水库尖灭点.docx
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水库尖灭点
目录
摘要1
文献综述3
1引言4
2工程概况5
2.1工程发电效益6
2.2河流水文及水库水位6
3研究方法7
3.1目标函数的建立7
3.2约束条件7
4计算实例8
4.1百年一遇洪水水库尖灭点的确立8
4.1.1百年一遇洪水汛期尖灭点的确立9
4.1.2百年一遇洪水非汛期尖灭点的确立12
4.2二十五年一遇洪水水库尖灭点的确立14
4.2.1二十五年一遇洪水汛期尖灭点的确立15
4.2.2二十五年一遇洪水非汛期尖灭点的确立17
5计算结果及分析18
6结论19
参考文献20
致谢22
水库尖灭点的确定——以大岗山水库为例
xxxxxx
西南大学资源环境学院，重庆400715
摘要：
水库淹没处理范围是水库建设中的一项重要内容。
科学准确地确定水库尖灭点是移民安置规划和淹没实物调查的前提，合理确定水库尖灭点和淹没处理范围有利于更好的恢复和发展库区及周边的经济。
本文以大岗山水库为例，根据河道在不同频率下的汛期及非汛期天然流量水位和水库回水水位资料，进行水位资料分析，使用数学规划的方法，建立以水位曲线方程及尖灭点的确定要求为约束条件,以淹没范围最小为目标函数的数学规划模型;通过lingo软件计算，确定水库的尖灭点。
文章分别以百年一遇和二十五年一遇洪水为例，通过上述方法计算得出大岗山水库在百年一遇洪水时水库尖灭点在距离坝址31.02505km处，非汛期的水库尖灭点在距离坝址32.32290km处；大岗山水库二十五年一遇洪水汛期的水库尖灭点在距离坝址32.96918km处，洪水非汛期的水库尖灭点在距离坝32.37619km处。
关键字：
水库；尖灭点；系统分析；数学规划
Determinationof the Reservoir Pinch-outPoint—Taking DagangShan Reservoir as an Example
YouTao
CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400715
Abstract:
The land acquisition and resettlement is an important part of a reservoir construction, and the dealing with the scope of reservoir submerged is an important content of this project. Scientific and accurate determination of reservoir pinch-out point is the premise of resettlement planning and flooded investigation , reasonably determine the pinch-out point and reservoir submerged treatment range is conducive to the recovery and development of a better reservoir and its surrounding economy. Taking DagangShan Reservoir as an example in this paper and according tothe data of reservoir water levels of the natural flow at different frequencies in the flood and non-flood seasons, analyze the water level data. Here applying the mathematical programming model which using mathematical planning and the establishment of a water level curve equation and the pinch-out point to determine requirements for the constraints and drowning the narrowest scopes the objective function; with the calculations of Lingo software to determine the reservoir pinch-out point.This paper takes a floods in 100 yeas and 25 years respectively as examples, through the method above calculates out the distance from Pinch point of Dagangshan Reservoir to the dam site at flood season in a flood in 100 years is 31.02505 km, and at flood season the distance is 32.32290 km; The distancefromPinchpointof DagangshanReservoirtothedamsiteatnon-floodseasoninafloodin25yearsis32.96918km,andatfloodseasonthedistanceis32.37619km.．
Keywords:
Reservoir;Pinch-out point;systematicanalyses;mathematical planning
文献综述
水库具有利调蓄洪水的作用，必须通过修建水库才能缓解和消除。
中国多数河流是由一次或几次集中暴雨形成，洪水涨落快，洪峰流量集中，在防洪区上游河道适当位置兴建综合利用水库，通过水库的调控作用，消除超额洪峰流量。
发此外水利工程具有发电兴利作用，能为流域经济发展提供大量优质能源，改善一次能源结构和生态环境，水库除了有巨大的发电效益外，许多水库还取得了显著的灌溉、供水、航运、水产养殖等效益。
另外。
水库电站的建成，造就了秀丽的库区周边风景，这里环境优美，成了不可多得的风景旅游区。
水库的形成也为水库养殖创造了有利条件。
但是水库工程建设不可避免的要征用或淹没大片的土地、拆迁大量的房屋、搬迁众多工矿企业，从而产生严重的财产损失，使经济和社会系统遭受破坏，使受影响的人群丧失了赖以生存的生产资料和生活资料。
根据水力发电设计规程，水库淹没损失指标除了正常蓄水位下的经常淹没外，还必须考虑水库回水淹没影响，需按照移民和征地相应要求的设计洪水标准推算水库回水水面线，确定淹没范围。
在《水库淹没处理设计规范》中规定：
水库淹没处理的设计洪水标准，应根据淹没对象的重要性和原有的防洪标准、水库调节性能及运用方式等进行分析论证。
一般在安全、经济的原则下，因地制宜地在规范中所规定的洪水标准范围内选定。
规范中规定的不同淹投对象设计洪水标准的重现期：
耕地和园地为2～5年，居民点人口迁移为l0～20年。
在具体工程的规划设计中，不少水库，特别是我国南方的水库，征地和移民的设计洪水标准分别采用2年和l0年一遇。
但是也有很多水库，特别是在北方的省区，多采用规范中规定范围内的偏高值。
例如汉江上的梯级水库，丹江口、安康水库：
其它河流上如碧口、宝珠寺、龙羊峡、大峡、李家峡、龚咀、大朝山、小浪底等水库征地和移民标准都分别为5年和20年一遇洪水实际上，现在大多数的水利水电工程的规划设计中，关于水库淹没处理设计洪水标准的选择问题，一般都是在工程最初的设计阶段参照本河流或邻近地区其它水库设计及规范规定的范围内选定；并不傲细致的分析研究，而在该工程更深一步的设计册段，往往又因难改变上面设计阶段所确定的水库淹没处理设计洪水标准而延续下来。
水库淹没处理设计洪水标准实际上系指对水库回水区临时淹没范围淹没对象处理的洪水标准：
临时淹没区和正常蓄水位以下经常淹没医是两种不同的淹没情况，应该视具体情况在处理上有所区别。
尤其是有的水库正常蓄水位的淹没区处在峡谷而回水淹没区在水库尾部是平川盆地这种情况下圆水区淹没指标数量比重较大，个别情况下回水区淹没占全库区淹没总量的6O%～80%因而对这种情况的水库淹没处理设计洪水标准的选择就要特慎重。
确定水库回水末端淹没处理范围的方法主要有三种：
1.水平延伸法
这种方法又称不变水位延长封闭法。
是1964年原水电总局研究班定稿的《水利水电工程水库淹没处理设计规范》中所推荐应用的。
即从回水终点处，作平行线至河床，为淹没处理范围。
2.垂直切齐法
这种方法又称突变水位垂直切齐封闭法。
原电力部东北勘测设计院曾在东北地区几个水库中采用。
即从回水终点处作垂直的断面线，其下游为淹没处理范围。
3.渐变水位法
这种方法又称组合洪水渐变水位外包封闭法。
是原电力部西北勘测设计院结合黄河上游几个水库淹没处理设计的经验才提出来的。
就是将一组等于和小于水库淹没处理设计洪水的各个回水尖灭点处的水位联接起来，即以两回水尖灭点间的渐变水位，沿两回水尖灭点间的水库两岸地形，绘出各个点间的淹没线，然后逐步联接封闭到河床，为淹没处理范困。
这种方法又分两种情况，当水库大流量的回水尖灭点远于小流量的困水尖灭点时，水库末端的淹没处理范围要向下游逐步封闭到河床;当水库小流量的回水尖灭点远于大流量的回水尖灭点时，水库末端的淹没处理范围则改为向上游逐步封闭到河床。
1引言
1.1研究背景
我国水资源总量十分丰富，达2.8万亿m3。
水电站的建设在防洪、灌溉、供水、发电以及综合利用等方面，发挥了巨大的经济效益和社会效益，是我国国民经济持续、稳定、快速发展的重要保障。
新中国成立以来，国家进行了大规模的水利水电工程建设，己修建了约8万多座水库，4500多座水电站，24万km堤防，截止2009年底水电装机己10826万千瓦。
这些水利水电工程为国民经济和社会发展、人民生活改善和提高所作出的巨大贡献是以移民的迁移为代价的。
水利水电工程的建设造成了1500多万人的搬迁安置。
水库移民为了支持水利水电建设事业，献出了自己的家园，为社会主义经济的发展、为人类作出了历史性的贡献。
水库工程建设不可避免的要征用或淹没大片的土地、拆迁大量的房屋、搬迁众多工矿企业，从而产生严重的财产损失，使经济和社会系统遭受破坏，使受影响的人群丧失了赖以生存的生产资料和生活资料。
随着水利事业的快速发展，水库回水淹没对环境的影响已引起了普遍关注。
1.2研究意义
水库淹没处理及移民安置规划设计是移民安置工程得以有效实施的第一步，对于设计工作如何进行管理是建设单位的一大工作内容，但由于我国对大型水利水电工程水库淹没处理及移民安置业主设计管理的研究还不深入和系统，开展对水库淹没处理及管理的研究是十分必要的。
在确保安全运行的条件下，如何合理正确地确定水库回水的浸没范围，使之符合设计洪水标准情况下的实际情况，尽可能减少征地移民数量，以较小的社会投入获取最佳的经济、社会和环境效益，已成为水库建设中的重要问题。
根据《水电工程建设征地处理范围界定规范》,水库淹没区分经常淹没区和临时淹没区。
一般以正常蓄水位以下地区为经常淹没区，正常蓄水位以上受水库洪水回水和风浪淹没影响的地区为临时淹没区，即回水淹没区。
水库回水淹没范围的确定，应以坝址以上不同标准洪水的沿程回水位高程为依据，水库回水末端的终点位置可在回水曲线高于天然水面线0.1~0.3m范围内分析确定。
对多沙河流回水淹没范围，还应考虑一定年限的泥沙淤积影响，注意库尾“翘尾巴”问题。
一般可按工程投入运行后10到30年的淤积情况考虑。
本文按照《水电工程建设征地处理范围界定规范》的要求，从洪水标准、泥沙淤积、回水及浸没等方面分析了确定大岗山水库处于不同频率洪水下在其干流（大渡河）流域的尖灭点及淹没影响范围。
2工程概况
2.1工程发电效益
大岗山水电站是大渡河水电基地干流规划3库22级方案的第14梯级电站。
电站总装机容量2600MW，最大水头178.0m，最小水头156.8m，额定水头160.0m。
发电引用流量1834m3/s（4×458.5m3/s），保证出力636MW，年发电量114.5亿KW*h。
大岗山水工程枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等组成。
2.2河流水文及水库水位
大岗山水库位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉县挖角乡境内，坝址距下游石棉县城约40km，距上游泸定县城约75km。
大岗山水电站坝址控制流域面积62727km2，占大渡河总流域面积81%。
电站混凝土双曲拱坝最大坝高210米，总库容7.42亿立方米，调节库容1.17亿立方米，坝址处多年平均流量1010m3/s，年径流量318.50亿m3。
水库正常蓄水位为1130.00m，死水位1120.00m，汛期排沙运行水位1123.00m，总库容7.42亿m3，调节库容1.17亿m3。
具体详情见大岗山水库工程特性表1-1。
表1-1大渡河水库工程特性表
Table1-1DagangShanReservoircharacteristics
序号
名称
单位
数量
一
水文
1
流域面积
km^2
2
全流域面积
km^2
82700
3
坝址以上干流流域面积
km^2
62727
4
正常蓄水位
m
1130
5
死水位
m
1120
6
汛期排沙运行水位
m
1123
二
工程发电效益
1
装机容量
MW
2600
2
多年平均发电量
亿kw.h
114.5
3
保证出力
MW
636
3研究方法
数学规划是运筹学的重要分支，它是运筹学的重要构成部分，数学规划在数学建模中有十分广泛的应用，是建立数学模型时使用的最多内容之一。
本文采用数学规划的方法，根据已知资料数据进行数学规划，建立数学模型，求解模型，确定水库在不同频率洪水下的尖灭点，然后与原资料对比，进行计算结果分析，判断数学模型的合理性。
3.1目标函数的建立
采用数学规划理论构造水库尖灭点确定目标规划数学模型的基本思想是：
在目标函数里，要兼顾各目标对目标函数的作用，目标对目标函数的贡献要全面考虑。
在水资源规划中，投资量是一项重要因素，所以在目标函数中，还应考虑投资这一项因素。
根据以上基本思想，在水库尖灭点确定中，以X表示水库尖灭点到水库坝址的距离，考虑水库投资，以及水库回水淹没区经济的恢复及发展，在确保水库淹没安全条件下，水库移民范围应该最小，故目标尖灭点应该距离坝址距离X最小，可确定目标函数为：
minX。
3.2约束条件
根据《水电工程建设征地处理范围界定规范》,水库正常蓄水位以上受水库洪水回水和风浪淹没影响的地区为临时淹没区，即回水淹没区。
水库回水淹没范围的确定，应以坝址以上不同标准洪水的沿程回水位高程为依据，水库回水末端的终点位置可在回水曲线高于天然水面线0.1至0.3m范围内分析确定。
根据《水电工程建设征地处理范围界定规范》要求，分别Y1和Y2表示天然水面水位和水库回水水位，约束条件设定为：
Y2-Y1>=0.1；
Y2-Y1<=0.3.
然后根据已知相关水位资料，可确定水位Y与距坝址里程X之间的函数关系：
Y1=a*X+b;………………………………………
（1）
Y2=a*X2+b*X+c.…………………………………………
（2）
添加非负条件约束：
X>=0.
本文使用LINGO软件为数学模型的求解方法。
LINGO是用来求解线性和非线性优化问题的简易工具。
LINGO内设置了一种建立最优化模型的语言，能在产品分销、成分混合、生产与个人事务安排、存货管理、生产线性规划、运输、财务金融、投资分配、资本预算、混合排程、库存管理、资源配置等问题的数学建模中发挥巨大作用。
它可以简便地表达大规模问题，本文利用LINGO高效的求解器快速求解并分析结果。
最后根据已知数据资料对计算结果进行分析。
4计算实例
根据本文第三章所述，分别计算大岗山水库百年一遇（p=1%）洪水和二十五年一遇（p=4%）洪水汛期和非汛期时的水库尖灭点。
4.1百年一遇洪水水库尖灭点的确立
对100年一遇洪水水位资料分析计算，分别对天然水位及水库回水水位分析，确定水位与其到坝址距离之间的数学关系，然后根据《规范》规定（水库回水末端的终点位置可在回水曲线高于天然水面线0.1~0.3m范围内分析确定），建立数学模型，采用数学规划的方法求解确定水库百年一遇洪水的尖灭点。
在泥沙淤积二十年的基础上，百年一遇洪水的天然水位及水库回水水位资料如表4-1所示：
表4-1百年一遇（1%）水位资料
Table4-1waterleveldata（1%）
断面
距坝
主要
百年一遇（1%）
编号
里程
地名
汛期（Q＝7040m3/s）
非汛期（Q＝4000m3/s）
调查水位
（km）
天然水位（m）
回水水位（m）
天然水位（m）
回水水位（m）
（m）
DD3
0
上坝址
1123
1130
1131
DD4
1.39
1123
1130
1131
DD5
2.68
1123
1130
1131
DD6
3.86
1123
1130
1131
DD7
4.612
1123
1130
1131
DD8
5.997
1123
1130
1131
DD9
7.102
1123.01
1130.01
1131
田湾河口
Q=6530m3/s
Q=3770m3/s
1131
DD10
8.637
1123.01
1130.01
1131
DD11
10.227
1123.01
1130.01
1131
DD12
11.282
1123.01
1130.01
1131
DD13
12.347
1123.01
1130.01
1131
DD14
13.597
1123.01
1130.01
1131
DD15
15.477
1123.3
1130.03
1131
DD16
16.322
1123.52
1130.04
1131
DD17
17.427
1123.85
1130.06
1131
DD18
19.002
1124.25
1130.12
1131
DD19
20.347
1124.72
1130.15
1131
DD20
21.547
1082.83
1125.1
1079.05
1130.17
1131
DD21
22.782
1088.15
1125.49
1084.83
1130.19
1131
DD22
24.152
得妥乡
1099.55
1126.38
1095.94
1130.28
1131
DD23
24.972
1105.06
1127.55
1102.6
1130.43
1131
DD24
25.822
磨西沟口
1110.68
1128.68
1108.11
1130.59
1131
DD25
26.672
1117.8
1130.69
1114.68
1131.24
1131.24
DD26
27.702
1121.82
1132.02
1118.81
1131.68
1132.02
DD27
28.712
1126.75
1132.26
1123.75
1132.35
1132.35
DD28
30.192
1139.4
1139.94
1134.94
1136.14
1139.94
DD29
30.912
1140.78
1141
1136.57
1137.27
1141
DD30
32.307
1147
1147.01
1143.09
1143.13
1147.01
DD31
33.027
1148.71
1148.71
1145.15
1145.15
DD32
34.047
1161.49
1161.49
1157.77
1157.77
4.1.1百年一遇洪水汛期尖灭点的确立
首先对以上水位资料中天然水位进行分析，在excel表中对表4-1中距坝里程和汛期天然水位一列做散点分析图，然后添加趋势线，如图4.1所示：
Chart4.1Thecurveofthenaturalwaterlevel （p=1%）朗显示对应的拉丁字符的拼音
从图4.1中不难看出，百年一遇汛期的天然水位线与距坝里程存在明显的线性关系。
根据式
（1）已知数据资料可以确立它们之间的关系方程：
Y1=6.135*X+950.6332……………………………（4.1）
式（4.1）中：
X代表某点距离坝址的距离，Y1代表该点的天然水位。
在汛期，水库为保证其运行及水库下游的安全，进行提前泄水,水库坝前水位为汛期排沙运行水位1123m，同理，对百年一遇汛期水库回水水位进行数据分析，在excel中做平滑线散点图，添加趋势线如图4.2所示：
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
Chart4.2Thecurveofbackwaterlevel
显然，图4.2中自距离坝址13.579km以后（即DD14断面以后）回水水位与距坝里程之间的关系曲线呈抛物线形状，故判断水库回水水位与其距坝址距离之间是一种二次函数关系，依据式
（2）已知资料数据推求它们之间的关系曲线如下：
Y2=0.06*（X-13.579）2+1123.01…………………………（4.2）
式（4.2）中：
X代表某点距离坝址的距离，Y2代表该点的水库回水水位。
根据以上列出的式（4.1）、式（4.2），结合《水电工程建设征地处理范围界定规范》要求，建立数学规划模型：
minX……………要求淹没范围最小，尖灭点距坝址最近。
st.
Y1=6.135*X+950.6332……式（4.1），天然水位与坝址距离关系曲线方程。
Y2=0.06*（X-13.579）2+1123.01……式（4.2），水库回水水位与坝址关系曲线方程。
Y2-Y1>=0.1;
Y2-Y1<=0.3;……回水末端的终点位置可在回水曲线高于天然水面线0.1~0.3m范围内确定。
X>=0…………非负条件限制。
上述规划问题涉及一次和二次函数的混合求解，并且函数中有复杂的参数，计算过程比较繁杂，可使用lingo软件对以上规划求解，在lingo模型窗口中输入如下代码：
min=x;
y2-y1>=0.1;
y2-y1<=0.3;
y1=6.135
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