漳泽水库汛限水位计算

张虹飞

（山西省漳泽水库管理局 山西长治 046021）

漳泽水库汛限水位计算

张虹飞

（山西省漳泽水库管理局 山西长治 046021）

运用模糊水文学理论计算水库汛限水位，可把汛期作为全年的一个模糊子集，通过计算漳泽水库汛期每日的经验隶属度和理论隶属度，选取两者大值作为综合隶属度，然后由综合隶属度与防洪库容函数关系计算出每日水库库容，查水位库容曲线表，进而计算出每日汛限水位。

水位；模糊；计算

1 漳泽水库流域及气候概况

漳泽水库位于山西省长治市北郊，坝址以上控制流域面积3 176 km2。流域气候属温带大陆性气候，多年平均降水量586 mm，流域内暴雨平均每年出现6 d左右，最多出现14d（1971年），最少出现1d（1970年）。

流域内的洪水由暴雨形成，在流域内平均一年出现大小洪峰 9次左右。4、9、10月偶有出现，而 7、8两月发生最多，峰量最大。9月因受天气气候影响，发生洪水亦非罕见。流域内主要支流有绛河、岚水河、陶清河、石子河流入，支流分布呈扇形。

自1958年以来，先后在这些支流上建成了屯绛、申村、鲍家河、陶清河、庄头、西堡共6座中型水库和37座小型水库。1992年7月开始，漳泽水库分别在石子河、岚水河、绛河和干流设立了湛上、东大关、西莲

和高河等4个专用水文站。

2 漳泽水库汛限水位现行调度方式及存在问题

漳泽水库汛限水位现状调度方式分为主汛期和非主汛期分期控制两种调度方式：主汛期（7月16日～8月15日）汛限水位901.00 m，非主汛期（分为前汛期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，详见图1。

图1 漳泽水库汛限水位分期控制图

若严格按照这种调度方式进行调度，则在主汛期和非主汛期变化之日（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的突变，调度方式的不合理对工程运行存在安全隐患，后汛期降雨减少可能导致水库蓄水无法达到兴利水位，出现防洪与兴利的矛盾。

3 解决思路及计算方法

3.1 解决思路

为解决以上问题，可考虑采用水文模糊分析法，通过计算汛期每日相对于汛期的经验隶属度μ1（t）和理论隶属度μ2（t），两者进行比较，选取两者中的大值作为综合隶属度μ，然后根据综合隶属度与防洪库容的函数关系计算汛期每日水库库容，查水位库容曲线即可计算出水库每日水位。

3.2 水位计算

3.2.1 漳泽水库降雨资料选取

漳泽水库有1963-2014年完整日降雨资料，故本次分析以漳泽水库1963-2014汛期日降雨作为分析资料。

3.2.2 经验隶属度μ1（t）的的计算

采用陈守煜教授的水文模糊模型分析计算经验隶属度，从原始资料统计可分析出6月以前和9月以后的降雨均少，故选取从6月1日至9月30日的资料作为研究漳泽水库时间域T，以降雨量超过或等于10 mm作为进入汛期的标准。以汛期第一场和最后一场降雨发生的时间作为汛期划分指标获得汛期模糊集样本A，任一年的划分都是模糊集的一次实验，每次实验结果作为一次显影，则可得n个显影样本（见表1）。计算每天被样本覆盖的次数m，并计算其频率m/n，即可求出每天的经验隶属度。如本次选取的52年汛期模糊集合显影样本资料中：1975年大于或等于10 mm起始及终了时间T1975=6月5日至9月3日为漳泽水库模糊集合显影样本的一次试验结果，亦即一次显影样本。在计算6月1日的隶属度时，先由表1可计算出6月1日被覆盖的总次数6次，隶属程度μ1（t）=6/52=0.115。其它时间隶属度依此方法计算，结果见表2（表2数据为6月1日至8月15日数据）。

3.2.3 理论隶属度μ2（t）的计算

陈守煜教授的理论隶属度函数公式为:[1]

其中a1为主汛期开始时间；a2为主汛期结束时间；b1、b2参数根据水库洪水标准确定。

表1 漳泽水库汛期模糊集合样本集显影样本统计表

山西省防办张新建根据陈守煜教授理论隶属度计算公式推导出用正余弦函数作为水库前汛期和后汛期水位计算函数[2]，计算更为简便，本次理论隶属度以张新建计算方法进行计算（计算简图见图2）。

其中：t为任一日日期，t1、t2、t3、t4分别为前汛期、主汛期、后汛期起止日期。

例如：计算6月16日理论隶属度：

图2 理论隶属度计算函数简图

3.2.4 综合隶属度 μ（t）

综合隶属度取理论与经验隶属度大值作为综合隶属度，计算结果见表2。

3.2.5 水位计算

漳泽水库二千年一遇校核洪水位908.45 m，百年一遇设计洪水位903.61 m，正常蓄水位902.4 m，由于正常蓄水位为水库非汛期最高水位，故本次计算以正常蓄水位作为水位控制上限值。正常蓄水位相应库容1.262 9亿m3，汛限水位 901.00 m，相应库容 0.872 6亿 m3。求水库每天总库容 V=［（1-μ）Vc+Vmin］，其中Vc为主汛期防洪库容，本计算Vc=1.262 9-0.872 6=0.390 3亿m3。Vmin为主汛期汛限水位对应库容，本计算为0.872 6亿m3。求出库容后，根据水位库容关系曲线即可查出库容对应水位Z模糊。例如：计算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 1亿m3。查漳泽水库水位库容曲线可得Z模糊=901.55 m。计算结果见表2。根据每日水位计算结果可得现行汛限水位与模拟汛限水位对比图见图3。

图3 漳泽水库现行汛限水位与模糊汛限水位对比图

从图3可知：前汛期从6月1日至6月18日，模糊计算水位高于现行汛限水位，由于该段时间实际降雨量较小，防洪压力不大，故可逐渐降低汛限水位，没有必要一下降到901.5 m。从6月18日至7月12日，模糊计算水位低于现行汛限水位，为水库降低了防洪风险。7月15日至8月15日与现行主汛期汛限水位相同，没有增加主汛期防洪风险。从8月16日至9月8日，模糊计算水位低于现行汛限水位，为水库降低了防洪风险。从9月9日开始，模糊计算水位高于现行汛限水位，由于该段时间降雨较少，防洪压力减少，应及时将防洪库容转为兴利库容。从以上分析可知，模糊计算水位要优于现状汛限水位调度方式。

表2 漳泽水库模糊水位计算表

4 结语

汛限水位是水库汛期兴利的最高水位，又是防洪的起调水位，汛限水位的合理确定，能解决水库防洪与兴利的矛盾，使管理单位在实际运行中调度更加科学。

［1］陈守煜.水资源与防洪系统可变模糊集理论与方法［M］.大连：大连理工大学出版社，2005.

［2］张新建.模糊集理论下水库汛期隶属度数学模型与汛限水位计算［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

张虹飞（1977-），男，2003年毕业于太原理工大学，工程师。

1006-8139（2017）03-062-04