Joural of Water Resources Research 水 资 源 研 究, 205, 4(4), 330-338 Publshed Ole August 205 Has. http://www.haspub.org/joural/jwrr http://dx.do.org/0.2677/jwrr.205.44040 Aalyss of Iflow Floods of the Three Gorges Reservor Yxua Zhog, Shegla Guo, Zhagju Lu, Haj Guo 2, Yaqg L 2 State Key Laboratory of Water Resources ad Hydropower Egeerg Scece, Wuha Uversty, Wuha Hube 2 Bureau of Hydrology, Chagjag Water Resources Commsso, Wuha Hube Emal: zhogyx_92@63.com Receved: Jul. 2 st, 205; accepted: Aug. 5 th, 205; publshed: Aug. 9 th, 205 Copyrght 205 by authors ad Has Publshers Ic. Ths work s lcesed uder the Creatve Commos Attrbuto Iteratoal Lcese (CC BY). http://creatvecommos.org/lceses/by/4.0/ Abstract The ruoff geerato ad cofluece codtos at terveer bas have bee chaged after the completo of the Three Gorges Reservor (TGR). Sce the reservor flow has hgher peak wth larger flood volume the rsg lmb compared to the floods at dam ste, the orgal desged flood results at dam ste ca o loger satsfy the curret requremet of operato ad maagemet for TGR. I ths paper, a multple puts ad sgle output lear system model was bult to calculate the hstorcal reservor flow seres ad the lear regressos were used to determe the quattatve relatos of flood peaks, 3 d, 7 d ad 5 d flood volumes betwee flow seres ad flood seres at dam ste. Subsequetly, the smulated flow seres combed wth hstorcal floods were obtaed ad used for flow frequecy aalyss. Comparg the flow frequecy aalyss results wth the exstg desg flood at dam ste, the flood peaks ad 3d, 7 d flood volumes are creased sgfcatly, whle the chage of 5 d flood volume s ot evdet. It s show that 00-year desged flow peak dscharge, 3 d, 7 d ad 5 d flow volumes are 7.89%, 5.49%, 2.52% ad 0.3% larger tha those of desged floods at dam ste, respectvely. Therefore, t s more ratoal to take the desged flow floods as scetfc bases for TGR reservor operato ad maagemet. Keywords Three Gorges Reservor, Iflow Flood, Flood at Dam Ste, Frequecy Aalyss, System Model 三 峡 水 库 入 库 洪 水 分 析 计 算 研 究 钟 逸 轩, 郭 生 练, 刘 章 君, 郭 海 晋 2 2, 李 妍 清 作 者 简 介 : 钟 逸 轩 (992-), 男, 江 西 宜 春 人, 硕 士 研 究 生, 主 要 从 事 水 文 分 析 与 计 算 研 究 文 章 引 用 : 钟 逸 轩, 郭 生 练, 刘 章 君, 郭 海 晋, 李 妍 清. 三 峡 水 库 入 库 洪 水 分 析 计 算 研 究 [J]. 水 资 源 研 究, 205, 4(4): 330-338. http://dx.do.org/0.2677/jwrr.205.44040
武 汉 大 学 水 资 源 与 水 电 工 程 科 学 国 家 重 点 实 验 室, 湖 北 武 汉 2 长 江 水 利 委 员 会 水 文 局, 湖 北 武 汉 Emal: zhogyx_92@63.com 收 稿 日 期 :205 年 7 月 2 日 ; 录 用 日 期 :205 年 8 月 5 日 ; 发 布 日 期 :205 年 8 月 9 日 摘 要 三 峡 水 库 建 成 蓄 水 后, 水 库 周 边 区 间 流 域 产 汇 流 条 件 发 生 改 变, 新 形 成 的 入 库 洪 水 较 天 然 条 件 下 的 坝 址 洪 水 具 有 洪 峰 增 大, 涨 水 段 洪 量 增 大 等 特 性 本 文 基 于 多 输 入 单 输 出 系 统 模 型 模 拟 计 算 三 峡 建 库 前 的 入 库 流 量 系 列, 定 量 分 析 了 三 峡 入 库 与 坝 址 的 年 最 大 洪 峰 3 7 5 d 洪 量 之 间 的 关 系, 整 编 得 到 三 峡 入 库 流 量 不 连 续 序 列, 据 此 开 展 三 峡 入 库 洪 水 频 率 分 析, 并 与 坝 址 计 算 成 果 进 行 比 较 结 果 表 明, 入 库 系 列 与 坝 址 系 列 的 洪 峰 以 及 3 d 7 d 洪 量 差 异 明 显,5 d 洪 量 变 化 不 大, 入 库 百 年 一 遇 设 计 洪 峰 较 坝 址 设 计 洪 峰 增 大 7.89%, 入 库 百 年 一 遇 3 d 7 d 5 d 洪 量 较 坝 址 设 计 洪 量 分 别 增 大 5.49% 2.52% 和 0.3%, 现 状 条 件 下 采 用 入 库 洪 水 设 计 值 作 为 三 峡 水 库 防 洪 调 度 的 科 学 依 据 更 为 合 理 关 键 词 三 峡 水 库, 入 库 洪 水, 坝 址 洪 水, 频 率 分 析, 系 统 模 型. 引 言 三 峡 工 程 是 长 江 治 理 开 发 的 关 键 性 工 程, 是 长 江 综 合 防 洪 体 系 的 骨 干 工 程, 在 长 江 中 下 游 防 洪 体 系 中 具 有 重 要 地 位 研 究 表 明, 水 库 建 成 后, 库 区 被 淹 没, 坝 址 以 上 形 成 了 一 个 水 面 宽 广 的 人 工 湖 泊, 原 有 的 河 槽 调 蓄 能 力 丧 失, 使 得 原 坝 址 洪 水 转 变 成 具 有 传 播 时 间 缩 短 洪 峰 出 现 时 间 提 前 洪 峰 增 高 峰 形 变 瘦 洪 水 历 时 缩 短 涨 水 段 洪 量 增 大 等 特 点 的 入 库 洪 水, 径 流 系 列 的 一 致 性 遭 到 破 坏 []-[3] 三 峡 水 库 是 采 用 坝 址 洪 水 设 计 的 [2], 200 年 和 202 年 汛 期 三 峡 水 库 发 生 了 两 次 预 报 洪 峰 流 量 超 70,000 m³/s 的 入 库 大 洪 水, 均 超 过 宜 昌 站 实 测 最 大 值 长 江 流 域 频 繁 发 生 量 级 较 大 的 洪 水, 令 公 众 对 水 库 设 计 值 的 合 理 性 产 生 了 质 疑 同 时, 三 峡 水 库 下 游 有 重 要 的 防 洪 对 象, 坝 址 洪 水 与 入 库 洪 水 概 念 的 混 淆 将 不 利 于 三 峡 水 库 的 安 全 运 行, 因 此 必 须 深 入 分 析 三 峡 水 库 入 库 洪 水, 为 水 库 调 度 运 行 提 供 科 学 依 据 [4] 然 而 三 峡 水 库 自 2003 年 蓄 水 至 今, 仅 有 十 余 年 入 库 洪 水 资 料, 远 无 法 满 足 洪 水 频 率 分 析 对 资 料 长 度 的 要 求 为 获 得 足 够 长 的 入 库 流 量 系 列 以 开 展 入 库 设 计 洪 水 研 究, 有 必 要 推 求 三 峡 水 库 建 库 前 的 入 库 洪 水 序 列 已 有 的 入 库 洪 水 计 算 方 法 大 致 可 分 为 以 下 四 种 :) 流 量 叠 加 法 分 别 计 算 干 支 流 入 库 断 面 流 量 过 程 与 区 间 洪 水 过 程, 并 将 二 者 同 时 刻 叠 加 作 为 入 库 流 量 过 程 2) 坝 址 流 量 反 演 法 采 用 马 斯 京 根 法 槽 蓄 曲 线 法 或 汇 流 曲 线 反 演 法 中 的 一 种 或 多 种, 将 宜 昌 站 实 测 流 量 反 演 至 入 库 点, 即 可 得 到 入 库 流 量 过 程 3) 水 量 平 衡 法 根 据 水 库 的 泄 流 及 蓄 变 量 变 化 过 程 反 推 入 库 洪 水 过 程, 可 分 为 考 虑 静 库 容 或 动 库 容 两 种 情 况 4) 相 应 关 系 法 通 过 已 有 入 库 洪 水 资 料 和 实 际 来 水 资 料, 建 立 坝 址 洪 峰 与 入 库 洪 峰 及 坝 址 流 量 与 入 库 流 量 之 间 的 经 验 关 系 然 而, 以 上 方 法 存 在 一 些 不 足 之 处 流 量 叠 加 法 需 要 获 得 未 控 区 间 的 入 流 过 程, 但 实 际 上 区 间 过 程 是 一 个 较 为 模 糊 的 概 念, 无 法 直 接 观 测 得 到, 区 间 过 程 计 算 的 正 确 与 否 也 直 接 影 响 入 库 过 程 的 准 确 性 坝 址 流 量 反 演 法 若 采 用 马 斯 京 根 反 演 法, 可 能 出 现 锯 齿 状 震 荡 的 错 误 结 果 水 量 平 衡 法 则 需 要 大 量 区 间 沿 程 水 位 过 程 数 据, 无 法 应 用 于 无 水 位 资 料 地 区 相 应 关 系 法 虽 简 单 易 行, 却 无 法 获 得 完 整 的 入 库 洪 水 过 程, 只 能 得 到 一 系 列 特 征 值, 不 利 于 水 库 调 度 及 防 汛 工 作 的 开 展 33
为 准 确 获 得 三 峡 水 库 建 库 前 的 入 库 流 量 过 程, 增 加 已 有 数 据 的 代 表 性, 本 文 基 于 多 输 入 单 输 出 系 统 模 型 模 拟 得 到 三 峡 水 库 960~2002 年 ( 共 43 年 ) 的 汛 期 入 库 洪 水 过 程 ; 建 立 入 库 系 列 与 坝 址 系 列 的 定 量 关 系, 插 补 得 到 三 峡 8 场 历 史 调 查 入 库 洪 水 与 877~959 年 入 库 流 量 过 程 ; 根 据 得 到 的 不 连 序 入 库 洪 水 系 列, 开 展 入 库 洪 水 频 率 分 析, 并 与 坝 址 设 计 成 果 对 比 2. 三 峡 入 库 洪 水 模 拟 2.. 区 间 流 域 及 数 据 三 峡 水 库 位 于 湖 北 省 宜 昌 市 三 斗 坪 镇, 水 库 控 制 流 域 面 积 为 00 万 km 2, 坝 址 多 年 平 均 流 量 为 4,300 m 3 /s, 多 年 平 均 径 流 量 450 亿 m 3 水 库 长 度 为 570~650 km, 库 面 平 均 宽 度 约 为. km, 属 河 道 型 水 库 三 峡 水 利 枢 纽 是 具 有 防 汛 抗 旱 发 电 航 运 等 多 项 效 益 的 大 型 水 利 水 电 工 程, 汛 期 为 每 年 的 6~9 月 三 峡 水 库 区 间 呈 东 西 向 长 条 状 分 布, 集 水 面 积 为 55,907 km 2 区 间 流 域 的 水 文 站 和 雨 量 站 分 布 情 况 如 图 所 示, 由 图 可 知, 三 峡 入 库 流 量 主 要 来 源 于 三 部 分 : 上 游 寸 滩 武 隆 控 制 站 来 水 和 水 库 区 间 入 流 研 究 数 据 来 源 于 长 江 水 利 委 员 会 水 文 局, 包 括 三 峡 寸 滩 站 武 隆 站 960~203 年 6 h 流 量, 宜 昌 站 877~2002 年 6 h 流 量, 三 峡 区 间 7 个 雨 量 站 960~203 年 6 h 降 雨 量, 三 峡 水 库 2003~203 年 动 库 容 法 计 算 得 到 的 6 h 入 库 过 程 三 峡 区 间 形 状 狭 长, 不 宜 直 接 采 用 面 雨 量 作 为 输 入 为 考 虑 降 水 空 间 分 布 的 不 均 匀 性 与 不 同 地 点 河 网 汇 流 的 影 响 [5], 将 三 峡 水 库 区 间 分 为 六 个 子 区 间, 各 子 区 间 雨 量 站 分 布 见 表 2.2. 三 峡 入 库 洪 水 模 拟 模 型 多 输 入 单 输 出 模 型 系 统 模 型 在 洪 水 演 进 问 题 上 应 用 效 果 良 好 [6] [7], 其 基 本 方 程 可 表 述 为 : m y = x h + e () j+ j j= 式 中 : y 为 输 出 序 列 ; x j 为 第 j 个 输 入 变 量 序 列 ; h j 为 第 j 个 输 入 的 脉 冲 响 应 函 数 值 ; e 为 误 差 项 为 获 得 三 峡 建 库 前 的 入 库 流 量, 本 文 基 于 多 输 入 单 输 出 模 型 建 立 了 三 峡 入 库 洪 水 模 拟 模 型 模 型 输 入 量 为 三 峡 上 游 寸 滩 武 隆 站 流 量 以 及 区 间 六 个 子 分 区 的 净 雨 过 程 其 中 寸 滩 武 隆 站 已 有 实 测 6 h 流 量 数 据, 可 直 接 作 为 输 入 量 ; 采 用 降 雨 径 流 关 系 法 将 三 峡 区 间 雨 量 站 网 960~203 年 6 h 数 据 计 算 得 到 六 个 子 分 区 的 净 雨 过 程 模 型 的 计 算 形 式 如 下 : 000A y Q h R h m, m 2 2, p p t = t, + j m,, j+ pt, + k m2, p 2, k = j= p= k= dt (2) 式 中 : y 为 输 出 流 量 系 列, 单 位 m³/s;q 为 输 入 流 量 系 列, 单 位 m³/s;r 为 输 入 子 区 间 净 雨, 单 位 mm; 2 分 别 表 示 输 入 流 量 和 子 区 间 净 雨 的 个 数 ; m, m 2, p 分 别 表 示 第 个 输 入 流 量 和 第 p 个 子 区 间 净 雨 量 的 记 忆 长 度 ; h h 2 分 别 为 输 入 流 量 和 子 区 间 净 雨 量 的 脉 冲 响 应 函 数 值 ; A p 表 示 第 p 个 子 区 间 的 面 积, 单 位 km 2 ; dt 为 计 算 时 间 步 长 若 以 矩 阵 形 式 表 示, 则 上 式 可 简 化 为 : Y= XH + XH + X H + e (3) 2 2 J J 其 中 : [ ] T X = X, X2,, XT (4) [ ] T H = H, H2,, HJ (5) 332
Fgure. Dstrbuto of gauged statos TGR terveg bas 图. 三 峡 区 间 流 域 站 点 分 布 示 意 图 Table. Dvso of precptato statos TGR terveg bas 表. 三 峡 区 间 流 域 雨 量 站 分 区 表 区 间 名 称 集 水 面 积 (km 2 ) 站 名 寸 ~ 清 ( 左 ) 8449 寸 滩 坛 同 大 洪 河 长 寿 ( 二 ) 狮 子 滩 高 硐 梅 市 寸 ~ 清 ( 右 ) 789 太 平 沿 塘 清 溪 场 ( 三 ) 武 隆 清 ~ 万 9023 两 河 忠 县 丰 都 石 柱 桥 头 黄 水 沙 子 万 ~ 奉 2828 奉 ~ 巴 973 合 兴 余 家 南 门 南 雅 临 江 正 坝 温 泉 大 进 岩 水 沙 沱 盐 渠 万 县 临 溪 走 马 建 南 谋 道 龙 驹 龙 角 云 阳 奉 节 ( 二 ) 明 水 龙 门 塘 坊 红 池 坝 建 楼 高 楼 中 良 土 城 万 古 巫 溪 福 田 巫 山 大 昌 长 安 西 宁 徐 家 坝 双 阳 寻 乐 坪 堆 子 庙 宇 吐 祥 巴 ~ 宜 8057 巴 东 秭 归 兴 山 九 冲 郑 家 坪 张 官 店 水 月 寺 黄 陵 庙 杨 林 桥 石 板 坪 三 斗 坪 宜 昌 由 模 型 的 矩 阵 形 式 容 易 看 出, 求 解 模 型 参 数 的 关 键 在 于 求 解 脉 冲 响 应 函 数 值 h 及 确 定 记 忆 长 度 m 研 究 过 程 中 发 现,m 的 取 值 时 参 考 输 入 量 至 假 定 入 库 点 的 传 播 时 间 能 得 到 较 好 的 初 值, 再 由 试 算 法 确 定, 但 不 宜 过 长 ; 脉 冲 响 应 函 数 H 通 过 最 小 二 乘 法 进 行 估 计 : ˆ = [ ] (6) T T H X X X Y 2.3. 模 拟 效 果 评 价 三 峡 水 库 目 前 具 有 2003~203 年 共 年 采 用 动 库 容 槽 蓄 曲 线 法 计 算 得 到 的 汛 期 入 库 流 量, 取 2003~200 年 作 为 模 型 率 定 期,20~203 年 为 模 型 检 验 期, 并 选 用 Nash-Sutclffe 效 率 系 数 NSE 水 量 平 衡 系 数 RE 与 洪 峰 相 对 误 差 QE 三 项 指 标 评 价 模 型 模 拟 效 果 NSE RE 与 QE 的 计 算 公 式 分 别 为 : NSE = RE = ( Qsm, Qobs, ) = ( Qobs, Qobs ) = ( Qobs, Qsm, ) = = Q obs, 2 2 (7) (8) 333
QE = = QM = QM obs, sm, QM obs, (9) 式 中 : Q sm, 和 Q obs, 分 别 为 模 拟 流 量 和 实 测 流 量 的 第 个 值 ; Q obs 为 实 测 流 量 均 值 ; 为 流 量 系 列 长 度 ; QM obs, 与 QM 分 别 为 第 年 的 实 测 洪 峰 与 模 拟 入 库 洪 峰 sm, 模 型 率 定 期 与 检 验 期 的 性 能 指 标 见 表 2 其 中, 率 定 期 与 检 验 期 NSE 达 到 了 98% 左 右,RE 绝 对 值 小 于 0.8%, 洪 峰 相 对 误 差 QE 很 小 参 考 水 文 情 报 预 报 规 范 的 评 价 标 准 [8], 本 文 建 立 的 三 峡 入 库 洪 水 模 拟 模 型 精 度 很 高, 满 足 径 流 模 拟 的 需 要 2.4. 合 理 性 分 析 入 库 过 程 实 际 上 无 固 定 入 流 点, 通 常 可 认 为 集 中 入 流 处 位 于 水 库 回 水 末 端, 本 文 假 定 三 峡 水 库 入 库 点 位 于 清 溪 场 水 文 站, 并 提 出 以 下 检 验 模 型 模 拟 结 果 合 理 性 的 方 法 采 用 马 斯 京 根 法 将 模 拟 得 到 的 入 库 流 量 系 列 演 算 至 宜 昌, 并 与 宜 昌 实 测 坝 址 流 量 系 列 作 对 比 由 图 2 中 部 分 展 示 的 典 型 年 对 比 结 果 可 知, 模 拟 入 库 流 量 演 算 至 宜 昌 后, 与 实 测 坝 址 过 程 线 基 本 重 合, 其 NSE 为 94.92%, 综 上, 本 文 模 拟 得 到 的 入 库 流 量 结 果 合 理 3. 三 峡 入 库 洪 水 与 坝 址 洪 水 系 列 比 较 3.. 入 库 与 坝 址 系 列 定 量 关 系 入 库 洪 水 与 坝 址 洪 水 之 间 的 关 系 常 通 过 建 库 前 后 的 峰 量 关 系 体 现 以 坝 址 系 列 为 横 坐 标 入 库 系 列 为 纵 坐 标, 将 两 系 列 960~203 年 的 年 最 大 日 洪 峰 年 最 大 3 7 5 d 洪 量 绘 制 于 散 点 图 上 ( 图 3), 由 散 点 分 布 可 初 步 确 定 坝 址 与 入 库 系 列 之 间 符 合 线 性 关 系 对 图 3 各 子 图 中 的 散 点 进 行 线 性 回 归, 计 算 得 到 入 库 与 坝 址 年 最 大 日 洪 峰 年 最 大 3 7 5 d 洪 量 的 比 值 依 次 为..08.02 与.0, 相 关 系 数 ρ 分 别 为 0.9623,0.9657,0.9747 与 0.9798, 线 性 关 系 显 著 随 着 变 量 统 计 时 段 增 大, 直 线 的 相 关 系 数 不 断 增 大, 即 入 库 系 列 与 坝 址 系 列 之 间 相 关 性 也 随 之 增 大, 且 回 归 直 线 的 系 数 逐 渐 减 小 并 趋 近 于, 符 合 水 量 平 衡 原 理 以 及 入 库 洪 水 涨 水 段 洪 量 增 大 的 特 性 三 峡 设 计 规 划 时 为 增 加 资 料 的 代 表 性, 除 采 用 宜 昌 站 坝 址 系 列 外, 还 用 到 了 经 现 场 调 查 与 文 献 考 证 结 合 的 方 法 得 到 的 8 场 历 史 洪 水 资 料, 由 于 长 时 段 洪 量 难 以 确 定,5 d 洪 量 仅 采 用 788 860 和 970 年 的 历 史 调 查 成 果 [9] 若 只 需 推 算 部 分 入 库 洪 水, 可 依 据 建 立 的 坝 址 洪 水 与 入 库 洪 水 关 系 将 坝 址 洪 水 转 化 为 入 库 洪 水, 与 已 有 入 库 洪 水 资 料 的 年 份 共 同 组 成 入 库 洪 水 系 列 依 据 入 库 与 坝 址 统 计 量 的 比 值, 可 将 宜 昌 站 8 场 历 史 洪 水 及 877~959 年 坝 址 实 测 系 列 对 应 的 特 征 值 转 化 为 入 库 特 征 值 宜 昌 站 8 场 历 史 洪 水 信 息 及 转 化 后 的 入 库 特 征 值 见 表 3 通 过 以 上 工 作, 可 将 三 峡 水 库 的 入 库 流 量 系 列 由 原 来 的 2003~203 年 共 年, 延 长 为 877~203 年 共 37 年 与 8 年 历 史 洪 水 入 库 特 征 值 组 成 的 不 连 序 入 库 系 列, 其 中 年 最 大 洪 峰 流 量 与 年 最 大 3 7 d 洪 量 在 调 查 考 证 期 内 最 大 值 出 现 年 份 为 870 年, 可 调 查 最 远 年 份 为 53 年, 距 今 约 860 余 年 ; 年 最 大 5 d 洪 量 可 调 查 最 远 年 份 为 788 年, 距 今 约 220 余 年 可 见, 对 三 峡 入 库 洪 水 系 列 进 行 模 拟 计 算 后, 极 大 地 延 长 了 系 列 长 度, 增 加 了 资 料 的 代 表 性, 使 入 库 系 列 满 足 开 展 入 库 洪 水 频 率 分 析 的 数 据 要 求 3.2. 三 峡 入 库 洪 水 频 率 分 析 参 考 三 峡 原 计 算 成 果, 采 用 不 连 序 序 列 统 一 处 理 法, 计 算 各 年 洪 峰 值 对 应 的 经 验 频 率 [9] 样 本 前 a 场 特 大 洪 水 的 经 验 频 率 为 : M PM = M =, 2,, a (2) N + 334
式 中 : P M 为 特 大 洪 水 经 验 频 率 ; M 为 洪 水 序 号, 按 降 序 排 列 ; N 为 不 连 序 样 本 长 度 ; a 为 特 大 洪 水 样 本 数 实 测 洪 水 经 验 频 率 为 : m l Pm = Pa + ( Pa) m = l+, l+ 2,, l+ (3) l+ 式 中 : P M 为 实 测 洪 水 经 验 频 率 ;m 为 洪 水 序 号, 按 统 计 量 降 序 排 列 ;l 为 前 a 场 特 大 洪 水 中 的 实 测 洪 水 个 数 ; 为 实 测 洪 水 样 本 长 度 ; 其 余 各 项 意 义 同 前 参 考 三 峡 初 设 成 果 [2] 及 相 关 规 范 手 册 [0] [] 对 三 峡 入 库 洪 水 进 行 频 率 分 析, 并 将 入 库 频 率 分 析 结 果 与 原 坝 址 设 计 结 果 列 于 表 4 中 进 行 对 比 分 析 曲 线 均 值, 年 最 大 入 库 洪 峰 较 坝 址 增 大 2800 m 3 /s, 年 最 大 3 d 洪 量 增 大 4 亿 m 3, 年 最 大 7 d 5 d 洪 量 则 分 别 减 少 了 5 亿 m 3 与 9 亿 m 3, 各 统 计 量 变 幅 依 次 为 5.38% 3.08%.82% 和.72%, 可 见 年 最 大 洪 峰 与 年 最 大 3 d 洪 量 均 值 变 化 较 大, 见 图 4 曲 线 的 变 差 系 数 Cv 反 映 了 随 机 变 量 的 离 Table 2. Smulato results of multple puts ad sgle output system model 表 2. 多 输 入 单 输 出 系 统 模 型 模 拟 效 果 时 期 NSE RE QE 率 定 期 (2003~200) 97.88% 0.3% 2.86% 检 验 期 (20~203) 98.58% 0.74%.30% Table 3. The paleoflood formato of Ychag stato 表 3. 宜 昌 站 历 史 洪 水 信 息 历 史 年 份 年 最 大 洪 峰 (m 3 /s) 年 最 大 3 d 洪 量 ( 亿 m 3 ) 年 最 大 7 d 洪 量 ( 亿 m 3 ) 年 最 大 5 d 洪 量 ( 亿 m 3 ) 坝 址 入 库 坝 址 入 库 坝 址 入 库 坝 址 入 库 870 05,000 6,600 265 286 537 548 975 985 860 92,500 02,700 232 25 474 483 828 836 788 86,000 95,500 26 233 442 45 785 793 53 92,800 03,000 233 25 475 485 227 96,300 06,900 242 26 493 502 560 93,600 03,900 235 254 479 489 796 82,200 9,200 206 222 423 432 63 8,000 89,900 203 29 47 426 Table 4. Flood frequecy aalyss results of TGR 表 4. 三 峡 洪 水 频 率 分 析 结 果 日 均 洪 峰 :m 3 /s 洪 量 : 亿 m 3 年 最 大 洪 峰 年 最 大 3 d 洪 量 年 最 大 7 d 洪 量 年 最 大 5 d 洪 量 统 计 量 * 注 : 变 幅 = ( 入 库 值 坝 址 值 )/ 坝 址 值 统 计 参 数 设 计 值 Ex Cv Cs/Cv 0.0% 0.0% % 5% 坝 址 52,000 0.2 4 3,000 98,800 83,700 72,300 入 库 54,800 0.22 4 23,300 07,400 90,300 77,200 变 幅 5.38% 9.2% 8.70% 7.89% 6.78% 坝 址 30 0.2 4 282. 247 209.3 80.7 入 库 34 0.22 4 30.6 262.5 220.8 88.7 变 幅 3.08% 6.9% 6.28% 5.49% 4.43% 坝 址 275 0.9 3.5 547.2 486.8 420.8 368.5 入 库 270 0.2 3.5 573.5 505.4 43.4 373.5 变 幅.82% 4.8% 3.82% 2.52%.36% 坝 址 524 0.9 3 022 9.8 796.3 702.2 入 库 55 0.20 3 034.9 922.4 798.8 700. 变 幅.72%.26%.6% 0.3% 0.30% 335
散 程 度 [2], 入 库 系 列 各 曲 线 的 Cv 值 均 大 于 坝 址 设 计 成 果, 说 明 入 库 洪 量 较 为 集 中, 符 合 流 域 产 汇 流 原 理 对 P = 0.0% 0.% % 和 5% 的 入 库 设 计 洪 水 与 坝 址 设 计 洪 水 进 行 比 较, 结 果 表 明, 除 年 最 大 5 d 洪 量 的 5% 设 计 值 略 小 于 坝 址 设 计 值 外, 入 库 设 计 值 均 大 于 坝 址 设 计 值 以 洪 峰 为 例, 三 峡 水 库 各 重 现 期 的 入 库 设 计 洪 峰 较 坝 址 设 计 值 增 大 6.78%~9.2%, 其 中 0.0% 入 库 设 计 洪 峰 较 坝 址 设 计 值 增 大 0,300 m 3 /s, 增 幅 高 达 9.2%, Fgure 2. Comparso betwee calculated ad observed flows dscharge at Ychag stato durg flood seasos of 98 ad 982 图 2. 98 和 982 年 宜 昌 站 汛 期 演 算 流 量 与 坝 址 流 量 对 比 (a) 年 最 大 洪 峰 (b) 年 最 大 3 d 洪 量 (c) 年 最 大 7 d 洪 量 (d) 年 最 大 5 d 洪 量 Fgure 3. Correlatos betwee TGR flow seres ad dam ste seres 图 3. 三 峡 入 库 系 列 与 坝 址 系 列 相 关 图 336
(a) 年 最 大 洪 峰 (b) 年 最 大 3 d 洪 量 (c) 年 最 大 7 d 洪 量 Fgure 4. Flood frequecy curves of TGR flow 图 4. 三 峡 入 库 洪 水 频 率 曲 线 (d) 年 最 大 5 d 洪 量 5% 设 计 洪 峰 较 坝 址 设 计 值 增 大 4900 m 3 /s, 增 幅 为 6.78%, 入 库 年 最 大 洪 峰 设 计 值 增 加 显 著 各 重 现 期 年 最 大 入 库 3 d 洪 量 增 幅 为 4.43%~6.9%, 年 最 大 7 d 洪 量 增 幅 为.36%~4.8%, 洪 量 增 幅 均 较 为 明 显 年 最 大 5 d 洪 量 变 化 不 大, 变 幅 位 于 0.30%~.26% 之 间 由 以 上 分 析 可 知, 三 峡 建 库 后, 入 库 洪 水 分 布 相 比 原 坝 址 洪 水 均 有 着 不 同 程 度 的 改 变, 其 中 年 最 大 洪 峰 与 年 最 大 3 d 7 d 洪 量 的 设 计 值 变 化 显 著, 年 最 大 5 d 洪 量 分 布 无 明 显 变 化 因 此, 采 用 入 库 洪 水 系 列 推 求 三 峡 建 库 后 的 设 计 洪 水, 更 符 合 建 库 后 的 实 际 情 况, 并 保 证 水 库 的 安 全 高 效 运 行, 也 更 加 科 学 合 理 4. 结 论 本 文 基 于 多 输 入 单 输 出 模 型 计 算 得 到 三 峡 建 库 前 的 入 库 流 量, 并 检 验 了 模 拟 结 果 的 合 理 性 与 可 靠 性 ; 定 量 统 计 了 入 库 流 量 系 列 与 坝 址 流 量 系 列 之 间 的 经 验 关 系, 据 此 得 到 宜 昌 站 历 史 坝 址 洪 水 对 应 的 入 库 特 征 值 ; 对 得 到 的 不 连 序 入 库 系 列 进 行 频 率 分 析, 将 结 果 与 三 峡 坝 址 设 计 成 果 进 行 对 比 得 到 的 主 要 结 论 如 下 : ) 三 峡 入 库 MISO 模 型 模 拟 效 果 良 好, 率 定 期 与 检 验 期 模 型 效 率 系 数 分 别 达 到 97.88% 与 98.58%, 水 量 平 衡 系 数 分 别 为 0.3% 与 0.74%, 洪 峰 相 对 误 差 分 别 为 2.86% 与.30%, 模 型 精 度 达 到 水 文 情 报 预 报 规 范 的 甲 等 精 度 采 用 马 斯 京 根 法 将 模 拟 入 库 流 量 演 算 至 宜 昌 站 并 与 实 测 坝 址 洪 水 流 量 对 比, 二 者 高 度 相 符, 演 算 系 列 的 确 定 性 系 数 达 93.73%, 模 型 模 拟 结 果 很 高 2) 三 峡 入 库 洪 水 与 坝 址 洪 水 统 计 量 之 间 存 在 显 著 的 线 性 关 系, 相 关 系 数 均 高 于 0.96 据 此 延 长 三 峡 入 库 洪 水 资 料, 得 到 三 峡 877~203 年 入 库 流 量 系 列 与 8 年 历 史 入 库 特 征 值 组 成 的 入 库 洪 水 不 连 序 系 列 337
3) 对 得 到 的 三 峡 入 库 洪 水 不 连 序 系 列 进 行 频 率 分 析, 并 与 原 三 峡 坝 址 设 计 成 果 对 比 结 果 表 明, 建 库 前 后 年 最 大 5 d 洪 量 分 布 变 化 不 大, 年 最 大 洪 峰 与 年 最 大 3 d 7 d 洪 量 分 布 则 发 生 了 显 著 改 变, 因 此 采 用 入 库 洪 水 系 列 推 求 三 峡 建 库 后 的 设 计 洪 水, 更 符 合 建 库 后 的 实 际 情 况, 并 更 好 地 为 三 峡 水 库 防 洪 调 度 提 供 科 学 依 据 参 考 文 献 (Refereces) [] 郭 一 兵, 杨 远 东. 入 库 洪 水 分 析 及 计 算 [J]. 人 民 长 江, 980, 5: 56-63. GUO Ybg, YANG Yuadog. Aalyss ad calculato of flow floods. Yagtze Rver, 980, 5: 56-63. ( Chese) [2] 长 江 水 利 委 员 会. 三 峡 工 程 水 文 研 究 [M]. 武 汉 : 湖 北 科 学 技 术 出 版 社, 997. Chagjag Water Resources Commsso. Hydrologcal research o Three Gorges Reservor. Wuha: Hube Scece ad Techology Press, 997. ( Chese) [3] 梁 忠 民, 胡 义 明, 王 军. 非 一 致 性 水 文 频 率 分 析 的 研 究 进 展 [J]. 水 科 学 进 展, 20, 22(6): 864-87. LIANG Zhogm, HU Ymg ad WANG Ju. Advaces hydrologcal frequecy aalyss of o-statoary tme seres. Advaces Water Scece, 20, 22(6): 864-87. ( Chese) [4] 岳 中 明. 长 江 三 峡 工 程 的 水 文 工 作 [J]. 人 民 长 江, 2003, 34(8): 2-28. YUE Zhogmg. Hydrologcal work the costructo of Three Gorges Reservor. Yagtze Rver, 2003, 34(8): 2-28. ( Chese) [5] 李 春 红, 王 建 平, 王 玉 华, 等. 三 峡 特 大 流 域 洪 水 预 报 方 案 运 用 与 分 析 [J]. 水 利 学 报, 20, 42(50): 624-630. LI Chuhog, WANG Japg, WANG Yuhua, et al. Operato ad aalyss of flood forecastg scheme for the Three Gorges project. Joural of Hydraulc Egeerg, 20, 42(50): 624-630. ( Chese) [6] 秦 毅, 沈 冰, 李 怀 恩, 等. 基 于 物 理 成 因 概 念 的 水 文 系 统 模 型 及 其 应 用 [J]. 水 利 学 报, 2004, 7: 52-56. QIN Y, SHEN Bg, LI Huae, et al. Hydrologcal system model based o cocept of physcal cause of formato ad ts applcato. Joural of Hydraulc Egeerg, 2004, 7: 52-56. ( Chese) [7] LIANG, G. C., KACHROO, R. K., KANG, W., et al. Rver flow forecastg. Part 4. Applcatos of lear modellg techques for flow routg o large catchmets. Joural of Hydrology, 992, 33(-2): 99-40. http://dx.do.org/0.06/0022-694(92)9049-p [8] 中 华 人 民 共 和 国 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局, 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会. 水 文 情 报 预 报 规 范 (GB/T 22482-2008)[S]. 北 京 : 中 国 标 准 出 版 社, 2008. Geeral Admstrato of Qualty Supervso, Ispecto ad Quarate of the People s Republc of Cha, Stadardzato Admstrato of the People s Republc of Cha. Stadard for hydrologcal formato ad hydrologcal forecastg (GB/T 22482-2008). Bejg: Stadards Press of Cha, 2008. ( Chese) [9] 郭 一 兵, 熊 明. 三 峡 水 利 枢 纽 设 计 洪 水 [J]. 水 利 水 电 快 报, 997, 8(6): -7. GUO Ybg, XIONG Mg. Desged floods of Three Gorges Reservor project. Express Water Resources & Hydropower Iformato, 997, 8(6): -7. ( Chese) [0] 中 华 人 民 共 和 国 水 利 部. 水 利 水 电 工 程 设 计 洪 水 计 算 规 范 (SL 44-2006)[S]. 北 京 : 中 国 水 利 电 力 出 版 社, 2006. Mstry of Water Coservacy of the People's Republc of Cha. Regulato for calculatg desg flood of water resources ad hydropower projects (SL 2006). Bejg: Cha Water Resources & Hydropower Press, 2006. ( Chese) [] 水 利 部 长 江 水 利 委 员 会 水 文 局, 水 利 部 南 京 水 文 水 资 源 研 究 所. 水 利 水 电 工 程 设 计 洪 水 计 算 手 册 [M]. 北 京 : 中 国 水 利 水 电 出 版 社, 200. Bureau of Hydrology uder Chagjag Water Resources Commsso, Najg Hydrology ad Water Resources Departmet. Desg flood calculato maual for water coservacy ad hydropower projects. Bejg: Cha Water Power Press, 200. ( Chese) [2] 郭 生 练. 设 计 洪 水 研 究 进 展 与 评 价 [M]. 北 京 : 中 国 水 利 水 电 出 版 社, 2005. GUO Shegla. Desg flood research ad evaluato. Bejg: Cha Water Power Press, 2005. ( Chese) 338