水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)

1、.水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)澴河流域洪水預(yù)報(bào)方案編制姓名：韓夕林學(xué)號：2014*組號：15:目錄一、設(shè)計(jì)目的1二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)2任務(wù)一、A 站降雨徑流相關(guān)圖制作與預(yù)報(bào)21流域自然地理特征22水文氣象特征33預(yù)報(bào)站基本情況34水利工程概況35預(yù)報(bào)方案編制說明45.1流域特征提取45.2水文數(shù)據(jù)整理55.2.1雨量站權(quán)重55.2.2原始流量資料格式處理55.2.3歷年最枯流量平均值65.2.4流域平均蓄水容量WM65.2.5流域月蒸發(fā)能力Em75.2.6消退系數(shù)K75.2.7退水曲線85.2.8蓄泄關(guān)系曲線105.3產(chǎn)流分析115.3.1產(chǎn)流模式115.3.2洪峰流量頻率分析125.3.3產(chǎn)流量計(jì)算145.

2、4水源劃分185.4.1兩場洪水分析Fc185.4.2Fc分析215.5匯流分析225.5.1單位線225.5.2線性水庫245.5.3水位流量關(guān)系圖246方案的檢驗(yàn)、評定256.1產(chǎn)流方案檢驗(yàn)評定256.2匯流方案檢驗(yàn)評定277預(yù)報(bào)方案的應(yīng)用和注意事項(xiàng)288方案作業(yè)預(yù)報(bào)應(yīng)用28任務(wù)二、A 站與 H 站相應(yīng)水位流量法預(yù)報(bào)291預(yù)報(bào)站基本情況292水利工程概況293預(yù)報(bào)方案編制說明303.1基本資料引用303.2采用方法及有關(guān)處理技術(shù)304方案的檢驗(yàn)、評定305方案作業(yè)預(yù)報(bào)應(yīng)用30三、課程設(shè)計(jì)的總結(jié)與心得32附錄33一、設(shè)計(jì)目的 流域洪水預(yù)報(bào)方案的用途：洪水預(yù)報(bào)方案是現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的核

3、心部分，是提高預(yù)報(bào)精度和增長預(yù)見期的關(guān)鍵技術(shù)。對水資源可持續(xù)利用：流域水文模型是水資源評價(jià)、開發(fā)、利用和管理的理論基礎(chǔ)。對水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)：流域水文模型是構(gòu)建面污染模型和生態(tài)評價(jià)模型的主要平臺。本次課程設(shè)計(jì)的目的是通過一個(gè)具體的降雨徑流預(yù)報(bào)方案的制作，使學(xué)生了解生產(chǎn)單位對預(yù)報(bào)任務(wù)的要求。 洪水預(yù)報(bào)方案是現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，是提高預(yù)報(bào)精度和增長預(yù)見期的關(guān)鍵技術(shù)。對水資源可持續(xù)利用而言，流域水文模型是水資源評價(jià)、開發(fā)、利用和管理的理論基礎(chǔ)。對水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)而言，流域水文模型是構(gòu)建面污染模型和生態(tài)評價(jià)模型的主要平臺。流域水文模型亦為分析研究氣候變化和人類活動對洪水、水資源和

4、水環(huán)境影響的有效工具。通過課程設(shè)計(jì)，要求掌握如下內(nèi)容： 流域綜合退水曲線、地下水退水曲線的制作以及次洪分割方法； 掌握次洪徑流深及地面、地下流量分割方法； 掌握降雨徑流相關(guān)圖（API 模型）編制的完整過程； 流域經(jīng)驗(yàn)單位線的推求方法； 洪水預(yù)報(bào)方案精度評定方法； 利用預(yù)報(bào)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)方法； 相應(yīng)水位流量預(yù)報(bào)方案的制作方法； 利用相應(yīng)水位流量法進(jìn)行河道洪水預(yù)報(bào)。 水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)對應(yīng)工程教育認(rèn)證要求：畢業(yè)要求 4. 研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括方案設(shè)計(jì)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論，具有歸納、整理、分析研究結(jié)果，撰寫報(bào)告能力。 畢業(yè)

5、要求5. 使用現(xiàn)代工具：能夠針對復(fù)雜工程問題，掌握計(jì)算機(jī)、文獻(xiàn)檢索、科技方法等現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。 支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：能夠獨(dú)立對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析、整理及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、研究報(bào)告或論文。 研究報(bào)告結(jié)論合理有效，能解決某個(gè)具體復(fù)雜工程任務(wù)。 針對具體復(fù)雜工程問題，能選擇、使用與開發(fā)恰當(dāng)?shù)墓ぞ摺?能對復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。 二、課程設(shè)計(jì)任務(wù) 任務(wù)一、A 站降雨徑流相關(guān)圖制作與預(yù)報(bào)1 流域自然地理特征澴河，古稱澴水，發(fā)源于河南省羅山縣與湖北省大悟縣接壤的靈山。澴河流域界于東經(jīng)113°12114°33，北緯30&#

6、176;2631°29之間，主要在湖北省孝感市境內(nèi)，干流全長150.8公里，流域面積3618平方公里。距河口57km處有A水文站，控制面積為2591km，占流域面積的71.6% ，干流長130.5公里，河床平均坡度0.97。A站控制流域水系圖及A站站網(wǎng)一覽表見下。圖 1 A站控制流域水系圖圖 2 流域水系地圖表 1 A站站網(wǎng)一覽表A站站網(wǎng)一覽表站名站別集水面積（km²）坐標(biāo)設(shè)立日期資料系列長（年）東經(jīng)北緯A水文站257113°580031°1500195652B水庫站272114°130031°50001972.555C雨量站2751

7、14°170031°3900195955D水文站459114°070031°3200195855E水文站417114°001131°3712196050F水文站433113°503031°36421931.155G雨量站478113°561231°27431959552 水文氣象特征流域?qū)儆诟睙釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。一月份是本流域最冷的月份，多年最低氣溫南部在零下68，北部在零下79。七月份一般是本流域最熱的月份，多年最高氣溫南部在37左右，北部在37以上。流域內(nèi)雨量充沛，多年平

8、均雨量在1150mm左右。各年雨量的變化比較大，一般在均值上下200mm以內(nèi)，最多的1969年 （13001600mm）比最少的1966年（650800mm）多一倍。全流域各地雨量多集中在59月，最大一日雨量：1968年7月13日為355.2mm。歷史實(shí)測最大洪水位1996年7月17日，洪峰流量6060m³/s，洪峰水位39.95m。3 預(yù)報(bào)站基本情況A水文站于1956年設(shè)立，屬國家駐測重要站。經(jīng)常性監(jiān)測項(xiàng)目有降水、蒸發(fā)、水位、流量、水質(zhì)、泥沙、地下水位、土壤墑情等。該站位于東經(jīng)113°58，北緯31°15，引用的絕對基準(zhǔn)面為黃海基面，采用基面為凍結(jié)基面。A站設(shè)防

9、水位36.50m，警戒水位37.50m，保證水位39.95m。水位級別劃分：38.5m以上為高水，34.00m38.50m為中水，34.00m以下為低水。預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)流量大于1000m³/s時(shí)，需要作業(yè)預(yù)報(bào)。A站系河流中下游控制站，集水面積為257km²。4 水利工程概況該流域內(nèi)有中型水庫6座，總庫容2.1789×108m³，控制面積225.8km²，占流域面積的8.7%；有小型水庫306座，控制面積424km²，占流域面積的16.4%。水庫總控制面積占流域面積的25.1%。A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽表見下。表 2 A站流域內(nèi)水庫基本

10、情況一覽表A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽表序號水庫名稱水庫類型集雨面積（km²）所在流域面積（km²）總庫容（萬m³）1R1中型70259158402R2中3中型50259177644R4中型32.2259121625R5中型37259132826R6中型19.6259111805 預(yù)報(bào)方案編制說明 5.1 流域特征提取本文使用ArcGIS軟件對流域特征進(jìn)行提取。ArcGIS是由ESRI出品的一個(gè)地理信息系統(tǒng)系列軟件的總稱。ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個(gè)可伸縮的，全面的GIS平臺。筆者用ArcGIS對流域特征進(jìn)行提取的方法流程如下。數(shù)據(jù)結(jié)果

11、見圖 1 A站控制流域水系圖和表 2 A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽表。圖 3 流域特征提取方法流程圖5.2 水文數(shù)據(jù)整理5.2.1 雨量站權(quán)重本文降雨資料為7個(gè)站點(diǎn)的逐日降雨數(shù)據(jù)和部分降雨摘錄表。逐日降雨數(shù)據(jù)提供了各個(gè)雨量站點(diǎn)每天總的降雨量，降雨部分摘錄表提供了時(shí)段降雨量，在汛期雨量較大時(shí)時(shí)段比較短，在枯水期雨量較少時(shí)時(shí)段比較長。預(yù)報(bào)所需的降雨應(yīng)為A站控制流域內(nèi)的總的降雨數(shù)據(jù)，本文采用泰森多邊形法計(jì)算流域平均雨量。筆者通過ArcGIS制作泰森多邊形并計(jì)算各站點(diǎn)集水面積方法流程如下。各站點(diǎn)集水面積數(shù)據(jù)見表 3 雨量站面積權(quán)重表。圖 4 集水面積計(jì)算方法流程圖再通過泰森多邊形面積對雨量站雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行

12、面積加權(quán)平均，得到各雨量站雨量權(quán)重情況見下表。表 3 雨量站面積權(quán)重表雨量站面積權(quán)重表站名ABCDEFG集水面積（km²）257272275459417433478面積權(quán)重0.100.110.110.180.160.170.185.2.2 原始流量資料格式處理流量資料從A站水文要素摘錄表中可以得到。需要注意的是，年、月、日、時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)列需對格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其在一列單元格中體現(xiàn)。方法流程如下。圖 5 日期格式轉(zhuǎn)換方法過程5.2.3 歷年最枯流量平均值統(tǒng)計(jì)歷年最枯流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)表格如下。經(jīng)分析計(jì)算歷年最枯流量的平均值為2.22m³/s。表 4 歷年最枯流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表歷年最枯流量

13、數(shù)據(jù)年份1969197019711972197319741975流量（m³/s）4.781.233.71.724.890.038年份1976197719781979198019811982流量（m³/s）1.32.50.300.0271.740.803年份1983198419851986198719881989流量（m³/s）0.412.952.61.4510.20.72.245.2.4 流域平均蓄水容量WMWM是流域平均蓄水容量。本文從所有的歷史實(shí)測資料中選取久旱無雨之后突然一場暴雨引起的洪水來計(jì)算WM。通常逐日降雨量小于10mm的天數(shù)超過10天即可認(rèn)為是久旱。

14、本文采用的是1976年7月14日為起漲日的洪水，命名為“760714洪水”。13日和14日各站降雨量如下。表 5 760714洪水降水?dāng)?shù)據(jù)760714洪水降雨數(shù)據(jù)（mm）時(shí)間ABCDEFG流域平均13日153.842.582.6104.185.245.49886.3014日103.415.160.2102.316.610.79157.60從A站水文要素摘錄表可以知道洪水起漲時(shí)間大約是1976年7月14日凌晨2點(diǎn)。則5.2.5 流域月蒸發(fā)能力Em蒸發(fā)資料從A站逐日水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)可以獲取。原數(shù)據(jù)是歷史實(shí)測蒸發(fā)數(shù)據(jù)，本文需要推求流域蒸散發(fā)能力。尋找每年各月蒸發(fā)量的最大值近似作為本月的蒸發(fā)能力，再取21

15、年的平均值，即可得到該流域各月份的蒸發(fā)能力。提取及計(jì)算MATLAB程序如下：clear;clcdata=xlsread('A站逐日水面蒸發(fā)量表','A2:D7423');year=(data(:,1)-1969).*12;way=year+data(:,2);data1=data(1:321,:);%1969年無12月數(shù)據(jù)，分開算data(1:321,:)=;way1=way(1:321);way(1:321)=;num=zeros(252,1);%21年共252個(gè)月for i=1:11 num(i)=max(data1(find(way1=i),4);endf

16、or i=13:252 num(i)=max(data(find(way=i),4);end %提取各月的最大蒸發(fā)量作為該月蒸發(fā)能力k=reshape(num,12,21);ave=mean(k,2);ave(12)=mean(k(12,2:21),2);%21年的平均蒸發(fā)能力蒸散發(fā)能力數(shù)據(jù)結(jié)果見下表。表 6 多年平均蒸散發(fā)能力Em多年平均蒸散發(fā)能力Em月份JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDec蒸發(fā)能力（mm）3.173.775.247.498.478.849.178.98.044.953.762.675.2.6 消退系數(shù)KK是消退系數(shù)。在考慮到各月蒸發(fā)條件和

17、蒸發(fā)能力不同時(shí)，消退系數(shù)K按月變化，其計(jì)算公式為 （1）其中 為，是土壤最大缺水量，其值近似為土壤蓄水容量,從而計(jì)算得到消退系數(shù)各月數(shù)值如下。表 7 K值表K值表月份JanFebMarAprMayJunJulAugSepOctNovDecK值0.970.960.950.930.920.910.910.910.920.950.960.975.2.7 退水曲線本文從1969年至1989年21年的時(shí)間里選取了16場退水?dāng)?shù)據(jù)，時(shí)間間隔為24小時(shí)。選取退水?dāng)?shù)據(jù)如下。表 8 16場退水流量數(shù)據(jù)16場退水流量數(shù)據(jù)（m³/s）時(shí)012345678910134.0333.9833.9233.8833.

18、8433.833.7733.7733.7433.7233.672867385155814832.124.319.916.815.30361121910967.750.838.529.422.117.8140443.931.62419.215.313.912.610.810.29.78.61533.630.124.92320.31714.912.210.810.10635.3134.3133.9533.7733.6633.533.4433.3933.3533.3233.3744812861.334.322.715.611.38.997.396.470848118710563.844.235.93

19、0.326.12219.116.4972595445403428262523010308122806555474237353233.291130414569.245.832.82623.922.519.81613.11227.520.211.97.115.224.443.22.922.391.381.221355.651.235.726.922.417.314.613.412.111.201415310789.170.952.54236.433.1933.1333.0601523010562.844.933.828.125.723.320.218.820.21613180.845.130.92

20、1.31612.3118.467.45.82由于數(shù)據(jù)系列不夠長，因此對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，使時(shí)間間隔為6h，插值程序如下。data=xlsread('16場洪水退水選取數(shù)據(jù)','B1:M17');data=data't=data(:,1);q=data(:,2:17);tx=t(1):0.25:t(end)'qx=zeros(45,16);for i=1:16 qx(:,i)=interp1(t,q(:,i),tx);endxlswrite('退水插值數(shù)據(jù)',qx);再根據(jù)這已知的16場插值洪水?dāng)?shù)據(jù)在Excel中繪制退水曲線，見

21、圖 6 16場退水圖。通過分析退水曲線，可定退水規(guī)律符合指數(shù)函數(shù)的形式。圖 6 16場退水圖繪制相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖見圖 7 相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖。從圖可以看出，下部曲線大致重合，且接近直線，反映了地下退水特性，因此可以用外包線對其進(jìn)行概括。上部分散的曲線簇用平均曲線進(jìn)行代替，反映平均退水情況。圖 7 相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖其中，黑線是外包線，其斜率為1.0570，則。因?yàn)?，則令，計(jì)算、，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制流域的退水曲線見下圖。圖 8 流域標(biāo)準(zhǔn)退水曲線5.2.8 蓄泄關(guān)系曲線根據(jù)流域退水曲線建立退水段流量與相應(yīng)的退水徑流深之間的相關(guān)關(guān)系，點(diǎn)繪成如下圖所示的關(guān)系曲線。圖 9 蓄泄關(guān)系曲線此為蓄泄關(guān)系曲線，

22、可以用來計(jì)算次洪徑流深。筆者選取1983數(shù)據(jù)年內(nèi)兩場洪水進(jìn)行計(jì)算示例。本文選取“830721洪水”和“830915洪水”進(jìn)行計(jì)算。對兩場洪水流量數(shù)據(jù)插值后點(diǎn)繪流量過程線見圖 10 兩場洪水流量過程線。根據(jù)公式（2）分別計(jì)算兩場洪水徑流深。其中為本次洪水退水流量所相應(yīng)的退水徑流深；為前次洪水退水流量所相應(yīng)的退水徑流深，都由圖 9 蓄泄關(guān)系曲線查得。計(jì)算得到次洪徑流深分別是圖 10 兩場洪水流量過程線5.3 產(chǎn)流分析 5.3.1 產(chǎn)流模式根據(jù)每年各站逐日降雨量和面積權(quán)重得到從1969年到1989年共21年在該流域的平均降雨量計(jì)算表如下。表 9 多年平均降雨量計(jì)算表多年平均降雨量計(jì)算表雨量站點(diǎn)累計(jì)雨

23、量（mm）平均雨量（mm）權(quán)重流域平均雨量（mm）A24059.00 1145.67 0.10 1056.55B24371.60 1160.55 0.11 C23261.20 1107.68 0.11 D23922.00 1139.14 0.18 E21016.50 1000.79 0.16 F19703.30 938.25 0.17 G20913.30 995.87 0.18 可以看到，多年平均降雨量為1056.55mm，超過了1000mm。從所給流量資料里選取兩場洪水，繪制洪水過程線見圖 11 澴河流域洪水過程代表?？梢钥吹皆摿饔虻暮樗^程線不具有對稱性。再結(jié)合該流所處地帶，澴水流域?qū)儆谖?/p>

24、國南方地區(qū)，土壤顆粒較大、結(jié)構(gòu)疏松、植被較高、地下水也比較豐富，因此屬于蓄滿產(chǎn)流區(qū)。圖 11 澴河流域洪水過程代表該流域?qū)儆跐駶櫟貐^(qū),雨量充沛,植被良好,具有蓄滿產(chǎn)流的特點(diǎn),但水利工程和人類活動影響較大,產(chǎn)流方案采用以前期影響雨量 Pa 為參數(shù)的降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)法建立。 5.3.2 洪峰流量頻率分析本文采用年最大值法對所給21年的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本選擇，即尋找各年最大流量作為洪峰流量設(shè)計(jì)的樣本。利用MATLAB對原始資料進(jìn)行提取，得到各年最大流量數(shù)據(jù)如下。表 10 各年最大流量各年最大流量（m³/s）年份1969197019711972197319741975流量35802760944

25、51914309282630年份1976197719781979198019811982流量2050120020025934702321090年份1983198419851986198719881989流量2940110012908443750709879MATLAB提取程序如下：clear;clcnum=zeros(21,1);for temp=1969:1989t1=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'E6:E55');t2=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'

26、;J6:J55');t3=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O6:O55');t4=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'E61:E110');t5=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'J61:J110');t6=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O61:O110');t7=xlsread('A站洪水

27、水文要素摘錄表',num2str(temp),'E116:E165');t8=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'J116:J165');t9=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O116:O165');t=t1;t2;t3;t4;t5;t6;t7;num(temp-1968)=max(t);endv=reshape(num,7,3);v=v'xlswrite('年最大洪峰流量',v);本文不考慮特大洪水的影

28、響，將流量數(shù)據(jù)降序排列，并按照統(tǒng)一處理法計(jì)算頻率，計(jì)算公式如下（3）其中，N是樣本容量，在這里是21，n是序列數(shù)。計(jì)算頻率如下表。表 11 計(jì)算頻率表計(jì)算頻率表序號1234567流量3750358034702940276026302050頻率0.050.090.140.180.230.270.32序號891011121314流量14301290120011001090944928頻率0.360.410.450.500.550.590.64序號15161718192021流量879844709519259232200頻率0.680.730.770.820.860.910.95本文采用武漢大學(xué)水文

29、頻率分布曲線適線軟件（徐磊改版）-連續(xù)系列進(jìn)行適線。適線結(jié)果圖如下。獲取兩年一遇洪峰設(shè)計(jì)值為1318.02m³/s。圖 12 洪峰流量頻率曲線筆者的數(shù)據(jù)年是1983年，從1983年的A站水文摘錄表中選擇洪峰為1370m³/s的洪水進(jìn)行分析，其起漲日為1983年9月15日，故命名為“830915洪水”。對洪水流量進(jìn)行插值，間隔為6個(gè)小時(shí)，插值主要程序如下：clc;clear;a=textread('插值數(shù)據(jù).txt');b=interp1(a(:,1),a(:,2),a(1,1):0.25:a(end,1);繪制流量過程線如下：圖 13 830915洪水流量過

30、程線5.3.3 產(chǎn)流量計(jì)算前期雨量指數(shù)Pa的計(jì)算公式為（4）其中， 是第t+1日的前期雨量指數(shù)，k是月消退系數(shù)， 是第t日的降雨量， 是第t日的前期雨量指數(shù)。本文選取1983年9月15日前的75天作為計(jì)算9月15日前期雨量指數(shù)的預(yù)熱期，即7月2日至9月14日。先取各站逐日降雨量計(jì)算流域平均降雨量，假設(shè)7月2日的前期雨量指數(shù)，再按照公式（4）逐個(gè)計(jì)算各日的前期雨量指數(shù)。Pa值計(jì)算趨勢如圖 14 Pa值計(jì)算趨勢圖?？梢钥吹?，取不同的初始Pa值對計(jì)算9月15日的前期雨量指數(shù)并沒有影響，都是32.1mm，這就是預(yù)熱期的作用。圖 14 Pa值計(jì)算趨勢圖蓄滿產(chǎn)流模型：（5）（6）（7）（8）其中，b是常數(shù)

31、，反映流域包氣帶蓄水容量分布的不均勻性。W是初始土壤含水量，在這里數(shù)值上可以理解成前期雨量。WM是流域平均蓄水容量。當(dāng)b=0.4時(shí)，假設(shè)初始土壤含水量W=20mm，那么如果降雨量PE=20mm，由于a+PE=40.63<140，則代入（7）式，按照此方法，算得不同W情況下的PE和R的數(shù)據(jù)列，表格如下。表 12 降雨徑流關(guān)系表b=0.4時(shí)降雨徑流關(guān)系表三要素（mm）W=0W=20W=40W=60W=80PER0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.14 0.78 1.54 2.52 3.99 20.00 0.59 1.89 3.46 5.51 8.64

32、30.00 1.35 3.35 5.79 9.00 14.12 40.00 2.43 5.18 8.56 13.09 20.77 50.00 3.87 7.42 11.82 17.86 30.00 60.00 5.68 10.09 15.64 23.50 40.00 70.00 7.89 13.24 20.09 30.41 50.00 80.00 10.54 16.93 25.31 40.00 60.00 90.00 13.66 21.23 31.57 50.00 70.00 100.00 17.31 26.27 40.00 60.00 80.00 110.00 21.57 32.27 50.

33、00 70.00 90.00 120.00 26.56 40.00 60.00 80.00 100.00 130.00 32.49 50.00 70.00 90.00 110.00 140.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 150.00 50.00 70.00 90.00 110.00 130.00 通過此表繪制降雨徑流相關(guān)圖如下：圖 15 b=0.4時(shí)不同W下降雨徑流相關(guān)圖針對830915洪水而言，W=32.1mm，其降雨徑流相關(guān)圖如下。圖 16 83915洪水降雨徑流相關(guān)圖根據(jù)流域平均雨量計(jì)算方法得到830915洪水降雨量為110.0mm，從A站逐日水面

34、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)查得蒸發(fā)5mm，因此，扣除雨期后的PE值為100.4mm。查圖 16 83915洪水降雨徑流相關(guān)圖得到產(chǎn)流量R=34.7mm。本文對“830915洪水”進(jìn)行探究，研究不同b對降雨徑流相關(guān)圖的影響，根據(jù)前文計(jì)算，得到Pa=32.1mm，比較圖如下：圖 17 W=32.1mm時(shí)不同b值對降雨徑流相關(guān)圖影響從圖中單獨(dú)一條線可以看出，隨著降雨量的增加，前階段局部產(chǎn)流，降雨量的增加對徑流深影響較小，徑流深增加較慢，因?yàn)橛幸徊糠纸邓枰獫M足土壤含水量，等到全流域產(chǎn)流，即為圖中后階段的線性增加時(shí)，土壤水量已飽和，降水量全部用來產(chǎn)生徑流，后階段的降水對徑流深的影響因此特別大。再從參數(shù)b的角度來看，可

35、以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)b對后階段的全流域產(chǎn)流情況沒有影響。從前階段的局部產(chǎn)流階段可以看出，b值越大，降水量對徑流深的影響越大，即表現(xiàn)為流域包氣帶蓄水容量分布越不均勻，降水量更容易產(chǎn)生次洪徑流深。5.4 水源劃分5.4.1 兩場洪水分析Fc本文采用斜線分割的方法對830915洪水進(jìn)行徑流成分劃分，見下圖。圖 18 830915洪水斜線分割對地下徑流深采用差分和的辦法進(jìn)行計(jì)算，公式如下（9）其中，為分割線上的插值流量值。得到地下徑流深從各個(gè)雨量站獲取雨量數(shù)據(jù)，由于各雨量站點(diǎn)記錄時(shí)刻不一致，因此先對各個(gè)雨量站點(diǎn)的雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，再通過泰森多邊形進(jìn)行面積加權(quán)平均，本文雨量時(shí)段步長取2小時(shí)，扣除預(yù)期蒸發(fā)損失后繪

36、制降水柱形圖如下：圖 19 830915洪水時(shí)段降雨圖根據(jù)前文830915洪水降雨徑流相關(guān)圖查得到各累積徑流深與降雨的關(guān)系如下表。表 13 累積降雨與累積徑流深關(guān)系表累積降雨與累積徑流深關(guān)系累積降雨（mm）1.99.425.047.168.791.5105.5108.7累積徑流深（mm）0.20 1.14 3.71 8.28 15.01 25.17 34.05 36.70 由此，時(shí)段降雨對應(yīng)的時(shí)段徑流深為累積徑流深的差分，計(jì)算結(jié)果表如下。表 14 時(shí)段徑流量時(shí)段徑流量PE（mm）1.97.515.519.420.422.114.13.2r（mm）0.20 0.93 2.57 4.57 6.73

37、 10.15 8.88 2.65 根據(jù)公式（10）利用計(jì)算機(jī)仿真得到 仿真程序關(guān)鍵部分如下：temp=ones(1000,1);for i=1:1000FC=i/100;rg=sum(FC.*r(find(PE>FC)./PE(find(PE>FC)+sum(r(PE<=FC);temp(i)=abs(rg-RG);%RG=7.6endn=find(temp=min(temp);FC=n/100;由于此處將與時(shí)段采用的2小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，因此真實(shí)的穩(wěn)滲率值 按照同樣的方法對840715洪水分析Fc。以1984年5月17日至1984年7月17日作為此次洪水前期雨量的計(jì)算預(yù)熱期，按

38、照前文相似方法計(jì)算得到前期雨量為48.3mm。據(jù)此，通過蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算其降雨徑流相關(guān)關(guān)系，制成降雨徑流相關(guān)圖如下。圖 20 840715洪水降雨徑流相關(guān)圖通過水文摘錄得到840718洪水降雨時(shí)程分布圖如下。圖 21 840718洪水降雨時(shí)段分布圖通過降雨徑流相關(guān)圖和降雨時(shí)段分布表可以計(jì)算每個(gè)時(shí)段徑流深如下表。表 15 840718洪水時(shí)段降雨與時(shí)段徑流深時(shí)段降雨與時(shí)段徑流深（mm）時(shí)段123456PE37.30 11.74 27.81 35.35 1.06 1.41 r14.43 6.74 23.98 35.35 1.06 1.41 圖 22 840718洪水徑流成分分割圖其中黑線與藍(lán)線以下

39、為地下徑流成分，按照前文類似方法求得地下徑流深為 再由試算法通過計(jì)算機(jī)仿真得到 由于時(shí)段間隔為8個(gè)小時(shí)，因此 5.4.2 Fc分析Fc確定方法總結(jié)如下：圖 23 Fc確定方法總結(jié)Fc取值差異對水源劃分的影響：本文Fc主要用來劃分凈雨為地表凈雨和地下凈雨，屬于兩水源劃分。當(dāng)Fc取值較大時(shí)，地表凈雨的比重會偏小，地下凈雨的比重會偏大；當(dāng)Fc取值較小時(shí)，地表凈雨的比重會偏大，地下凈雨的比重會偏小。5.5 匯流分析5.5.1 單位線綜合分析，將凈雨時(shí)段取為6個(gè)小時(shí)，則830915洪水凈雨過程如下表：表 16 830915洪水凈雨過程凈雨過程時(shí)段123凈雨（mm）2.5521.1512.9按照Fc進(jìn)行水

40、源劃分，計(jì)算各時(shí)段地下凈雨得到表格如下：表 17 凈雨劃分凈雨劃分地下凈雨（mm）0.66 2.07 4.87 地面凈雨（mm）1.89 19.08 8.03 本文采用科林試錯(cuò)法推求單位線。由于第二個(gè)時(shí)段的凈雨最大，先假設(shè)是一個(gè)大時(shí)段凈雨，即總的凈雨是一個(gè)大時(shí)段發(fā)生，那么可以把第二個(gè)時(shí)段貢獻(xiàn)的徑流過程計(jì)算出來，再結(jié)合第二個(gè)時(shí)段的凈雨量，即可算出一條單位線q，再通過此單位線將其他兩個(gè)時(shí)段產(chǎn)生的徑流過程推求出來，錯(cuò)開時(shí)段相加，再與總的地面徑流過程相差，即可得到第二個(gè)時(shí)段凈雨貢獻(xiàn)的出流過程，結(jié)合其凈雨量，即可推求單位線q，如此迭代，直至兩單位線近似相同。由A站出口流量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到總的出流過程，

41、再減去歷年最枯流量平均值2.22m³/s，即得到地面出流過程。本文利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真對單位線進(jìn)行試錯(cuò)。主要程序如下。q1=p(2)/sum(p).*Q.*10./p(2);%其中p為凈雨，Q為地面徑流過程q1(1)=;q1(end)=;Qtemp=Q-q1.*p(1)./10;0;0+0;0;q1.*p(3)./10;q2=Qtemp.*10./p(2);t=sum(abs(q2-0;q1;0);i=0;while t>10 q1=q2; q1(1)=;q1(end)=; Qtemp=Q-q1.*p(1)./10;0;0+0;0;q1.*p(3)./10; q2=Qtemp.*

42、10./p(2); t=sum(abs(q2-0;q1;0); i=i+1; if i>1000 break endend得到q1，再通過q1得到的出流過程與實(shí)際出流過程進(jìn)行比較調(diào)整，調(diào)整對比結(jié)果圖如下。繪制830915洪水單位線如下圖。圖 24 830915洪水單位線5.5.2 線性水庫地下徑流匯流過程采用線性水庫計(jì)算，根據(jù)前文得到（11）其中，。時(shí)段為6h。那么 （12）則得到蓄泄常數(shù) 5.5.3 水位流量關(guān)系圖經(jīng)對比分析，A站洪峰水位流量關(guān)系逐年變化，即右移，故需要及時(shí)修改。提取歷年最高水位、最大洪峰見表 18 歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。率定洪峰水位關(guān)系線見圖 25 水位流

43、量關(guān)系圖。表 18 歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表年份最高水位（m）最大流量（m³/s）196939.23580197038.142760197136.23944197235.54519197337.091430197436.099281975992630197695205019779912001978992001979992591980833470198134.3232198235.75725198338.672940198436.391100198536.71290198636.73844198737.912270198835.667091989

44、35.96879經(jīng)過對數(shù)據(jù)分析，除掉異常點(diǎn)，點(diǎn)繪水位流量關(guān)系如下：圖 25 水位流量關(guān)系圖6 方案的檢驗(yàn)、評定6.1 產(chǎn)流方案檢驗(yàn)評定方案的評定、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范（GB/T 22482-2008）中許可誤差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。該站為河道站，預(yù)報(bào)項(xiàng)目主要為洪峰流量及峰現(xiàn)時(shí)間。表 19 降雨徑流相關(guān)圖預(yù)報(bào)檢驗(yàn)方案檢驗(yàn)評定表序號降雨量P(mm)前期影響雨量Pa(mm)實(shí)測徑流深R(mm)計(jì)算徑流深R(mm)誤差R-R(mm)許可誤差(mm)評定1113.597.511011110.01合格282.551.447.133.9-13.2-0.28合格392.969.451.462.310.90.21不合

45、格4147.121.570.668.6-2-0.03合格5113.470.589.783.9-5.8-0.06合格652.782.23534.9-0.10.00合格750.675.229.325.8-3.5-0.12合格886.835.330.422.1-8.3-0.27合格983.787.975.371.6-3.7-0.05合格10144.837.2788240.05合格11117.152.964.8705.20.08合格1288.349.43537.72.70.08合格1362.577.43339.96.90.21不合格1416161.9110122.912.90.12合格1574.899

46、.768.674.55.90.09合格16208.461.9173.9170.3-3.6-0.02合格17105.244.854.450-4.4-0.08合格1892.478.467.270.83.60.05合格19121.864.865.386.621.30.33不合格20107.67477.781.63.90.05合格21130.447.96978.39.30.13合格2290.346.532.736.84.10.13合格2388.175.767.763.8-3.9-0.06合格2490.744.23534.9-0.10.00合格25104.840.44545.20.20.00合格2682

47、.48068.662.4-6.2-0.09合格27110.350.738.76122.30.58不合格28182.146.1126.2128.220.02合格29128.8100120128.88.80.07合格30151.494.7150146.1-3.9-0.03合格31124.526.543.9517.10.16合格32122.13747.859.111.30.24不合格33201.627.9121.4129.58.10.07合格3474.865.837.640.630.08合格35101.685.584.787.12.40.03合格36176.759.1117.3135.818.50.

48、16合格37106.159.376.165.4-10.7-0.14合格3885.995.364.881.216.40.25不合格3910379.668.982.613.70.20合格40115.4838598.413.40.16合格41195.652.6137.9148.210.30.07合格合格率85.4%6.2 匯流方案檢驗(yàn)評定選760713洪水進(jìn)行檢驗(yàn)評定，地面凈雨數(shù)據(jù)如下：表 20 760713洪水地面凈雨地面凈雨（mm）3.4721.7318.722.7616.414.94通過830915洪水推求的單位線計(jì)算出流過程結(jié)果見圖 26 匯流預(yù)報(bào)出流。圖 26 匯流預(yù)報(bào)出流7 預(yù)報(bào)方案的應(yīng)

49、用和注意事項(xiàng)在推求地面徑流過程時(shí)，單位線為多條，當(dāng)各時(shí)段地面凈雨強(qiáng)度分布不均勻時(shí)，需要考查暴雨中心在流域的位置，即哪一個(gè)站點(diǎn)的降雨強(qiáng)度最大，位置分為暴雨中心在上游、暴雨中心在中游、暴雨中心在下游。分別采用對應(yīng)相應(yīng)暴雨中心位置的單位線進(jìn)行推流。人類活動影響，本方案只考慮中型水庫，對水庫人為的蓄量應(yīng)該進(jìn)行還原。近幾年來河道采砂嚴(yán)重，河床有所下降，如何預(yù)報(bào)洪峰水位。8 方案作業(yè)預(yù)報(bào)應(yīng)用進(jìn)入作業(yè)預(yù)報(bào)工作模式，設(shè)定相應(yīng)降雨開始時(shí)間、初始Pa、預(yù)報(bào)根據(jù)時(shí)間等參數(shù)即可進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)預(yù)報(bào)，分析計(jì)算出該場洪水的洪峰流量。洪峰水位預(yù)報(bào)：通過建立的洪峰水位、洪峰流量相關(guān)圖，用預(yù)報(bào)的洪峰流量查線推求相應(yīng)的洪峰水位。表

50、 21 A站控制流域雨量權(quán)重A站流域泰森多邊形雨量權(quán)重雨量站ABCDEFG權(quán)重0.100.110.110.180.160.170.18預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表見附錄頁表格。任務(wù)二、A 站與 H 站相應(yīng)水位流量法預(yù)報(bào)1 預(yù)報(bào)站基本情況 H 站位于東經(jīng) 113º53´，北緯 30º56´，是河下游控制站，控制面積5157km2。與上游 A 站相距 56.8km，區(qū)間面積2566km2，占該站以上集水面積的49.8%。該站于1956 年 6 月設(shè)立為水文站，1957 年改為水位站至今。引用的絕對基面為黃?；?，本站所用為凍結(jié)基面，凍結(jié)基面以上水位減 2.125m 等于黃?；嬉陨纤?。該站設(shè)防水位 26.50m，警戒水位 27.