水文与水资源毕业论文.docx
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水文与水资源毕业论文
、八
前言
从本周开始我们开始毕业设计，设计内容主要是建立海龙站水文预报方案，目的是使学生明确短期水文预报过程、目的、论证等。
掌握短期水文预报的产流、汇流预报方案的建立，比较分析，合理性检查等。
培养学生的设计计算、编写工程说明书、计算机辅助设计能力，为今后从事水文预报工作打下良好的基础。
水文预报在防汛、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。
水文预报中应用最广泛的是对洪水的预报。
水文预报根据前期和现实的水文、气象等信息，对未来一定时段内水文情势作出的定性或定量预报。
“科学技术是第一生产力”，水文事业的发展有赖于科技进步。
长期以来水文科学技术对水文和水利事业的发展和国民经济建设起到了巨大的推动作用。
改革开放以来，随着国际水文学术交流活动日益频繁，我国开展了大量的水文科学研究，促进我国的水文科技水平得到迅速提高，水文进入了现代水文学的新阶段，为传统水利向现代水利、可持续发展水利的转变和经济社会的发展发挥着无可替代的作用。
在以科学发展观为统领，构建社会主义和谐社会的新形势下，重视和加强水文科学研究，加大投入，引进新技术新方法，深化科研管理体制改革，加速学科队伍建设及人才培养是十分重要和迫切的。
本次毕业设计是对桦皮厂站短期洪水进行预报所拟定的方案,是达到应用所学的产汇流理论及水文预报方法,本次设计主要采用降雨径流模型进行预报,基本要求有:
1逐日面雨量计算2逐日面雨量、逐日平均流量过程线图3.各种方案参数的调试4合格率的分析5时段雨量计算6单位线的推求7单位线的调试8分析论证由于设计的需要和时间有限，本次设计的编制过程均采用了Excel电子表格体统，以及源程序和公式，代替了以往的手工制作,使制作过程更加方便快捷,设计结果也较为精准.
毕业设计是学校为工科大学生安排的在校期间最后一次全面性、总结性教学实践环节.能使学生明确短期水文预报过程、目的、论证等。
它既是我们在教师指导下运用所学知道和技能，解决具体问题的一次尝试，也是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”.
1流域地理特征介绍
1.1流域位置及地理概况
鳌龙河是松花江左岸一支流，发源于永吉县境内一拉西乡房木沟附近的丘陵，流经一拉西、太平、桦皮厂、土城子等乡，于永吉县大口钦乡口钦屯附近汇入第二松花江。
断面以上河长66.9公里，河道坡度0.71%。
。
双桥子以上是丘陵，杨家大桥以上是坡度很缓的黄沙土台地，坡地面积约60％是农作物。
河底为泥沙，坡度小，河槽两岸为丛生的柳毛甸子、沼泽地，从杨家大桥到桦皮厂，河流进入平原地带，水田分布广阔，河道弯曲多支叉，两岸是柳毛子，多草塘和泡子，洪水期经常泛滥出槽，与泡子相通，威胁两岸村屯及耕地，桦皮厂以下左岸靠近山地，右岸为平原，河底为泥沙。
本流域属于中温带大陆性季风气候，夏季短，高温多雨。
根据桦皮厂站1961-1998年降水资料统计：
多年年平均雨量647.6毫米，气冲6-9月降雨量480.6毫米，7-8月份降雨量321.2毫米，分别占全年总量的74.2％及50.0％。
最大日降水117.4毫米。
主要洪水集中在7-8月份。
暴雨成因：
①由河套、蒙古、江淮所产生的低气压移至本流域。
②台风入境。
③由西部入境的高空槽。
④地形影响。
历年较大洪水：
最大流量为1550立方米/秒，第三位洪峰流量425立方米/秒，以上均为1979年供水调查数据。
1水库：
上游有中型水库两座，胖头沟水库集水面积为82.5平方公里，最大库容为1740万立方米，嘴大泄流量为166立方米/秒。
碾子沟书库集水面积为78.5平方公里，最大库容为1335万立方米，最大泄流量为226立方米/秒。
以上两座水库的泄流直接影响桦皮厂站洪水流量的大小。
②提防：
鳌龙河提防修建于1961年，从杨家大桥一小的河崴子屯考试，到骆起屯下游，提长三十多公里，一般提高为二米左右，顶宽两米，堤距400-5-00米，水文站断面处设计十年一遇洪峰流量为504立方米/秒，此外，还有三十多个不同形式的拦河坝分布在鳌龙河上。
吉林省的第二大城市，东北第五大城市，也是我国唯一一个与省重名的城市。
境内居住汉、满、蒙、回、朝鲜等35个民族。
吉林是一个依山傍水的美丽城市，位于长春市以东124公里处。
吉林原名“吉林乌拉”，满语的意思是“沿江的城池”。
环绕的群山和回转的松花江水，使吉林形成“四面青山三面水，一城山色半城江”的天然美景。
吉林市资源丰富，物产丰饶。
土地、水利、矿产、森林、野生动植物资源均高于全国平均水平，特别是水利资源蕴藏量较大，是全国平均水平的1.8倍，是全国少有的不缺水城市之一。
吉林市为多民族居住地之一，乌拉街满族风情，阿拉底村、兴光村朝鲜族风情，都具有浓郁的民族特色，吸引着大批中外游客。
吉林市最繁华的街市在东市场、大东门一带。
吉林是中国北方著名山水城市。
城东有“左青龙”——城市森林公园龙潭山如青龙迤逦而卧；城西有“右白虎”——清朝皇帝望祭长白山的小白山似猛虎熠熠盘踞；城南有“前朱雀”——风景如画的朱雀山钟灵毓秀；城北有“后玄武”——遐尔驰名的北山、玄天岭、桃源山古庙掩映。
松花江似玉带，松花湖若明珠，正如清朝皇帝所咏“城临镜水沧烟上，地接屏山绿树头”。
得天独厚的自然条件，使吉林市具备了独特的自然景观和人文景观，丰满、白山、红石三个水电站的建成，形成了“一江三湖”的美景，松花湖被定为国家级旅游区，吉林雾凇被誉为中国四大自然奇观之一，龙潭山鹿场被列为国家级旅游景点。
吉林市历史悠久，被国务院命名为“中国历史文化名城”、甲级开放城市和全国32个特大城市之一。
吉林市还被评为中国魅力城市、中国优秀旅游城市、国家园林城市、全国创建文明城市工作先进城市、央视《倾国倾城：
最值得向世界介绍的中国名城》、《福布斯》中国内地最适宜开工厂的城市榜首。
吉林市是东北老工业基地之一，以工业重镇的风采崛起于白山黑水之间。
目前已经形成了江北、九站、哈达湾、江南四个工业集中区。
到2009年，江北工业集中区将实现工业销售收入1000亿元；九站工业集中区实现工业销售收入450亿元；哈达湾工业集中区实现工业销售收入300亿元；江南工业集中区实现工业销售收入600亿元，并且形成了以化工、汽车、冶金、农副产品加工为龙头的产业格局。
1.2水文气象特征
本流域属于中温带大陆性季风气候,夏季短,高温多雨。
根据桦皮厂站1961-1998年降水资料统计:
多年年平均雨量647.6毫米,其中6-9月降雨量480.6毫米,7-8月降雨量321.2毫米,分别占全年总量的74.2%及50.0%。
最大日降水117.4毫米（70年）。
主要洪水集中在7-8月份。
暴雨成因:
①由河套、蒙古、江淮所产生的低气压移至本流域。
②台风入境。
③由西部入境的高空槽。
④地形影响。
历年较大洪水:
最大流量为1550立方米/秒（1918年）,次峰流量542立方米/秒（1956年）,第三位洪峰流量425立方米/秒（1965年）,以上均为1979年洪水调查数据。
1.3人类活动影响
流域内水利工程比较多,农田水利发达.上游有中型水库两座,胖头沟水库集水面积为82.5平方公里,最大库容为1740万立方米,最大泄流量为166立方米/秒。
碾子沟水库集水面积为78.5平方公里,最大库容为1335万立方米,最大泄流量为226立方米/秒。
以上两座水库的泄流直接影响桦皮厂站洪水流量的大小。
鳌龙河堤防修建于1961年,从杨家大桥以下的河崴子屯开始,到骆起屯下游,堤长三十多公里,一般堤高为二米左右,顶宽二米,堤距400-500米,水文站断面处设计十年一遇洪峰流量为504立方米/秒。
此外,还有三十多个不同型式的拦河坝分布在鳌龙河上。
1.4国内外水文预报技术综述
水文预报是水文学的一个重要组成部分，它是建立在充分掌握客观水文规律的基础上，预报未来径流变化的一门应用科学技术。
水文是水利和国民经济建设与发展重要的基础工作.经过整编的水文资料是国家重要的基础信息资源之一,它被广泛应用于防汛抗旱、水工程规划设计、水资源管理与开发利用、水环境保护、水科学研究及其他国民经济建设.长期以来,水文资料为我国水利和国民经济建设与发展提供了科学决策依据.随着经济社会发展和人民生活水平不断提高,对控制水旱灾害、水环境监测与保护、水土保持与生态、水资源管理等方面要求越来越高,对水文资料分析处理、存储、应用服务要求也相应提高.本文主要从技术角度,对我国水文资料整编主要技术方法和水文年鉴发展进行了总结与分析;对水文数据库有关技术标准制定、水文数据库建设成就进行回顾;同时结合水文信息共享和应用服务需求,对相关技术发展进行了展望.
2方案资料引用介绍
2.1雨量资料的选用：
雨量资料共选用三家子、太平、左家、桦皮厂、搜登站五个站的资料。
选取3年的资料。
2.2流量资料的选用
流量资料的选取也为3年的资料。
洪峰选择的原则是，大中水的洪峰都选用。
小峰选用不同的雨型，洪
峰较孤立的、峰型较好的。
个别受放流影响较明显的未采用。
2.3流域水系图
原方案水文站是根据省军区1971年12月出版的五万分之一的《吉林省全图》描绘的，是描绘的原方案。
2.4预报的意义
水文预报在防汛、抗旱、水资源合理利用和国防中有重要作用。
洪水预报为重大防洪措施的决策提供科学依据。
枯季径流预报为农业、水运、枯季发电和城市供水等部门提供信息，为及时做好抗旱准备，制定枯季用水计划提供水文依据。
在水库设计和运用中，水文预报，能使防洪库容和兴利库容有效结合起来，实现水库（或水库群）优化调度，充分发挥水库效益。
在水利工程施工期间，水文预报是制订施工计划、保障工程安全度汛的重要依据。
河流封冻、流冰和冰塞使船舶航行困难，水电站进水口堵塞，水工建筑物和桥梁等国防设施受到影响，军事行动受到阻碍，有了冰情预报，便能及时采取防凌措施，减小损失。
长期旱涝趋势预报也是制订国民经济计划的重要依据之一。
2.5水文预报方法
分为三类：
①经验和半经验方法。
根据水文现象形成和演变的基本规律，充分分析历史资料，建立预报要素与前期水文气象因子之间的经验关系。
②水文模型方法。
确定性模型方法是根据预报要素形成和演变的物理机制与影响因素的关系，建立具有一定预见期的水文模型，把现时水文气象信息输入模型，用计算机求解，求得预报值。
③统计预报方法。
根据概率论和数理统计的原理和方法，从大量历史水文、气象资料中寻求水文要素演变的随机现象，建立随机水文模型进行预报。
常用的有两大类：
一类是多元分析法，即把预报对象作为随机变量，运用回归分析、判别分析等方法对影响因子进行筛选，建立预报方程进行预测；另一类是时间序列分析法，把预报对象作为离散化的时间序列随机过程，应用自回归等随机模型进行预测。
统计学方法多用于长期水文预报。
2.6预报种类
有不同的分类方法。
按水情特点和预报内容通常分：
①洪水预报。
主要预报河流、水库、湖泊汛期的洪水位、洪水流量和洪水过程。
②枯水预报。
主要预报枯季水位、流量和河网蓄水量。
③冰情预报。
主要包括河流、湖泊、水库封冻日期、冰厚、解冻日期和流冰的预报。
④台风暴潮预报。
指在入海河口段（或沿海地区），由于海水随台风向海岸迅速推移积聚，或沿河口上溯而造成的强烈增水现象的预报。
台风暴潮，若遇上游洪水下泄，两者遭遇，水情加剧。
台风暴潮的预报包括最高水位，涌浪等项目。
⑤沙量预报。
包括流域产沙量，水流含沙量和河流、水库冲淤变化等预报项目。
按预报的范围或水体分：
①河道水文预报。
包括河道中指定断面处的洪水位、洪水流量、枯水位、枯水流量和河道冰情等预报。
②流域水文预报。
包括流域上融雪、降雨产生的水量和在流域出口处形成的流量过程的预报，也称流域产流量预报和流域汇流预报、降雨（融雪）径流预报。
③区域水文预报。
指根据水文条件相似地区内的各河流共同的洪水和退水规律，统一发布全区洪水预报或枯季径流预报；一般用于中小河流。
④河口水文预报。
包括河口段（见河口水流）水位、流量预报和台风暴潮预报。
⑤水库水文预报。
大型水库洪水预报主要包括：
入库流量预报，水库水位预报，水库施工期的水情预报和水库为防洪、防凌、发电等所需的水文预报。
中小型水库控制流域面积小，库容不大，洪水集流迅速，预见期短，不可能进行复杂的预报调度。
因此，一般只需预报一次洪水的最高库水位、最大泄流量及其出现时间。
湖泊水文预报和大型水库水文预报相似。
3毕业设计计算过程
3.1逐日面雨量计算
（1）、分别输入三家子、太平、左家、桦皮厂、搜登站五个站的八年的资料、禾U用流域水系图画出三家子、太平、左家、桦皮厂、搜登站五个站的轮廓图，采用泰森多边形（先用直线连接相邻的雨量站，成为很多个三角形，然后在各条连线上作垂直平分线，这些垂直平分线将流域分为n个部分，各部分面积正好有一个雨量站。
每个部分面积上的那个雨量站离该部分面积上的任何一点最近。
），求权重系数。
泰森多边形法一种根据离散分布的气象站的降雨量来计算平均降雨量的方法，即将所有相邻气象站连成三角形，作这些三角形各边的垂直平分线，于是每个气象站周围的若干垂直平分线便围成一个多边形。
用这个多边形内所包含的一个唯一气象站的降雨强度来表示这个多边形区域内的降雨强度，并称这个多边形为泰森多边形。
泰森多边形的特性是：
1、每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据；
2、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近；
3、位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。
泰森多边形可用于定性分析、统计分析、令邻近分析等。
例如，可以用离散点的性质来描述泰森多边形区域的性质；可用离散点的数据来计算泰森多边形区域的数据；判断一个离散点与其它哪些离散点相邻时，可根据泰森多边形直接得出，且若泰森多边形是n边形，则就与n个离散点相邻；当某一数据点落入某一泰森多边形中时，它与相应的离散点最邻近，无需计算距离。
在泰森多边形的构建中，首先要将离散点构成三角网。
这种三角网称为Delaunay三角网。
具体方法如下：
在地形图上把各雨量站就近连成三角形，并尽可能成锐角。
在连接三角形时，对本流域雨量起一定控制作用的邻近流域的测站也应包括进去。
然后对每个三角形的各边作垂直平分线，这些垂直平分线与流域边界构成以每个站为核心的多边形。
在流域边界，如果多边形的一部分跨越边界，则只取用本流域内的那部分多边形面积。
如遇有独立被分割部分，按就近原则予以分割，终形成各自水文站点控制流域面积。
将分割好的水文站控制面积透明图覆盖与坐标纸上，按各自水文站点控制流域面积查取方格数。
按查取方格数多少分别利用提示比例尺换算流域总面积，各自水文站点控制流域面积。
以各自水文站点控制流域面积占流域总面积的比例即为各雨量站权重。
表3-1求流域的权重系数
站名
三家子
太平
左家
桦皮厂
搜登
权重
0.099
0.196
0.137
0.568
0.295
（2）、求面雨量P:
把五站的降雨量分别乘以权重系数再累加起来
（3）、制作逐日面雨量表
3.2次降雨量的计算
把一次降雨量累加起来就是该段时间的次降雨量，分别把所有时段的次降雨量求出列入一栏表中。
3.3逐日面雨量、逐日平均流量过程线；
选中时间再选中对应的流量值和面雨量绘画逐日面雨量、逐日平均流量过程线图。
4产流预报方案评定
具体方法
（1）、在三年中选出退水流量标上对应的洪号，再通过计算求出消退系数Cg略时段比值的均值和的均值，k=-1/LnCg
（2）、选出若干段由小到大到小的流量，标注洪号，求实测径流：
Ro=（流量总和-（第一个流量-最后一个流量）*K）*24*3600/1000/F。
（3）、假设k值（0.8-0.99），求前期影响雨量PaPa仁阴下旬流量*5月流量*0.281Pa2…Pan=IF（P+Pa1）*k＞100,100,（P+Pa1）*k）…
（4）、计算该洪号对应的刀次降雨量+前期影响雨量Pa
（5）、制作表头：
洪号、次降雨P、实测径流RoPaPa+P、R计
（6）、绘制实测径流Ro和Pa+P相关图，从P+Pa曲线中查处R计值。
（7）合格率的分析；方案比较。
1、制作表头：
洪号、次降雨P、实测径流RoPaPa+P、R计、误差、允许误差、合格率。
2、误差=AB（实测径流Ro-R计），允许误差=IF（误差＜=3,3,IF（误差＞=20,20,0.2*C3））,合格率=IF（误差＜=允许误差，"合格","不合格”）。
表3-2降雨径流预报方案评定表
预报值
实测值
预报误差
允许误差
序号
洪号
合格否
（矗）
（m/s）
（m/s）
（m/s）
1
57822
51.5
55.2
3.7
11.04
合格
2
57828
38
43.9
5.9
8.78
合格
3
59718
29
30.5
1.5
6.1
合格
4
59723
32
23.4
8.6
4.68
不合格
5
60621
15.8
18.8
3
3.76
合格
6
60807
67.7
68.4
0.7
13.68
合格
7
60824
38
43.7
5.7
8.74
合格
8
61707
67.5
66.9
0.6
13.38
合格
9
61804
16.9
15.6
1.3
3.12
合格
10
61812
19.4
19.9
0.5
3.98
合格
11
61823
20.4
20.1
0.3
4.02
合格
12
62721
24.5
20.6
3.9
4.12
合格
13
63721
22.1
16
6.1
3.2
不合格
14
63723
41.2
39.2
2
7.84
合格
15
63725
55.5
47
8.5
9.4
合格
16
63815
18.9
21.9
3
4.38
合格
17
64722
20.5
21.1
0.6
4.22
合格
18
64807
30.5
32.9
2.4
6.58
合格
19
64815
41.7
45
3.3
9
合格
20
64820
67
79.7
12.7
15.94
合格
21
65728
39
18.1
20.9
3.62
不合格
22
65803
42.5
40.9
1.6
8.18
合格
23
65813
52
47
5
9.4
合格
24
65905
60
63.9
3.9
12.78
合格
25
66812
20
9.2
10.8
1.84
不合格
26
66815
23.3
23.4
0.1
4.68
合格
27
66817
53
51.1
1.9
10.22
合格
28
67731
26.5
29.4
2.9
5.88
合格
29
68721
14.5
18.8
4.3
3.76
不合格
30
69719
15.7
32.9
17.2
6.58
不合格
31
69725
22.3
21.9
0.4
4.38
合格
32
70716
33
31.4
1.6
6.28
合格
33
70730
21.8
20.3
1.5
4.06
合格
34
71612
14.4
47.2
32.8
9.44
不合格
35
71707
27.5
29
1.5
5.8
合格
36
71721
25.9
30.7
4.8
6.14
合格
37
74626
25
32.9
7.9
6.58
不合格
38
75703
30
34.6
4.6
6.92
合格
39
77709
33
31
2
6.2
合格
40
80615
18.1
19.9
1.8
3.98
合格
41
80616
63.7
42.2
21.5
8.44
不合格
42
80707
17.6
24
6.4
4.8
不合格
43
80710
39
37.7
1.3
7.54
合格
44
81627
43.7
47.8
4.1
9.56
合格
45
81709
39
47.2
8.2
9.44
合格
46
81718
67
87.7
20.7
17.54
不合格
47
82829
55.2
31.8
23.4
6.36
不合格
48
83717
50.5
49.4
1.1
9.88
合格
49
83723
38.3
32.3
6
6.46
合格
50
83804
24
16
8
3.2
不合格
51
84802
7.9
15
7.1
3
不合格
52
84813
37
38.3
1.3
7.66
合格
53
85807
43
46.1
3.1
9.22
合格
54
85815
33.9
33.1
0.8
6.62
合格
55
86715
19.5
26
6.5
5.2
不合格
56
87704
45
25.4
19.6
5.08
不合格
57
87720
43
37.2
5.8
7.44
合格
58
92730
52.5
34
18.5
6.8
不合格
59
94704
68
52.3
15.7
10.46
不合格
60
97831
70
60.8
9.2
12.16
合格
允许误差公式
允许误差上限20mm
方案合格率
允=0口*20%
允许误差下限3mm
70.00%
3计算成果及其分析：
产流预报方案模型建立时，判断条件较多，要反复的试算，才能获得最优的参数组合，确立优等方案。
计算工作量大，而且按传统方法计算，要查图，带来人为误差，违背模型最初的宗旨。
本方法完全按原理用公式计算，避免了这一现象的发生。
提高计算机精度，减少计算工作量。
方案建立后，对于率定合格的参数、采用相应的计算模型，在发生降雨后，同样采用本方法进行产流预报，非常简便易行，在预报过程中，如果发现诸如土壤含水量等有明显的误差，还可以做现实改正。
如果方案合格率较低或者想进一步提高合格率，可以在产流模型和蒸发模型计算表中及方案评定表中修改参数直到满意为止。
5单位线的推求
5.1基本概念
在单位时段内，由均匀分布在流域上的一个单位地表净雨深，在流域出口断面所形成的地表径流过程线，称为单位过程线，简称单位线。
在我国，单位地表净雨深常为10mm时段一般选用3、6、12小时等。
在分析单位线时。
常基于如下假定：
（1）流域的下垫面因素不变，单位线形状不变。
（2）如果单位时段内的净雨深是nmm它所形成的出流过程，总历时与单位线总历时相同，流量Qi是单位线流量qi的n/10倍。
（3）如果净雨历时是m个时段，则各时段地表净雨深所形成的出流过程互不干扰，出口断面的流量等于m个出流过程错加时段叠加
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