第9章-水文预报.ppt

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1/38,工程水文学,2/38,9.1概述9.2短期洪水预报9.3枯水预报,第9章水文预报,3/38,9.1概述,水文预报是指利用实测的水文气象资料，揭示和预测未来水文要素变化的一门水文学科。

水文预报的作用：

可充分利用水资源，最大限度发挥水利工程的效益；在防洪工作中，能事先提供洪水的发生和发展变化的信息，为防汛抗险提供情报；有利于实现水库的优化调度，更好地处理防洪和兴利的矛盾。

4/38,指发布预报与预报要素出现的时间间距。

9.1.1水文预报的分类：

按预报的项目分,按预见期长短分,5/38,9.1.2水文预报的评定或检验收集水文、气象资料；建立预报模型，即水文预报方案；对模型进行评定和检验，使其满足允许误差要求。

预报方案根据已有实测资料，建立预报对象与预报因子的经验关系图或预报方程。

主要内容有：

1）预报地区的水系及测站分布图；2）计算成果和程序；3）预报图表、成果评定、检验及文字说明等。

6/38,作业预报根据预报方案所进行的服务工作。

预报方案是作业预报的依据。

将现时发生的水文气象信息，通过报汛设备迅速传送到预报中心，并经过预报方案算出即将发生的水文预报要素大小和出现时间，及时将信息发布出去，供有关部门应用。

在进行作业预报时，如果发现实测值超过原预报方案的范围或水文气象规律有明显变化，需对原放、按进行补充或修订。

7/38,评定标准即评定水文预报的误差。

确定性系数：

我国水文情报预报规范（SD13885）规定，以流域模型等指定的水文预报方案的有效性的评定，采用确定性系数dy进行，即其中式中，Yi实测值；Y预报值；Y实测值的平均值；n系列样本容量；Se预报误差的均方差；y预报要素值的均方差。

8/38,许可误差：

按照水文情报预报规范（SD13885）规定：

流量预报，预见期内实测变幅的20%；峰现时间预报，洪峰预见期的30，并以3h为上限；将于径流预报，实测净雨深的20，并以20mm为上限；洪峰流量的预报，实测洪峰的20。

9/38,预报方案的评定1）按确定性系数评定预报方案的有效性，分为三个等级:

2）按许可误差评定预报方案的合格率，分为三个等级：

作业预报的评定按每次预报误差的大小分为四个等级：

10/38,9.2.1河段洪水预报方法与原理：

以河槽洪水波运动理论为基础，由河流上游断面已出现的水位、流量过程，预报下游断面将要出现的水位和流量过程。

预见期：

洪水波在河段间的传播时间。

9.2短期洪水预报,短期洪水预报，包括河段洪水预报和降雨径流预报。

11/38,河段中的洪水波运动：

河道沿程洪水水面发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。

若假定稳定流水面比降i0，洪水波的水面比降i，波前部分ii0，波后部分ii0，则i=ii0为附加比降。

当河流稳定时i=0，涨洪时i0，落洪时i0。

p.239图9-1,图9-1,12/38,洪水波的展开：

洪水波在传播过程中，波长不断加大，波高不断减小，即A2C2A1C1，h2A1S1，附加比降不断减小。

因而波前水量不断向波后转移。

图9-1,13/38,相应水位（流量）法：

概念：

根据河段洪水波运动和变形规律，利用河段上断面的实测水位（或流量），预报河段下断面未来水位（或流量）的方法，称为相应水位（流量）法。

相应水位（流量）：

指同位相的水位（或流量）。

据此，可建立上、下游站同次洪水水位（或流量）的相关图。

图9-2,河段洪水预报：

相应水位（流量）法、合成流量法、流量演算法。

14/38,计算公式：

（1）无区间入流时：

Q下,t+Q上,tQL

（2）有区间入流q时：

Q下,t+=Q上,tQL+qt+上两式中，为河段传播时间，即预见期，f（Z,i）；QL为上、下游站相应流量的差值，称为洪水展开量。

还可以将上式改写为：

Q下,t+f（Q上,t,i）f（Q上,t,Q下,t）同理，对于水位有：

Z下,t+f（Z上,t,i）f（Z上,t,Z下,t）,15/38,预报方案制作:

单因素的相应水位（流量）预报从实测资料中摘录上、下游站同时水位（或流量）和传播时间，p.241表9-1；相应水位关系一般取洪水过程的特征点：

洪峰、波谷。

表9-1,16/38,据表11-1的资料，绘制相应水位（或流量）相关曲线及其传播时间曲线，p.241图9-3。

进行作业预报时，当已知t时刻的上游洪峰水位Z上,t，由图11-3查得下游洪峰水位和洪水传播时间，从而可预报未来t+时刻下游出现的洪峰水位Z下,t+。

图9-3,17/38,多因素的相应水位（流量）预报建立以下游站同时水位Z下,t（流量Q下,t）为参数的三变量相应水位关系，能反映t时刻的水面比降和区间入流、回水、断面冲淤等影响，p.242图9-4。

图9-4,图9-4,18/38,多因素的相应水位（流量）预报建立以上游站水位涨差为参数的三变量相应水位关系，即取上游站水位出现时刻t的涨率Z上/t且tconst.，可以绘制p.242图9-5进行预报。

图9-5,19/38,假定各上游传播到下游断面的流量是相互独立的。

合成流量法：

概念：

当河段中有支流汇入时，下游断面B处的洪水是上游断面洪水A和支流C、D等组合而成，即,20/38,预报方案制作：

当上下游站相关性较好时，把各站同时刻到达下游站的流量叠加为合成流量，建立与下游站相应流量的关系曲线进行预报，p.243图9-6。

若区间来水变化大且上下游站无明显相关性时，应建立以下游站同时水位为参数的相关曲线进行预报，p.243图9-7。

图11-6,图9-7,图9-6,21/38,由于上游干、支流来水量大小合组合不同，将影响下游站出流量过程，为提高预报精度，可以按上游来水情况分别定线进行预报，p.243图9-8。

图9-8,22/38,该法的预见期取决于上游各站中传播时间最短的一个。

一般情况下，上游各站中以干流站的流量为最大，从预报精度的要求出发，常常用它的传播时间作为预报方案的预见期。

这时有上游干流实测流量支流错开传播时间的流量合成流量如果支流传播时间小于干流站的传播时间，则需要对该支流站的相应流量作出预报。

B,D,C,A,关键：

确定干、支流传播时间。

23/38,流量演算法：

基本原理：

洪水波的演进与变形可利用圣维南（Saint-Venant）方程组描述。

在工程水文学中，将其连续方程简化为河段水量平衡方程，把动力方程简化为槽蓄方程，然后联立求解，将河段的入流过程演算为出流过程。

这就是流量演算法。

24/38,式（9-12）为河段水量平衡方程，式（9-13）为槽蓄方程。

图9-9中阴影面积为SS2S1,（9-12）,（9-13）,图,图9-9,25/38,当河段有区间入流q时，可在式（9-12）的左边增加（q1+q2）t/2一项即可，图9-10。

但是，当区间入流量较大，又无实测资料时，则需要采用其他预报方法来确定区间入流量。

关键：

建立槽蓄曲线,图9-10,26/38,马斯京根法及其槽蓄曲线方程:

由于洪水波产生附加比降，涨洪时，流量大，槽蓄量S大；落洪时，流量小，槽蓄量S小。

故S-Q关系曲线随水面比降i变化。

即：

S=f（Q,i）稳定流套形状态时，为单值关系图9-11（a虚线）；但在不稳定流状态时，为多值关系呈绳套形图9-11（b虚实线）。

图9-11,27/38,一般地，在河段洪水演算中，常把S=f（Q,i）处理为或在马斯京根槽蓄曲线方程中，河段槽蓄量柱蓄和楔蓄两部分组成，图9-12,图9-12,28/38,则马斯京根槽蓄曲线方程为KXQ上（1X）Q下,由于下断面出流量只能反映河段内的柱蓄，故唯有采用上断面的入流量作为参数时，才能反映河段内的全部蓄量。

假定上、下断面间某一断面的流量Q，即,式中，Q为示储流量；x为流量比重因素，取00.5；K为稳定流情况下的河段传播时间。

29/38,可以证明：

C0C1C21.0p.247249算例,30/38,马斯京根法中的预见期问题：

由于上式要知道时段末的Q上2，才能够推算Q下2，故马斯京根法只适合于插补洪水流量或推求入库洪水。

同时可见，该式是没有遇见期的。

通过选择适当的计算时段t，使得t=2Kx，也可以获得一定的预见期。

即,31/38,9.2.2降雨径流预报原理：

根据流域上一场降雨过程推算流域出口断面未来出现的洪水过程，称为降雨径流预报。

基本思路：

P（t）R（t）Q（t）,32/38,预报工作，包括绘制降雨径流相关图，预报方案的精度评定和检验等。

其预见期为流域的汇流历时，图9-14。

预报洪水过程，需计算t0至t0t时段内产流与汇流。

由于t时刻以后的雨量是预报值，存在一定的误差，故作业预报时应根据实测时段降雨量逐时段进行修正。

图9-14,33/38,枯水流量表现为递减过程或退水枯季径流主要是岩层间含水带的水量枯水预报方法9.3.1退水曲线法基本公式：

Qt=Q0e-t式中，Qtt时刻流量；Q0起退流量；退水系数。

9.3枯水预报,图9-15,34/38,退水曲线的规律:

退水曲线是根据无雨期退水流量资料求得的。

P.251表94从Qt+1=f（Qt）可知，大流量的坡度大，表明不同流量下河槽中的消退规律是不同的。

此外，由于未考虑预见期内的降水，故只能预报前期蓄水量的消退过程。

图9-16,35/38,9.3.2前后期径流相关法通过建立前后期径流量相关图，用已知的前期径流量预报未来的后期径流量。

基本公式：

Q（t+1）=f（Q（t）式中，Q（t+1）为t+1时刻流量；Q（t）为t时刻流量；f为函数关系。

P.252253图9-17图9-19,图9-17,图9-18,图9-19,36/38,当前后期流量的相关关系不很密切时，可以在相关图中加入预见期内的降水量或气温作参数，以改善相关关系。

P.253图9-20和图9-21,图9-20,图9-21,37/38,本章重点,水文预报的概念及分类短期洪水预报方法枯水预报方法,