最新某流域水文预报方案编制.docx

1、最新某流域水文预报方案编制D. SELECT AVG(成绩) FROM学生,选课WHERE学生.学号=选课.学号 AND姓名=”刘明”【答案】AA. A B. BCD C. A BCD D. ABCDA、主机部分 B、网络部分 C、主机个数 D、无任何意义【答案】BA、100Mpbs B、200Mbps C、400Mpbs D、800MpbsB. 数据库技术的根本目标是要解决数据的共享问题【答案】Order Byinput 计算机： to jjjC. RENAME VIEW D. DELETE VIEW水文预报大作业某流域水文预报方案编制 摘 要本文在9场洪水资料的基础上，完成对某流域的水文预

2、报方案的编制。运用由一层土壤蒸发模式、蓄满产流模型、时段单位线模型以及地下线性水库模型组成的二水源新安江模型进行参数率定及检验工作。通过雨洪关系的合理性分析，取得其中8场合格的洪水，运用遗传算法对其中6场洪水进行参数率定，并预留两场洪水进行参数检验。经检验，产流参数，汇流参数对两场预留洪水的产流模拟、汇流模拟均取得了100%合格的效果。但由于率定及检验的洪水资料较少，率定的参数在预报适用的时间上并不具有代表性，且预报模型具有一定的缺陷。因此，本预报方案仅可用来参考。关键词：水文预报方案；遗传算法；二水源新安江模型引 言水文预报是根据已知的信息对未来一定时期内的水文状态作出定性或定量的预测。水文

3、预报方法以水文基本规律、水文模型研究为基础，结合生产实际问题的需要，构成具体的预报方法或预报方案，服务于生产实际。一般水文预报的研究的重点和关键有两部分：（1）共性规律研究，即具有一定普遍性的水文基本规律模拟方法和流域水文模型研究；（2）个性问题研究，对反映问题的特征、方法进行了解，构成具有解决各种具体实际问题的、具有较高预报精度的预报方案。其在防汛。抗旱、水资源开发利用、国民经济建设和国防等领域都有广泛的应用，经济效益巨大，应用单位众多。水文预报在生产上的应用领域十分广泛，主要有：流域或区域性洪水与旱情预测，河道、水库、湖泊等水体的封冻。开动状况及冰凌冰清预测，积雪冰川的融雪径流预报，水利工

4、程施工期的施工预报，水库运行管理要求的入库水流过程预报，河道航运要求的沿程水位变化预报等。本文针对某流域，通过对其9场洪水资料的审查处理，以及水文预报模型参数的率定，简要编制某流域水文预报方案。由于资料数据较少，无法进行系统和全面的预报方案分析，进而结果也无法得到有效保证，因此本文的目的就是在9场洪水的基础上，熟悉编制水文预报方案的具体工作及流程，达到基本掌握预报方案编制目的。1 流域及水文概况1.1 流域水系概况某地处大连市东北部，发源于鞍山市龙潭乡老北沟，从北向南穿过庄河市中部地区，流经庄河市和岫山市的十一个乡镇，最后流入黄海。河流全长94km。某一级支流6条，依次为沙河、滚子河、汉屯河、

5、二道河、沟门子河、史家卜河。主要水系分东西两大支流，东支流为大沙河，汇流点以上积水面积324km2，西支流为主河流，汇流点以上面积273km2,与庄河三架山乡沙河口处会合。某流域共7个雨量站，一处水文站，一处水库站，各类遥测点8处。1.2 下垫面概况某流域为低山丘陵区。流域的地貌成因和形态主要受构造和岩性控制，进而形成了北高南低的地貌形态，山脉大体呈北东南西向展布。按其形态成因类型主要有石英砂岩、花岗岩、片麻岩及混合岩所组成构造侵蚀低山、呈北向或近东西向展布的山间谷地。1.3 洪水特性情况某流域大多数暴雨集中大多数暴雨主要集中在7、8月份，一般7月下旬到8月上旬，持续时间12天，更长达3天。由

6、于暴雨强度大、降雨时间历时较短、以及流域面积不大的特点，使得暴雨造成的洪水具有峰高量大且峰现时间段的特点。2 水文资料处理本方案采用9场洪水资料进行预报方案的编制，9场洪水的降雨资料均由三道沟雨量站、庙东沟雨量站、大堡子雨量站、大房子雨量站、前梨树雨量站、姜家堡子雨量站、某雨量站测得；流量资料由某水库日入库流量资料和时段入库流量资料获得，若无水库入库流量资料，则依据水库水位流量关系曲线和水量平衡反推入库流量过程。2.1 降雨资料处理某流域有7个雨量测站来记录降雨资料，这7个雨量站所控制的面积以及相应的权重如表2.1。各测站记录的各时刻雨量值乘以相应测站的权重，再将各测站该值相加，即可得到该时刻

7、的雨量值。表2.1雨量控制面积及控制权重名称三道沟庙东沟大堡子大房子前梨树姜家堡子某面积（km2）118881077810814053权重0.170.130.150.110.160.20.08对9场降雨资料的初步审查中，发现有些雨量站发生故障，以及数据记录延迟，造成降雨量的记录不是很准确，因此对降雨资料的处理，针对“无问题雨量站降雨处理”与“有问题雨量站降雨处理”，分两部分进行。 （1）无问题雨量站降雨处理20120710号、20120803号、20130730号、20130816号洪水过程中，7个雨量站工作正常。因此，对各时段各站的雨量按照表2.1采用面积加权平均法计算各时段的雨量。（2）有

8、问题雨量站降雨处理20110626号庙东沟站、20130702号前梨树站，姜家堡子站、20130716号姜家堡子站发生故障，故采取舍弃测站的记录值，将剩余几站的面积重新分配权重计算各时段雨量；20120424号、20120728号庙东沟雨量站发生雨量传递延迟，根据流域降雨同时刻其他正常测站的峰值特征，进行该站雨量值移动，两场洪水分别前移2个时段、4个时段。2.2 流量资料处理对各场洪水，首先进行流量过程线平滑处理，由于个别洪水的流量过程是由水库水位流量关系曲线和水量平衡反推入库流量过程求得的，因此存在锯齿状的不稳定现象，需要在水量平衡的前提下，对流量过程线进行平滑处理；其次，进行次洪径流分割，

9、由于各场洪水流量过程中即存在前期洪水的退水过程部分，也存在基流部分，因此本文采用平均退水曲线求出本次洪水过程，以及运用平割法求次洪径流深。（1）流量过程线修匀对9场洪水修匀前与修匀后径流深的对比见表2.2，径流深变化在误差允许范围内；并以20110626号洪水的流量过程线为例进行修匀，见图2.1。表2.2 修匀前后径流深变化表洪号修匀前修匀后备注2011062629.229.81.单位：mm2.没有扣除基流2012042483.182.32012071074.271.6201207285655.120120803280.2287.92013070299.298.120130716155.915

10、5.72013073081.576.12013081670.471.3图2.1 20110626修匀流量图（2）分割本次洪水洪水分割采用退水曲线法。退水曲线是流域蓄水量的消退过程线。对某一流域而言，地下径流退水过程比较稳定，故去9场洪水的洪水过程退水部分，使他们尾部重合，做光滑的下包线，即可求得流域的地下水退水曲线。运用该退水曲线，在本次洪水的流量过程图中，于本次洪水起涨点处描绘出上一场洪水的尾水退水部分，然后将该部分扣除，即为本次洪水的流量过程（未扣除基流）。以20110626号洪水为例，如图2.2黑色虚线部分。图2.2本次洪水流量过程及前期退水（3）平割法求次洪径流深在各场洪水的起涨点处，

11、做一平行线，于本次洪水退水部分有一交点，则图2.3中ABCDEA的面积即为本次洪水径流深（未扣除基流）。设基流为7m/s，则扣除基流后的各场洪水径流深见表2.3。图2.3 平割法求次洪径流深图表2.3各场洪水径流深（已扣除基流）洪号径流深备注2011062624.26 1.单位：mm2.已扣除基流3.20130716只取第一个洪峰2012042477.47 2012071066.81 2012072852.89 20120803281.81 2013070290.04 2013071681.0 2013073066.17 2013081667.40 （4）二水源划分根据退水曲线，找出每一场洪水

12、的地面径流（直接径流）终止点，与起涨点相连，即可将实测流量过程线进行地表径流Qs与地下径流Qg的分割。以20110626号洪水为例，如图2.4。图2.4 水源分割图2.3 雨洪关系的合理性分析对于一场合格的洪水，必须要满足两点要求：（1）符合水量平衡对于一场洪水，必须符合水量平衡方程式： P=E+R +Wm- W0 （2.1）其中：P：降雨，E：蒸发，R次洪径流深，Wm：流域平均蓄水容量，W0：流域初始土壤含水量。由于在对洪水资料进行模型参数率定之前，Wm与W0可能未知，因此，对于一场洪水起码要符合（2.2）的关系式：PE+R （2.2）（2）径流系数小于1合格的洪水径流系数必须小于1，但不排

13、除各别洪水径流系数大与1的情况，如过径流系数大与1不多也是可以接受的。根据以上两个指标对9洪水进行雨洪关系合理性分析，发现由3场洪水径流系数大与1。分析原因为降雨量记录值偏小或者是流量值偏大。经过对某流域水工建筑物及当时降雨现实情况的分析，上游没有拦蓄工程，不会发生防水造成流量增大的现象，因此，只有降雨量记录上发生了问题。经分析，降雨是由翻斗式雨量计记录的，当雨强较大时，反斗会因为翻转效率问题造成记录的雨量比实际的雨量小。因此，对问题洪水降雨强度较大的降雨适当增大。处理后发现20120803号洪水径流系数为1.1，仍大与1，因此，将该洪水舍弃，不参与参数率定工作。结果如表2.4。表2.4 洪水

14、径流系数洪号原始降雨径流深（修匀后）径流系数是否正常20110626 106.70 24.26 0.23 正常20120424 115.85 77.47 0.67 正常20120710 115.36 66.81 0.58 正常20120728 67.95 52.89 0.78 正常20120803 257.33 281.81 1.10 否20130702 115.64 90.04 0.78 正常20130716 86.27 80.96 0.94 正常20130730 65.36 66.17 1.01 正常20130816 102.21 67.40 0.66 正常3 预报模型参数率定3.1 模型

15、的选择某流域为半湿润地区，产流具有蓄满产流和超渗产流两种特性。当前期土壤较为湿润时，容易发生蓄满产流，当前期比较干旱时，容易发生超渗产流。根据参与参数率定的8场洪水的前期降雨及土壤含水量情况，发现较为湿润，因此适合蓄满产流模式，故决定采用二水源新安江模型进行产汇流参数的率定。本文采用的二水源新安江模型包括产流模型、二水源划分模型、汇流模型三部分组成（图3.1）。（1）产流模型产流模型为蓄满产流模型，其中土壤蒸发采用最简单的一层蒸发模式，因此需要率定三个参数：流域平均蓄水容量Wm；土壤含水量分布曲线指数b；蒸发能力折算系数k。（2）水源划分模型将率定出的蓄满产流参数带入产流模型中，算出各时刻的径

16、流量Ri，再运用试算法求稳定下渗率fc，进而将总净流量R划分为地表径流Rs和地下径流Rg。（3）汇流模型汇流模型分为地表汇流和地下汇流。地表汇流根据地表径流Rs，通过时段单位线模型可求得地表流量Qs；地下汇流根据地下径流Rg，通过地下线性水库模型可求得地下径流Qg。将Qs与Qg相加即总流量Q，与实测流量进行对比，调参率定。由于时段单位线可由瞬时单位线推求，而瞬时单位线只需要n（反映流域调蓄能力的参数），和K（线性水库蓄泄系数），即可确定。并且地下线性水库只需要Kg（地下水蓄水常数）即可确定，因此回流模型需要率定3个参数：n；K；Kg。图3.1 二水源新安江模型计算流程3.2 参数率定及步骤3.

17、2.1 率定方法选择本模型采用遗传算法及人工调参相结合的方法进行参数率定。遗传算法的过程就是从一个初始种群出发，经过不断地选择、交叉、变异，使种群越来越接近某个目标。如果把种群看作是超空间中的一组点，则选择、交叉、变异的过程便是在超空间中点集之间的变换过程，通过这些信息的变换使种群不断地进化，直至达到目标。标准遗传算法的基本运算过程是一个典型的迭代过程，其必须完成的工作和基本步骤如下：选择编码策略：根据实际问题定义适应度函数；确定遗传策略，包括种群大小、选择、交叉、变异方法，以及确定交叉概率、变异概率等遗传参数；随机初始化生成初始群体；计算当前种群中个体编码串解码后的适应度； (按照遗传策略，

18、运用选择、交叉和变异算子作用于群体，形成下一代种群；) 判断种群性能是否满足某一指标，或者己完成预定迭代次数满足则输出最佳个体，退出；不满足则返回。遗传算法本身具有一定的随机性，结果也具有一定的不确定性，并且，有些参数采用试算法率定，因此，需要人为的对率定出的参数进行调试，最终得出合理的参数。3.2.2 参数及范围本模型需要的参数有10个，其中有7个需要率定。其取值范围及性质如表3.1。表3.1 模型各参数汇集表名称符号取值范围敏感性备注土壤初始含水量W00常量计算时段t1h流域面积F692km2流域平均蓄水容量Wmw0Wm150mm不敏感算法率定土壤含水量分布曲线指数b0b0.5不敏感蒸发能

19、力折算系数k0.1k1敏感稳定下渗率fc0fc敏感试算率定地下水蓄水常数kg40kg100敏感算法率定反映流域调蓄能力的参数N1N2敏感线性水库蓄泄系数K0K15敏感3.2.3 参数率定步骤整个模型分三个部分进行参数率定，各参数率定方式及范围如表3.1，率定流程（图3.2）如下：（1）蓄满产流模型的Wm，b，k 蓄满产流模型由参数率定模型及结果输出模型组成。 输入资料有降雨资料P，蒸发资料E，土壤初始含水量W0（W0可由前期 影响雨量公式计算及日降雨资料得到）。经参数率定模型中的遗传算法循环率定，输出相应参数值。 将率定的结果带入结果输出模型求出PE、R时间序列值。（2）水源划分模型fc水源划

20、分模型分为试算fc与求Rs、Rg两步构成水源划分模型的fc可用手动试算法求得。通过输入上一步求得的PE、R，及Qg（Qg由洪水分割线分割求得），求得净流深R，与分割出的径流深R（由Qg求得）进行对比，通过不断调整fc，直到两者接近获相等为止，即可获得fc。 将试算的fc作为参数带入到接下来的汇流模型中，即可输出Rs、Rg。（3）汇流模型kg、N、K汇流模型同样由参数率定模型及结果输出模型组成。1在参数率定模型输入实测流量过程线Q以及求出的PE、R、fc，经过地表时段单位线模型及地下线性水库模型的计算及循环率定后，即可求出相应的参数。2将求出的参数带入结果输出模型，同样经过地表时段单位线模型及地

21、下线性水库模型的计算，即可输出Rs、Rg、UH、Qs、Qg的时间序列。图3.2 参数率定流程图4 预报方案本文在8场洪水中取20110626、20120424、20120710、20120718、20130702、20130716号6场洪水进行产汇流参数率定（其中，20120803号洪水的雨洪关系不正常，故舍弃不用。）预留20130730、20130816号2场洪水进行参数检验。4.1 产流预报方案运用遗传算法率定蓄满产流模型参数，得出6场洪水的产流参数如表4.1。表4.1 蓄满产流模型产流模拟参数洪号W0(mm)Wm(mm)bk实测径流深(mm)率定径流深(mm)相对误差(%)2011062

22、6431320.210.8124.26 23.70 -2.30 2012042437740.40.677.47 72.50 -6.42 20120710781150.230.8566.81 71.30 6.71 201207281001140.290.852.89 52.80 -0.18 201307021151390.320.8990.04 88.40 -1.82 201307161251300.20.8280.96 70.70 -12.68 表示率定值小于实测值预留的20130730和20130816号洪水发生在7、8月份，因此主要选择6场洪水中处于7、8月份的洪水率定的参数，取参数的平均

23、值（表4.2），并置入产流结果输出模型中。将预留洪水的资料输入模型，模拟结果如表4.3。表4.2 输入产流结果输出模型的参数平均值洪号Wmbk20120710115.0 0.23 0.85 20120728114.0 0.29 0.80 20130702139.0 0.32 0.89 20130716130.0 0.20 0.82 平均值124.5 0.26 0.84 表4.3 蓄满产流模型模拟2场洪水的结果洪号降雨量(mm)实测径流深(mm)径流系数预报径流深(mm)绝对误差（mm）相对误差(%)是否合格2013073065.4 66.2 1.0 64.2 -2.0 -2.98 是20130

24、816102.2 67.4 0.7 72.9 5.5 8.16是根据水文情报预报规范GB/T22482-2008-T，产流误差范围需满足以下其中1项误差评定要求即可合格：径流深相对误差20%且径流深绝对误差小于20mm；径流深绝对误差小于3mm。故模拟的两场洪水都合格，合格率100%，精度等级为甲。因此当暴雨时间为7、8月份时，可采用表4.4的产流参数。由于缺少其他月份的洪水资料，故无法验证产流参数在其他月份的有效性。因此参数仅适用于7、8月份。表4.4 7、8月份蓄满产流参数名称Wmbk数值124.5 0.26 0.84 4.2 汇流预报方案运用试算法计算出每一场洪水的稳定下渗率，并用遗传算

25、法对汇流模型的参数进行率定，得出6场洪水的汇流参数，如表4.5。根据水文情报预报规范GB/T22482-2008-T，汇流误差范围需都满足3项误差评定要求才算合格：降雨径流预报以实测洪峰量值的20%作为许可误差；峰现时间以预报根据时间至实测洪峰出现时间之间时距的30%作为许可误差，若许可误差小于一个时段或3h，取一个时段或3h；3确定性系数主要根据精度的等级要求而定。（本方案设定为丙级）故率定的汇流参数合格。表4.5 洪水汇流参数率定结果洪号fckgnK实测洪峰（m/s）模拟洪峰(m/s)洪峰绝对误差(m/s)洪峰相对误差（%）峰现误差(h)DC是否合格201106260.33 38.29 1

26、.10 8.00 217 216 -1-0.46 00.74是201204241.10 61.55 1.01 7.00 1000 984 -16-1.60 00.89 是201207101.30 58.42 1.20 15.00 481 487 61.25 0 0.94 是201207287.00 51.44 1.10 7.50 661 643 -18-2.72 -20.81是201307024.60 100.00 1.04 4.35 1400 1342 -58-4.14 -20.7是2013071612.00 100.00 1.20 7.23 616 623 71.14 00.91是表示率定

27、值小于实测值由某流域的洪水特性情况得知，暴雨造成的洪水具有峰高量大且峰现时间短的特点。对6场率定参数的洪水的流量过程线进行观察后发现，其洪峰及峰型的确都符合上述特点，并且峰现时间基本上相似。故可推断，预留模拟的20130730和20130816号洪水同样具有上述特征。因此，在汇流阶段，取6场洪水率定参数各项的平均值作为模拟参数（表4.6）置入汇流结果输出模型中。将预留洪水的资料输入模型，结果见表4.7。表4.6 输入汇流结果输出模型的参数平均值洪号fckgnK201106260.33 38.29 1.10 8.00 201204241.10 61.55 1.01 7.00 201207101.

28、30 58.42 1.20 15.00 201207287.00 51.44 1.10 7.50 201307024.60 100.00 1.04 4.35 2013071612.00 100.00 1.20 7.23 平均值4.39 68.28 1.11 8.18 表4.7 汇流模型模拟2场洪水的结果洪号fckgnK实测洪峰（m/s）模拟洪峰(m/s)洪峰绝对误差(m/s)洪峰相对误差（%）峰现误差(h)DC是否合格201307304.39 68.28 1.11 8.18 503537346.76 -20.73是201308164.39 68.28 1.11 8.18 13191062-257-19.48 -10.65 是表示率定值小于实测值根据水文情报预报规范GB/T22482-2008-T汇流预报结果评定要求，两场洪水的模拟结果都合格，合格率100%。精度等级为甲。故汇流阶段可采用的参数如表4.8。4.