水文預(yù)報(bào)課設(shè)任務(wù)書

1、水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)任務(wù)與指導(dǎo)書編寫：劉攀武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水文水資源系2013年5月設(shè) 計(jì) 任 務(wù)根據(jù)學(xué)號末位數(shù)，分配具體任務(wù)：一、學(xué)號末位為03號：老灌河；二、學(xué)號末位為46號：旬河；三、學(xué)號末位為79號：褒河。本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：根據(jù)建立的流域洪水預(yù)報(bào)方案，應(yīng)用預(yù)留的水文資料，對此方案進(jìn)行檢驗(yàn)。具體工作內(nèi)容如下：一、流域暴雨洪水場次資料的整理二、流域產(chǎn)流方案的檢驗(yàn)三、流域匯流方案的檢驗(yàn)四、流域洪水預(yù)報(bào)方案的評定設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)說明書要求按預(yù)報(bào)方案的要求編寫，主要應(yīng)包括以下內(nèi)容：一、流域概況二、流域產(chǎn)流方案三、流域匯流方案四、預(yù)報(bào)方案檢驗(yàn)五、附圖及附表說明書的重點(diǎn)是將預(yù)報(bào)模型和計(jì)算

2、方法介紹清楚，論證模型參數(shù)及計(jì)算結(jié)果的合理性，并對有關(guān)問題進(jìn)行說明。說明書要求文字流暢，簡明而要。圖表整齊清楚，名稱、編號齊全。最后裝訂成冊，說明在前，附圖附表分別集中，依次放在后面，封面力求統(tǒng)一。老灌河流域洪水預(yù)報(bào) 老灌河流域位于河南省境內(nèi)西南部，地處湖北、陜西、河南三省交界處，為南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫上游一大主要入庫支流，主要干流長255km，年徑流量6.6億m3，流域面積3418km2。老灌河流域雨量充沛、洪水頻繁，峰高量大，研究其出口斷面洪水預(yù)報(bào)方案對下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全起著十分重要的作用。 設(shè) 計(jì) 提 綱一、流域水文氣象資料的收集和審查 熟悉老灌河流域的自然地理情況，廣泛收集有

3、關(guān)水文氣象資料（見基本資料）。 對資料進(jìn)行可靠性、一致性、代表性審查。本課程設(shè)計(jì)的預(yù)報(bào)方案可不進(jìn)行此項(xiàng)工作。二、老灌河流域暴雨洪水場次資料的整理 西峽站水文站控制集水面積3418km2，流域內(nèi)有香山、黃坪等17個(gè)雨量站，各站均有較長期的實(shí)測雨量資料（19801990）。在洪水預(yù)報(bào)方案的研制中，已經(jīng)將19801986年資料作為模型率定期，選出了25場暴雨與老灌河同期實(shí)測流量資料作為優(yōu)選產(chǎn)流參數(shù)和匯流過程的依據(jù)。現(xiàn)需要將預(yù)留的19871990年資料進(jìn)行整理，為模型產(chǎn)匯流方案檢驗(yàn)提供場次洪水資料。資料的整理和數(shù)據(jù)文件的組織都已通過編制的軟件由計(jì)算機(jī)完成，19871990年老灌河流域面平均時(shí)段雨量數(shù)據(jù)

4、，由數(shù)據(jù)文件P87-90.DAT給出（設(shè)面平均雨量可采用算術(shù)平均法計(jì)算）；老灌河19871990年流量過程由數(shù)據(jù)文件Q87-90.DAT提供。19801986年劃分和計(jì)算的場次暴雨洪水結(jié)果如表1所示，表1中19871990年的為待求值。1.暴雨洪水場次的劃分 19871990年洪水與暴雨場次的大致劃分如表2所示。2.場次洪水徑流深的推求 老灌河流域退水曲線中蓄泄系數(shù)K=48小時(shí)。三、老灌河流域產(chǎn)流方案 老灌河流域處于河南省西南部，屬熱帶季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，年平均氣溫15.1，多年平均降水量約900mm。降雨量的61.8%集中于69月。流域內(nèi)植被良好，符合蓄滿產(chǎn)流模型的應(yīng)用條件。模型主要由蓄滿產(chǎn)流

5、計(jì)算、流域水源劃分和流域蒸散發(fā)計(jì)算構(gòu)成。流域蒸發(fā)資料由西峽站E601型蒸發(fā)器實(shí)測值，以19801990年11年資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由數(shù)據(jù)文件E87-90.DAT給出。 應(yīng)用暴雨洪水場次的資料，對模型參數(shù)進(jìn)行率定。參數(shù)的率定采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)選（采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸法，即Rosenbrock法)和人工試錯(cuò)優(yōu)選相結(jié)合的辦法。產(chǎn)流參數(shù)的率定以場次洪水徑流深誤差最小為目標(biāo)函數(shù)，產(chǎn)流參數(shù)優(yōu)選結(jié)果如表3所示。 應(yīng)用確定的模型結(jié)構(gòu)和優(yōu)選的產(chǎn)流模型參數(shù)、蒸散發(fā)模型參數(shù)編制程序，對19871990年場次暴雨洪水進(jìn)行檢驗(yàn)。四、老灌河流域匯流方案 流域匯流分地面匯流、壤中出流和地下匯流。匯流參數(shù)的優(yōu)選以流域出口模擬流量過程與實(shí)測

6、流量過程擬合最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，即離差平方和最小和模型效率最高。壤中流和地下匯流采用地下水庫調(diào)蓄演算的方法、分水源匯流參數(shù)優(yōu)選結(jié)果見表4。地面匯流采用時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法， 用老灌河實(shí)測雨洪資料分析的單位線見表5。1.直接應(yīng)用優(yōu)選的匯流參數(shù)和表5給出的時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法，編制計(jì)算機(jī)程序?qū)?9871990年場次暴雨洪水進(jìn)行匯流計(jì)算。2.分析19871990年場次暴雨洪水匯流計(jì)算結(jié)果，是否需要調(diào)整時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線，若需要，請利用19871990年資料進(jìn)行分析。五、預(yù)報(bào)方案精度的評定1.對預(yù)報(bào)方案的模型率定期（19801986年）進(jìn)行評定2.對預(yù)報(bào)方案的模型檢驗(yàn)期（19871990年）進(jìn)行評定3.分

7、析存在的問題，提出改進(jìn)意見和具體實(shí)施的方法基 本 資 料老灌河流域慨況及暴雨洪水一般特性：老灌河流域處于河南省西南部，年平均氣溫15.1，多年平均降水量約900mm，其河道平均比降2.9，流域面積3418km2。流域內(nèi)有17個(gè)雨量站，流域出口設(shè)有西峽水文站，具有較長期的實(shí)測雨量、流量資料。表1 老灌河流域次洪水資料統(tǒng)計(jì) 徑流深單位：mm序號洪號降雨P(guān)實(shí)測RO計(jì)算RC絕對誤差相對誤差180061662.819.817.2-2.6-13.12800703135.268.172.54.46.53800824120.770.256.8-13.4-19.1480101095.035.242.87.621

8、.6581062576.218.019.41.47.8681071578.343.140.4-2.7-6.3781082444.428.023.3-4.7-16.88820803115.161.366.24.98982081452.925.728.42.710.51082082540.120.327.47.1351182100238.025.422.9-2.5-9.812830801120.545.033.3-11.7-2613830811135.4103.292.3-10.9-10.614830908103.946.049.43.47.415831005161.1104.7103.1-1.6

9、-1.51684051288.720.018.2-1.8-91784070777.618.220.62.413.21884072653.716.719.83.118.619840924131.698.890.6-8.2-8.32085050480.326.722.2-4.5-16.92185052660.323.422.9-0.5-2.12285081195.219.319.50.212385091660.038.838.0-0.8-2.12486081568.412.410.1-2.3-18.52586091084.815.920.74.830.22687060627870806288707

10、2029870904308808153188091432890711338907263489081635890911369005023790062638900721表2 西峽站次洪水統(tǒng)計(jì)表 徑流深單位：mmNO洪號流量起止時(shí)間起止流量洪峰峰現(xiàn)時(shí)間雨量起止時(shí)間徑流深187060619.5 25.6287080636.2 39.438707203.1 3.7348709045.14 9.255880815149 108688091415.9 31.478907119.1 8.688907269.25 11.3989081608.15-08.258.3 14.91089091109.07-09.18

11、4.1 6.61190050212.9 10.61290062618.1 41.21390072139 33.4表3 老灌河流域三水源蓄滿產(chǎn)流模型產(chǎn)流參數(shù)參數(shù)名WMWUMWLMWDMCBFE參數(shù)值1203340470.151.60.8注：FE為初始土壤含水容量折算系數(shù)，即各層土壤水均為容量的FE倍：如WUM0=FE*WUM，S0=SM*FE。表4 老灌河流域分水源匯流參數(shù)參數(shù)名SMEXKGKKGKSSKKSS參數(shù)值330.50.9910.040.80.05表5 老灌河24h10mm單位線時(shí)段(t=24h)012345678單位線q(m3/s)0237.390.538.316.67.23.21.

12、40.6時(shí)段(t=24h)91011單位線q(m3/s)0.30.10旬河流域洪水預(yù)報(bào) 旬河是安康水庫蜀河壩址之間漢江最大的一條一級支流，占區(qū)間流域面積的48.93%，流域集水面積為6448km2。旬河流域雨量充沛、洪水頻繁，峰高量大，研究其出口斷面洪水預(yù)報(bào)方案對下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全起著十分重要的作用。設(shè) 計(jì) 提 綱一、流域水文氣象資料的收集和審查 熟悉旬河流域的自然地理情況，廣泛收集有關(guān)水文氣象資料（見基本資料）。 對資料進(jìn)行可靠性、一致性、代表性審查。本課程設(shè)計(jì)的預(yù)報(bào)方案可不進(jìn)行此項(xiàng)工作。二、旬河流域暴雨洪水場次資料的整理 向家坪水文站控制集水面積6448km2，流域內(nèi)有太平站、沙溝站、東

13、江口、黃金站等28個(gè)雨量站，各站均有較長期的實(shí)測雨量資料（19801990）。在洪水預(yù)報(bào)方案的研制中，已經(jīng)將19801986年資料作為模型率定期，選出了25場暴雨與旬河同期實(shí)測流量資料作為優(yōu)選產(chǎn)流參數(shù)和匯流過程的依據(jù)。現(xiàn)需要將預(yù)留的19871990年資料進(jìn)行整理，為模型產(chǎn)匯流方案檢驗(yàn)提供場次洪水資料。資料的整理和數(shù)據(jù)文件的組織都已通過編制的軟件由計(jì)算機(jī)完成，19871990年旬河流域面平均時(shí)段雨量數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)文件P87-90.DAT給出（設(shè)面平均雨量可采用算術(shù)平均法計(jì)算）；旬河19871990年流量過程由數(shù)據(jù)文件Q87-90.DAT提供。19801986年劃分和計(jì)算的場次暴雨洪水結(jié)果如表1所示

14、，表1中19871990年的為待求值。1.暴雨洪水場次的劃分 19871990年洪水與暴雨場次的大致劃分如表2所示。2.場次洪水徑流深的推求 旬河流域退水曲線中蓄泄系數(shù)K=48小時(shí)。三、旬河流域產(chǎn)流方案 旬河流域處于秦嶺南麓，穿行于高山峽谷之間，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.8，多年平均降水量933.4mm。夏季降雨豐富，約占全年的70%80%。流域內(nèi)植被良好，符合蓄滿產(chǎn)流模型的應(yīng)用條件。模型主要由蓄滿產(chǎn)流計(jì)算、流域水源劃分和流域蒸散發(fā)計(jì)算構(gòu)成。流域蒸發(fā)資料采用流域內(nèi)蒸發(fā)站柞水站、青泥灣站E601型蒸發(fā)器實(shí)測值，以19801990年11年資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以兩站的算術(shù)平均值作為旬河流域多年

15、平均蒸發(fā)量，由數(shù)據(jù)文件E87-90.DAT給出。 應(yīng)用暴雨洪水場次的資料，對模型參數(shù)進(jìn)行率定。參數(shù)的率定采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)選（采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸法，即Rosenbrock法)和人工試錯(cuò)優(yōu)選相結(jié)合的辦法。產(chǎn)流參數(shù)的率定以場次洪水徑流深誤差最小為目標(biāo)函數(shù)，產(chǎn)流參數(shù)優(yōu)選結(jié)果如表3所示。 應(yīng)用確定的模型結(jié)構(gòu)和優(yōu)選的產(chǎn)流模型參數(shù)、蒸散發(fā)模型參數(shù)編制程序，對19871990年場次暴雨洪水進(jìn)行檢驗(yàn)。四、旬河流域匯流方案 流域匯流分地面匯流、壤中出流和地下匯流。匯流參數(shù)的優(yōu)選以流域出口模擬流量過程與實(shí)測流量過程擬合最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，即離差平方和最小和模型效率最高。壤中流和地下匯流采用地下水庫調(diào)蓄演算的方法、分水源匯流

16、參數(shù)優(yōu)選結(jié)果見表4。地面匯流采用時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法， 用旬河實(shí)測雨洪資料分析的單位線見表5。1.直接應(yīng)用優(yōu)選的匯流參數(shù)和表5給出的時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法，編制計(jì)算機(jī)程序?qū)?9871990年場次暴雨洪水進(jìn)行匯流計(jì)算。2.分析19871990年場次暴雨洪水匯流計(jì)算結(jié)果，是否需要調(diào)整時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線，若需要，請利用19871990年資料進(jìn)行分析。五、預(yù)報(bào)方案精度的評定1.對預(yù)報(bào)方案的模型率定期（19801986年）進(jìn)行評定2.對預(yù)報(bào)方案的模型檢驗(yàn)期（19871990年）進(jìn)行評定3.分析存在的問題，提出改進(jìn)意見和具體實(shí)施的方法基 本 資 料旬河流域慨況及暴雨洪水一般特性： 旬河流域位于東經(jīng)108&#

17、176;2420109°269，北緯32°543833°509，集水面積6448km2，屬長江水系。河長218.1km，河道平均比降2.9。流域內(nèi)有28個(gè)雨量站，流域出口設(shè)有向家坪水文站，具有較長期的實(shí)測雨量、流量資料。 該流域?qū)俦眮啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候，年平均氣溫7.8，多年平均降水量933.4mm。河口控制水文站向家坪多年平均流量63.4m3/s，實(shí)測最大洪峰流量6090m3/s（2005年10月2日）。流域夏季降雨豐富，約占全年的70%80%。表1 旬河流域次洪水資料統(tǒng)計(jì) 徑流深單位：mm序號洪號降雨P(guān)實(shí)測RO計(jì)算RC絕對誤差相對誤差180070395.327.

18、423.8-3.6-13.12800824102.129.425.6-3.8-12.93801010106.147.848.40.61.3481040323.810.67.1-3.5-33.0581071551.933.034.21.23.66810908120.885.584.2-1.3-1.5782073068.525.323.9-1.4-5.5882090829.520.419.2-1.2-5.9982100232.029.728.3-1.4-4.71083062448.930.722.5-8.2-26.71183071153.313.911.3-2.6-18.712830731137.

19、276.379.02.73.51383081945.025.725.90.20.81484051327.76.96.4-0.5-7.21584070792.066.562.7-3.8-5.716840910169.094.2111.016.817.81785051860.834.325.5-8.8-25.71885060650.312.212.60.43.31985071639.310.710.6-0.1-0.920850916122.559.460.71.32.22185101653.333.937.33.410.02286061646.415.412.1-3.3-21.4238607104

20、4.317.013.4-3.6-21.224860910114.429.237.78.529.12586102138.114.116.01.913.5268705132787061428870804298709033088040731880505328807053388081934890429358907113689082037890928389005013990070140900816表2 向家坪站次洪水統(tǒng)計(jì)表 徑流深單位：mmNO洪號流量起止時(shí)間起止流量洪峰峰現(xiàn)時(shí)間雨量起止時(shí)間徑流深187051320.3 26287061479.2 87.3387080473.8 136487090353

21、.9 99.2588040738.7 38.4688050524 45.4788070520.6 73.28880819240 147989042949 57.91089071140.8 79.51189082065.5 63.21289092849.4 57.41390050141.0 41.114900701103 81.31590081637.4 59.8表3 旬河流域三水源蓄滿產(chǎn)流模型產(chǎn)流參數(shù)參數(shù)名WMWUMWLMWDMCBFE參數(shù)值1266313500.173.00.8注：FE為初始土壤含水容量折算系數(shù)，即各層土壤水均為容量的FE倍：如WUM0=FE*WUM，S0=SM*FE。表4

22、旬河流域分水源匯流參數(shù)參數(shù)名SMEXKGKKGKSSKKSS參數(shù)值360.460.9950.0460.830.06表5 旬河24h10mm單位線時(shí)段(t=24h)012345678單位線q(m3/s)0460.5140.567.835.218.910.35.73.2時(shí)段(t=24h)910111213141516單位線q(m3/s)1.81.00.60.30.20.10.10褒河流域洪水預(yù)報(bào) 褒河流域在陜西省南部漢江上游，經(jīng)度106°4815107°2534，緯度33°380334°1108，流域集水面積約為3415 km2，海拔9003400m。褒河流

23、域雨量充沛、洪水頻繁，峰高量大，研究其出口斷面洪水預(yù)報(bào)方案對下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全起著十分重要的作用。設(shè) 計(jì) 提 綱一、流域水文氣象資料的收集和審查 熟悉褒河流域的自然地理情況，廣泛收集有關(guān)水文氣象資料（見基本資料）。 對資料進(jìn)行可靠性、一致性、代表性審查。本課程設(shè)計(jì)的預(yù)報(bào)方案可不進(jìn)行此項(xiàng)工作。二、褒河流域暴雨洪水場次資料的整理 馬道水文站控制集水面積約3415km2，流域內(nèi)有太白、大坪里等13個(gè)雨量站，各站均有較長期的實(shí)測雨量資料（19801990）。在洪水預(yù)報(bào)方案的研制中，已經(jīng)將19801986年資料作為模型率定期，選出了22場暴雨與褒河同期實(shí)測流量資料作為優(yōu)選產(chǎn)流參數(shù)和匯流過程的依據(jù)?，F(xiàn)需

24、要將預(yù)留的19871990年資料進(jìn)行整理，為模型產(chǎn)匯流方案檢驗(yàn)提供場次洪水資料。資料的整理和數(shù)據(jù)文件的組織都已通過編制的軟件由計(jì)算機(jī)完成，19871990年褒河流域面平均時(shí)段雨量數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)文件P87-90.DAT給出（設(shè)面平均雨量可采用算術(shù)平均法計(jì)算）；褒河19871990年流量過程由數(shù)據(jù)文件Q87-90.DAT提供。19801986年劃分和計(jì)算的場次暴雨洪水結(jié)果如表1所示，表1中19871990年的為待求值。1.暴雨洪水場次的劃分 19871990年洪水與暴雨場次的大致劃分如表2所示。2.場次洪水徑流深的推求 褒河流域退水曲線中蓄泄系數(shù)K=48小時(shí)。三、褒河流域產(chǎn)流方案 褒河流域處于陜西省

25、南部漢江上游，流域?qū)儆跍嘏瘞駶櫄夂騾^(qū)，氣候溫和、雨量充沛。流域內(nèi)植被良好，符合蓄滿產(chǎn)流模型的應(yīng)用條件。模型主要由蓄滿產(chǎn)流計(jì)算、流域水源劃分和流域蒸散發(fā)計(jì)算構(gòu)成。流域蒸發(fā)資料采用流域內(nèi)蒸發(fā)站江口站E601型蒸發(fā)器實(shí)測值，以19801990年11年資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由數(shù)據(jù)文件E87-90.DAT給出。 應(yīng)用暴雨洪水場次的資料，對模型參數(shù)進(jìn)行率定。參數(shù)的率定采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)優(yōu)選（采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸法，即Rosenbrock法)和人工試錯(cuò)優(yōu)選相結(jié)合的辦法。產(chǎn)流參數(shù)的率定以場次洪水徑流深誤差最小為目標(biāo)函數(shù)，產(chǎn)流參數(shù)優(yōu)選結(jié)果如表3所示。 應(yīng)用確定的模型結(jié)構(gòu)和優(yōu)選的產(chǎn)流模型參數(shù)、蒸散發(fā)模型參數(shù)編制程序，對19871

26、990年場次暴雨洪水進(jìn)行檢驗(yàn)。四、褒河流域匯流方案 流域匯流分地面匯流、壤中出流和地下匯流。匯流參數(shù)的優(yōu)選以流域出口模擬流量過程與實(shí)測流量過程擬合最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，即離差平方和最小和模型效率最高。壤中流和地下匯流采用地下水庫調(diào)蓄演算的方法、分水源匯流參數(shù)優(yōu)選結(jié)果見表4。地面匯流采用時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法， 用褒河實(shí)測雨洪資料分析的單位線見表5。1.直接應(yīng)用優(yōu)選的匯流參數(shù)和表5給出的時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線法，編制計(jì)算機(jī)程序?qū)?9871990年場次暴雨洪水進(jìn)行匯流計(jì)算。2.分析19871990年場次暴雨洪水匯流計(jì)算結(jié)果，是否需要調(diào)整時(shí)段地面經(jīng)驗(yàn)單位線，若需要，請利用19871990年資料進(jìn)行分析。五、預(yù)報(bào)

27、方案精度的評定1.對預(yù)報(bào)方案的模型率定期（19801986年）進(jìn)行評定2.對預(yù)報(bào)方案的模型檢驗(yàn)期（19871990年）進(jìn)行評定3.分析存在的問題，提出改進(jìn)意見和具體實(shí)施的方法基 本 資 料褒河流域慨況及暴雨洪水一般特性：褒河流域在陜西省南部漢江上游，經(jīng)度106°4815107°2534，緯度33°380334°1108，流域集水面積約為3415 km2，海拔9003400m。流域?qū)儆跍嘏瘞駶櫄夂騾^(qū)，氣候溫和、雨量充沛。流域內(nèi)有13個(gè)雨量站，流域出口設(shè)有馬道水文站，具有較長期的實(shí)測雨量、流量資料。表1 褒河流域次洪水資料統(tǒng)計(jì) 徑流深單位：mm序號洪號降雨

28、P實(shí)測RO計(jì)算RC絕對誤差相對誤差180061676.322.416.6-5.8-25.92800703164.1104.280.5-23.7-22.7380080355.230.127.3-2.8-9.3480091578.344.539.4-5.1-11.55810714119.672.767.3-5.4-7.46810819466.5404.3394.7-9.6-2.4781100159.541.230.7-10.5-25.58820830124.846.360.213.930982092665.521.527.05.525.61083062479.835.832.2-3.6-10.111830721105.040.050.110.125.31283081964.528.425.8-2.6-9.21383090785.339.036.8-2.2-5.61484062460.821.022.91.991584070658.928.