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水文预报课程设计

 

 

《水文预报课程设计》

 

姓名:

学号:

学院:

水利与环境学院

班级:

指导老师:

时间:

2013.1.23

 

《水文预报课程设计》说明书

1、设计目的

1、流域水文模型的用途:

洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部分,是提高预报精度和增长预见期的关键技术。

对水资源可持续利用:

流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。

对水环境和生态系统保护:

流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。

流域水文模型还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水资源和水环境影响的有效工具。

本次课程设计的目的是通过一个具体的降雨~径流预报方案的制作,使学生了解生产单位对预报任务的要求。

2、通过课程设计,要求掌握如下内容:

1)流域综合退水曲线、地下水退水曲线的制作以及次洪分割方法;

2)熟悉降雨~径流相关图编制的完整过程;

3)新安江两水源模型结构及产流参数率定方法;

4)流域经验单位线的推求方法;

5)洪水预报方案精度评定方法;

6)利用预报方案进行实行洪水预报方法;

7)利用马斯京根分段连续演算法进行长河段洪水演进预报。

2、设计基本资料

该流域集水面积1884.6km2,干流河长约273km。

流域气候温湿,年降雨量在1700毫左右。

地下水位较高,且随季节变幅小,因次,一般情况下,土壤含水量较大。

根据流域自然地理条件情况和气候条件,以及洪水流量过程线分析,可知流域产流规律符合湿润地区的蓄满产流模型特征。

采用降雨径流相关图制作流域蓄满产流方案,用二层蒸发模型计算蒸发,水源划分考虑两水源划分。

3、课程设计资料

1.一场历史洪水的流量过程,相应的各雨量站(3个雨量站)时段雨量与权重(时段长为3h)

2.洪水的前期日降雨量,日最大蒸发量资料(历史洪水与实时预报洪水)

3.XX场洪水的退税过程

4.部分场次洪水降雨、径流特征值成果表

5.干流河段的马斯京根参数及分段数(3段)

4、产流计算

4.1面平均雨量计算

4.11计算方法

泰森多边形法

(1)

其中

为i站的面积权重,

为i站的实测降雨

4.12各测站基本资料如表1、表2所示

 

表1各测站降雨量单位:

mm

A站降雨

B站降雨

C站降雨

18.18181818

8.510638298

12.90322581

90.90909091

42.55319149

64.51612903

168.1818182

78.72340426

119.3548387

45.45454545

21.27659574

32.25806452

36.36363636

17.0212766

25.80645161

表2各测站权重

A站权重

B站权重

C站权重

0.22

0.47

0.31

4.13计算步骤

将表1、表2中数据代入公式

(1)中并使其结果除以3即得面平均降雨量如表3所示

表3面平均雨量单位:

mm

流域面雨量

4.00

20.00

37.00

10.00

8.00

再由实测洪水过程可画出流量过程线如图1

图1实测洪水流量过程线

4.2次洪分割

4.21计算流域平均消退系数Cgg

由最小二乘法公式

(2)

算得Cg=0.837(从流量开始消退时算起)

同理可算得地下水消退系数Cgg=0.746(从退水开始算起)

4.22划分水源

由地下水退水过程线不变的规律,结合实测洪水过程(无后续洪水)和实测洪水过程可画出图2

图2分割复式洪水

再由洪峰(如此题中的683.91)与Cg的乘积的递推,算出一系列的Q值,用径流深计算公式可累加出一系列的R值,即得蓄泻关系曲线,如图3

图3蓄泻关系曲线

用图3可查出此场洪水对应的

值,则由公式

(2)

算得

再算得

另附以下几张图表

表4地面与地下流量过程单位:

mm

Q

Qg

Qs

1.7571

1.7571

0

1.9518

4.2332

0.8572

17.3571

6.7094

10.6477

117.0003

9.1856

107.8146

361.8473

11.6612

350.1856

620.1595

14.1379

606.0216

683.9124

16.6140

667.2984

666.2792

19.0902

647.1887

558.2343

21.5663

536.6681

430.3991

24.0425

406.3565

315.2504

26.5187

288.7317

235.7673

28.9948

206.7724

168.2515

31.4710

136.7805

112.7568

33.9471

78.8096

62.1171

36.4233

25.6938

38.8994

38.8994

0

图5流域平均退水曲线

图6地下水退水曲线

表5蓄泻关系曲线表单位:

m3/s

Q

R

0.00068891

0.00000236

0.00072262

0.00000721

0.00075798

0.00001229

0.00079508

0.00001762

0.00083399

0.00002321

0.0008748

0.00002907

0.00091762

0.00003522

0.00096252

0.00004168

0.00100963

0.00004844

图7相邻时段流量关系图

4.3流域初始土壤蓄水量的计算

4.31前期影响雨量Pa的计算

(3)

(4)

4.32计算实例

已知资料见表6

表6Pa基本数据单位:

mm

日降雨量

Pa

蒸发能力

WM

Pa,t+1

1.4

60

9.7

80

53.95525

0

47.41318

5.9

46.84895

1.9

42.83814

0.7

38.25914

4.4降雨径流相关图制作及误差检验

4.41计算原理:

(1)流域蓄满产流模型计算公式

(5)

(6)

(2)蒸发计算(两层蒸发模式)

(7)

(8)

表7降雨径流相关表单位:

mm

W0

0

10

20

30

38.25914

40

50

60

63.1

70

80

P\a

0

10.1638

20.695677

31.6747

41.15998

43.21656

55.506258

68.879817

73.3425

84.11941

106.4

0

0

0

0

0

-7.1E-15

-7.1E-15

0

0

-7.1E-15

7.11E-15

0

2.7875

0.01212

0.10381

0.2060671

0.32223

0.43239

0.457702

0.6221349

0.835937

0.919062

1.158914

2.7875

10

0.15846

0.49578

0.873091

1.30347

1.713695

1.808288

2.4264865

3.2432283

3.566412

4.528131

10

15.75

0.39826

0.94089

1.549526

2.24635

2.913684

3.068082

4.0830814

5.4464816

5.996761

7.704987

15.75

20

0.64862

1.34905

2.1364135

3.04064

3.910063

4.111797

5.444911

7.263802

8.013052

10.48246

20

21.575

0.75764

1.51796

2.3733851

3.35697

4.304224

4.524275

5.9815807

7.9834773

8.816008

11.67635

21.575

30

1.4958

2.59071

3.8290544

5.26353

6.659053

6.985688

9.1807722

12.35853

13.81252

20

30

40

2.73081

4.25936

6.0016437

8.04337

10.06335

10.54252

13.86103

20

23.1

30

40

50

4.39211

6.40489

8.7230367

11.4852

14.29346

14.97618

20.138794

30

33.1

40

50

52.5

4.87954

7.02318

9.4999044

12.467

15.51396

16.26221

22.5

32.5

35.6

42.5

52.5

57.3625

5.91606

8.32778

11.134169

14.5397

18.13038

19.04014

27.3625

37.3625

40.4625

47.3625

57.3625

60

6.52935

9.09493

12.093885

15.7648

19.71786

20.75181

30

40

43.1

50

60

66.15

8.10818

11.0603

14.556409

18.9586

24.40914

26.15

36.15

46.15

49.25

56.15

66.15

70

9.20978

12.4279

16.280051

21.2713

28.25914

30

40

50

53.1

60

70

72.9375

10.1134

13.5498

17.705627

23.2865

31.19664

32.9375

42.9375

52.9375

56.0375

62.9375

72.9375

81.25

12.9982

17.151

22.425269

31.25

39.50914

41.25

51.25

61.25

64.35

71.25

81.25

80

12.5311

16.5645

21.633086

30

38.25914

40

50

60

63.1

70

80

90

16.6527

21.8387

30

40

48.25914

50

60

70

73.1

80

90

100

21.9032

30

40

50

58.25914

60

70

80

83.1

90

100

110.000

30.000

40.000

50.000

60.000

68.259

70.000

80.000

90.000

93.100

100.000

110.000

120.000

40.000

50.000

60.000

70.000

78.259

80.000

90.000

100.000

103.100

110.000

120

130.000

50.000

60.000

70.000

80.000

88.259

90.000

100.000

110.000

113.100

120.000

130.000

140.000

60.000

70.000

80.000

90.000

98.259

100.000

110.000

120.000

123.100

130.000

140.000

图8降雨径流相关图

4.4.2误差检验

用其他场次PE~R关系查降雨径流相关图,校核是否合格并算出合格率与等级,见表8

表8径流深校核单位:

mm

Pa

有效降雨PE

次洪径流深

演算径流深

许可误差

实际误差

合格否

合格率

等级

15.2

45.7

10.36973824

6.452868934

3

3.916869311

0.88

甲级

48.8

58.2

29.95190859

27

5.990381719

2.951908594

43.9

25.2

2.406251416

6.160410485

3

-3.75415907

46

81.5

46.96073863

47.5

9.392147726

-0.53926137

40.1

113.3

71.16978066

71.55914295

14.23395613

-0.3893623

45.3

66

31.99972577

31.3

6.399945153

0.699725765

35.7

64.7

27.56503271

20.70111833

5.513006542

6.863914379

10

71.9

10.51539884

13.14539778

3

-2.62999893

29.8

76.2

31.84636564

26

6.369273129

5.846365644

44.4

114.2

77.20418345

78.6

15.44083669

-1.39581655

44.9

81.9

44.8442484

46.8

8.96884968

-1.9557516

51

65.9

38.72889177

36.9

7.745778353

1.828891765

80

101.7

103.827372

101.7

20

2.127372048

10.7

37.6

4.762956997

3.923568862

3

0.839388135

52.4

100.5

68.49763184

72.9

13.69952637

-4.40236816

42.7

74.7

35.32604807

37.4

7.065209614

-2.07395193

39.6

150

106.9960346

109.6

20

-2.60396537

27.8

60.5

13.56898305

15.10650626

2.71379661

-1.53752321

38

94.9

50.55374053

52.9

10.11074811

-2.34625947

52.4

85.1

58.77736748

57.5

11.7554735

1.277367482

47.9

46.7

19.71769713

16.68307565

3.943539427

3.034621487

11.5

109.4

40.1479979

40.9

8.029599579

-0.7520021

56.4

10

4.5795851

2.916876906

3

1.662708194

44.7

18.9

6.657111634

4.380469246

3

2.276642387

5、汇流计算

5.1、fc的试算

5.1.1试算方法

(9)

(10)

5.1.2试算实例

(1)基本数据如表9

表9单位:

mm

流域面雨(mm)

Ep

PE

累计PE

累积净雨量R

时段净雨量ri

ri/PE

4.00

1.2125

2.79

2.79

0.4324

0.4324

0.15511741

20.00

1.2125

18.79

21.58

4.3042

3.8718

0.20608564

37.00

1.2125

35.79

57.36

18.1304

13.8262

0.38634047

10.00

1.2125

8.79

66.15

24.4091

6.2788

0.71451033

8.00

1.2125

6.79

72.94

31.1966

6.7875

1

再假设

,则有

划分时段净雨如表10所示

表10划分地面及地下净流深单位:

mm

Rg

Rs

0.30

0.13

0.40

3.47

0.76

13.07

1.40

4.88

1.96

4.83

5.2计算单位线(试错法)

5.2.1演算实例如表11所示

 

表11科林法试算表单位:

m3/s

时段

时段净雨ri(mm)

实测地面径流量Qs(m3/s)

0.13

3.47

4.88

4.83

各部分之和

均值

13.07

试算的UH(mm)

假定的UH(mm)

平均的UH(mm)

调整的UH(mm)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

0

0.13

0

0.00

0.00

0.00

0.00

0

0.00

0

1

3.47

0.857

0.45

0.00

0.45

0.22

0.63

0.47

35.00

17.73

35.158

2

13.07

10.648

2.17

12.14

14.31

7.38

3.27

2.41

169.00

85.70

169.867

3

4.88

107.815

4.02

58.61

0.00

62.64

38.47

69.34

51.10

313.00

182.05

270.76

4

4.83

350.186

3.45

108.55

17.08

0.00

129.08

95.86

254.33

187.42

268.00

227.71

240.297

5

606.022

2.92

92.95

82.46

16.90

195.22

162.15

443.87

327.10

227.00

277.05

227.166

6

667.298

2.44

78.73

152.72

81.61

315.50

255.36

411.94

303.57

190.00

246.78

185.911

7

647.189

1.70

65.90

130.76

151.14

349.50

332.50

314.69

231.90

132.00

181.95

132.823

8

536.668

1.05

45.78

110.76

129.41

287.00

318.25

218.42

160.96

82.00

121.48

82.074

9

406.357

0.86

28.44

92.71

109.61

231.62

259.31

147.05

108.36

67.00

87.68

67.727

10

288.732

0.00

23.24

64.41

91.75

179.39

205.50

83.23

61.33

0.00

30.67

44.749

11

206.772

0.00

0.00

40.01

63.74

103.75

141.57

65.20

48.05

0.00

24.02

0

12

136.781

0.00

32.69

39.60

72.29

88.02

48.76

35.93

17.97

13

78.810

0.00

32.35

32.35

52.32

26.49

19.52

9.76

14

25.694

0.00

0.00

0.00

16.18

9.52

7.01

3.51

15

0

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

再用调整的单位线计算地面流量,比较预测与实际值间的误差大小。

5.2.2用计算出的单位线推出地面流量如表12所示

 

表12用计算出的单位线推出地面流量

净雨量ri(mm)

调整后单位线UH(mm)

0.128554

3.468165

13.06942

4.879217

4.828756

Qs(m3/s)

总径流Q(m3/s)

0.128554

0

0

0

0

3.468165

35.158

0.451972

0

35.60997

35.60997

13.06942

169.867

2.183716

12.19337

0

184.2441

184.2441

4.879217

270.76

3.480741

58.91268

45.94946

0

379.1029

Qg1

0

379.1029

4.828756

240.297

3.089126

93.90404

222.0063

17.15435

0

576.4508

Qg2

11.23017

587.681

227.166

2.920321

83.33896

353.8675

82.88179

16.97694

767.1516

Qg3

23.30145

790.453

185.911

2.389969

78.78492

314.0542

132.1097

82.02463

795.2744

Qg4

45.36054

840.6349

132.823

1.707499

64.477

296.8927

117.2461

130.7434

743.8897

Qg5

85.58246

829.4722

82.074

1.055098

46.0652

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