水文預報.ppt

1、第五章第五章 水文預報水文預報研究對象：研究對象：本章研究水文現(xiàn)象的客觀規(guī)律，利本章研究水文現(xiàn)象的客觀規(guī)律，利用現(xiàn)時已經(jīng)掌握的水文、氣象資料，預報水文要用現(xiàn)時已經(jīng)掌握的水文、氣象資料，預報水文要素未來變化過程。素未來變化過程。研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：1.短期洪水預報；短期洪水預報；2.枯水預報；枯水預報；3.施工水文預報；施工水文預報； 4.水文實時預報方法。水文實時預報方法。研究目的：研究目的：在防汛工作中，及時準確的水文預在防汛工作中，及時準確的水文預報，是防汛抗洪指揮決策的重要科學依據(jù)；在水報，是防汛抗洪指揮決策的重要科學依據(jù)；在水能、水資源的合理調(diào)度、開發(fā)利用和保護以及航能、水資源的合理調(diào)

2、度、開發(fā)利用和保護以及航運等工作中，都需要有水文預報作指導運等工作中，都需要有水文預報作指導 5.1 概述概述5.2 短期洪水預報短期洪水預報5.3 水文預報精度的評定水文預報精度的評定 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 1. 水文預報的重要作用；水文預報的重要作用；2. 水文預報的水文預報的分類；分類； 3. 水文預報工作的基本程序水文預報工作的基本程序 學習要求學習要求 掌握預見期的定義及水文預報工作的基掌握預見期的定義及水文預報工作的基本程序。本程序。 一、概念一、概念 水文預報：利用實測的水文氣象資料，揭示和預水文預報：利用實測的水文氣象資料，揭示和預測未來水文要素變化的一門水文學科。測未來水文要素變

3、化的一門水文學科。二、水文預報的作用二、水文預報的作用 1.1.水文預報可充分利用水資源，最大限度發(fā)揮水水文預報可充分利用水資源，最大限度發(fā)揮水利工程的效益；利工程的效益； 2.2.在防洪斗爭中，水文預報能事先提供洪水的在防洪斗爭中，水文預報能事先提供洪水的發(fā)生和發(fā)展，為防汛抗險提供情報；發(fā)生和發(fā)展，為防汛抗險提供情報； 3.3.通過水文預報，實現(xiàn)水利工程的優(yōu)化調(diào)度，通過水文預報，實現(xiàn)水利工程的優(yōu)化調(diào)度，更好地處理防洪和興利的矛盾。更好地處理防洪和興利的矛盾。三、水文預報分類三、水文預報分類 1.1.按預報的項目分按預報的項目分 2.按預見期按預見期長短分長短分中長期水文預報（中期水文預報中長

4、期水文預報（中期水文預報預見期為兩周左右，長期水文預預見期為兩周左右，長期水文預報預見期為報預見期為1515天以上一年以內(nèi)）天以上一年以內(nèi)）短期水文預報短期水文預報( (預見期預見期1-21-2天）天）指預報發(fā)布與預報要素出現(xiàn)的時間間距。指預報發(fā)布與預報要素出現(xiàn)的時間間距。水位預報水位預報徑流預報徑流預報冰情預報冰情預報沙情預報沙情預報水質(zhì)預報水質(zhì)預報洪水預報洪水預報枯水預報枯水預報四、水文預報工作的基本程序四、水文預報工作的基本程序 1 1、制定預報方案、制定預報方案 收集水文、氣象資料；收集水文、氣象資料； 建立預報模型建立預報模型即水文預報方案；即水文預報方案； 對模型進行評定和檢驗對模

5、型進行評定和檢驗允許誤差；允許誤差； 2 2、進行作業(yè)預報、進行作業(yè)預報 將現(xiàn)時發(fā)生的水文氣象信息，通過報汛設備迅將現(xiàn)時發(fā)生的水文氣象信息，通過報汛設備迅速傳送到預報中心，隨即經(jīng)過預報方案算出即將發(fā)生速傳送到預報中心，隨即經(jīng)過預報方案算出即將發(fā)生的水文預報要素大小和出現(xiàn)時間，及時將信息發(fā)布出的水文預報要素大小和出現(xiàn)時間，及時將信息發(fā)布出去，供有關部門應用。去，供有關部門應用。 內(nèi)容提要 1. 河段中的洪水波運動；河段中的洪水波運動； 2. 相應水位相應水位(流量流量)法；法； 3. 合成流量法；合成流量法； 4. 流量演算法；流量演算法； 5. 降雨徑流預報。降雨徑流預報。 學習要求 理解相應

6、水位理解相應水位(流量流量)法和合成流量法；法和合成流量法；重點掌握馬斯京根流量演算方法重點掌握馬斯京根流量演算方法 一、河段洪水預報一、河段洪水預報1 1、方法與原理、方法與原理 （1）方法：）方法： 以河槽洪水波運動理論為基礎，由河流上游斷以河槽洪水波運動理論為基礎，由河流上游斷面已出現(xiàn)的水位、流量過程，預報下游斷面將要出現(xiàn)的水位面已出現(xiàn)的水位、流量過程，預報下游斷面將要出現(xiàn)的水位和流量過程。和流量過程。 預見期：洪水波在河段中的傳播時間。預見期：洪水波在河段中的傳播時間。短期洪水預報短期洪水預報降雨徑流預報降雨徑流預報河段洪水預報河段洪水預報AtQAtQ1Q2t1t2BQB2 2、洪水波

7、運動、洪水波運動 河道沿程洪水水面發(fā)生高低起伏的一種波動，稱為河道沿程洪水水面發(fā)生高低起伏的一種波動，稱為洪水波。洪水波。 穩(wěn)定流水面比降穩(wěn)定流水面比降i0、洪水波的水面比降、洪水波的水面比降i。 波前部分波前部分ii0，波后部分，波后部分i0；落洪時，；落洪時， i=A1C1，h2h1。洪水波的扭曲：洪水波的扭曲：洪水波在傳播過程中，波峰向洪水波在傳播過程中，波峰向它的起點逼近，波前長度減小，即它的起點逼近，波前長度減小，即S2C2A1S1，附加比降不斷減小。因而波前，附加比降不斷減小。因而波前水量不斷向波后轉(zhuǎn)移。水量不斷向波后轉(zhuǎn)移。二、相應水位二、相應水位（流量）法（流量）法 根據(jù)河段洪水

8、波根據(jù)河段洪水波運動和變形規(guī)律，利運動和變形規(guī)律，利用河段上斷面的實測用河段上斷面的實測水位水位(流量流量)，預報河段，預報河段下斷面未來水位（流下斷面未來水位（流量）的方法，稱為量）的方法，稱為相相應水位（流量）法。應水位（流量）法。 即建立上、下游站即建立上、下游站同次洪水水位（流量）同次洪水水位（流量）相關圖。相關圖。 相應水位（流量）：相應水位（流量）：同位相的水位（流同位相的水位（流量）。量）。 圖圖5-2-25-2-21 1、基本原理、基本原理（1）相應水位（流量）相應水位（流量） 相應水位（流量）是指在河段同次洪水相應水位（流量）是指在河段同次洪水過程線上，處于同一位相點上、下站

9、的水位過程線上，處于同一位相點上、下站的水位（流量）（流量） 。 如圖如圖5-2-3所示某次洪水過程線上的各個所示某次洪水過程線上的各個特征點，例如上游特征點，例如上游2點洪峰水位經(jīng)過河段傳播點洪峰水位經(jīng)過河段傳播時間時間，在下游站，在下游站2點的洪峰水位，就是同位點的洪峰水位，就是同位相的水位。相的水位。（2）相應水位）相應水位(流量流量)法的基本方程法的基本方程 1)1)無區(qū)間入流：無區(qū)間入流： Q下下,t+= Q上上,t -QL 2)2)有區(qū)間入流有區(qū)間入流q q： Q下下,t+= Q上上,t -QL+q式中，式中，為河段傳播時間為河段傳播時間(預見期預見期);QL上、下游站相應流量的差

10、值，稱為洪水展上、下游站相應流量的差值，稱為洪水展開量。開量。將上式改寫：將上式改寫： Q下下,t+= f(Q上上,t,i) =f（Q上上,t ，Q下下,t ）同理，對于水位：同理，對于水位： Z下下,t+= f(Z上上,t，i) =f（Z上上,t ，Z下下,t ）2 2、無支流河段的相應水位預報、無支流河段的相應水位預報 在制定相應水位法的預報方案時，一般在制定相應水位法的預報方案時，一般采取水位過程線上的特征點，如洪峰等，作采取水位過程線上的特征點，如洪峰等，作出該特征點的相應水位關系曲線與傳播時間出該特征點的相應水位關系曲線與傳播時間曲線。曲線。 （1）簡單的相應水位法）簡單的相應水位法

11、 在無支流匯入的河段上，若影響洪水波傳播的在無支流匯入的河段上，若影響洪水波傳播的因素比較單純，可用簡單的相應水位法。因素比較單純，可用簡單的相應水位法。 - - 預報方案：預報方案：根據(jù)上游站和下游站的實測水位過根據(jù)上游站和下游站的實測水位過程線，摘錄相應的特征點即洪峰水位值及其出現(xiàn)時程線，摘錄相應的特征點即洪峰水位值及其出現(xiàn)時間間( (見表見表5-2-1)5-2-1)，并繪制相應洪峰水位相關曲線及，并繪制相應洪峰水位相關曲線及其傳播時間曲線其傳播時間曲線( (圖圖5-2-4)5-2-4)作為預報方案。作為預報方案。 - - 作業(yè)預報：作業(yè)預報：按按t t時上游出現(xiàn)的洪峰水位時上游出現(xiàn)的洪峰

12、水位(Z(Z上，上，t t) )，在在(Z(Z上，上，t tZ Z上，上，t+t+) )曲線上查得曲線上查得(Z(Z下，下，t+t+) )，在，在(Z(Z上，上，t t)曲線上查得曲線上查得，從而預報出，從而預報出t+t+時下游將要時下游將要出現(xiàn)的洪峰水位出現(xiàn)的洪峰水位(Z(Z上，上，t+t+) )。 表表5-2-1 5-2-1 長江萬縣站三斗坪站相應洪峰水位及傳播時間長江萬縣站三斗坪站相應洪峰水位及傳播時間（2）以下游站同時水位為參數(shù)的相應水位法）以下游站同時水位為參數(shù)的相應水位法 下游站同時水位下游站同時水位Z Z下，下，t t就是上游站水位就是上游站水位Z Z上，上，t t出出現(xiàn)時刻的下

13、游水位，它與現(xiàn)時刻的下游水位，它與Z Z上，上，t t一起能反映一起能反映t t時刻的時刻的水面比降變化，同時也間接地反映區(qū)間入流和斷面水面比降變化，同時也間接地反映區(qū)間入流和斷面沖淤以及回水頂托等因素的影響。沖淤以及回水頂托等因素的影響。 - - 預報方案：預報方案：制作預報方案時，以下游站同時水位制作預報方案時，以下游站同時水位Z Z下，下，t t為參數(shù)作等值線，分別繪制為參數(shù)作等值線，分別繪制Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t Z Z下，下，t+t+和和Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t 相關曲線，如圖相關曲線，如圖5-2-55-2-5所示。所示。 - - 作業(yè)預報：作業(yè)

14、預報：按按t t時刻的水位時刻的水位Z Z上，上，t t及及Z Z下，下，t t，按圖，按圖5-5-2-52-5的箭頭方向查得的箭頭方向查得Z Z下，下，t+t+和和，從而預報出，從而預報出t+t+時下游將要出現(xiàn)的洪峰水位時下游將要出現(xiàn)的洪峰水位Z Z上，上，t+t+。（3）以上游站漲差為參數(shù)的水位相關法）以上游站漲差為參數(shù)的水位相關法 洪水波通過某一斷面時，波前的附加比降為正，洪水波通過某一斷面時，波前的附加比降為正，使?jié)q水過程的漲率使?jié)q水過程的漲率ZZ上上/t/t為正；波后的附加比降為正；波后的附加比降為負，使落水過程的漲率為負。因此，為負，使落水過程的漲率為負。因此， 水位水位( (流量

15、流量) )過程線的漲過程線的漲( (落落) )率在很大程度上反映了附加比降和率在很大程度上反映了附加比降和水面比降的大小。水面比降的大小。 - - 預報方案：預報方案：圖圖5-2-65-2-6是長江萬縣水文站宜昌水是長江萬縣水文站宜昌水文站河段以文站河段以QQ上上為參數(shù)的水位預報方案。為參數(shù)的水位預報方案。 - - 作業(yè)預報：作業(yè)預報：已知已知t t時刻的時刻的Z Z上，上，t(t(或或Z Z下，下，t t) )、ZZ上上( (或或QQ上上) )，在圖上查出預報的下游水位，在圖上查出預報的下游水位Z Z下，下，t+t+ 和和預見期為預見期為 。 三、合成流量法三、合成流量法 1 1、原理、原理

16、 當河段中有支流匯入時，當河段中有支流匯入時，下斷面下斷面B B處的洪水是上斷面洪水處的洪水是上斷面洪水A A和支流和支流C C、D D等組成的，即等組成的，即BDCAnititiQfQ1,)(上下BDCAnititiQfQ1,)(上下 關鍵：關鍵：確定干、支流傳播時間。確定干、支流傳播時間。 該法的預見期取決于上游各該法的預見期取決于上游各站中傳播時間最短的一個。站中傳播時間最短的一個。1)一般情況下，上游各站中以干一般情況下，上游各站中以干流站的流量為最大，從預報精度流站的流量為最大，從預報精度的要求出發(fā)，常常用它的傳播時的要求出發(fā)，常常用它的傳播時間間作為預報方案的預見期。作為預報方案的

17、預見期。 上游干流實測流量上游干流實測流量 + 支流錯開支流錯開傳播時間的流量傳播時間的流量=合成流量合成流量2)支流傳播時間小于干流站的傳支流傳播時間小于干流站的傳播時間，需對該支流站的相應流播時間，需對該支流站的相應流量作出預報。量作出預報。2 2、預報方案制作、預報方案制作 a.a.相關曲線較好，相關曲線較好，如圖如圖5-2-7所示。所示。 b.b.相關曲線較不好時，應建立以下游站同時水位相關曲線較不好時，應建立以下游站同時水位 或流量或流量為參數(shù)的相關曲線。如圖為參數(shù)的相關曲線。如圖5-2-8所示。所示。圖圖5-2-7圖圖5-2-8例：例： 流域情況流域情況見右圖。見右圖。試用合成試用

18、合成法預報南法預報南平流量。平流量。圖圖5-2-9四、流量演算法四、流量演算法 1 1、基本原理、基本原理 洪水波的演進與變形可用圣維南洪水波的演進與變形可用圣維南（Saint-Venant）方程組描述。）方程組描述。 水文上將其連續(xù)方程簡化為河段水量水文上將其連續(xù)方程簡化為河段水量平衡方程，把動力方程簡化為槽蓄方程，平衡方程，把動力方程簡化為槽蓄方程，然后聯(lián)立求解，將河段的入流過程演算為然后聯(lián)立求解，將河段的入流過程演算為出流過程。這就是流量演算法。出流過程。這就是流量演算法。S S河段蓄水量，河段蓄水量，m m3 3/s/sh h；Q Q河段流量，河段流量， m m3 3/s/s當河段有區(qū)

19、間入流當河段有區(qū)間入流q q時，則式時，則式（1 1）的左邊應增加（）的左邊應增加（q q1 1+q+q2 2）t/2t/2一項。一項。(1)(2)關鍵：建立槽蓄曲線（方程）關鍵：建立槽蓄曲線（方程）圖圖5-2-102 2、馬斯京根法及其槽蓄曲線方程、馬斯京根法及其槽蓄曲線方程 （1）馬斯京根法）馬斯京根法 1938年年 G.T.McCarthy 美國馬斯京根河流域而得美國馬斯京根河流域而得名。名。 （2）馬斯京根槽蓄曲線方程）馬斯京根槽蓄曲線方程 洪水波產(chǎn)生附加比降，漲洪時，流量大，槽蓄量洪水波產(chǎn)生附加比降，漲洪時，流量大，槽蓄量S大；落洪時，流量小，槽蓄量大；落洪時，流量小，槽蓄量S小。故

20、小。故SQ關系曲線隨關系曲線隨水面比降水面比降i變化。即：變化。即： S=f(Q,i) 馬斯京根槽蓄曲線方程中，河段槽蓄量兩部分組成：馬斯京根槽蓄曲線方程中，河段槽蓄量兩部分組成： a 柱蓄柱蓄 b 楔蓄楔蓄 下斷面出流量只能反映河段內(nèi)的柱蓄，唯有采用上斷面的入下斷面出流量只能反映河段內(nèi)的柱蓄，唯有采用上斷面的入流量作為參數(shù)時，才能反映河段內(nèi)的全部蓄量。流量作為參數(shù)時，才能反映河段內(nèi)的全部蓄量。圖圖5-2-11x：流量比重因素流量比重因素 K：穩(wěn)定流情況下的河段傳播時間穩(wěn)定流情況下的河段傳播時間C0+C1+C2=1(1)3100.231=722500.538=1352500.231=58已知已知 x=0.2，K=12，t=12h。計算得計算得C0=0.231，C1=0.538，C2=0.231。即：。即：3 3、馬斯京根法中幾各問題的分析、馬斯京根法中幾各問題的分析（1 1）K值的綜合：值的綜合：（2 2）x值的綜合：值的綜合：（3 3）計算時段）計算時段t的選擇：的選擇：（4 4）預見期問題：）預見期問題： 上式是沒有遇見期的。通過改上式是沒有遇見期的。通過改進，可獲得預見期：進，可獲得預見期： 選擇適當?shù)倪x擇適當?shù)挠嬎銜r段計算時段t，使，使得：得：t=2Kx 1 ,21 ,12,02,下上上下QCQCQCQ05 . 05 . 00tKxKKxtC表表 某河段一