洪水預(yù)報講座20150628

1、洪水預(yù)報講座據(jù)已知的信息對未來一定時期內(nèi)的水文狀態(tài)做出定性或定量的預(yù)測。按水情特點和預(yù)報內(nèi)容分類：按水情特點和預(yù)報內(nèi)容分類：（1 1）洪水預(yù)報：洪水預(yù)報：主要預(yù)測河流、湖泊、水庫汛期洪水，預(yù)報內(nèi)容有洪峰主要預(yù)測河流、湖泊、水庫汛期洪水，預(yù)報內(nèi)容有洪峰水位、洪峰流量和洪水（水位、流量）過程；水位、洪峰流量和洪水（水位、流量）過程；（2 2）枯水預(yù)報：枯水預(yù)報：主要預(yù)測枯季水位、流量和河網(wǎng)蓄水量；主要預(yù)測枯季水位、流量和河網(wǎng)蓄水量；（3 3）冰情預(yù)報：冰情預(yù)報：主要預(yù)測水體凍結(jié)和消融過程，預(yù)報內(nèi)容包括主要預(yù)測水體凍結(jié)和消融過程，預(yù)報內(nèi)容包括封凍日期、冰厚、解凍日期和流冰；封凍日期、冰厚、解凍日期和

2、流冰；（4 4）臺風(fēng)暴潮預(yù)報：臺風(fēng)暴潮預(yù)報：主要預(yù)報入海河口段水量、水位情況；主要預(yù)報入海河口段水量、水位情況；（5 5）沙量預(yù)報：沙量預(yù)報：預(yù)測河流含沙量和水庫泥沙沖淤情況；預(yù)測河流含沙量和水庫泥沙沖淤情況； 水文水文預(yù)報預(yù)報短期水文預(yù)報短期水文預(yù)報中長期水文預(yù)報中長期水文預(yù)報預(yù)報的預(yù)見期是指發(fā)布預(yù)報的預(yù)見期是指發(fā)布預(yù)報與預(yù)報要素出現(xiàn)的預(yù)報與預(yù)報要素出現(xiàn)的時間間距。時間間距。在水文預(yù)報中，預(yù)見期的長與短沒有明確的時間界限，在水文預(yù)報中，預(yù)見期的長與短沒有明確的時間界限，習(xí)慣上把主要由水文要素作出的預(yù)報稱為短期預(yù)報；把習(xí)慣上把主要由水文要素作出的預(yù)報稱為短期預(yù)報；把包括氣象預(yù)報性質(zhì)在內(nèi)的水文預(yù)

3、報稱為中長期預(yù)報。包括氣象預(yù)報性質(zhì)在內(nèi)的水文預(yù)報稱為中長期預(yù)報。水文預(yù)報短期洪水預(yù)報短期洪水預(yù)報:降雨徑流預(yù)報和河段洪水預(yù)報。降雨徑流預(yù)報:按降雨徑流形成過程的原理，利用流域內(nèi)的降雨資料預(yù)報出流域出口斷面的洪水過程。河段洪水預(yù)報:河槽洪水波運動理論為基礎(chǔ)，由河段上游斷面的水位、流量過程預(yù)報下斷面的水位和流量過程。水文預(yù)報短期洪水預(yù)報降雨徑流預(yù)降雨徑流預(yù)報方法報方法降雨徑流經(jīng)驗方法降雨徑流經(jīng)驗方法降雨徑流模型降雨徑流模型API模型模型 P R連續(xù)連續(xù)API模型模型 P R Q徑流深凈峰相關(guān)徑流深凈峰相關(guān) P R Qmax水文預(yù)報降雨徑流經(jīng)驗方法API模型模型 + 單位線單位線UH = 連續(xù)連續(xù)A

4、PI模型模型水文預(yù)報降雨徑流經(jīng)驗方法 降雨降雨 徑流徑流 凈峰流量相關(guān)法凈峰流量相關(guān)法),(),(amamPPfQQPPfQ水文預(yù)報降雨徑流經(jīng)驗方法降雨降雨- -最高水位相關(guān)最高水位相關(guān)暴雨中心在清流河、來安河流域暴雨中心在清流河、來安河流域暴雨中心在滁河干流、降雨分布均勻暴雨中心在滁河干流、降雨分布均勻水文預(yù)報短期洪水預(yù)報降雨徑流預(yù)降雨徑流預(yù)報方法報方法降雨徑流經(jīng)驗方法降雨徑流經(jīng)驗方法降雨徑流模型降雨徑流模型新安江模型新安江模型坦克模型坦克模型薩克模型薩克模型陜北模型陜北模型TopModel新安江模型新安江模型p 1964年提出濕潤地區(qū)以蓄滿產(chǎn)流為主的觀點p 1973年在編制新安江水庫入庫預(yù)

5、報方案時首先提出了一個計算降雨徑流的模型-新安江模型（二水源）p 在80年代中期，總結(jié)出了三水源新安江模型三分三分分單元分單元分水源分水源分階段分階段 產(chǎn)流計算蓄滿產(chǎn)流概念；蒸散發(fā)計算采用三層模型；水源劃分為地表徑流、壤中流和地下徑流；匯流計算分為坡面匯流、河網(wǎng)匯流和河道匯流三部分；它的模型結(jié)構(gòu)可以簡單歸結(jié)為：。新安江模型流量演算法的基本原理流量演算法的基本原理特征河長法特征河長法馬斯京根法馬斯京根法滯后演算法滯后演算法相應(yīng)水位流量法相應(yīng)水位流量法線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型河道洪水預(yù)河道洪水預(yù)報方法報方法相應(yīng)水位（流量）法相應(yīng)水位（流量）法( (經(jīng)驗

6、經(jīng)驗) )流量演算法（特征河長法、馬斯京根法、滯后演算法等）流量演算法（特征河長法、馬斯京根法、滯后演算法等）一維水動力學(xué)方法（圣維南方程追趕法求解）一維水動力學(xué)方法（圣維南方程追趕法求解）（由河道上游水（由河道上游水位或流量預(yù)報下位或流量預(yù)報下游水位或流量）游水位或流量）流量演算法的基本原理流量演算法的基本原理或或或或?qū)τ跀U(kuò)散波情形，動力方程簡化為槽蓄方程對于擴(kuò)散波情形，動力方程簡化為槽蓄方程可以證明，槽蓄曲線的坡度就是河段內(nèi)洪水波可以證明，槽蓄曲線的坡度就是河段內(nèi)洪水波傳播時間：傳播時間：特征河長法特征河長法特征河長法特征河長法馬斯京根法馬斯京根法1、由美國人麥卡錫于1938年提出，首先應(yīng)

7、用于馬斯京根河得名；2、我國從20世紀(jì)50年代開始對該方法進(jìn)行深入的研究，并逐步進(jìn)行改進(jìn)： （1）1962年，華東水利學(xué)院提出馬斯京根法有限差解的河網(wǎng)單位線； （2）長江流域規(guī)劃辦公室水文處導(dǎo)出馬斯京根法河道分段連續(xù)流量演算的通用公式及完整的匯流系數(shù)表； （3）1982年，法國工程師康吉提出了馬斯京根-康吉演算法； （4）1985年，華東水利學(xué)院提出了馬斯京根法非線性解以及矩陣解； （5）1992年，黃委翟家瑞提出分層馬法。馬斯京根法馬斯京根法其中：其中：)1 (),(kQQxxIkQIfW馬斯京根法馬斯京根法1210CCC1211202QCICICQkxKtkxtC5 . 05 . 00kx

8、KtkxtC5 . 05 . 01kxKtkxktC5 . 05 . 02馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法馬斯京根法xk、的物理意義的物理意義)1 (),(kQQxxIkQIfW當(dāng)當(dāng)0QQ 才有單一線性關(guān)系。才有單一線性關(guān)系。00dQdWdQdWk于是：于是：k馬斯京根法馬斯京根法Llx2210000)()(QZSQQflxk、的物理意義的物理意義5 . 0 x馬斯京根法馬斯京根法xk、的物理意義的物理意義馬斯京根法馬斯京根法xk、的確定的確定t、Llx2210CLk)1 (22xKtKxkt 可結(jié)合物理可結(jié)合物理概念優(yōu)化率概念優(yōu)化率定參數(shù)定參數(shù)馬斯京根法

9、馬斯京根法為保證線性條件，需取為保證線性條件，需取kt 但在長河段時還是難以滿足。但在長河段時還是難以滿足。為此，分段連續(xù)演算。為此，分段連續(xù)演算。當(dāng)已知預(yù)報河段當(dāng)已知預(yù)報河段xkL、 、時時t先確定先確定取取tKlnLLl2)21 (21xnxltKKKnl馬斯京根法馬斯京根法當(dāng)預(yù)報河段無當(dāng)預(yù)報河段無xk、時時t先確定先確定取取tKl、tCLllLLn llLlx221馬斯京根法馬斯京根法演算公式演算公式j(luò)ijijijiQCQCQCQ, 121, 111,0,mi, 2 , 1nj, 2 , 1其中其中0,0, 10, 0,mQQQ為入流過程為入流過程nmnnQQQ, 1,0,為出流過程為出

10、流過程滯后演算法滯后演算法滯后演算法滯后演算法相應(yīng)水位（流量）相關(guān)法相應(yīng)水位（流量）相關(guān)法相應(yīng)水位（流量）相關(guān)法相應(yīng)水位（流量）相關(guān)法合成流量法合成流量法 合成流量法合成流量法)(1,niititIfQniitiI1,為同時流達(dá)下游斷面的各上游站相應(yīng)流量為同時流達(dá)下游斷面的各上游站相應(yīng)流量之和，稱為合成流量。之和，稱為合成流量。 i為各干、支流河段的流量傳播時間為各干、支流河段的流量傳播時間 tQ為下游預(yù)報斷面流量為下游預(yù)報斷面流量 合成流量法合成流量法線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型河道洪水預(yù)報的一個單（多）輸入、單輸出的河道洪水預(yù)報的一個單（多）輸入、單輸出的線性動態(tài)系統(tǒng)模型可統(tǒng)一表示為：

11、線性動態(tài)系統(tǒng)模型可統(tǒng)一表示為： tKiMjjNijjiiitubitQatQ 11)(1)(線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型 tKiMjjNijjiiitubitQatQ 11)(1)(模型結(jié)構(gòu)和階數(shù)的估計屬模型識別問題，常用模型結(jié)構(gòu)和階數(shù)的估計屬模型識別問題，常用的算法有殘差方差圖法、的算法有殘差方差圖法、AIC準(zhǔn)則法和逐步回準(zhǔn)則法和逐步回歸優(yōu)化篩選法等。歸優(yōu)化篩選法等。模型參數(shù)的估計采用最小二乘法估計。模型參數(shù)的估計采用最小二乘法估計。線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型由前由前4個時間節(jié)點上的合成流量個時間節(jié)點上的合成流量（由歸陽流量和耒陽、歐陽海、（由歸陽流量和耒陽、歐陽海、神山頭相應(yīng)流量合成），預(yù)報神山頭相應(yīng)流量合成），預(yù)報后第后第6個時間節(jié)點上的衡陽流量，個時間節(jié)點上的衡陽流量，預(yù)報模型為：預(yù)報模型為： )()()2()2() 1() 1 ()0()(000mpmpjQmpFmpjQFmpjQFFjQglosglosgloshy線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型線性動態(tài)系統(tǒng)模型BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.X1X2Xnx.Y1Y2YnyZ1Z1ZnzinxihijjXWY0,n