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摘要：在水库实时调度过程中，汛限水位是一个十分重要、敏感的指标，它直接影响着能否合理解决水库防洪与兴利之间的矛盾。因此根据工程实际要求，科学描述水库汛期，合理确定水库汛限水位，研究汛限水位实时控制方法，建立切实可行的水库汛限水位控制模式等，具有十分重要的意义。采用模糊集合理论方法，升半正态分布模拟梅汛期到台汛期过渡期的相对隶属函数, 根据水库的实际运行情况, 分析计算出过渡期逐日汛期隶属度, 确定符合水库防洪标准的过渡期汛限水位, 实现水库过渡期汛限水位动态控制。
关键词：汛限水位；汛期过渡期；模糊集合理论；汛期隶属度
中图分类号：TV文献标识码： A 文章编号：
中图分类号：TV213.9 文献标识码：A
由于降雨时空分布差异较大，使得我国不仅洪水灾害频繁、洪灾损失严重，而且干旱缺水问题突出。为实现防汛抗早并举，开发利用洪水资源，减害增利，更好地促进人与自然和谐共存，新时期采用全过程、全方位、多角度治水思路和理念，统筹防洪减灾和兴利，对洪水实施有效管理，对洪水资源进行合理配置，在保障防洪安全的同时，努力增加水资源的有效供给，维系良好的生态环境。
水库是径流调节的工具，同时也是存储水资源的一种工程措施。人们运用水库的调蓄能力，通过水利枢纽的各种建筑物及设备，按设计要求，有目的地调节控制河流的天然来水，在保障水库本身和上下游防洪目标安全前提下，达到除害兴利的目的。
水库调度按调度的目标可分为防洪调度和兴利调度。水库防洪调度过程中，防洪和兴利总是矛盾对立的，本文就防洪调度中所涉及到的汛限水位和汛期过渡期水位控制，进行了一些思考。
1 汛限水位
汛限水位是发挥水库综合效益的重要特征水位，是防洪和兴利的结合点。
近几年，随着数值预报技术的快速发展，中央、各省市自治区及大型水库气象台短期天气预报的准确率大大提高，尤其是雨区的预报（小雨和中雨）提高更为明显[1-2]。研究合理利用这些信息，突破当前水库防洪调度的观念，建立实时动态控制汛限水位的新理念，在保证防洪安全前提下使水库在汛期多蓄水，缓解水资源和电力短缺的问题，充分发挥水库的综合效益。
确定水库汛限水位动态控制范围值，可先采用以下方法分别确定汛限水位动态控制上限值和下限值，然后采用包线法确定汛限水位动态控制范围值[3]。①预报调度法。利用预报的洪水总量或峰前量或洪峰流量，在不改变水库防洪标准，确保水库及上、下游防洪安全前提下，改变水库洪水调度的判别条件，确定新的汛限水位，并以此作为汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。②预泄能力约束法。利用洪水预报和降水预报的有效预见期，按照洪水起涨前库水位必须降至原设计汛限水位的要求，根据下游河道安全泄流能力，确定汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。有效预见期必须考虑信息传递、决策、闸门操作所需时间。③库容补偿法。当上游或下游水库有富余防洪库容时，可充分利用其富余防洪库容，并依此计算相应的汛期限制水位，作为汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。④其它方法。
值得指出的是，只有当水库水位落在汛限水位动态控制范围内，且处于洪水的退水期时，才存在汛限水位动态控制问题。
在2009年的“莫拉克”台风洪水过程中，周公宅水库采用水位动态控制方法进行调度，在台风影响前期，利用洪水预报与降水预报的有效预见期，按照洪水起涨前，库水位必须降至汛限水位的原则，及预报的洪峰流量、洪水总量，提前进行预泄了约300万方水量，有效提高了防洪安全。在洪水退水期阶段，根据降水预报及下游水库防洪安全的实际情况，水库关闭闸门，利用发电下泄水量，适当超蓄了部分水量，并采用当预报24h有中雨或中雨以上量级的降雨时，从安全角度出发，在有效预见期内的退水过程中，水库开闸门提前预泄，尽快将水位降至汛限水位的原则，从而可以有效拦蓄洪水尾巴。
2 汛期过渡期的水位控制
水文上一般将一年分为汛期(丰水期)和非汛期(枯水期)两大阶段。目前，各地主要采用分期汛限水位法，以洪水的季节性特点为依据，将汛期划分为几个阶段，针对不同时期采用适当的方法确定并执行各自的汛限水位。这种方法考虑了汛期水文气象特性的分布规律，在实际中运用比较广泛，但是这种方法没能考虑洪水和降雨预报信息，没有充分挖掘水库的潜力，在固定的汛限水位约束下，出现汛期大量泄洪，汛后蓄水量偏少的现象，造成的一定程度的洪水资源的浪费。
深入探究水文分期的实质,一个流域的汛期、非汛期划分是很不清晰的, 其原因是天然径流现象与大气循环和气象变化有直接联系。地球的自转和公转规律决定了大气循环、气象变化的周期性和渐变性, 从而影响到水文现象及其分期在年度周期内的渐变过渡过程。因此任一地区、任一流域的汛期和非汛期都是模糊现象。已往根据统计分析, 人为指定水文分期时间间隔点, 把汛期和非汛期看作时间论域上的普通集合的处理, 只能是对客观现象的一种近似描述。要客观合理地描述水文分期, 應该计入其模糊性特点, 把汛期和非汛期看作时间论域上的模糊集。
模糊集合分析法进行汛期分期的实质就是如何确定描述汛期的中介过渡性和隶属函数形状或参数。由于自然径流现象受到地球物理及大气循环周期性变化的影响, 每年降雨集中、径流较丰的汛期具有产生、增长、保持、减小、消失的变化规律,因此汛期是一种升半降半分布的模糊集合。汛期模糊集合的隶属函数可选用升半降半岭形分布函数, 或选用升半降半正态分布函数。升半降半正态分布隶属函数更接近模糊统计分析结果，其表达式为:
（1）
式中exp为e的指数;参数a1，a2分别是汛期开始与结束时间;参数b1，b2是采用最小二乘法进行曲线拟合而得，和过渡期控制防洪库容与校核洪水标准的防洪库容之比有关。
基于模糊集合论,过渡期中任意时间属于主汛期的隶属度是不同的, 也就是说, 过渡期中不同时间所要求的防洪库容是不一样的。据此, 当已知所需要的设计防洪库容, 和研究得出的水库汛期的相对隶属函数, 即可完整地勾画出过渡期防洪库容的连续变化过程, 计算出不同时间水库的防洪库容，然后在确定出不同时间的水库库容，从而可确定水库水位。
采用采用模糊集合分析法对汛期过渡期的水位进行控制，充分考虑了洪水发生发展变化规律，过渡期内发生较大洪水的几率较小，适当抬高过渡期的限制水位，可以有效避免不必要的弃水现象，实现多蓄水，提高水库的综合利用效益。
目前，很多水库（例如北京的密云水库、黑龙江省的二龙山水库等）采用模糊集合分析法对汛期过渡期的水位进行控制，使汛限水位更具可操作性， 在防洪安全的前提下，确保水库拦蓄更多的水量。
受极端恶劣天气影响，暴雨、台风洪水频发，合理控制和防御洪水灾害显得尤为重要，水库防洪调度工作面临新的挑战，充分利用先进科技手段，加强技术理论创新，总结经验教训，全过程、全方位、多角度治理洪水， 促进人与自然和谐共存。
参考文献：
[1] 林明智，毕宝贵，乔林.中央气象台短期降雨预报水平初步分析[J].应用气象学报，1995，6(4):391-399.
[2] 张利平，夏军. 短期定量降雨预报研究进展[J]. 武汉水利电力大学学报，2000，(1):63-67.
[3]国家防汛抗旱总指挥办公室. 水库汛限水位动态控制试点工作意见.
关键词：汛限水位；汛期过渡期；模糊集合理论；汛期隶属度
中图分类号：TV文献标识码： A 文章编号：
中图分类号：TV213.9 文献标识码：A
由于降雨时空分布差异较大，使得我国不仅洪水灾害频繁、洪灾损失严重，而且干旱缺水问题突出。为实现防汛抗早并举，开发利用洪水资源，减害增利，更好地促进人与自然和谐共存，新时期采用全过程、全方位、多角度治水思路和理念，统筹防洪减灾和兴利，对洪水实施有效管理，对洪水资源进行合理配置，在保障防洪安全的同时，努力增加水资源的有效供给，维系良好的生态环境。
水库是径流调节的工具，同时也是存储水资源的一种工程措施。人们运用水库的调蓄能力，通过水利枢纽的各种建筑物及设备，按设计要求，有目的地调节控制河流的天然来水，在保障水库本身和上下游防洪目标安全前提下，达到除害兴利的目的。
水库调度按调度的目标可分为防洪调度和兴利调度。水库防洪调度过程中，防洪和兴利总是矛盾对立的，本文就防洪调度中所涉及到的汛限水位和汛期过渡期水位控制，进行了一些思考。
1 汛限水位
汛限水位是发挥水库综合效益的重要特征水位，是防洪和兴利的结合点。
近几年，随着数值预报技术的快速发展，中央、各省市自治区及大型水库气象台短期天气预报的准确率大大提高，尤其是雨区的预报（小雨和中雨）提高更为明显[1-2]。研究合理利用这些信息，突破当前水库防洪调度的观念，建立实时动态控制汛限水位的新理念，在保证防洪安全前提下使水库在汛期多蓄水，缓解水资源和电力短缺的问题，充分发挥水库的综合效益。
确定水库汛限水位动态控制范围值，可先采用以下方法分别确定汛限水位动态控制上限值和下限值，然后采用包线法确定汛限水位动态控制范围值[3]。①预报调度法。利用预报的洪水总量或峰前量或洪峰流量，在不改变水库防洪标准，确保水库及上、下游防洪安全前提下，改变水库洪水调度的判别条件，确定新的汛限水位，并以此作为汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。②预泄能力约束法。利用洪水预报和降水预报的有效预见期，按照洪水起涨前库水位必须降至原设计汛限水位的要求，根据下游河道安全泄流能力，确定汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。有效预见期必须考虑信息传递、决策、闸门操作所需时间。③库容补偿法。当上游或下游水库有富余防洪库容时，可充分利用其富余防洪库容，并依此计算相应的汛期限制水位，作为汛限水位动态控制上限值，原设计汛限水位作为动态控制下限值。④其它方法。
值得指出的是，只有当水库水位落在汛限水位动态控制范围内，且处于洪水的退水期时，才存在汛限水位动态控制问题。
在2009年的“莫拉克”台风洪水过程中，周公宅水库采用水位动态控制方法进行调度，在台风影响前期，利用洪水预报与降水预报的有效预见期，按照洪水起涨前，库水位必须降至汛限水位的原则，及预报的洪峰流量、洪水总量，提前进行预泄了约300万方水量，有效提高了防洪安全。在洪水退水期阶段，根据降水预报及下游水库防洪安全的实际情况，水库关闭闸门，利用发电下泄水量，适当超蓄了部分水量，并采用当预报24h有中雨或中雨以上量级的降雨时，从安全角度出发，在有效预见期内的退水过程中，水库开闸门提前预泄，尽快将水位降至汛限水位的原则，从而可以有效拦蓄洪水尾巴。
2 汛期过渡期的水位控制
水文上一般将一年分为汛期(丰水期)和非汛期(枯水期)两大阶段。目前，各地主要采用分期汛限水位法，以洪水的季节性特点为依据，将汛期划分为几个阶段，针对不同时期采用适当的方法确定并执行各自的汛限水位。这种方法考虑了汛期水文气象特性的分布规律，在实际中运用比较广泛，但是这种方法没能考虑洪水和降雨预报信息，没有充分挖掘水库的潜力，在固定的汛限水位约束下，出现汛期大量泄洪，汛后蓄水量偏少的现象，造成的一定程度的洪水资源的浪费。
深入探究水文分期的实质,一个流域的汛期、非汛期划分是很不清晰的, 其原因是天然径流现象与大气循环和气象变化有直接联系。地球的自转和公转规律决定了大气循环、气象变化的周期性和渐变性, 从而影响到水文现象及其分期在年度周期内的渐变过渡过程。因此任一地区、任一流域的汛期和非汛期都是模糊现象。已往根据统计分析, 人为指定水文分期时间间隔点, 把汛期和非汛期看作时间论域上的普通集合的处理, 只能是对客观现象的一种近似描述。要客观合理地描述水文分期, 應该计入其模糊性特点, 把汛期和非汛期看作时间论域上的模糊集。
模糊集合分析法进行汛期分期的实质就是如何确定描述汛期的中介过渡性和隶属函数形状或参数。由于自然径流现象受到地球物理及大气循环周期性变化的影响, 每年降雨集中、径流较丰的汛期具有产生、增长、保持、减小、消失的变化规律,因此汛期是一种升半降半分布的模糊集合。汛期模糊集合的隶属函数可选用升半降半岭形分布函数, 或选用升半降半正态分布函数。升半降半正态分布隶属函数更接近模糊统计分析结果，其表达式为:
（1）
式中exp为e的指数;参数a1，a2分别是汛期开始与结束时间;参数b1，b2是采用最小二乘法进行曲线拟合而得，和过渡期控制防洪库容与校核洪水标准的防洪库容之比有关。
基于模糊集合论,过渡期中任意时间属于主汛期的隶属度是不同的, 也就是说, 过渡期中不同时间所要求的防洪库容是不一样的。据此, 当已知所需要的设计防洪库容, 和研究得出的水库汛期的相对隶属函数, 即可完整地勾画出过渡期防洪库容的连续变化过程, 计算出不同时间水库的防洪库容，然后在确定出不同时间的水库库容，从而可确定水库水位。
采用采用模糊集合分析法对汛期过渡期的水位进行控制，充分考虑了洪水发生发展变化规律，过渡期内发生较大洪水的几率较小，适当抬高过渡期的限制水位，可以有效避免不必要的弃水现象，实现多蓄水，提高水库的综合利用效益。
目前，很多水库（例如北京的密云水库、黑龙江省的二龙山水库等）采用模糊集合分析法对汛期过渡期的水位进行控制，使汛限水位更具可操作性， 在防洪安全的前提下，确保水库拦蓄更多的水量。
受极端恶劣天气影响，暴雨、台风洪水频发，合理控制和防御洪水灾害显得尤为重要，水库防洪调度工作面临新的挑战，充分利用先进科技手段，加强技术理论创新，总结经验教训，全过程、全方位、多角度治理洪水， 促进人与自然和谐共存。
参考文献：
[1] 林明智，毕宝贵，乔林.中央气象台短期降雨预报水平初步分析[J].应用气象学报，1995，6(4):391-399.
[2] 张利平，夏军. 短期定量降雨预报研究进展[J]. 武汉水利电力大学学报，2000，(1):63-67.
[3]国家防汛抗旱总指挥办公室. 水库汛限水位动态控制试点工作意见.