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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：一种考虑降雨预报信息及其不确定性的梯级水库群预蓄水量上限获取方法，属于水库调度技术领域。首先，对数值降雨预报信息进行分析确定可利用的降雨预报信息及预见期；然后，确定不同降雨预报等级下可能发生降雨量及其对应概率集合；其次，计算梯级水库群中各水库的理论预蓄水量；再次，推求不同预报降雨等级下可能形成的洪水过程；最后，利用基于降雨预报信息的风险计算方法循环计算不同预蓄水量组合对应的水库群防洪风险，以防洪风险不超原设计的最大预蓄水量作为水库群预蓄水量上限。本发明解决了传统汛限水位动态控制域上限计算多集中于单一水库且未采用更长预见期预报信息的问题，能够满足水库洪水资源利用的需求。

主权项：1.一种考虑降雨预报信息及其不确定性的梯级水库群预蓄水量上限获取方法，其特征在于，首先，对数值降雨预报信息进行精度及可利用性分析，包括分级数值降雨预报，确定可利用的降雨预报信息及预见期；然后，分析降雨预报信息不确定性，包括统计不同降雨等级下实际发生的降雨量，确定不同降雨预报等级下可能发生降雨量及其对应概率集合；其次，利用基于聚合-分解的预泄能力约束法计算梯级水库群中各水库的理论预蓄水量；再次，推求不同预报降雨等级下可能形成的洪水过程；最后，利用基于降雨预报信息的风险计算方法循环计算不同预蓄水量组合对应的水库群防洪风险，以防洪风险不超原设计的最大预蓄水量作为水库群预蓄水量上限；具体步骤如下：步骤1：分析数值降雨预报信息精度及可利用性，包括分级数值降雨预报，确定可利用的降雨预报信息及预见期；步骤2：分析数值降雨预报信息不确定性数值降雨预报信息的不确定性由给定降雨预报等级下实际降雨分布函数表示，并对不同子流域数值降雨预报误差的联合密度函数进行估计；采用P-Ⅲ分布推求水文要素的分布函数；P-Ⅲ分布函数的推求方法如下：步骤2.1利用实测降雨序列计算不同预报等级下降雨的均值、离差系数和偏态系数，均值x、离差系数Cv和偏态系数Cs分别如公式4-7所示； Cs＝bCv；7式中：xi为降雨序列值，i＝1,2,3,···,n；n为序列总数；b为Cs和Cv的比值，由适线法确定；Cs表示偏态系数；Cv表示离差系数；步骤2.2计算实际降雨分布函数的特征参数，如公式8至公式10所示； 式中：为降雨序列数据的均值；α、β、a0分别为表征皮尔逊Ⅲ型分布的形状、尺寸、位置的参数，α0，β0；步骤2.3计算实际降雨分布曲线的概率密度函数，如公式11所示； 式中：Γα为α的伽马函数；步骤2.4重复上述步骤，计算得到流域内m个水库控制流域的实际降雨分布曲线的概率密度函数fx1,fx2,…,fxm；2.5对各子流域数值降雨预报误差的联合密度函数进行估计，如公式12所示；Fx1,x2,…,xm＝C[fx1,fx2,…,fxm]；12式中：C[*]为联合密度分布的计算函数；fxm表示第m个水库控制流域的实际降雨分布的概率密度函数；m表示梯级水库的个数；步骤2.6拟定不同概率集合{pi|i＝1,2,..,z}，采用2.5公式将pi带入数值降雨预报误差的联合概率密度函数，求得不同概率下的可能降雨量集合{Xpi|i＝1,2,..,z}，其中，z表示概率集合、降雨量集合中元素的总数，i表示元素在集合中的顺序；步骤3：基于聚合-分解的预泄能力约束法计算梯级水库群中各水库的理论预蓄水量步骤3.1将梯级水库群“聚合”为一个虚拟水库，计算预见期内“聚合水库”在满足共同保护对象防洪安全条件下允许的最大预蓄水量作为“聚合水库”的理论预蓄水量，如公式13至公式15所示；w＝Qout-QinTy,Qout≤Qan；13 式中：w为“聚合水库”的理论预蓄水量；为汛限水位对应的库容量；Z'd为预蓄后抬高的汛限水位；为汛限水位动态控制上限值；ZXL为兴利蓄水位；f[*]为库容-水位关系；Qan为“聚合水库”共同防洪保护对象的安全流量；Qin为Ty内的平均入流；Qout为Ty内的平均泄流；Ty为预见期；步骤3.2根据梯级水库群水力联系及各水库保护对象防洪标准，将步骤3.1计算的理论预蓄水量协调“分解”至各水库；也即分解计算各水库满足防洪标准的理论预蓄水量，如公式16至公式18所示； wj＝Qout,j-Qin,jTy,Qout,j≤Qan,j；17 式中，表示梯级水库中第j个水库的预蓄水量对应水位；fj[*]表示第j个水库的库容-水位关系；表示第j个水库原设计汛限水位所相应的库容；wyx,j表示第j个水库的预蓄水量；Qin,j为第j个水库Ty内的平均入流；Qout,j为第j个水库Ty内的平均泄流；Qan,j为第j个水库防洪保护对象的安全流量；步骤4：选定典型洪水过程，计算典型洪水过程对应净雨量与步骤2.6计算的Xpi值对应净雨量的比值，将典型洪水过程按照比值同倍比放大得到Xpi值形成的洪水过程SFpi；步骤5：以步骤3.1得到的理论预蓄水量为边界，利用基于降雨预报信息的风险量化方法计算不同预蓄水量组合下各水库的防洪风险，以各水库防洪风险不超原设计的最大预蓄水量作为水库预蓄水量上限；不同预蓄水量下水库防洪风险及满足风险约束的预蓄水量上限具体实现步骤如下：步骤5.1令j＝1；步骤5.2对第j个水库的理论预蓄水量进行均匀离散，以水库的理论预蓄水量为边界，组合得到水库的预蓄水量集合{wj,k|j＝1,2,..,m；k＝1,2,..,l}，l为预蓄水量集合中元素数量；步骤5.3令k＝1；步骤5.4水库以预蓄水量wj,k对应水位Zd,j起调，以常规调度方式调节降雨预报时，某一降雨频率pi下的洪水过程SFpi，得到相应的调洪高水位Z[Zd,j,Xpi]；对各降雨频率{pi|i＝1,2,..,z}对应的洪水过程{SFpi|i＝1,2,..,z}进行调节计算，得到调洪高水位-降雨频率曲线；步骤5.5在调洪高水位-降雨频率曲线上，插值得到原设计调洪高水位Zm,j的对应的频率PZ，该频率即为预蓄水量wj,k对应的防洪风险率Pj,k；步骤5.6若Pj,k小于Pd,j，则令k＝k+1，重复步骤5.4和步骤5.5；若Pj,k大于Pd,j，则水库预蓄水量上限为wj,k-1；步骤5.7令j＝j+1，重复步骤5.2至步骤5.6，直至所有水库预蓄水量上限全部计算，得到梯级水库群预蓄水量上限。

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