漳澤水庫汛限水位計(jì)算

張虹飛

（山西省漳澤水庫管理局 山西長治 046021）

漳澤水庫汛限水位計(jì)算

張虹飛

（山西省漳澤水庫管理局 山西長治 046021）

運(yùn)用模糊水文學(xué)理論計(jì)算水庫汛限水位，可把汛期作為全年的一個(gè)模糊子集，通過計(jì)算漳澤水庫汛期每日的經(jīng)驗(yàn)隸屬度和理論隸屬度，選取兩者大值作為綜合隸屬度，然后由綜合隸屬度與防洪庫容函數(shù)關(guān)系計(jì)算出每日水庫庫容，查水位庫容曲線表，進(jìn)而計(jì)算出每日汛限水位。

水位；模糊；計(jì)算

1 漳澤水庫流域及氣候概況

漳澤水庫位于山西省長治市北郊，壩址以上控制流域面積3 176 km2。流域氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂?，多年平均降水?86 mm，流域內(nèi)暴雨平均每年出現(xiàn)6 d左右，最多出現(xiàn)14d（1971年），最少出現(xiàn)1d（1970年）。

流域內(nèi)的洪水由暴雨形成，在流域內(nèi)平均一年出現(xiàn)大小洪峰 9次左右。4、9、10月偶有出現(xiàn)，而 7、8兩月發(fā)生最多，峰量最大。9月因受天氣氣候影響，發(fā)生洪水亦非罕見。流域內(nèi)主要支流有絳河、嵐水河、陶清河、石子河流入，支流分布呈扇形。

自1958年以來，先后在這些支流上建成了屯絳、申村、鮑家河、陶清河、莊頭、西堡共6座中型水庫和37座小型水庫。1992年7月開始，漳澤水庫分別在石子河、嵐水河、絳河和干流設(shè)立了湛上、東大關(guān)、西蓮

和高河等4個(gè)專用水文站。

2 漳澤水庫汛限水位現(xiàn)行調(diào)度方式及存在問題

漳澤水庫汛限水位現(xiàn)狀調(diào)度方式分為主汛期和非主汛期分期控制兩種調(diào)度方式：主汛期（7月16日～8月15日）汛限水位901.00 m，非主汛期（分為前汛期6月1日～7月15日和后汛期8月16日～9月30日）汛限水位901.50 m，詳見圖1。

圖1 漳澤水庫汛限水位分期控制圖

若嚴(yán)格按照這種調(diào)度方式進(jìn)行調(diào)度，則在主汛期和非主汛期變化之日（7月15日和7月16日及8月15日和8月16日）水位存在一天50 cm的突變，調(diào)度方式的不合理對(duì)工程運(yùn)行存在安全隱患，后汛期降雨減少可能導(dǎo)致水庫蓄水無法達(dá)到興利水位，出現(xiàn)防洪與興利的矛盾。

3 解決思路及計(jì)算方法

3.1 解決思路

為解決以上問題，可考慮采用水文模糊分析法，通過計(jì)算汛期每日相對(duì)于汛期的經(jīng)驗(yàn)隸屬度μ1（t）和理論隸屬度μ2（t），兩者進(jìn)行比較，選取兩者中的大值作為綜合隸屬度μ，然后根據(jù)綜合隸屬度與防洪庫容的函數(shù)關(guān)系計(jì)算汛期每日水庫庫容，查水位庫容曲線即可計(jì)算出水庫每日水位。

3.2 水位計(jì)算

3.2.1 漳澤水庫降雨資料選取

漳澤水庫有1963-2014年完整日降雨資料，故本次分析以漳澤水庫1963-2014汛期日降雨作為分析資料。

3.2.2 經(jīng)驗(yàn)隸屬度μ1（t）的的計(jì)算

采用陳守煜教授的水文模糊模型分析計(jì)算經(jīng)驗(yàn)隸屬度，從原始資料統(tǒng)計(jì)可分析出6月以前和9月以后的降雨均少，故選取從6月1日至9月30日的資料作為研究漳澤水庫時(shí)間域T，以降雨量超過或等于10 mm作為進(jìn)入汛期的標(biāo)準(zhǔn)。以汛期第一場(chǎng)和最后一場(chǎng)降雨發(fā)生的時(shí)間作為汛期劃分指標(biāo)獲得汛期模糊集樣本A，任一年的劃分都是模糊集的一次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為一次顯影，則可得n個(gè)顯影樣本（見表1）。計(jì)算每天被樣本覆蓋的次數(shù)m，并計(jì)算其頻率m/n，即可求出每天的經(jīng)驗(yàn)隸屬度。如本次選取的52年汛期模糊集合顯影樣本資料中：1975年大于或等于10 mm起始及終了時(shí)間T1975=6月5日至9月3日為漳澤水庫模糊集合顯影樣本的一次試驗(yàn)結(jié)果，亦即一次顯影樣本。在計(jì)算6月1日的隸屬度時(shí)，先由表1可計(jì)算出6月1日被覆蓋的總次數(shù)6次，隸屬程度μ1（t）=6/52=0.115。其它時(shí)間隸屬度依此方法計(jì)算，結(jié)果見表2（表2數(shù)據(jù)為6月1日至8月15日數(shù)據(jù)）。

3.2.3 理論隸屬度μ2（t）的計(jì)算

陳守煜教授的理論隸屬度函數(shù)公式為:[1]

其中a1為主汛期開始時(shí)間；a2為主汛期結(jié)束時(shí)間；b1、b2參數(shù)根據(jù)水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)確定。

表1 漳澤水庫汛期模糊集合樣本集顯影樣本統(tǒng)計(jì)表

山西省防辦張新建根據(jù)陳守煜教授理論隸屬度計(jì)算公式推導(dǎo)出用正余弦函數(shù)作為水庫前汛期和后汛期水位計(jì)算函數(shù)[2]，計(jì)算更為簡(jiǎn)便，本次理論隸屬度以張新建計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算（計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2）。

其中：t為任一日日期，t1、t2、t3、t4分別為前汛期、主汛期、后汛期起止日期。

例如：計(jì)算6月16日理論隸屬度：

圖2 理論隸屬度計(jì)算函數(shù)簡(jiǎn)圖

3.2.4 綜合隸屬度 μ（t）

綜合隸屬度取理論與經(jīng)驗(yàn)隸屬度大值作為綜合隸屬度，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.2.5 水位計(jì)算

漳澤水庫二千年一遇校核洪水位908.45 m，百年一遇設(shè)計(jì)洪水位903.61 m，正常蓄水位902.4 m，由于正常蓄水位為水庫非汛期最高水位，故本次計(jì)算以正常蓄水位作為水位控制上限值。正常蓄水位相應(yīng)庫容1.262 9億m3，汛限水位 901.00 m，相應(yīng)庫容 0.872 6億 m3。求水庫每天總庫容 V=［（1-μ）Vc+Vmin］，其中Vc為主汛期防洪庫容，本計(jì)算Vc=1.262 9-0.872 6=0.390 3億m3。Vmin為主汛期汛限水位對(duì)應(yīng)庫容，本計(jì)算為0.872 6億m3。求出庫容后，根據(jù)水位庫容關(guān)系曲線即可查出庫容對(duì)應(yīng)水位Z模糊。例如：計(jì)算6月16日水位，由公式 V6.16=（1-μ）Vc+Vmin=（1-0.635）×0.390 3+0.872 6=1.015 1億m3。查漳澤水庫水位庫容曲線可得Z模糊=901.55 m。計(jì)算結(jié)果見表2。根據(jù)每日水位計(jì)算結(jié)果可得現(xiàn)行汛限水位與模擬汛限水位對(duì)比圖見圖3。

圖3 漳澤水庫現(xiàn)行汛限水位與模糊汛限水位對(duì)比圖

從圖3可知：前汛期從6月1日至6月18日，模糊計(jì)算水位高于現(xiàn)行汛限水位，由于該段時(shí)間實(shí)際降雨量較小，防洪壓力不大，故可逐漸降低汛限水位，沒有必要一下降到901.5 m。從6月18日至7月12日，模糊計(jì)算水位低于現(xiàn)行汛限水位，為水庫降低了防洪風(fēng)險(xiǎn)。7月15日至8月15日與現(xiàn)行主汛期汛限水位相同，沒有增加主汛期防洪風(fēng)險(xiǎn)。從8月16日至9月8日，模糊計(jì)算水位低于現(xiàn)行汛限水位，為水庫降低了防洪風(fēng)險(xiǎn)。從9月9日開始，模糊計(jì)算水位高于現(xiàn)行汛限水位，由于該段時(shí)間降雨較少，防洪壓力減少，應(yīng)及時(shí)將防洪庫容轉(zhuǎn)為興利庫容。從以上分析可知，模糊計(jì)算水位要優(yōu)于現(xiàn)狀汛限水位調(diào)度方式。

表2 漳澤水庫模糊水位計(jì)算表

4 結(jié)語

汛限水位是水庫汛期興利的最高水位，又是防洪的起調(diào)水位，汛限水位的合理確定，能解決水庫防洪與興利的矛盾，使管理單位在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)度更加科學(xué)。

［1］陳守煜.水資源與防洪系統(tǒng)可變模糊集理論與方法［M］.大連：大連理工大學(xué)出版社，2005.

［2］張新建.模糊集理論下水庫汛期隸屬度數(shù)學(xué)模型與汛限水位計(jì)算［J］.山西水利科技，2010（4）：65-67.

Calcutating the Flood Control Level for the Zhangze Reservoir

ZHANG Hong-fei

Using the fuzzy hydrology theory to calculate the flood control level of a reservoir，and taking the flood season as a fuzzy subset of the whole year，the paper calculates the daily experimental and theoretical membership grades of the flood season of the Zhangze Reservoir，selects the bigger value between the daily experimental and theoretical value as the comprehesive value and then calculates the daily reservoir capacity by using the function relationship between the comprehensive membership grade and the flood controled capacity，through seeking the stage capacity curve，further calculates the daily flood control level in flood season.

water level；fuzzy；calculation

TV697

B

2017-05-31 收回日期：2017-06-13

張虹飛（1977-），男，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師。

1006-8139（2017）03-062-04