其中SCI论文200多篇(h-index=55,2020-2022年中国高被引学者),中文EI论文100多篇;入选全球前2%ding尖科学家“终身科学影响力排行榜(1960-2022)”和“2022年度科学影响力排行榜”两个榜单。授权发明专利26项,编著《设计洪水研究进展与评价》《三峡水库汛限水位动态控制关键技术研究》《长江巨型水库群防洪兴利综合调度研究》《汉江流域水文模拟预报与水库水资源优化调度配置》等20本著作,有18项成果获省部级和国家科技进步奖。第九届、第十届、第十一届、第十二届全国人大代表。
前言
第1章 绪言
1.1 水利水电工程设计洪水计算规范
1.2 汛期分期和动态设计洪水
1.3 汛期运行水位动态控制
1.4 多变量水文分析计算方法
1.5 考虑上游水库调蓄影响的设计洪水
1.6 水库运行期设计洪水的科学技术问题
1.7 长江上游流域和梯级水库简介
参考文献
第2章 设计洪水研究进展与热点问题
2.1 国内外设计洪水研究进展
2.2 丹江口水库设计洪水偏大原因分析
2.3 设计洪水研究前沿与热点问题
2.4 关于我国设计洪水研究方向的建议
参考文献
第3章 梯级水库运行期设计洪水理论和方法
3.1 梯级水库运行期设计洪水研究内容和方法
3.2 Copula函数理论和方法
3.3 基于Copula函数的洪水地区组成法
3.4 概率组合离散求和法的统计试验研究
3.5 同频率地区组成法和最可能地区组成法的比较
3.6 各种洪水地区组成方法的实用性比较讨论
3.7 本章小结
参考文献
第4章 金沙江下游梯级和三峡水库设计洪水复核计算
4.1 金沙江下游水文资料
4.2 华弹站和屏山站设计洪水复核
4.3 乌东德水库设计洪水复核计算结果
4.4 白鹤滩水库设计洪水复核计算结果
4.5 溪洛渡水库设计洪水复核计算结果
4.6 向家坝水库设计洪水复核计算结果
4.7 三峡水库设计洪水复核计算结果
4.8 本章小结
参考文献
第5章 长江上游干支流梯级水库群运行期设计洪水
5.1 梯级水库运行期设计洪水及汛控水位计算流程
5.2 金沙江中游梯级水库运行期设计洪水
5.3 雅砻江梯级水库运行期设计洪水
5.4 金沙江下游梯级水库运行期设计洪水
5.5 岷江梯级水库运行期设计洪水
5.6 嘉陵江梯级水库运行期设计洪水
5.7 乌江梯级水库运行期设计洪水
5.8 本章小结
参考文献
第6章 三峡水库洪水地区组成与运行期设计洪水及汛控水位
6.1 向家坝水库至三峡水库坝址区间流域概况
6.2 三峡水库洪水地区组成分析
6.3 多输入单输出系统模型模拟洪水结果
6.4 三峡水库运行期设计洪水及汛控水位
6.5 本章小结
参考文献
第7章 梯级水库防洪库容优化分配和互补等效关系
7.1 金沙江下游梯级和三峡水库防洪任务
7.2 梯级水库防洪库容优化分配模型与评估
7.3 梯级水库防洪库容互补等效关系的分析方法
7.4 金沙江出口控制屏山站洪水地区组成结果分析
7.5 金沙江下游梯级与三峡水库防洪库容的互补等效关系
7.6 动态调整三峡水库防洪库容的发电效益分析
7.7 本章小结
参考文献
第8章 金沙江下游梯级水库防洪库容聚合分解与配置
8.1 基于水量平衡的梯级水库库容聚合分解模型
8.2 梯级水库库容聚合分解的发电表达式
8.3 梯级水库预泄水量聚合分解
8.4 金沙江下游梯级水库防洪风险分析
8.5 金沙江下游梯级水库发电量分析
8.6 梯级水库不同调度策略的汛期发电量对比分析
8.7 本章小结
参考文献
第9章 金沙江下游梯级和三峡水库汛期运行水位动态控制
9.1 水库汛期运行水位动态控制
9.2 三峡水库流域水文气象预报精度与汛期运行水位动态控制结果分析
9.3 梯级水库汛期运行水位动态控制模型
9.4 金沙江下游梯级水库运行水位动态控制计算结果分析
9.5 本章小结
参考文献
第10章 水库提前蓄水时机和多目标联合优化调度
10.1 水库提前蓄水多目标优化调度模型
10.2 华西秋雨和长江中下游梅雨特征分析
10.3 长江中下游梅雨与三峡水库洪水关系分析
10.4 三峡水库流域汛期分期和提前蓄水时机选择
10.5 溪洛渡-向家坝-三峡梯级水库提前蓄水多目标优化调度
10.6 金沙江下游梯级和三峡水库提前蓄水联合多目标优化调度
10.7 本章小结
参考文献