洪水调度方案编制导则.docx

1、洪水调度方案编制导则洪水调度方案编制导则SL 中华人民共和国水利行业标准 SL 洪水调度方案编制导则 Compilation guide of flood control operation plan :送审稿: :仅供审查,请勿引用: 200-发布 200-实施 中华人民共和国水利部 发布 前 言本导则根据水利部水利水电规划设计管理局“关于配合做好 2002 和 2003 年度水利水电勘测设计标准编制工作的通知”:水总局科 20042 号:的要求和洪水调度方案编制规则技术服务合同书, 按照 SL 1,2002水利技术标准编写规定编制。 本导则是新编制的规范,共 6 章,主要技术内容有: 洪水

2、调度方案编制总的原则和要求; 与流域或区域防洪有关的基本资料; 洪水调度方案的防洪计算; 江河洪水调度; 防凌调度; 调度权限; 本导则批准部门:中华人民共和国水利部 本导则主编单位:长江水利委员会长江勘测规划设计研究院 本导则参编单位:黄河水利委员会勘测规划设计研究院 本导则主要起草人:仲志余、胡维忠、李景宗、陈肃利、郭铁女、 汪新孙、余启辉、张志红、宁磊、刘巧清等 本导则审查会议技术负责人: 本导则体例格式审查人: 目 次 1 总则 . 1 2 基本资料 . 3 3 洪水调度计算 . 5 4 江河洪水调度 . 7 5 防凌调度 . 11 6 调度权限 . 12 1 总则1.0.1 为充分发

3、挥流域或区域防洪体系中各项防洪措施的防洪作用, 减少洪水灾害,需编制洪水调度方案。为了规范和统一流域或区域洪 水调度方案编制的基本原则、要求和方法,特制定本导则。 1.0.2 本导则适用于有防洪任务且有洪水调度手段的流域或区域的 洪水调度方案的编制。 1.0.3 洪水调度方案必须遵循经主管部门批准的流域或区域的防洪 规划及防御洪水方案,根据流域或区域的防洪特性、防洪现状及防洪 标准,结合气象、水文预报,在研究各种可能的典型组合洪水和不同 量级的洪水调度措施及其效果的基础上,合理编制。 1.0.4 应合理地处理蓄、泄洪水的关系,充分发挥防洪体系的各项工 程措施的功能,确定运用次序,科学地进行洪水

4、调度和管理,保障主 要防洪保护对象的防洪安全,使流域或区域的洪灾损失减至最小程 度。 1.0.5 应重视防洪非工程措施,要充分利用气象、暴雨预报,洪水监 测预报及预警系统,为洪水调度提供水雨情信息,争取较长的预见期。 1.0.6 流域与区域的洪水调度方案要相协调,流域洪水调度方案应考 虑区域防洪的要求,区域洪水调度方案应满足所在流域洪水调度的要 求。支流的洪水调度方案应满足干流对其洪水调度的要求。 1.0.7 洪水调度方案应包括防御标准以内洪水和防御超标准洪水:含 特大洪水:的洪水调度方案。 1.0.8 编制的洪水调度方案应包括保护对象、现状防洪能力、防洪标 1 准、调度原则、可能的典型洪水组

5、合:包括河口地区洪水与天文大潮、风暴潮遭遇组合:、不同量级洪水的优化调度措施、防洪体系联合调 度方案、紧急情况下洪水调度应急措施、调度权限等内容。 1.0.9 编制的调度方案须具有现实性和可操作性。应认真总结以往洪 水调度经验,考虑出现的新情况和新问题,明确各项防洪措施的调度 要求。 1.0.10 流域或区域防洪体系、经济社会状况等发生变化时,应及时 修编洪水调度方案。大江大河的洪水调度方案,一般应每隔 10 年重 新修编。 2 1.0.11 洪水调度方案的编制专业性强,流域面积大于 5000km的流和地市级以上行政区域的洪水调度方案应由具甲级资质的水河2 利科 研、规划、设计单位编制;流域面

6、积小于 5000km的河流和县级以下 行政区域的洪水调度方案应由具乙级以上资质的水利科研、规划、设计单位编制。 1.0.12 编制的洪水调度方案应按洪水调度的权限,报主管机关审批 后实行。解释权属于批准部门或其指定的部门。 2 2 基本资料 2.0.1 收集、整理流域或区域防洪有关的基本资料,包括气象水文资 料、河道及湖泊防洪相关资料、防洪现状、经济社会状况、经济社会 发展对防洪减灾的要求、防洪规划及防汛管理等资料。 2.0.2 气象水文资料,包括反映气象、水文特征的有关特征数据;有 关降雨、水位、流量、泥沙、潮汐等实测及调查资料,其系列年限应 基本符合有关专业规范的要求;洪水传播速度、各河段

7、洪水传播时间 等资料。着重收集暴雨洪水:冰凌:特性,历史上曾出现的大和特大 暴雨洪水、高含沙大洪水、冰凌洪水及河口天文大潮、风暴潮资料等。 2.0.3 河道及湖泊防洪相关资料,包括河道纵横断面资料、河道槽蓄 曲线、湖泊水位与面积及容积关系曲线、河道行洪宽度、泄流能力等 资料。 2.0.4 防洪工程现状资料,包括堤防、水库、蓄滞洪区、河道治理工 程、河流上的大型水闸、分洪道等工程现状资料。 2.0.5 防洪非工程措施现状资料,包括流域或区域暴雨洪水监测系 统、通信网络系统、预报预警系统、蓄滞洪区人员安全转移预案、水 库调度规程、防洪减灾设施管理、政策法规等资料。 2.0.6 经济社会相关基本资料

8、,包括流域或区域经济社会现状基本资 料,各防洪保护区、蓄滞洪区、行洪区经济社会现状指标,历史上洪 :凌:灾害、风暴潮灾害资料及经济社会发展对防洪减灾的要求等资 料。 3 2.0.7 防洪规划资料,包括防洪标准,设计洪水,防洪规划方案,河道或堤防的防洪控制水位、河道安全泄量,水库的防洪限制水位、防 洪高水位、设计洪水位、校核洪水位及相应库容,蓄滞洪区的分蓄洪 运用条件和蓄洪水位、有效蓄洪容积,大型闸站特征水位、运用条件 及过流能力等资料。 2.0.8 防汛管理资料,包括河道或堤防的警戒水位、保证水位,经批 准的防御洪水方案,防汛管理制度,防汛管理条例、政策、法规等资 料。 2.0.9 对作为主要

9、依据的基本资料,应进行分析,对其合理性和可靠 程度作出评价。 4 3 洪水调度计算 3.0.1 研究干支流、上下游可能发生的各种洪水遭遇组合,河口地区 洪潮遭遇组合;合理选择并分析计算具代表性的不同类型、不同量级 的典型洪水、频率洪水。通过对历史凌汛资料分析,从水文、气象及 水动力学等方面研究河道凌汛期冰凌洪水形成条件及变化规律。 3.0.2 频率洪水可由流量资料或暴雨资料推求计算,对资料缺乏的小 流域频率洪水可采用地区经验公式法推求。 3.0.3 河流的防洪控制点的控制水位或控制流量是流域洪水调度的 重要指标。河段采用水位控制或流量控制应根据河流的防洪特点及现 有防洪能力合理确定。 3.0.

10、4 针对不同凌情,考虑凌汛洪水演进和河道槽蓄量变化情况,研 究河道特定控制断面的防凌安全流量,即封河期、开河期控制条件, 稳封期冰下过流能力,据此研究河道各控制断面不同时段的防凌控制 条件。 3.0.5 对于高含沙洪水地区,应分析发生高含沙大洪水时,泥沙冲淤 变化对河道行洪能力、防洪工程的影响及应采取的相应防洪措施。 3.0.6 洪水演进与调度计算方法可以采用水文学或水力学计算方法 :可采用本导则附录一的方法:。计算方法的选择考虑以下因素:1: 考虑计算问题的性质、河道特性、依据资料的精度、数据的取得和计 算工作量;:2:考虑计算成果的要求及成果的可靠性。 3.0.7 进行洪水演讲与调度计算时

11、,要合理划分计算河段、优选计算 5 时段、确定起始条件和边界条件、进行水量帄衡检查与修正。3.0.8 编制的洪水演进与调度计算数学模型需采用两次以上不同类 型的实测洪水进行检验。 3.0.9 对选择的不同类型的洪水,结合洪水预报,进行洪水调度方案 防洪计算。研究防洪工程运用时机、次序及运用方式;分析不同洪水 调度措施组合情况下各方案的防洪作用及经济社会效益;在技术、经 济比较的基础上,统筹考虑上下游、左右岸的防洪关系,确定合理的、 具可操作性的洪水调度方案。 6 4 江河洪水调度 4.1 堤防工程防洪运用 4.1.1 江河发生洪水,如洪水位不超过堤防保证水位时,应利用堤防 防洪,充分发挥河道的

12、泄洪作用。 4.1.2 当洪水较大,预报控制站洪水位将可能达到保证水位,应扒开 洲滩民垸堤防、行洪区阻水堤埝,利用其行洪、蓄洪;必要时需放弃 部分标准相对较低的堤防,以保障相对重要堤防的防洪安全;如发生 特大、超设计标准的洪水,应牺牲次要堤防,保障重要堤防的安全。 4.1.3 遇大洪水,若预报洪水位将超过堤防保证水位且有条件时,宜 加筑子堤,充分利用堤防的潜力防御洪水,减少洪灾损失。 4.2 水库防洪调度 4.2.1 对有防洪任务的大、中型水库,应根据洪水及泥沙特性、下游 防洪保护对象的防洪要求、水库防洪安全标准、水库工程状况、库区 可能的淹没情况及洪水监测预报条件,根据批准的设计或审定的调度

13、 原则,制定水库的防洪调度方式。在保证水库自身防洪安全的前提下, 充分发挥水库拦蓄洪水、削峰、错峰的作用。 4.2.2 对于泄洪建筑物及闸口启闭设施完善,规划为下游承担防洪任 务的水库,可根据下游江河防洪控制点的洪水位、安全泄量和区间洪 水组成情况以及洪水监测、预报水帄,研究水库对下游进行补偿调节 的防洪调度运用方式,确定相应的泄量和控制水位。 4.2.3 汛期,防洪水库应按规划设计留足必要的防洪库容,非特殊情 7 况,蓄水位不得超过汛限水位。为充分发挥水库的供水、发电、灌溉等综合效益,可根据洪水的特性和水情测报系统的预见期,在不降低 水库防洪安全标准的前提下,制定汛期不同时期的分期汛限水位,

14、并 考虑后期洪水及气象预报,做好后汛期的蓄水。在各分期期间可规定 过渡期。还可根据洪水预报的预见期和精度,确定汛期水位的上下浮 动值及相应的条件。 4.2.4 由水库群共同承担江河中下游防洪任务时,应研究各水库和各 区间洪水的地区组成,根据水库特性及综合利用要求等条件,确定各 水库必须预留的防洪库容和防洪运用方式,以及联合防洪调度方式。 4.2.5 对多泥沙河流水库,其防洪调度方式应根据洪水的洪量、洪峰 流量、沙量情况,综合考虑下游河道减淤和水库减淤情况,制定洪水 调度方案。洪水调度要有利于水库防洪库容的长期保留。 4.2.6 对于达不到设计要求的水库、新建水库存在初期蓄水规定以及 存在严重病

15、险问题的水库,要降低运行水位。 4.3 蓄滞洪区调度运用 4.3.1 蓄滞洪区的调度运用方式,应根据蓄滞洪区在流域或区域防洪 体系中的作用,结合区内安全建设实施情况,按防洪规划确定的运用 原则和要求制定。对建有进洪闸、退洪闸控制的蓄滞洪区,应明确进 洪闸、退洪闸调度规则;对无进退洪设施,需临时扒口运用的蓄滞洪 区,应明确扒口的地点、时机和扒口口门宽度。 4.3.2 启用蓄滞洪区分蓄洪水,必须制定切实可行的蓄滞洪区运用预 案。应考虑分洪准备时间,包括决策的时间、区内居民安全转移时间 8 和分洪作业时间。对以转移为主的蓄滞洪区,应明确指挥机构、通信方式、转移路线、交通工具、灾民安置地点,估算救灾物

16、资品种、数 量等。 4.3.3 蓄滞洪区退洪应掌握有利的时机,错开洪峰,不得加重洪水灾 害。 4.3.4 多沙河流上蓄滞洪区的进、退洪闸门运用,应考虑闸门前后由 于泥沙的淤堵而使进、退洪流量达不到设计要求的情况。 4.4 防洪体系的防洪调度 4.4.1 防洪体系联合调度的基本原则是充分利用防洪体系的防洪能 力,确保重点,兼顾一般,对洪水进行合理安排,将洪水灾害减少到 最低限度。 4.4.2 进行流域或区域防洪体系联合调度,要合理处理蓄泄关系、上 下游关系、左右岸关系、干支流关系,在不影响防洪安全的前提下, 尽可能使防洪与兴利相结合,合理利用洪水资源。 4.4.3 为充分发挥各项防洪工程设施和防

17、洪体系整体的防洪作用,要 针对不同类型的洪水,研究各项防洪工程运用的时机、次序和运用方 式。 4.4.4 对防御标准以内的洪水和超标准洪水的调度,应统筹考虑。对 各类不同量级和地区组成的洪水,尤其是量级大、洪水组成对防洪不 利的洪水,应深入研究,提出可靠的洪水调度方案。 4.4.5 流域或区域发生小洪水时,要充分利用河道的泄洪能力,发挥 防洪综合体系的防洪作用;对于干旱缺水地区,在确保防洪安全的前 9 提下,可根据气象和降雨预报情况,适时引蓄洪水,兼顾洪水资源利用。 4.4.6 当流域或区域发生相当于防御标准的洪水时,应充分发挥干支 流河道和分洪道的泄洪能力,利用水库调蓄洪水,必要时启用蓄滞洪

18、 区蓄滞超额洪水,保障重要防洪保护对象的防洪安全。 4.4.7 当流域或区域发生超标准洪水:或特大洪水:时,应充分发挥 各类防洪工程设施的泄洪、蓄滞洪作用,必要时采取牺牲一般地区、 运用规划保留区或临时扩大分洪范围等方式分蓄洪水,保障特别重要 防洪保护对象的防洪安全,尽可能把全局的洪灾损失减至最小。 10 5 防凌调度 5.0.1 有冰凌洪水灾害的江河,在凌汛期间尤其是封河期和开河期, 要利用水库和引水设施加强水量调度,编制防凌调度方案,避免凌汛 灾害的发生,或将损失减到最低限度。防凌调度方案应按单独编制和 批准考虑。 5.0.2 水库防凌调度分为大坝安全防凌调度、水库对库区上游河道防 凌调度

19、以及水库对下游河道防凌调度 :1:大坝安全防凌调度应根据设计来水、来冰过程,结合泄水 建筑物的泄流规模,按满足大坝防凌安全的设计排凌水位排凌运用。 2:水库对库区上游河道防凌调度应根据水库末端冰凌壅水影 :响程度,按满足水库上游河道防凌调度要求的设计库区防凌控制水位 运用。 :3:水库对下游河道防凌调度应根据气象条件、上游来水情况 以及下游河道凌情,按满足水库下游河道防凌调度要求的设计防凌限 制水位运用,并结合凌汛期不同阶段下游河道冰下过流能力和防凌安 全泄量控泄流量。凌汛期应实行全过程调节。 5.0.3 当有多个水库参与防凌调度时,应考虑水库群的联合防凌调度。 5.0.4 当冰凌洪水位达到或

20、超过江河设防水位时,应及时启用分洪道 和蓄滞洪区,分蓄冰凌洪水,必要时宜牺牲局部地区,保障重点地区 的防凌安全。 11 6 调度权限 6.0.1 长江、黄河、淮河、海河、松花江、辽河、珠江和太湖流域的 洪水调度方案,由有关流域机构会同有关省、自治区、直辖市人民政 府制定,报国家防汛总指挥部批准;由流域防汛指挥机构按经批准的 方案实施,报国家防汛指挥机构备案。特别重要的防洪工程,由国家 防汛指挥机构负责调度。 6.0.2 跨省、自治区、直辖市的其他江河的洪水调度方案,由有关流 域机构会同有关省、自治区、直辖市人民政府制定,报流域防汛指挥 机构批准;由流域防汛指挥机构按经批准的方案实施,报国家防汛

21、指 挥机构备案。没有设立流域防汛指挥机构的,报国家防汛总指挥部批 准,由国家防汛总指挥部或委托洪水主要来源的省、自治区、直辖市 的防汛指挥机构按经批准的方案实施。 6.0.3 省级行政区域内的河流的洪水调度方案,由所在省级行政区域 内相应级别的防汛指挥机构会同有关地方人民政府负责制定,报上一 级防汛指挥机构批准,由省级行政区域内相应级别的防汛指挥机构负 责实施调度。 6.0.4 洪水调度方案经批准后,有关地方人民政府必须执行。修改洪 水调度方案,应当报经原批准机关批准。 12 附录一 江河洪水调度防洪计算方法 一、江河洪水调度计算方法分类 江河洪水调度防洪计算方法可分为水文学法和水力学法两大类

22、。 水文学法,在一般情况下,只要资料和计算处理得当,能得到满足精 度要求的计算结果。水力学法,所需资料较多,计算结果更为详细, 随着电子计算机技术的发展其运用范围日益广泛。 水文学方法根据对水流运动方程和水流连续方程的不同简化和 处理,可分为出流与槽蓄关系法、马司京干法、连续帄均法、有效值 法、特征河长法、汇流曲线法等。 水力学方法可分为一维、二维水力学法,根据所采用的数值计算 方法的不同又可分为有限差分、有限体积、有限元和特征线法等。 二、计算方法的选择 防洪计算方法的选择,应当综合考虑如下因素: (1) 主要应用需求 (2) 洪水调度区域的空间尺度 (3) 江、湖及河道特性 (4) 资料基

23、础 (5) 工作成本 同一区域所选择的洪水调度防洪计算方法不是唯一的,需要视具 体情况而定,有时需要两种或几种方法结合。 13 三、水文学方法 江河洪水调度防洪计算水文学法有多种,本导则选取计算较为复 杂、能够运用于江河洪水调度的出流与槽蓄关系法进行较为详细地说 明,其它水文学法除运用的计算公式简化方法不同外,计算范围、计 算时段、计算边界条件、技术路线等均可参照执行。 江河洪水调度防洪计算的范围一般较大,为使计算结果能符合实 际,通常将计算范围划分为若干个小范围。原则上,计算范围愈小, 计算精度愈高,但限于资料条件及为减少工作量,通常是在主要支流 入汇及分流口、重要防洪保护区有代表性的防洪控

24、制断面等处分段。 江河洪水调度防洪计算还应选取合适的计算时段?t。计算时段 的选取与河段的划分密切相关,一般要求除满足过程线在?t 时段内 能用直线来近似表达的条件,还应考虑使?t 接近或等于洪水流经该 河段的时间。 江河洪水调度防洪计算起始条件和边界条件的选取对计算结果 会有一定的影响。起始条件为计算开始时计算范围内沿程各点的水位 与流量瞬时值。上边界条件通常是计算河段起始断面的流量过程,下 边界条件与采用的计算方程、应用需求、资料条件有关,可以采用计 算河段末断面的水位与流量的函数关系或水位过程。 出流与槽蓄关系法根据水量帄衡原理,有连续方程表达式: 2V2V 1 2 I O ， ， ，

25、I , O1 2 1 2 t t式中:I、I时段初、时段末的总入流 12O、O时段初、时段末的总出流 12 14 V、V时段初、时段末的槽蓄12 在运用出流与槽蓄关系法进行江河洪水调度防洪计算前,首先应 依据实测的水文、地形资料点绘河段的工作曲线,包括:各出流控制 断面流量(或水位)与槽蓄相关线,即 O:或 Z:,f(V/?t)相关线;出 流控制站水位与流量相关线,即 Z,O 相关线等工作曲线。这些工作 曲线的率定需要大量实测的水文、地形资料,工作曲线拟定的准确与 否将直接影响洪水调度的计算结果。因此,在江河洪水调度的防洪计 算水文学方法中,工作曲线的率定十分重要。 计算应从上游至下游分段求解

26、。进行分段求解时,对每一河段, I、I、O是已知量,假设时段末出流 O,根据点绘的 O:或 Z:, 121 2f(V/?t)相关线、Z,O 相关线等工作曲线,采用迭代方法求解方程, 可得该河段出流控制站逐时段水位、流量值。 如果计算河段控制站水位流量关系受下游河段水位影响较小,将 计算河段出流控制站所得水文要素代入下游河段,作为下游河段的入 流条件进行下游河段的求解。如果计算河段控制站水位流量关系受下 游河段水位影响较大,在计算本河段出流时,首先要假设同时刻下游 控制站水位,因而在计算过程中,需上下游河段依次迭代求解。 如果计算河段水面比降帄缓,江湖串通,支流众多,河段出流 O 必须考虑下游支

27、流顶托、负顶托:分洪:的影响。 模型建立后,应采用计算范围内实测洪水资料进行率定和检验。 经过一场或二场洪水率定的模型,用另一场洪水检验,其误差在允许 范围以内,模型才可运用于洪水调度。 15 江河洪水调度防洪计算需根据拟定的控制站调度运用水位,计算得出各控制站的洪水流量过程及满足防洪工程控制水位条件下的安 全泄量过程,两者之差即为超额洪水过程。根据计算出的超额洪水过 程,取其最大值为超额洪峰,超额洪水过程的总水量即为超额洪量。 水文学法的技术路线如下: 计算河段的划分、计算时段的选取 收集水文、地形资料, 进行工作曲线的拟定对不同的典型洪水、设计洪水 进行江河洪水调度计算 四、水力学方法 江

28、河洪水调度计算水力学法可以根据需求,计算得出各地点的水 文要素。水力学法对资料的要求较为严格,需要整个计算河段的地形 资料、各上边界的流量资料、下边界的水位过程或水位与流量的函数 关系。 江河洪水调度防洪计算水力学法根据需求可分别采用一维、二维 或相互嵌套的计算模式。一般对长河段、河网地区可采用一维计算方 16 法;对于需求信息较多的较短河段、河湖等水域较宽阔的地区可采用二维计算方法;对于江河湖相连的地区可采用一、二维嵌套的计算方 法。 江河洪水调度防洪计算一维计算方法的基本方程为圣维南方程 组,即: Q A , x t 2 Q (， ) gQ Q Q h A ， g , A ， , 02 t

29、 x C A , R x Q t Z A R 式中: 、 和 分别表示 时刻的水位、流量、断面过水面 g C 积和水力半径; 是谢才系数; 为重力加速度。 计算一般采用四点(Preissmann)格式。 江河洪水调度防洪计隐格式,即所谓普列斯曼算的二维计算方法的基本方程如下: 水流连续方程: z p q ， ， , s t x y 水流运动方程: 2 2 p p q g ，22 2 2 p p pq z p q h h 2h ， () ， ( , s ) ， gh ， ,q Eix 2 22 t xh y h x c y x 2 2 q p q g ，22 2 2 q q pq z p q h

30、 h 2 h ， () ， ( ,q E， , s ) ， gh ，iy 222 t yh x h y c x y 式中,z 为水位,p、q 为 x、y 方向单宽流量,h 为水深,s 为源、 汇项,s、s为源、汇项在 x、y 方向的分量,c 为谢才阻力系数,? ixiy 为科氏力,E 为涡粘扩散系数,根据 Smagorinsky 公式确定: 17 22 2 , U 1 U v v 2 2 ， ， ， E , C , S X 2 y x y , , ,式中 u、v 为 x、y 方向垂线帄均流速,?为网格间距,Cs 为计 算参数,0.25，Cs，1.0。 在实际计算中多采用交替方向的隐式差分格式,即所谓 ADI 法。 计算区域采用正方形网格剖分,控制方程离散时,变量在矩形网格上 采用交错布置,水位被定义在网格节点上,单宽流量被定义在各自方 向的相邻网格节点的中部,见下图: ADI 算法网格离