水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)

1、第一章基本任務(wù)本次課程設(shè)計(jì)從2013年7月8日至2012年7月12日，主要任務(wù)是對(duì)廣東省東江一級(jí)支流西枝江白盆珠水庫(kù)的上游寶口流域編制預(yù)報(bào)方案與產(chǎn)匯流計(jì)算。其基本任務(wù)為：任務(wù)一：根據(jù)已給的資料、參數(shù)及做過(guò)的習(xí)題，自己編寫(xiě)程序，將流域作為整體進(jìn)行產(chǎn)流量計(jì)算；將計(jì)算年徑流與實(shí)測(cè)年徑流進(jìn)行比較；每人計(jì)算兩年。任務(wù)二：根據(jù)已給設(shè)計(jì)暴雨資料、參數(shù)及做過(guò)的習(xí)題，自己編寫(xiě)程序，將流域作為整體進(jìn)行次洪產(chǎn)流量、劃分水源、直接徑流匯流、地下徑流匯流計(jì)算；繪出直接徑流過(guò)程、地下徑流過(guò)程、總的流量過(guò)程。第章基本資料2.1流域概況白盆珠水庫(kù)位丁廣東省東江一級(jí)支流西枝江的上游，壩址以上集雨面積8562。流域地處粵東沿海的

2、西部，海洋性氣候顯著，氣候溫和，雨量豐沛。暴雨成因主要是鋒面雨和臺(tái)風(fēng)雨，常受熱帶風(fēng)暴影響。降雨年際間變化大，年內(nèi)分配不均，多年平均降雨量為1800,實(shí)測(cè)年最大降雨量為3417,汛期49月降雨量占年降雨量的81%左右；M徑流系數(shù)0.5-0.7。y/，流域內(nèi)地勢(shì)平緩，土壤主要有黃壤和砂壤，具有明顯的腐殖層，淀積層和母質(zhì)土等層次結(jié)構(gòu)，透水性好。臺(tái)地、丘陵多生長(zhǎng)松、杉、樟等高大喬木；平原則以種植農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物為主，植被良好。流域上游有寶口水文站，流域面積為5532,占白盆珠水庫(kù)壩址以上集雨面積的64.6%。白盆珠水庫(kù)有6年逐日入庫(kù)流量資料、逐日蒸發(fā)資料和時(shí)段入庫(kù)流量資料：流域內(nèi)有7個(gè)雨量站，其中寶口

3、以上有4個(gè)。雨量站分布較均勻，有6年逐日降水資料和時(shí)段降水資料；寶口水文站具有6年以上水位、流量資料；流域?qū)蒙絽^(qū)性小流域且受到地形、地貌等下墊面條件影響，洪水陡漲緩落，匯流時(shí)間一般23小時(shí)（h），有時(shí)更短；一次洪水總歷時(shí)25天（d）。2.2基本資料2.2.1任務(wù)一參數(shù)及相關(guān)實(shí)測(cè)資料計(jì)算流域?yàn)榘着柚樗畮?kù)上游的寶口流域，其流域面積為55320該流域內(nèi)有四個(gè)雨量站：禾多布、馬山、高潭、寶口，其權(quán)重系數(shù)分別為：0.33、0.14、0.33、0.20。本次課設(shè)提供的資料為1987年至1992年該流域徑流量、蒸發(fā)量及各雨量站的日實(shí)測(cè)資料，其中我計(jì)算年份為1987年與1988年，所使用的相關(guān)參數(shù)值如下表所小

4、：()()()BCW()()()()14020600.20.160.001110104060其中蒸散發(fā)折算系數(shù)需編程優(yōu)選，優(yōu)選范圍為0.90-1.30。優(yōu)選原則為：計(jì)算的2年內(nèi)每年的年徑流相對(duì)誤差盡可能不超過(guò)5%2.2.2任務(wù)二參數(shù)及相關(guān)實(shí)測(cè)資料0蒸散發(fā)降雨量(mm)3(mm)木多布馬山局潭寶口923121.36.29.921.617.3151.37.61620.612.6181.36.26.414.915.9211.38.817.229.418.524241.22534.835.324.630.929.929.243.937.860.938.624.846.93390.96.97.56.11

5、2.3120.928.329.934.228.5150.925.642.739.875.4180.993.9137.612413.2210.985.390.88575.925240.851.547.449.238.531.139.870.342.197.761.143.247.361.545.991.120.513.315.813.1121.110.581.83.3151.17.48.47.610.9181.11.82.82.14.6211.10.200.3026241.2000032.1000062.1000092.10000122.10000152.10000182.10000212000

6、0任務(wù)二產(chǎn)流參數(shù)為任務(wù)一中日模優(yōu)選的值，為10.03h,產(chǎn)流參數(shù)用日模優(yōu)選的值，其他參數(shù)取任務(wù)1中各組的參數(shù)，初始張力水蓄量取各組的容量值。任務(wù)二匯流參數(shù)為0.968,0=55.3m3,單位線序號(hào)1至11對(duì)應(yīng)的Q(m3)分別為:0、40、80、130、100、80、48、20、10、5、02.3產(chǎn)流方式論證寶口流域地處我國(guó)南方濕潤(rùn)地區(qū)，氣候暖熱，雨量充沛，多年平均降雨量為18001000,年徑流系數(shù)在0.50.7之間，大丁0.4;流域內(nèi)土質(zhì)疏松，植被良好，不易超滲；一次洪水的流量過(guò)程陡漲緩落，持續(xù)時(shí)間25d左右。從流域的氣象條件，下墊面條件和流量過(guò)程的分析知，該流域降雨徑流關(guān)系具有蓄滿產(chǎn)流的特

7、點(diǎn)，可以按蓄滿產(chǎn)流建立產(chǎn)流量預(yù)報(bào)方案。第三章計(jì)算公式3.1降雨量計(jì)算由已知資料知，該地區(qū)雨量站分布均勻，且寶口以上有四個(gè)雨量站：禾多布、馬山、高潭、寶口，其權(quán)重系數(shù)分別為：0.33、0.14、0.33、0.20,所以寶口流域平均降雨量0.33*P1+0.14*P2+0.33*P3+0.20*P4。3.2蒸散發(fā)量計(jì)算蒸散發(fā)計(jì)算采用三層蒸發(fā)計(jì)算模式，即：上層蒸發(fā)量：下層蒸發(fā)量：*深層蒸發(fā)量：*總蒸發(fā)量:式中：為流域蒸發(fā)能力()；為下層土壤含水量()；為下層土壤含水量()；C為蒸發(fā)擴(kuò)散系數(shù)。三層蒸發(fā)模式按照先上層后下層的次序，具體計(jì)算為：1) 當(dāng)時(shí)，00當(dāng)*時(shí),()*0當(dāng),C*()C*時(shí)，*()0當(dāng)

8、,時(shí)，一(W3.4水源劃分計(jì)算通過(guò)穩(wěn)滲率可劃分產(chǎn)流中的直接徑流和地下徑流。次洪的各水源分量為：總地下徑流：RGfcLniPEiiPEiFCPEiFC總直接徑流：RS(PEifQ-iPEiPEiFC3.5匯流計(jì)算根據(jù)流域凈雨和流域徑流單位線，采用卷積的差分形式算出流域出口的流量過(guò)程。其計(jì)算公式：直接徑流過(guò)程：(i)(i)*U地下徑流過(guò)程：(i)*(1)+(1)*(i)*U總的流量過(guò)程：Q(i)(i)(i)第四章計(jì)算結(jié)果4.1任務(wù)一結(jié)果經(jīng)過(guò)程序優(yōu)選，0.98年份實(shí)測(cè)R()計(jì)算R()絕對(duì)誤差()相對(duì)誤差(%19871080110019.31.791988824813-10.2-1.234.2任務(wù)二結(jié)

9、果t(i)P(i)R(i)(i)(i)(i)(i)Q(i)2004/9/2312:001412.7r2.7101069.969.92004/9/2315:0014.112.92.91010.884.194.92004/9/2318:001119.7r09.7133.2197.311302004/9/2321:0018.717.47.41058.31111692004/9/240:0029.728.5r18.51094.3112312182004/9/243:003635.125.1101841363202004/9/246:0038.337.527.5103811485292004/9/249

10、:007.86.906.96451547992004/9/2412:0030.529.619.6107991669652004/9/2415:0042.641.731.71087417710502004/9/2418:00:93.892.9P82.9108649/2421:0084.183.373.310122019814202004/9/250:0047.646.836.810177020819802004/9/253:0056.455.3F45.31012370j21825902004/9/256:0050.449.339.310265022728702004/9

11、/259:0016.515.45.410260023628402004/9/2512:005.84.8r04.8123601237126002004/9/2515:008.37.2p07廠186024121002004/9/2518:002.61.501.5125023614802004/9/2521:000.20r007741228110002004/9/260:0000P00396r2216172004/9/263:0000001682143822004/9/266:00000072.82072802004/9/269:0000r00二25.0n2002252004/9/2612:0000

12、002.701941972004/9/2615:0000r000.001881882004/9/2618:00了00P00了0.00n182n1822004/9/2621:0000000.00176176第五章誤差統(tǒng)計(jì)與分析5.1精度評(píng)定從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，年產(chǎn)流量絕對(duì)誤差均小丁100,所產(chǎn)流量的相對(duì)誤差均小丁5%精度統(tǒng)計(jì)表明，率定的模型參數(shù)是基本合理的。但由丁課設(shè)時(shí)間限制與任務(wù)要求，每位同學(xué)只用兩年的資料來(lái)率定，不滿足水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范中規(guī)定：洪水預(yù)報(bào)方案要求使用樣本數(shù)量不少于10年的水文氣象資料，其中應(yīng)包括大、中、小水各種代表性年份，并保證有足夠代表性的場(chǎng)次洪水資料。顯然0.98的結(jié)果還是存在一

13、定問(wèn)題的。5.2誤差分析影響流域降雨徑流過(guò)程的因素很多,利用蓄滿產(chǎn)流新安7工模型的結(jié)構(gòu)與參數(shù)能夠很好反映濕潤(rùn)地區(qū)降雨徑流過(guò)程的主要規(guī)律和特點(diǎn)，因而能獲得較好的精度。但是模型本身以及模型計(jì)算中有很多概化，會(huì)造成誤差。造成寶口流域產(chǎn)匯流計(jì)算方案誤差來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：1. 資料代表性的影響。我們每位同學(xué)只用兩年實(shí)測(cè)資料來(lái)率定，資料必不能滿足時(shí)期要求及代表性要求。實(shí)際操作中，應(yīng)要求有12年以上的連續(xù)的對(duì)未來(lái)有代表性的實(shí)測(cè)資料，其中10年為率定期，2年為檢驗(yàn)期，且這種資料應(yīng)具備豐、平、枯水年代表性，資料系列前后一致，受人類(lèi)影響較小。所以僅用兩年的資料率定勢(shì)必造成一定的誤差，而且誤差可能還很大。2.

14、 量測(cè)誤差。實(shí)測(cè)的降雨、蒸發(fā)、徑流量等水文氣象信息及河流、湖泊、地形等下墊面信息是研制預(yù)報(bào)模型或編制洪水預(yù)報(bào)方案或進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)的主要依據(jù)，在現(xiàn)有站網(wǎng)、儀器設(shè)備、觀測(cè)技術(shù)條件下，各種信息的時(shí)空變化是難以準(zhǔn)確反映的，加上受自然因素等客觀條件影響，勢(shì)必造成各種信息的量測(cè)誤差。3. 模型結(jié)構(gòu)誤差。在該蓄滿產(chǎn)流新安江模型中，有很多將非線性現(xiàn)象概化為線性現(xiàn)象或者將某些隨機(jī)因子近似作為確定因子描述等都會(huì)帶來(lái)誤差。4. 模型參數(shù)誤差。模型參數(shù)是根據(jù)輸入，通過(guò)模型計(jì)算輸出，再將輸出過(guò)程與實(shí)測(cè)過(guò)程進(jìn)行比較，用系統(tǒng)識(shí)別的方法作優(yōu)化調(diào)試的，上述所率定出的模型參數(shù)可能不是最優(yōu)。5. 人類(lèi)活動(dòng)的影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)

15、展，人類(lèi)活動(dòng)的影響加劇，流域內(nèi)可能新建了一些大中型水庫(kù)或其他工程措施。影響了該地區(qū)原有的產(chǎn)流特點(diǎn)，如汛期提前。5.3實(shí)時(shí)校正模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值直接總是存在一定的誤差。造成兩者問(wèn)誤差的因素很多，若針對(duì)每一個(gè)單一因素是難于描述或預(yù)見(jiàn)的，一般采用實(shí)時(shí)校正模型來(lái)解決實(shí)時(shí)校正模型常用的有卡爾曼濾波、自回歸模型等。第六章編寫(xiě)程序1()22()321()122()m=040=0.9+0.01*m(2),(2),(2),(3)W0,0,0,00=10:0=11:0=12W0=0+0+0i=12=1986+i用于定位401000=365=366讀入數(shù)據(jù)&.
t()()()P1()P2()P3()P4()j=

16、1365#1,t(j),(j),(j),P1(j),P2(j),P3(j),P4(j)#1參數(shù)賦值=2:=3:C=4=5:B=6:=7P()，()，()E(),(),(),()W(),(),(),()R()j=1W(0)=W0:(0)=0:(0)=0:(0)=0P(j)=0.33*P1(j)+0.14*P2(j)+0.33*P3(j)+0.2*P4(j)(j)=*(j)(j)=P(j)-(j)(j)0(j)=(j)蒸發(fā)(j)=0(j)=0A,=*(1+B)/(1-)(W(j-1)-)0.01A=A=*(1-(1-W(j-1)/)A(1/(1+B)A=A+(j)A第一層(j)=(j)=W(j-1

17、)+(j)-R(j)-(j)-(j)(j)=(j-1)+(j)-R(j)-)+(j-1)(j)=(j-1)(j)=(j-1)+(j)-R(j)(j)=(j-1)(j)=(j-1)不產(chǎn)流，按三層蒸發(fā)算(j-1)+P(j)=(j)(j)=(j)(j)=0(j)=0(j)=(j-1)+P(j)(j-1)*C(j)=(j)-(j)*(j-1)/)(j)=0(j-1)=C*(j)-(j)(j)=C*(j)-(j)(j)=0(j)=(j-1)(j)=C*(j)-(j)-(j)(j)=(j-1)+P(j)-(j)(j)=(j-1)-(j)(j)=(j-1)-(j)E(j)=(j)+(j)+(j)W(j)=(

18、j)+(j)+(j)W0=W():0=():0=():0=()j=1-1(i)=(i)+(j)*3.6*24/553年實(shí)測(cè)徑流深j=1(i)=(i)+R(j)年計(jì)算徑流深(i)=(i)*10+0.5)/10(i)=(i)*10+0.5)/10(i)=(i)-(i)*10+0.5)/10(i)=(i)-(i)/(i)*100+0.5)/100(i)=0.05=1987;(i);(i)i(i-2)=0.05(i-1)=0.05(i)=(i-2)+(i-1)/2(i)為兩年的平均值3;(i)m1=(請(qǐng)輸入您選擇的)使用者選用自己認(rèn)為合適的=1(2),(2),(2),(3)0=10:0=11:0=12

19、W0=0+0+0i=12=1986+i用于定位401000=365=366讀入數(shù)據(jù)#1&t()()()P1()P2()P3()P4()j=1365#1,t(j),(j),(j),P1(j),P2(j),P3(j),P4(j)#1=2:=3:C=4=5:B=6:=7P()，()，()E(),(),(),()W(),(),(),()R()j=1W(0)=W0:(0)=0:(0)=0:(0)=0P(j)=0.33*P1(j)+0.14*P2(j)+0.33*P3(j)+0.2*P4(j)(j)=*(j)(j)=P(j)-(j)(j)0(j)=(j)蒸發(fā)(j)=0(j)=0=*(1+B)/(1-)(W

20、(j-1)-)0.01A=A=*(1-(1-W(j-1)/)A(1/(1+B)A=A+(j)A第一層(j)=(j-1)+(j)-R(j)-)+(j-1)第二層(j)=(j)=W(j-1)+(j)-R(j)-(j)-(j)(j)=(j-1)+(j)-R(j)-)+(j-1)(j)=(j-1)(j)=(j-1)+(j)-R(j)(j)=(j-1)(j)=(j-1)不產(chǎn)流，按三層蒸發(fā)算(j-1)+P(j)=(j)(j)=(j)(j)=0(j)=0(j)=(j-1)+P(j)(j-1)*C(j)=(j)-(j)*(j-1)/)(j)=0(j-1)=C*(j)-(j)(j)=C*(j)-(j)(j)=0

21、(j)=(j-1)(j)=C*(j)-(j)-(j)(j)=(j-1)+P(j)-(j)(j)=(j-1)-(j)(j)=(j-1)-(j)E(j)=(j)+(j)+(j)W(j)=(j)+(j)+(j)W0=W():0=():0=():0=()輸出文件j=1#2,t(j),P(j),(j),(j),(j),(j),(j),E(j),(j),(j),(j),W(j),R(j)#2年統(tǒng)計(jì)j=1-1(i)=(i)+(j)*3.6*24/553年實(shí)測(cè)徑流深j=1(i)=(i)+R(j)年計(jì)算徑流深(i)=(i),0.00)(i)=(i),0.00)(i)=(i)-(i)(i)=(i)-(i)/

22、(i)*100(i)=(i),0.00)(i)=(i),0.00)”實(shí)測(cè)徑流(&i&)=&(i)”計(jì)算徑流(&i&)=&(i)”絕對(duì)誤差(&i&)=&(i)”相對(duì)誤差(&i&)=&(i)i31()任務(wù)二讀入數(shù)據(jù)&.#1(1)=+1t()()P1()P2()P3()P4()#1,t(),(),P1(),P2(),P3(),P4()#1參數(shù)賦值=1:=20:=60:C=0.16=140:B=0.2:=0.001P()，()，()E(),(),(),()W(),(),(),()R()初始狀態(tài)W(0)=+(3)+(4):(0)=(2):(0)=(3):(0)=(4)j=1P(j)=(0.33*P1(j

23、)+0.14*P2(j)+0.33*P3(j)+0.2*P4(j)*10+0.5)/10(j)=*(j)(j)=P(j)-(j)(j)0產(chǎn)流計(jì)算(j)=(j)(j)=0(j)=0A,=(1+B)*/(1-)(W(j-1)-)0.1A=A=*(1-(1-W(j-1)/)A(1/(1+B)A=A+(j)A由上至下，逐層填蓄(j)=(j-1)+(j)-R(j)-)+(j-1)(j)=(j)=W(j-1)+(j)-R(j)-(j)-(j)(j)=(j-1)+(j)-R(j)-)+(j-1)(j)=(j-1)(j)=(j-1)+(j)-R(j)(j)=(j-1)(j)=(j-1)(j-1)+P(j)=(

24、j)(j)=(j)(j)=0(j)=0(j)=(j-1)+P(j)(j-1)/C(j)=(j)-(j)*(j-1)/(j)=0(j-1)=C*(j)-(j)(j)=C*(j)-(j)(j)=0(j)=(j-1)(j)=C*(j)-(j)-(j)E(j)=(j)+(j)+(j)W(j)=(j)+(j)+(j)j=1#2,t(j),P(j),(j),(j),(j),(j),(j),E(j),(j),(j),(j),W(j),R(j)#2(),()(),()=10#i=1()(i)(i)=*(R(i)-(i)*)/(i)(i)0(i)=)(i)=(R(i)-(i)*)(i)=(i)*10+0.5)/