水文預(yù)報(bào)多媒體陜西第三期水文培訓(xùn)班PPT課件

1、課程概況及主要內(nèi)容課程概況及主要內(nèi)容 水文預(yù)報(bào)是水文與水資源工程專業(yè)的一門專業(yè)課，是研究分析、運(yùn)用水文規(guī)律，預(yù)報(bào)未來水文情勢的 一門應(yīng)用學(xué)科。內(nèi)容以河流、水庫短期洪水預(yù)報(bào)常用的相應(yīng)水位、流量演算、降雨徑流和水庫水位流量預(yù)報(bào)的基本原理和方法為主。主要內(nèi)容有：一、河段洪水預(yù)報(bào)一、河段洪水預(yù)報(bào)二、降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào)二、降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào)三、流域匯流預(yù)報(bào)三、流域匯流預(yù)報(bào)四、實(shí)時洪水預(yù)報(bào)四、實(shí)時洪水預(yù)報(bào)五、降雨徑流流域模型五、降雨徑流流域模型七、水庫水文預(yù)報(bào)七、水庫水文預(yù)報(bào)八、水文預(yù)報(bào)誤差和精度評定八、水文預(yù)報(bào)誤差和精度評定六、枯季徑流預(yù)報(bào)與旱情分析六、枯季徑流預(yù)報(bào)與旱情分析第1頁/共122頁第一章第一章 緒論

2、緒論 在緒論中主要介紹以下幾個方面的內(nèi)容：在緒論中主要介紹以下幾個方面的內(nèi)容： 1 1、水文預(yù)報(bào)的任務(wù)和內(nèi)容；、水文預(yù)報(bào)的任務(wù)和內(nèi)容； 2 2、水文預(yù)報(bào)的作用；、水文預(yù)報(bào)的作用； 3 3、我國的水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作及預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展；、我國的水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作及預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展； 4 4、水文預(yù)報(bào)的學(xué)習(xí)方法、水文預(yù)報(bào)的學(xué)習(xí)方法一、水文預(yù)報(bào)的任務(wù)和內(nèi)容一、水文預(yù)報(bào)的任務(wù)和內(nèi)容 水文預(yù)報(bào)水文預(yù)報(bào)是對自然界各種水體未來的水文現(xiàn)象及其變化進(jìn)行預(yù)報(bào)。它的任務(wù)就是分析研究水文現(xiàn)象的演變規(guī)律和水文預(yù)報(bào)技術(shù)、預(yù)報(bào)方法，從而迅速地、準(zhǔn)確地提供水文現(xiàn)象的定量或定性預(yù)報(bào)。所以水文預(yù)報(bào)的內(nèi)容是相當(dāng)廣泛的。 按水體在地球上所處空

3、間位置的不同水文預(yù)報(bào)可分為：按水體在地球上所處空間位置的不同水文預(yù)報(bào)可分為： 海洋水文預(yù)報(bào)海洋水文預(yù)報(bào) 陸地水文預(yù)報(bào)陸地水文預(yù)報(bào)第2頁/共122頁 而陸地水文預(yù)報(bào)又以預(yù)報(bào)對象的不同可分為：而陸地水文預(yù)報(bào)又以預(yù)報(bào)對象的不同可分為： 徑流預(yù)報(bào)徑流預(yù)報(bào) 冰情預(yù)報(bào)冰情預(yù)報(bào) 泥沙預(yù)報(bào)泥沙預(yù)報(bào) 水質(zhì)預(yù)報(bào)水質(zhì)預(yù)報(bào) 臺風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)臺風(fēng)暴潮預(yù)報(bào) 與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的墑情預(yù)報(bào)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的墑情預(yù)報(bào) 水文預(yù)報(bào)按預(yù)見期的長短可分為：水文預(yù)報(bào)按預(yù)見期的長短可分為： 短期水文預(yù)報(bào)短期水文預(yù)報(bào) 中長期水文預(yù)報(bào)中長期水文預(yù)報(bào) 短期水文預(yù)報(bào)短期水文預(yù)報(bào)是指預(yù)報(bào)的現(xiàn)象正在發(fā)生或出現(xiàn)過程中所作的預(yù)報(bào)。（降雨徑流預(yù)報(bào)） 我國是以雨洪徑流

4、為主的國家，以短期的雨洪徑流預(yù)報(bào)短期的雨洪徑流預(yù)報(bào)的開展最普遍。所以本教材根據(jù)我國的實(shí)際情況和教學(xué)大綱的要求，也以此為主要內(nèi)容。 而短期的雨洪徑流預(yù)報(bào)包括：而短期的雨洪徑流預(yù)報(bào)包括：河段洪水預(yù)報(bào)、降雨徑流預(yù)報(bào)、河段洪水預(yù)報(bào)、降雨徑流預(yù)報(bào)、水庫水位流量預(yù)報(bào)。水庫水位流量預(yù)報(bào)。第3頁/共122頁短期雨洪徑流預(yù)報(bào)包括短期雨洪徑流預(yù)報(bào)包括 水庫水位流量預(yù)報(bào)徑流過程預(yù)報(bào)產(chǎn)流量預(yù)報(bào)降雨徑流預(yù)報(bào)河道流量演算法相應(yīng)水位（流量）法河段洪水預(yù)報(bào) 所以將主要介紹本教材的第二章、第三、第四章、第五章、第十章；而第六章、第七章、第八章僅作一般介紹。第4頁/共122頁 二、水文預(yù)報(bào)的作用二、水文預(yù)報(bào)的作用 水文預(yù)報(bào)是為國

5、民經(jīng)濟(jì)和水利建設(shè)服務(wù)的一項(xiàng)基本工作，在以下三個方面起著很重要的作用： 防汛抗旱防汛抗旱 合理利用水資源合理利用水資源 充分發(fā)揮工程效益充分發(fā)揮工程效益 1 1、水文預(yù)報(bào)在防汛斗爭中起著耳目和參謀作用。 2 2、水文預(yù)報(bào)不僅在防洪中是不可缺少的，對已建成的水利工程的管理運(yùn)用也是不可缺少的，只有依靠水文預(yù)報(bào)，才能做到在各用水部門及地區(qū)之間合理分配水資源，取得最大的社會經(jīng)濟(jì)效益。 3 3、水文預(yù)報(bào)還從多方面直接為國民經(jīng)濟(jì)、國防部門服務(wù)。 隨著社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和水資源的開發(fā)利用、保護(hù)工作的不斷深入，水文預(yù)報(bào)將應(yīng)用得更為廣泛，其作用也將更加明顯。第5頁/共122頁 目前我國防洪體系的建設(shè)中水文預(yù)報(bào)

6、所占據(jù)的位置愈來愈突出。防洪體系建設(shè)防洪體系建設(shè) 洪水保險(xiǎn)償政策建立蓄滯洪區(qū)運(yùn)用的補(bǔ)系統(tǒng)（防洪預(yù)報(bào)）建設(shè)防洪調(diào)度決策支持非工程措施工程措施 因?yàn)槲覈F(xiàn)行的治水政策有了重大的調(diào)整：因?yàn)槲覈F(xiàn)行的治水政策有了重大的調(diào)整： 從傳統(tǒng)工程水利從傳統(tǒng)工程水利資源水利轉(zhuǎn)變；從傳統(tǒng)水利資源水利轉(zhuǎn)變；從傳統(tǒng)水利現(xiàn)代水利、可現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變。持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變。 三、我國的水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作及預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展三、我國的水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作及預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展 我們通常所說的水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作（簡稱水情工作）水文情報(bào)預(yù)報(bào)工作（簡稱水情工作）包括兩部分：已出現(xiàn)的水文情況的報(bào)汛工作；未來水文情況的預(yù)報(bào)工作。已出現(xiàn)的水文情況

7、的報(bào)汛工作；未來水文情況的預(yù)報(bào)工作。而第一部分工作是后一部分工作的基礎(chǔ)。因?yàn)轭A(yù)報(bào)必須根據(jù)已出現(xiàn)的水文、氣象情況來推斷，因此報(bào)汛工作是開展預(yù)報(bào)工作必不可少的依據(jù)。 第6頁/共122頁 現(xiàn)在從中央到各?。ㄊ?、自治區(qū)）、各大流域機(jī)構(gòu)、各水利水電工程單位都成立了防汛指揮機(jī)構(gòu)，建立了水情自動測報(bào)系統(tǒng)和防洪決策支持系統(tǒng)，在設(shè)備、技術(shù)、方法上及技術(shù)隊(duì)伍與水平上，都有了很大發(fā)展和提高。 我國的水文預(yù)報(bào)工作是從解放初期開始的，從一開始我國的水文工作者就注意學(xué)習(xí)國外的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國的具體情況加以研究和利用，經(jīng)過多年實(shí)踐，對于一些常用方法，如相應(yīng)水位（流量）相應(yīng)水位（流量）法、流量演算法、單位線法，法、流量演算法

8、、單位線法，都從物理成因依據(jù)上作了深入的探討，并作出適合我國水文特點(diǎn)的改進(jìn)。多年來，在對從國外引進(jìn)的水文流域模型進(jìn)行研究的同時，提出了符合我國特點(diǎn)的流域水文模型，并通過實(shí)踐不斷加以改進(jìn)和完善-新安江模型。新安江模型。 系統(tǒng)理論及其數(shù)學(xué)模型以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為水文預(yù)報(bào)方法開辟了一條廣闊的應(yīng)用技術(shù)途徑。這種宏觀的系統(tǒng)分析方法與微觀的成因分析的方法相結(jié)合將會是現(xiàn)代水文預(yù)報(bào)技術(shù)一個新的發(fā)展方向。第7頁/共122頁 四、水文預(yù)報(bào)的學(xué)習(xí)方法四、水文預(yù)報(bào)的學(xué)習(xí)方法 水文預(yù)報(bào)是研究和運(yùn)用水文規(guī)律，預(yù)報(bào)未來水文情況的一門應(yīng)水文預(yù)報(bào)是研究和運(yùn)用水文規(guī)律，預(yù)報(bào)未來水文情況的一門應(yīng)用性學(xué)科。用性學(xué)科。分析研究水文

9、現(xiàn)象的演變規(guī)律，就能找到相應(yīng)的預(yù)報(bào)方法。水文現(xiàn)象的演變具有確定性的規(guī)律，確定性的規(guī)律，也具有統(tǒng)計(jì)性規(guī)律。統(tǒng)計(jì)性規(guī)律。根據(jù)水文現(xiàn)象的確定性的規(guī)律就可以采用成因分析的方法；成因分析的方法；根據(jù)水文現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律就可以在成因分析的基礎(chǔ)上采用統(tǒng)計(jì)相關(guān)的方法。在成因分析的基礎(chǔ)上采用統(tǒng)計(jì)相關(guān)的方法。目前這兩種方法在水文預(yù)報(bào)中的應(yīng)用也各有側(cè)重，并不截然分開。例如對于短期洪水預(yù)報(bào)則主要采用成因分析的方法，并輔以數(shù)理統(tǒng)計(jì)短期洪水預(yù)報(bào)則主要采用成因分析的方法，并輔以數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。對于中長期預(yù)報(bào)則以統(tǒng)計(jì)相關(guān)法為主。法。對于中長期預(yù)報(bào)則以統(tǒng)計(jì)相關(guān)法為主。所以學(xué)習(xí)水文預(yù)報(bào)，就是學(xué)習(xí)對水文規(guī)律的分析計(jì)算原理和方法，以便結(jié)合

10、具體流域、河段或水庫的條件，編制水文預(yù)報(bào)方案和運(yùn)用方案作預(yù)報(bào)。為此通過學(xué)習(xí)不僅需要掌握水文預(yù)報(bào)所闡述的基本原理和方法，還要學(xué)會對本專業(yè)各門課程知識的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)分析問題的能力。另外整個水文預(yù)報(bào)科學(xué)是人們在實(shí)踐中對水文規(guī)律本質(zhì)認(rèn)識的步步深入發(fā)展起來的（因?yàn)樗囊?guī)律是許多因素綜合影響的產(chǎn)物）。所以在學(xué)習(xí)所以在學(xué)習(xí)水文預(yù)報(bào)的過程中要勤于思考、敢于創(chuàng)新。水文預(yù)報(bào)的過程中要勤于思考、敢于創(chuàng)新。第8頁/共122頁第二章第二章 河段洪水預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào) 河段洪水預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào)在洪水發(fā)生的過程中，根據(jù)河段上斷面剛剛出現(xiàn)的洪水情況（用水位或流量表示），來預(yù)報(bào)下游斷面將要出現(xiàn)的洪水情況（水位或流量）。 常用的

11、河段洪水預(yù)報(bào)方法有：常用的河段洪水預(yù)報(bào)方法有： 相應(yīng)水位（流量）法相應(yīng)水位（流量）法 流量演算法流量演算法第一節(jié)第一節(jié) 洪水波概述洪水波概述 一、洪水波的形成和運(yùn)動一、洪水波的形成和運(yùn)動 降雨后，流域內(nèi)產(chǎn)生的徑流向河網(wǎng)匯集，流域各處的降水和產(chǎn)流通常是不均勻的，注入河網(wǎng)的水量也不相同。在徑流大量集中的河在徑流大量集中的河段，河槽內(nèi)水量迅速增加形成洪水波，增加的水量向下游傳播，稱段，河槽內(nèi)水量迅速增加形成洪水波，增加的水量向下游傳播，稱為洪水波的運(yùn)動。為洪水波的運(yùn)動。 第9頁/共122頁ABCD （1 1）波體：）波體：在原穩(wěn)定流水面上增加（附加）的水體，如ABCDAABCDA。 （2 2）波峰：

12、）波峰：波體輪廓線上的最高點(diǎn)（水深 最大的點(diǎn)B B）。 （3 3）波高：）波高：波體輪廓線上的波峰相對于穩(wěn)定流水面的高度。如BDBD（4 4）波前：）波前：以波峰為界，波峰之前的稱為波前。如BCDBBCDB（5 5）波后）波后：以波峰為界，波峰之后的稱為波后。如BADBBADB（6 6）波長：）波長：波體與穩(wěn)定流水面交界的水流方向的長度稱為洪水波波長。如ACAC（7 7）附加比降：）附加比降：洪水波水面相對于穩(wěn)定流水面的比降。附加比降可近似地用洪水波的水面比降和穩(wěn)定流水面比降的差值來表示。即0iii 附加比降可正可負(fù)，漲洪時，即對于波前，附加比降為正；落洪時，即對于波后，附加比降可正可負(fù)，漲洪

13、時，即對于波前，附加比降為正；落洪時，即對于波后，附加比降為負(fù)。附加比降為負(fù)。（8 8）位相：）位相：洪水波輪廓線上的每一點(diǎn)都占據(jù)一定的相對位置，這就是洪水波位相的概念。 （9 9）相應(yīng)流量（傳播流量）：）相應(yīng)流量（傳播流量）：由水力學(xué)可知，洪水波的每一個位相都相應(yīng)于一定的流量，這種相應(yīng)于一定位相的流量稱為相應(yīng)流量，又稱傳播流量。（1010）波速：）波速：洪水波波體上某一位相點(diǎn)沿河道的運(yùn)動速度稱為該位相點(diǎn)的波速，或者說相應(yīng)流量沿河道的運(yùn)動速度即為波速。 dtdxCk第10頁/共122頁 洪水波流經(jīng)測站斷面時，首先通過斷面的是波前部分，此時斷面水位持續(xù)上升，至波峰到達(dá)斷面出現(xiàn)洪峰水位為止，接著是

14、波后部分通過，水位逐漸下降，在測站斷面處可測到一個從漲到落的洪在測站斷面處可測到一個從漲到落的洪水過程。水過程。洪水波的波前部分相當(dāng)于過程線的漲洪段，波后部分相當(dāng)于落洪段，波峰通過時出現(xiàn)洪峰。因此測站的實(shí)測水位（流量）過因此測站的實(shí)測水位（流量）過程線的形狀可以大體反映在河段中傳進(jìn)的洪水波形狀。程線的形狀可以大體反映在河段中傳進(jìn)的洪水波形狀。 如果在河段上下游斷面都來測定Zt并繪制在同一張圖上，即可看出洪水波在無支流河段上傳播時，形狀會發(fā)生變化，即發(fā)生洪發(fā)生洪水波的變形。水波的變形。而洪水波的變形表現(xiàn)為兩種形態(tài)：即洪水波的展開與即洪水波的展開與扭曲。扭曲。 展開：展開：表現(xiàn)為洪水波在傳播的過程

15、中，波長不斷增加，波高不斷減小。 扭曲：扭曲：表現(xiàn)為洪水波在傳播的過程中，波前部分不斷縮短，而波后部分將不斷增長，即波峰不斷超前。第11頁/共122頁二、洪水波變形的原因二、洪水波變形的原因 經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)造成洪水波變形的原因有以下三個方面。 1 1、洪水波本身的水力特性（或水流自身的水力特性）、洪水波本身的水力特性（或水流自身的水力特性） 這是內(nèi)因。這是內(nèi)因。由于在流域各處匯入河槽形成洪水波的徑流是隨時間不斷變化的，洪水波屬于非恒定水流。 2 2、洪水波傳進(jìn)的邊界條件、洪水波傳進(jìn)的邊界條件河段特性河段特性 邊界條件是指河底比降、河床糙率、過水?dāng)嗝娴男螒B(tài)及其沿程變化、沿岸地形、土壤性質(zhì)及水文地

16、質(zhì)條件。這是造成洪水波變形這是造成洪水波變形的外因，的外因，它使出現(xiàn)在不同河段的洪水波變形呈現(xiàn)各自的特點(diǎn)。 3 3、河段旁側(cè)的入流、河段旁側(cè)的入流 除了以上三方面的原因以外，當(dāng)河段內(nèi)有引水或分洪，河段下游有回水或潮波頂托等，都會造成洪水波的變形。 綜上所述，造成河段中洪水波變形的原因既有內(nèi)因，也有外因。內(nèi)因是洪水波本身的水力特性；外因是河段特性、底水、區(qū)間入流、內(nèi)因是洪水波本身的水力特性；外因是河段特性、底水、區(qū)間入流、引水或分洪、河段下游有回水或潮波頂托等。引水或分洪、河段下游有回水或潮波頂托等。第12頁/共122頁三、洪水波運(yùn)動的基本方程與洪水波的分類三、洪水波運(yùn)動的基本方程與洪水波的分類

17、 在無旁側(cè)入流的河段，洪水波的演進(jìn)與變形可以用圣維南方程組描述。關(guān)于洪水波的分類主要是依據(jù)動力方程中各項(xiàng)作用力的對比關(guān)系?？蓪⒑樗ǚ譃樗念悾哼\(yùn)動波、擴(kuò)散波、慣性波以及動力波。運(yùn)動波、擴(kuò)散波、慣性波以及動力波。 1 1、運(yùn)動波：、運(yùn)動波：忽略慣性項(xiàng)以及附加比降項(xiàng)。其水位流量關(guān)系為單值關(guān)系，其相應(yīng)流量在傳播過程中不發(fā)生衰減，即不發(fā)生坦化變形，但會發(fā)生扭曲變形。這種洪水波通常發(fā)生在河流上游和河底比降較大的山區(qū)性河流。 2 2、擴(kuò)散波：、擴(kuò)散波：忽略慣性項(xiàng)。其水位流量關(guān)系為繩套曲線，其相應(yīng)流量在傳播過程中發(fā)生衰減，即有坦化變形，又有扭曲變形。它是一般河流中常見的洪水波形式。 3 3、慣性波（又稱重力

18、波）：、慣性波（又稱重力波）：忽略 和 ，只考慮慣性項(xiàng)和附加比降項(xiàng)。在水庫中的洪水波可看成是慣性波。0ifi 4 4、動力波：、動力波：動力方程中的任何一項(xiàng)都不能忽略。對于河流的中下游以及平原河道，由于 較小，附加比降和慣性影響相對較大，不能忽略任何一項(xiàng)，需要用動力波求解洪水波運(yùn)動。0i第13頁/共122頁第二節(jié)第二節(jié) 相應(yīng)水位（流量）法相應(yīng)水位（流量）法 相應(yīng)水位（流量）法是大流域的中下游河段廣泛采用的一種河段洪水預(yù)報(bào)的方法。 一、相應(yīng)水位（流量）法的依據(jù)一、相應(yīng)水位（流量）法的依據(jù) 洪水波在傳播的過程中會發(fā)生展開展開和扭曲扭曲變形，正是由于產(chǎn)生變形，使河使河段上下游站的洪水過程具有相應(yīng)而又

19、不相同的現(xiàn)象。段上下游站的洪水過程具有相應(yīng)而又不相同的現(xiàn)象。利用這種現(xiàn)象可以由已知的河段上游站的洪水過程來預(yù)報(bào)下游站的洪水過程。另外在實(shí)際預(yù)報(bào)時，并不需要預(yù)報(bào)整個洪水波在某一時刻沿程的水力要素，只要根據(jù)上游站某時刻已出現(xiàn)的水位（流量），來推求下游站未來某時刻的水位（流量）。由此引出相應(yīng)相應(yīng)水位（流量）的概念。水位（流量）的概念。 相應(yīng)水位（流量）相應(yīng)水位（流量）沿河傳進(jìn)的洪水波的某一個位相點(diǎn)，先后經(jīng)過河段上下游站時所測得的水位或流量。相應(yīng)流量在傳播的過程中要發(fā)生變化，并引起相應(yīng)水位的變化。因此在外界條件不變的情況下 ，研究相應(yīng)水位關(guān)系的實(shí)質(zhì)是研究其相應(yīng)流量在河段傳播過程中流量值和傳播速度值的變

20、化規(guī)律，而造成洪水波變形的內(nèi)因和外因是造成相應(yīng)流量及其傳播速度變化的原因。也就是要分析造成洪水波變形的具體原因。第14頁/共122頁 如果洪水波在傳進(jìn)的過程中沒有展開，即各位相水流斷面的流量沒有衰減，屬于運(yùn)動波傳進(jìn)，并且河段沒有旁側(cè)入流，則上下游相應(yīng)流量的關(guān)系為：) 1 (ttQQ上，下， 如果洪水波屬于擴(kuò)散波傳進(jìn)，但無區(qū)間入流，則洪水波各位相的流量沿程發(fā)生衰減。在退水期，因漲水期滯蓄在河槽中的水量泄出，又可能使流量在傳進(jìn)的過程中逐漸加大，所以上下游相應(yīng)流量的關(guān)系為:)2(QQQtt上，下， 實(shí)際上，河段旁側(cè)總是有區(qū)間入流的。若計(jì)及區(qū)間入流，那么上式就變?yōu)椋?3(tttqQQQ上，下， 對于河

21、段的上游站不止一個的多支流河段，若不計(jì)各河來水的相互干擾頂托作用，可將上游各站流量組合為合成流量，作為只有一處入流來處理，仍按（3）式可寫為：)4(1tnititqQQQi，上下， 相應(yīng)水位（流量）法就是以上面各式為物理依據(jù)，用上下游站的實(shí)測流量或水位資料建立相關(guān)關(guān)系的方法。這種相關(guān)關(guān)系可表示為：)5()(tttqiQfQ、上，下， 這種方法只著眼于洪水波某一位相水流斷面的流量變化，并用相關(guān)關(guān)系來表示，因此這種方法是經(jīng)驗(yàn)性的，不能符合嚴(yán)格的水量平衡關(guān)系。第15頁/共122頁 二、相應(yīng)水位（流量）法二、相應(yīng)水位（流量）法 在實(shí)際工作中，用相應(yīng)水位（流量）法預(yù)報(bào)需要解決兩個問題： 1、下游站水位（

22、流量）的預(yù)報(bào)；、下游站水位（流量）的預(yù)報(bào)；2、上下游站之間傳播時間的預(yù)報(bào)。、上下游站之間傳播時間的預(yù)報(bào)。 要解決第一個問題除如何處理主要影響因素 外，還必須考慮水位流量關(guān)系對相應(yīng)水位的影響，要解決第二個問題必須解決要解決第二個問題必須解決傳播時間傳播時間 的確的確定。tqi 、 是相應(yīng)水位（流量）在河段中的傳播時間。它是預(yù)報(bào)方案的預(yù)見期，取決于點(diǎn)波速和河段長，即 。其中 反映洪水波變形的速率，它與斷面平均流速V有一定的關(guān)系。 ； kClkCVCkVl 在實(shí)際工作中，常從實(shí)測的上、下游站洪水過程線中摘取同位相的特征點(diǎn)（峰、谷、漲落率轉(zhuǎn)折點(diǎn)），計(jì)算其在上、下游站先后出現(xiàn)的時間差，作為相應(yīng)流量的實(shí)際

23、傳播時間。 對于運(yùn)動波，可建立相應(yīng)流量與 的關(guān)系。對于擴(kuò)散波，可以在此關(guān)系中加入反映洪水波變形的主要因素為參數(shù)，建立三變數(shù)的相關(guān)圖。它的基本形式為：)6()(ttqiQf、上 當(dāng)需要預(yù)報(bào)水位時，同樣可以建立上、下游站經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，它的基本形式為：)7()(tttqiZfZ、，上下，)8()(ttqiZf、，上第16頁/共122頁 三、無支流河段的相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)三、無支流河段的相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào) 無支流河段無支流河段是指上下游兩站之間無較大支流匯入，并且區(qū)間來水量與上游來水量的比值比較小的河段。 （一）相應(yīng)洪峰水位（流量）預(yù)報(bào)（一）相應(yīng)洪峰水位（流量）預(yù)報(bào) 進(jìn)行相應(yīng)洪峰水位（流量）預(yù)報(bào)時所依

24、據(jù)的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系的基本形式為：)(ttmtmqiQfQ、上，下，)(ttmqiQf、上)(ttmtmqiZfZ、，上下，)(ttmqiZf、，上 由此可以看出，解決相應(yīng)洪峰水位（流量）預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是如何處理洪水波變形的內(nèi)因 和外因 對相應(yīng)水位（流量）的影響。 itq 1 1、上、下游站相應(yīng)洪峰水位（流量）關(guān)系、上、下游站相應(yīng)洪峰水位（流量）關(guān)系 適用條件適用條件洪水波變形不顯著（即 不大），區(qū)間入流影響不大（即較?。?，河道斷面穩(wěn)定的河段。此種情況的洪水波近似地屬于運(yùn)動波。此種情況的洪水波近似地屬于運(yùn)動波。此時相應(yīng)水位（流量）關(guān)系為單一直線（或曲線）。制作預(yù)報(bào)方案時就是采用上、下游站制作預(yù)報(bào)方案時

25、就是采用上、下游站的實(shí)測的水位（流量）過程線建立兩變數(shù)的相關(guān)圖，的實(shí)測的水位（流量）過程線建立兩變數(shù)的相關(guān)圖，其經(jīng)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系的形式為：itq)(tmtmQfQ上，下，)(,tmQf上)(tmtmZfZ，上下，)(tmZf，上第17頁/共122頁 2 2、以下游站同時水位為參數(shù)的上、下游相應(yīng)水位（流量）關(guān)系、以下游站同時水位為參數(shù)的上、下游相應(yīng)水位（流量）關(guān)系（即下游站（即下游站同時水位同時水位參數(shù)法）參數(shù)法） 在前面曾經(jīng)介紹過，解決相應(yīng)洪峰水位（流量）預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是如何處理洪水波變形的內(nèi)因 和外因 。目前常用的方法是用下游同時水位 來反映它們 的影響，建立以下游站同時水位為參數(shù)的三變數(shù)的相關(guān)圖。

26、其具體形式為：itqtZ下，)(tttZQfQ下，上，下，、)(ttZQf下，上，、)(tttZZfZ下，上，下，、)(ttZZf下，上，、 式中 為下游站同時水位，它是指與河段上游站t時刻水位 同時出現(xiàn)的下游站水位。那么能否反映 、 的影響呢？下面就介紹以下游站同時水位為參數(shù)的作用。tZ下，tZ上，itq （1 1）反映洪水波變形的內(nèi)因）反映洪水波變形的內(nèi)因 i上上下下ttttZ下，tZ下，tZ上，上Z下Z（2 2）反映洪水波變形的外因）反映洪水波變形的外因 tq特點(diǎn)：用下游同時水位同時反映洪水特點(diǎn)：用下游同時水位同時反映洪水波變形的內(nèi)因和外因的影響。波變形的內(nèi)因和外因的影響。第18頁/共1

27、22頁 3 3、以上游站水位（流量）漲差為參數(shù)的上、下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系、以上游站水位（流量）漲差為參數(shù)的上、下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系（即漲差法）（即漲差法） 上游站漲差上游站漲差是指上游站在某一段時間內(nèi)的水位（流量）變化值。漲水為正，落水為負(fù)。上游站在一定時間內(nèi)的水位（流量）漲差，可以表示為：ttZZZ上，上，上ttQQQ上，上，上或 從上圖中可以看出，下游站的 與 、 有關(guān)，其關(guān)系式的形式為： tZ下，上ZtZ下，)(ttZZfZ下，上下，、)(ttZQfZ下，上下，、 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 反映了洪水波變形內(nèi)因的影響。同時反映了洪水波變形內(nèi)因的影響。同時 也和前面所講的一樣反也和前面所講

28、的一樣反映了連續(xù)外界條件變化區(qū)間入流等的作用，即洪水波變形的外因。這樣就將洪水映了連續(xù)外界條件變化區(qū)間入流等的作用，即洪水波變形的外因。這樣就將洪水波變形的內(nèi)因和外因分開來了，物理概念比較清楚。波變形的內(nèi)因和外因分開來了，物理概念比較清楚。上ZtZ下， 上面所說的上游站漲差是指在傳播時間內(nèi)的漲差，但是如果上、下游站間距過長，其洪峰傳播時間大于上游站的漲洪歷時，則上游站出現(xiàn)洪峰時，下游站還未起漲，這在陡漲陡落的山區(qū)性河流中是常見的，這時可以采用總漲差法。總漲差法。 值得指出的是，值得指出的是，從洪峰特征點(diǎn)摘取的傳播時間，常常精度不高。這一方面是由于洪峰附近水位的變化甚小，決定洪峰出現(xiàn)時間的誤差較

29、大，而更重要的是受到區(qū)間入流的干擾使摘取不準(zhǔn)，致使傳播時間曲線難以確定。第19頁/共122頁 （二）洪水水位（流量）過程預(yù)報(bào)（二）洪水水位（流量）過程預(yù)報(bào) 關(guān)于洪水水位（流量）過程預(yù)報(bào)所采用的方法以及常用的參數(shù)基本上和洪峰水位（流量）預(yù)報(bào)方法相同。但是從洪水過程線上摘取相應(yīng)水位（流量）值（除峰、谷、轉(zhuǎn)折點(diǎn)外）比較困難，在實(shí)際工作中常采用以下的方法。1 1、洪波展開法、洪波展開法 假定：洪水波的展開量與洪水的漲（落）水變幅成正比。假定：洪水波的展開量與洪水的漲（落）水變幅成正比。將上、下游站洪水的總漲（落）差作對應(yīng)等分，上、下游站的對應(yīng)等分點(diǎn)水位即看作為相應(yīng)水位，其時間差即為傳播時間。據(jù)此摘取的

30、相應(yīng)水位與傳播時間即可建立預(yù)報(bào)曲線。 在實(shí)際工作中，常以河段平均傳播時間 來摘取上、下游站的相應(yīng)水位，所建立的預(yù)報(bào)方案的一般形式為： )(tttZZfZ下，上，下， 也可以用時段水位漲差為參數(shù)建立預(yù)報(bào)方案，其關(guān)系式為： )(tttZZfZ下，上，下， 也可以將上式中的時段水位漲差換為時段流量漲差建立預(yù)報(bào)方案。)(tttZQfZ下，上，下， 2 2、 取常數(shù)的方法取常數(shù)的方法第20頁/共122頁 四、有支流河段的相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)四、有支流河段的相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào) 對于兩站之間有較大支流匯入的河段，如果支流上有測站可以控制區(qū)間面積的大部分來水，那么可以制作有支流河段的相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)方案

31、。為了簡便，常假定干、支流洪水波互不干擾，下游站洪水過程是由相互獨(dú)立的上游站各常假定干、支流洪水波互不干擾，下游站洪水過程是由相互獨(dú)立的上游站各河洪水波傳進(jìn)和疊加而成。河洪水波傳進(jìn)和疊加而成。所以預(yù)報(bào)的原理和方法與無支流河段相同。（一）上游合成流量與下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系（一）上游合成流量與下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系（即合成流量法）（即合成流量法） 合成流量法合成流量法是將上游站的流量，按它們到下游站的傳播時間錯開相加，表示合成后的流量同時到達(dá)下游站，從而建立合成流量與下游站相應(yīng)水位（流量）的相關(guān)圖進(jìn)行預(yù)報(bào)，其關(guān)系式為：)(1nititiQfQ，上下，)(1nititiQfZ，上下，或 合

32、成流量法的關(guān)鍵是 值的確定，在實(shí)際工作中常用的確定方法有兩種：i 1、按上、下游站實(shí)測的斷面流速資料分析計(jì)算波速 ，則VCkkiiiCl 2、試錯法：根據(jù)實(shí)測資料假定各個 值，計(jì)算 ，并點(diǎn)繪 的關(guān)系曲線，若點(diǎn)據(jù)比較密集，所假定的各個值即為所求，否則重新假定 值，直到滿意為止。initiiQ1，上tQ下，nitiiQ1，上i第21頁/共122頁 也可在合成流量相關(guān)圖中加入下游同時水位作參數(shù)以反映區(qū)間來水量和 值的影響。即 i)(1nittitZQfQi下，上下， 式中的 為預(yù)見期，合成流量法的預(yù)見期取決于 值中的最小值。由于干流來水量往往大于支流，實(shí)際工作中多以干流的 值作為預(yù)見期。如果支流的

33、值小于該 值，求合成流量時支流的相應(yīng)流量還需預(yù)報(bào)。 ii （二）以支流水位為參數(shù)的上、下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系（二）以支流水位為參數(shù)的上、下游站相應(yīng)水位（流量）關(guān)系 在有支流河段上，常取支流（一般取其中影響較大的一、二條支流）的相應(yīng)水位（流量）為參數(shù)，其關(guān)系式一般為：)(1ititmtmZZfZ，上，上下，第22頁/共122頁第四節(jié)第四節(jié) 現(xiàn)時校正法現(xiàn)時校正法 現(xiàn)時校正法現(xiàn)時校正法是指利用已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤差和水情變化趨勢來校正未來預(yù)報(bào)是指利用已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤差和水情變化趨勢來校正未來預(yù)報(bào)值的方法。值的方法。用任何方法預(yù)報(bào)任何水文要素都可以進(jìn)行現(xiàn)時校正，這是作業(yè)預(yù)報(bào)的一種補(bǔ)充手段，可以提高預(yù)報(bào)值的

34、精度，在實(shí)際工作中是常用。 一、現(xiàn)時校正的方法一、現(xiàn)時校正的方法ABtZ上，tZ上，tZ下，/tZ下，tZ下，/tZ下， 現(xiàn)時校正最簡單的方法是直接將已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤是直接將已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤差移用來確定校正值的，差移用來確定校正值的，但是在實(shí)際工作中一般不這樣做。不論是簡單的移用已出現(xiàn)的誤差，還是人為地修正處理，這種校正都是根據(jù)水文現(xiàn)象變化趨勢具有這種校正都是根據(jù)水文現(xiàn)象變化趨勢具有一定的連續(xù)性，因而誤差可以按趨勢外延來進(jìn)行的。一定的連續(xù)性，因而誤差可以按趨勢外延來進(jìn)行的。 二、現(xiàn)時校正的途徑二、現(xiàn)時校正的途徑 對預(yù)報(bào)值進(jìn)行現(xiàn)時校正的途徑有三個方面：1 1、改變原方案，采用另一個更合理的方案重新預(yù)

35、報(bào)。、改變原方案，采用另一個更合理的方案重新預(yù)報(bào)。2 2、校正原方案中的參數(shù)，用校正后的方案重新預(yù)報(bào)。、校正原方案中的參數(shù)，用校正后的方案重新預(yù)報(bào)。3 3、對由原方案所作出的預(yù)報(bào)值進(jìn)行誤差校正。、對由原方案所作出的預(yù)報(bào)值進(jìn)行誤差校正。第23頁/共122頁 現(xiàn)時校正的手段有 ，而計(jì)算機(jī)校正是通過建立預(yù)報(bào)模型來進(jìn)行的。所謂預(yù)報(bào)模型就是對預(yù)報(bào)方案選配數(shù)學(xué)方程，用以描述各要素之間的定量關(guān)系。計(jì)算機(jī)校正人工校正 在進(jìn)行人工校正時，除了改變方案外，不論第二或第三種途徑，都是根據(jù)當(dāng)時的水文現(xiàn)象變化趨勢作經(jīng)驗(yàn)校正的。而聯(lián)機(jī)預(yù)報(bào)就要由計(jì)算機(jī)按事先設(shè)計(jì)的計(jì)算程序來進(jìn)行的。 相應(yīng)水位（流量）法是求解不穩(wěn)定流水力要素

36、的一種簡化方法。相應(yīng)水位（流量）法是求解不穩(wěn)定流水力要素的一種簡化方法。相應(yīng)水位（流量）法的預(yù)報(bào)方案采用了相關(guān)圖的形式，克服了洪水波在傳進(jìn)的過程中相應(yīng)水位（流量）的變化量難以確定的困難。該方法的優(yōu)點(diǎn)：該方法的優(yōu)點(diǎn)：使用方便，有明確的預(yù)使用方便，有明確的預(yù)見期，當(dāng)用于外界條件變化較小的河段時見期，當(dāng)用于外界條件變化較小的河段時（例如區(qū)間入流小、斷面沒有沖淤變化、沒有變動回水影響），常取得良好的效果。常取得良好的效果。該方法的缺點(diǎn)：該方法的缺點(diǎn)：只著眼于洪水波只著眼于洪水波上某些特征點(diǎn)在傳進(jìn)中的變化，用大量實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)相關(guān)形式來表示其變化規(guī)上某些特征點(diǎn)在傳進(jìn)中的變化，用大量實(shí)測資料的統(tǒng)計(jì)相關(guān)形式

37、來表示其變化規(guī)律，不能嚴(yán)格地符合水量平衡原理，尤其是采用的洪水傳播時間與實(shí)際的傳播時律，不能嚴(yán)格地符合水量平衡原理，尤其是采用的洪水傳播時間與實(shí)際的傳播時間有較大的出入時，所摘錄的相應(yīng)水位（流量）就失去了原來相應(yīng)的意義。間有較大的出入時，所摘錄的相應(yīng)水位（流量）就失去了原來相應(yīng)的意義。為了克服這些缺點(diǎn)，對于受附加比降影響的擴(kuò)散波，就可以用求解不穩(wěn)定流水力要素對于受附加比降影響的擴(kuò)散波，就可以用求解不穩(wěn)定流水力要素的另一種簡易方法的另一種簡易方法流量演算法。流量演算法。 第24頁/共122頁第五節(jié)第五節(jié) 流量演算法流量演算法 流量演算法流量演算法利用河段中的蓄泄關(guān)系與水量平衡原理，將上游站的流量

38、過利用河段中的蓄泄關(guān)系與水量平衡原理，將上游站的流量過程演算為下游站流量過程的方法。程演算為下游站流量過程的方法。這種方法實(shí)際上是用水量平衡方程式代替連續(xù)方程式，用槽蓄曲線近似地代替動力方程式，將兩個方程式進(jìn)行聯(lián)解，就是河道不穩(wěn)定流的一種簡解法。 一、流量演算法的基本原理一、流量演算法的基本原理 1 1、不穩(wěn)定流方程組的簡化、不穩(wěn)定流方程組的簡化 天然河道的洪水波運(yùn)動屬于緩變不穩(wěn)定流，要得到洪水波在某一瞬時的水力要素，可聯(lián)解不穩(wěn)定流方程組（即圣維南方程組）。求解此方程組的方法有水力水力學(xué)途徑，學(xué)途徑，進(jìn)行數(shù)值解，但是需要具備比較詳細(xì)的河道特征資料，計(jì)算工作量也很大。在實(shí)際工作中，往往只需要由河

39、段上斷面的入流過程直接求得下斷面的出流在實(shí)際工作中，往往只需要由河段上斷面的入流過程直接求得下斷面的出流過程，過程，而不需要得到河間水力要素的變化過程，所以在實(shí)際工作中廣泛采用了一些簡化的方法，稱為水文學(xué)方法。水文學(xué)方法。 水文學(xué)方法應(yīng)用到至今已發(fā)展成為系統(tǒng)分析的方法。所謂系統(tǒng)分析法就是將所研究的對象看成是一個系統(tǒng)。第25頁/共122頁輸入系統(tǒng)作用輸出 所謂系統(tǒng)作用就是將輸入轉(zhuǎn)化為輸出。所謂系統(tǒng)作用就是將輸入轉(zhuǎn)化為輸出。可以將河段看成是一個系統(tǒng)，其輸入為河段的入流，而輸出即為河段的出流，這個系統(tǒng)的作用就是將入流過程轉(zhuǎn)化為出流過程。 2 2、河段的水量平衡方程、河段的水量平衡方程 在一定的河段長

40、內(nèi)，將 對河段長L進(jìn)行積分，可得到河段在dt時間內(nèi)的水量平衡方程式為： 0tAxQdtdWOI 令入流量、出流量在 時間內(nèi)呈線性變化，將上式寫成河段在有限時段 內(nèi)的水量平衡方程式。tt122121)(21)(21WWtOOtII槽蓄方程)()(21)(21122121OfWWWtOOtII 通過逐時段的求解此方程組就可以將上斷面的入流過程演算為下斷面的出流過程。 3 3、河段槽蓄方程（其所對應(yīng)的曲線就稱為槽蓄曲線）、河段槽蓄方程（其所對應(yīng)的曲線就稱為槽蓄曲線） 河段中的槽蓄量W應(yīng)取決于河段中的水位沿程分布，即取決于水面曲線的形狀，而水位與流量之間存在著一定的關(guān)系，所以位流量關(guān)系）流量沿程分布，

41、斷面水(fW 第26頁/共122頁 如果槽蓄曲線為單值線性關(guān)系，可以使流量演算大大簡化。所以為了簡化流量演算，下面的關(guān)鍵是如何將槽蓄曲線處理成單值線性關(guān)系。 4 4、槽蓄曲線的分析、槽蓄曲線的分析 在洪水期，已知上游站的洪水過程，為了由水量平衡方程式解得下游站的洪水過程，就必須建立 形式的槽蓄關(guān)系，如果此關(guān)系是單值線性的，求解很方便。但是W除了與O有關(guān)以外，還與河段的水面比降有關(guān)，所以只建立W與O的關(guān)系，一般不是單值關(guān)系。因此必須對河段的槽蓄曲線進(jìn)行分析。)(OfW 當(dāng)河道水流處于穩(wěn)定流狀態(tài)時， 均為單值函數(shù)關(guān)系。 ）、）、下下下下QfWZfQZfW( 當(dāng)河道水流在不穩(wěn)定流狀態(tài)時，由于附加比降

42、的存在和作用）、下下下ZfQZfW(不存在單值關(guān)系而是成逆時針繩套。 將上述兩條關(guān)系曲線進(jìn)行組合就可以分析槽蓄曲線的形式了。根據(jù)他們的組合，此時的槽蓄曲線則有三種類型：逆時針方向的繩套、順時針方向的繩套、單逆時針方向的繩套、順時針方向的繩套、單值關(guān)系。值關(guān)系。在實(shí)際工作中很難遇到單值關(guān)系的槽蓄曲線，但是可以設(shè)法使有繩套的槽蓄曲線單值化：第27頁/共122頁 改變河長，調(diào)整繩套 的變幅，使其與繩套 的變幅相近 ，這時 的關(guān)系近似為單值關(guān)系，這就是所謂的特征河長法。特征河長法。）下ZfW(）下下ZfQ(）下QfW( 不改變河長，而是尋求某一個示儲流量Q/，該流量又是入流量I和出流量O的函數(shù)，使其與

43、W之間成單值關(guān)系，這就是所謂的馬斯京根法。馬斯京根法。 對于單值化的槽蓄關(guān)系，為了計(jì)算、應(yīng)用簡便，又常處理成為線性關(guān)系。因此特征河長的槽蓄方程可處理為 ；而馬斯京根法的槽蓄方程可處理成為 ,而 。OW/KQW yOxIQ/ 當(dāng) 成線性關(guān)系時，可使流量演算程序大大簡化，而且可以采用聯(lián)解水量平衡方程和槽蓄方程的方法，求得流量演算公式。 )(OfW 二、特征河長法（簡稱二、特征河長法（簡稱l l法）法） 1 1、特征河長的概念及公式、特征河長的概念及公式 特征河長特征河長如果能找到這樣一個河長，在其下斷面處，由于水位的變化引起的流量變化正好與由于水面比降的變化以起的流量變化相互抵消，以致河段的槽蓄量

44、與其下斷面流量呈單值關(guān)系，則稱其為特征河長?；蚴蛊洳坌盍颗c下斷面或使其槽蓄量與下斷面流量之間呈單值關(guān)系的河長。流量之間呈單值關(guān)系的河長。 000)(QZiQl000)(QZiQl第28頁/共122頁 通過引進(jìn)特征河長的概念，就可以給出槽蓄曲線三種形式的存在條件： 當(dāng)當(dāng)L=lL=l時，為單值關(guān)系；當(dāng)時，為單值關(guān)系；當(dāng)LlLlLl時為逆時針繩套。時為逆時針繩套。 2 2、特征河長的計(jì)算、特征河長的計(jì)算 書上P99頁的表42中給出了特征河長的計(jì)算實(shí)例。 3 3、流量演算方法、流量演算方法（1 1）當(dāng)實(shí)際河長）當(dāng)實(shí)際河長L=lL=l時時 特征河長流量演算法特征河長流量演算法是將河段長度限制為特征河段長

45、，以便利用特征河長具有單值關(guān)系槽蓄曲線的特性。若將 加以簡化，以線性方程表示為：)(OfW OWOWdtdWOI)1)(00tteOIOO 演算時若計(jì)算時段 不變，則上式變?yōu)椋簍)1)(112teOIOO 采用此式時可逐時段地進(jìn)行計(jì)算，從而可以將上游站的入流過程演算為下游站的出流過程。 （2 2）分段連續(xù)演算法）分段連續(xù)演算法 分段連續(xù)演算法又稱加加米匯流曲線法米匯流曲線法，因?yàn)樗罱K是利用河段的匯流曲線匯流曲線來進(jìn)行流量演算。 第29頁/共122頁 河槽匯流曲線河槽匯流曲線當(dāng)河段上游站的入流是簡單入流時，經(jīng)過當(dāng)河段上游站的入流是簡單入流時，經(jīng)過n n個特征河長的個特征河長的連續(xù)演算，在下游站

46、所形成的出流過程。連續(xù)演算，在下游站所形成的出流過程。如果能求出河段的匯流曲線，那么根據(jù)線性匯流系統(tǒng)的線性假定，由均勻性原理均勻性原理以及疊加性原理疊加性原理就可以求出任意入流過程所形成的出流過程。 蘇聯(lián)加里寧與米留柯夫推演了河槽單位線的數(shù)學(xué)表達(dá)式: 設(shè)有河段長L，Ll，將L劃分成 段，如 ,各段的傳播時間均為 。 lLn lllln.21 當(dāng)?shù)谝粋€特征河長的入流為有限時段 內(nèi)的矩形入流 ，入流強(qiáng)度為 ，那么經(jīng)過n個特征河長的連續(xù)演算，可求得最終的出流過程為：tItntnetntIO1)()!1(， 當(dāng)入流為單位矩形入流時（即 ），那么上式就變?yōu)椋?Itntnetntu1)()!1(， 為了計(jì)

47、算的方便，取 ，以m為時段數(shù)，即 ，則上式可寫為： tmtmt無因次時段單位線mnenmmu)!1()(1第30頁/共122頁 當(dāng)?shù)谝粋€特征河長的入流為單位瞬時脈沖入流時，可推導(dǎo)出瞬時單位線表達(dá)式為 ：tnetntu1)()!1(1)( 三、馬斯京根法（簡稱三、馬斯京根法（簡稱M M法）法） 1 1、槽蓄方程及演算公式、槽蓄方程及演算公式 該法有兩個假定： 假定一：假定一： 與W成線性關(guān)系，即 ，式中 示儲流量，它是假定流量沿程為線性變化的（即水面線為直線）上、下斷面流量的加權(quán)平均值。 /KQW 假定二：假定二： 與I、O成線性關(guān)系，即 。 yOxIQ/ 事實(shí)上，對于任意河段長來說，只有穩(wěn)定流

48、時槽蓄量W才能與穩(wěn)定流流量成線性關(guān)系。所以本方法的示儲流量 應(yīng)該等于穩(wěn)定流流量。 經(jīng)推導(dǎo)xy1OxxIQ)1 (/OxxIKW)1 ( OxxIKWWWtOOtII)1 ()(21)(211221211211202OCICICO1210CCCtKxKKxtC21210tKxKKxtC21211tKxKtKxKC21212/Q/Q/Q/Q第31頁/共122頁。期為無關(guān)，則該式具有預(yù)見與此式表明，上式變?yōu)闀r，當(dāng)tIOOCICOCKxt2212112002 2 2、K K、x x和和 的確定的確定t 由于馬斯京根法是對不穩(wěn)定流方程組的線性有限差分解，因此不但要求x、K為定值，而且要求流量在時段 內(nèi)沿

49、河長是線性變化的。t 的選擇應(yīng)滿足兩個線性條件的選擇應(yīng)滿足兩個線性條件 t）（即流量沿程線性變化直線滿足河段間的水面線為時段內(nèi)的變化是線性的滿足流量在 t 要符合以上兩個線性條件就必須取 。一般的 的取值應(yīng)滿足: Ktt都大于零。、，以保證20)1 (22CCxKtKx （1 1）根據(jù)實(shí)測流量資料采用試算法推求）根據(jù)實(shí)測流量資料采用試算法推求K K、x x 具體步驟為：具體步驟為：假定不同的x值，由上、下游站的流量資料求出相應(yīng)的 值，建立 關(guān)系線，取其中最密集于一直線時的x值，量取關(guān)系線的斜率 ，從而得K值。（ ） /Q/ QW/QW/QWK第32頁/共122頁 （2 2）根據(jù)特征河長來推求）

50、根據(jù)特征河長來推求 加里寧在提出特征河長的概念及計(jì)算方法以后，又推導(dǎo)出特征河長l與馬斯京根法參數(shù)x的關(guān)系。上Q下QlQ2l2L2lL中Z由相似三角形對應(yīng)邊成比例得： 2lLQQLQQl下下上2lLLQQQQl下上下即：lQQ /因2)1 (lLLQQQQxxQ上下下下上故：Llx221 至于K值，可近似地采用根據(jù)河段水力特征估算波速后確定洪水傳播時間即kCLK 3 3、Q Q、x x、K K的物理意義的物理意義/ （1 1） 物理意義的分析物理意義的分析/Q 應(yīng)是相同槽蓄量下的穩(wěn)定流流量。應(yīng)是相同槽蓄量下的穩(wěn)定流流量。 /Q （2 2）x x的物理意義的分析的物理意義的分析 x x的物理意義就

51、是反映河槽調(diào)節(jié)能力的參數(shù)，其值以的物理意義就是反映河槽調(diào)節(jié)能力的參數(shù)，其值以0.50.5為上限，其值越小則為上限，其值越小則河槽的調(diào)節(jié)作用愈大。河槽的調(diào)節(jié)作用愈大。第33頁/共122頁 （3 3）K K的物理意義的物理意義，因：/KQW ，在穩(wěn)定流時而QWQWK/KQQQQQQ00/0/，所以此時 所以所以K K的物理意義：穩(wěn)定流流量在河段上的傳播時間。的物理意義：穩(wěn)定流流量在河段上的傳播時間。 綜上所述，要提高馬斯京根法的計(jì)算精度，必須考慮綜上所述，要提高馬斯京根法的計(jì)算精度，必須考慮x x、K K值的變化。值的變化。 4 4、分段連續(xù)流量演算法、分段連續(xù)流量演算法 用馬斯京根法進(jìn)行流量演算

52、時，當(dāng)入流過程漲洪歷時較短，而洪水傳播時間K長的河段，無論 取何值，都無法滿足馬斯京根法的兩個線性假定，此時只能將實(shí)際河段按 分成n段，對各段分別采用馬斯京根法進(jìn)行連續(xù)流量演算，從而將上游站的入流過程演算為下游站的出流過程。 tntK的確定和、單元河段參數(shù)nKxnn) 1 ( 如果已知整個河段的L，x，K。則首先根據(jù)實(shí)際情況選定計(jì)算時段 ，tnLltKKKntKnnn，又，則：令Llx221Lxl)21 ( nnnlLxllx2)21 (21221nLln而2)21 (212)21 (21xnlnlxxnnn第34頁/共122頁 如果有特征河長l而無整個河段的K、x。根據(jù)實(shí)際情況選定計(jì)算時段

53、， t)(21VCllxlLntCltKknnnknn，則令 （2 2）匯流系數(shù)的推求）匯流系數(shù)的推求 匯流系數(shù)匯流系數(shù)匯流曲線各個時段末的縱坐標(biāo)所組成的一個有序系列。匯流曲線各個時段末的縱坐標(biāo)所組成的一個有序系列。1234n1mu2mu3mumnutt-1011.0mnut下游斷面出流過程0時段末： 02102001CCCCO001Cum是時段數(shù)，n是河段數(shù)1時段末： 2010210210CCCCCCCO20111CCCu2時段末： )(002012102CCCCCCO)(201221CCCCum時段末：)(201121CCCCumm第35頁/共122頁用數(shù)學(xué)歸納法可將匯流系數(shù)歸納成如下公式

54、：niiiminimnnnimmACCBumCu12000)00()0(，201CCCA)!()!1()!1( !)!1( !imniimnBi （3 3）匯流系數(shù)的應(yīng)用）匯流系數(shù)的應(yīng)用 有了 匯流系數(shù)查用表，又確定了 值，就可以根據(jù)演算參數(shù)，查出相應(yīng)的匯流系數(shù)，而后根據(jù)入流過程求得出流過程。方法同前，所不同的是應(yīng)所不同的是應(yīng)該用各個時段末的瞬時入流量乘以匯流系數(shù)。該用各個時段末的瞬時入流量乘以匯流系數(shù)。nKt nnKx 、 在前一章介紹了如何采用相應(yīng)水位（流量）法相應(yīng)水位（流量）法以及流量演算法流量演算法進(jìn)行河段洪水預(yù)報(bào)。這兩種方法都是根據(jù)河段上游站已出現(xiàn)的水情來預(yù)報(bào)下游站未來水情的方這兩種

55、方法都是根據(jù)河段上游站已出現(xiàn)的水情來預(yù)報(bào)下游站未來水情的方法。法。但是在中、小河流，預(yù)報(bào)站的上游通常沒有控制河道上游來水的水文站，所以不能應(yīng)用前面的方法來進(jìn)行預(yù)報(bào)，即使有水文站，但由于徑流匯集比較快，用河段洪水預(yù)報(bào)方法不能滿足對預(yù)見期的要求，此時如果根據(jù)預(yù)報(bào)站以上流域的降雨量來進(jìn)行預(yù)報(bào)，就可以獲得較長的預(yù)見期。另外在大流域用相應(yīng)水位（流量）法或流量演算法作預(yù)報(bào)，也常常遇到要根據(jù)降雨計(jì)算區(qū)間入流的問題。所以，降降雨徑流預(yù)報(bào)是一種最基本、重要的預(yù)報(bào)方法，它的理論依據(jù)就是降雨徑流形成的雨徑流預(yù)報(bào)是一種最基本、重要的預(yù)報(bào)方法，它的理論依據(jù)就是降雨徑流形成的物理過程，預(yù)見期就是暴雨在流域上的匯流時間。物

56、理過程，預(yù)見期就是暴雨在流域上的匯流時間。 第36頁/共122頁 降雨徑流預(yù)報(bào)分為兩個部分：降雨經(jīng)過產(chǎn)流計(jì)算（扣損計(jì)算）得到凈雨量及其過程降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào)；降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào)；凈雨過程經(jīng)過匯流計(jì)算推求流域出口斷面的徑流過程線徑流過程線預(yù)報(bào)（流域匯流預(yù)報(bào)）。徑流過程線預(yù)報(bào)（流域匯流預(yù)報(bào)）。第三章第三章 降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào)降雨產(chǎn)流量預(yù)報(bào) 這一章實(shí)際上就是如何由降雨量推求產(chǎn)流量（徑流量、凈雨量），就是產(chǎn)流如何由降雨量推求產(chǎn)流量（徑流量、凈雨量），就是產(chǎn)流計(jì)算的問題，即為扣損計(jì)算的問題。計(jì)算的問題，即為扣損計(jì)算的問題。第一節(jié)第一節(jié) 產(chǎn)流量計(jì)算概述產(chǎn)流量計(jì)算概述 流域產(chǎn)流量計(jì)算實(shí)質(zhì)上是一個水量平衡問題，所以其主要

57、依據(jù)是流域的水量平衡方程。 其它引交RRRWWWEPRSP1tttttWWEPR)(1tttttWWEPR 關(guān)于扣損的方法目前比較多，不同的扣損方法就形成了不同的產(chǎn)流計(jì)算的方法，就構(gòu)成了不同的降雨徑流量預(yù)報(bào)方法。 預(yù)報(bào)途徑預(yù)報(bào)途徑 產(chǎn)流數(shù)學(xué)模型法的模擬流域產(chǎn)流規(guī)律的在上述基礎(chǔ)上發(fā)展起來法）下滲曲線法（初損后損降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法第37頁/共122頁產(chǎn)流方式產(chǎn)流方式 型法法）、超滲產(chǎn)流數(shù)學(xué)模下滲曲線法（初損后損超滲產(chǎn)流滿產(chǎn)流數(shù)學(xué)模型法降雨徑流相關(guān)圖法、蓄蓄滿產(chǎn)流第二節(jié)第二節(jié) 產(chǎn)流方式的論證產(chǎn)流方式的論證 流域產(chǎn)流方式的論證途徑一般有以下幾個方面： 一、流量過程線分析一、流量過程線分析 流域出口斷

58、面的流量過程線是氣候因素和下墊面因素綜合作用的產(chǎn)物，所以其形狀和特征可以反映一個流域的產(chǎn)流特點(diǎn)。 為了定量地描述洪水過程線的對稱性，常將實(shí)測的洪水過程線轉(zhuǎn)化為總量為1.0的比例過程線，然后用下式計(jì)算形狀不對稱系數(shù)：2323)()(BtBtSttqttqC末的縱坐標(biāo)為比例過程線各個時段ittQtQq 注意上述方法只適用于孤立洪水，對復(fù)式洪水不適用。注意上述方法只適用于孤立洪水，對復(fù)式洪水不適用。 二、氣候、地理和下墊面特征分析二、氣候、地理和下墊面特征分析 氣候與產(chǎn)流機(jī)制密切相關(guān)，氣候與產(chǎn)流機(jī)制密切相關(guān)，在氣候濕潤地區(qū)，以蓄滿流為主；在長年氣候干燥地區(qū)，以超滲產(chǎn)流為主。而氣候的干燥與濕潤又與流域

59、所處的地理位置有關(guān)。而氣候的干燥與濕潤又與流域所處的地理位置有關(guān)。下墊面特征包括土壤的機(jī)械物理特征、土層結(jié)構(gòu)、土壤含水量、植被、地形、地下水，它們對產(chǎn)流方式的影響在水文學(xué)原理中已介紹過。 三、綜合分析三、綜合分析第38頁/共122頁 第三節(jié)第三節(jié) 降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法 降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)圖法根據(jù)實(shí)測的雨洪資料建立次降雨量與次徑流量之間的相關(guān)圖，然后利用此降雨徑流相關(guān)圖進(jìn)行產(chǎn)流量預(yù)報(bào)。 次降雨徑流相關(guān)圖次降雨徑流相關(guān)圖以每次降雨的流域面平均降雨量為縱坐標(biāo)，以它所產(chǎn)生的徑流量為橫坐標(biāo)，以影響降雨產(chǎn)流的主要因素為參數(shù)建立的一種復(fù)相關(guān)圖。 一、相關(guān)要素的計(jì)算一、相

60、關(guān)要素的計(jì)算 （一）流域次平均降雨量的計(jì)算（一）流域次平均降雨量的計(jì)算關(guān)鍵是次降雨的劃分方法關(guān)鍵是次降雨的劃分方法 次降雨的劃分方法從降雨過程與實(shí)測洪水過程線的配合圖上來劃分：如果降雨的間隙引起了洪水過程線的明顯的漲落變化，那么應(yīng)劃分為兩次降雨。 （二）次洪徑流量的計(jì)算（二）次洪徑流量的計(jì)算（對應(yīng)于書上P23頁的第四節(jié)內(nèi)容） 一次降雨所形成的徑流量可以由流域出口斷面處的實(shí)測洪水過程線來計(jì)算。但是實(shí)測的流量過程線上，除了包括本次降雨所形成的徑流量以外（坡面流、壤中流、淺層地下徑流），往往還包括前期洪水未退完的部分水量以及非本次降雨所形成的深層地下徑流（基流）。所以在計(jì)算由本次降雨所形成的徑流深時