水文预报课程设计说明书（自动保存的）

1、水文预报课程设计计算说明书学院：三峡大学水利与环境学院专业：水文与水资源工程指导老师：刘冀老师班级：学号：姓名：杨芝辰2014年01月14日一、设计目的1、流域水文模型的用途：洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部分，是提高预报精度和增长预见期的关键技术。对水资源可持续利用：流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。对水环境和生态系统保护：流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。流域水文模型还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水资源和水环境影响的有效工具。本次课程设计的目的是通过一个具体的降雨径流预报方案的制作，使学生了解生产单位对预报任务的要求。2、通过课

2、程设计，要求掌握如下内容：（1） 流域综合退水曲线、地下水退水曲线的制作以及次洪分割方法；（2） 熟悉降雨径流相关图编制的完整过程；（3） 新安江两水源模型结构及产流参数率定方法；（4） 流域经验单位线的推求方法；（5） 洪水预报方案精度评定方法；（6） 利用预报方案进行实时洪水预报方法；（7） 利用马斯京根分段连续演算法进行长河段洪水演进预报。二、设计基本资料某流域集水面积为XX km2（具体数值见给定数据），干流河长约273 km，地貌属于低山丘陵区，以低山分布较广，相对高差多在500 km左右，最上游尚有部分原始森林，以松、衫、竹类为主，灌木次之。山涧盆地种植农作物，植被总覆盖面积占全流

3、域的80%以上，土壤多为红色沙壤土，间有亚黏土层。山坡残积坡坡积一般厚度为12米，最厚约为45米，在山麓坡积层与基岩接触面上，或河流下切至接触部位时，常有泉水流出，涌水量较大每秒可达数升。本流域气候温湿，年降雨量在1700毫米左右，汛期为49月，降雨量占全年的73%左右，冬季有降雪，量很少。地下水位较高，且季节变幅小，因此，一般情况下，土壤含水量较大。洪水流量过程线极不对称，涨洪历时仅数小时至十多小时，而退水历时竟达十余日，洪水末端的底水明显抬高，说明洪水期潜水、壤中流补给十分丰富。说明本流域以蓄满产流为主。根据流域的自然地理情况和气候条件，以及洪水流量过程线的分析，可知流域产流规律符合湿润地

4、区的蓄满产流特征。采用降雨径流相关图制作蓄满产流方案，用二层蒸发模型计算蒸发，水源划分暂考虑为两水源。三、课程设计资料1、 一场历史洪水的流量过程，相应的流域平均时段雨量（时段长为3h）2、 洪水起涨前的若干日降雨量，日蒸散发能力资料（历史洪水与实时预报洪水）3、 XX场洪水的退水过程4、 部分场次洪水降雨、径流特征值成果表5、 干流河段的马斯京根参数及分段数（3段）四、 产流方案的编制1、 次径流深的计算（1） 制作地下水退水曲线并计算地下水消退系数Cg。由给定的多场洪水的退水数据，每场洪水相同流量数值即为退水段，从数据中摘取出来进行绘图，采用最小二乘法公式计算。数据（表一）及退水曲线图（图

5、1）如下：表一 地下水退水数据退水过程24.821.117.915.31311.19.486.85.84.94.23.632.62.21.91.61.41.21图1 地下水退水过程曲线（式一）（2）制作流域平均退水曲线并计算流域平均Cg。多场洪水计算退水平均值即可绘图，如图2，同理应用式一即可算出流域平均Cg。图2 流域平均退水曲线（3）制作蓄泄关系曲线。假定一个始退流量值Q0=500，已知2）中得到的流域平均Cg值，由式二即可求出相邻时段流量，并由式三计算各流量对应的R0值，如表二所示，即可绘出Q0-R0关系图（图3）（式二）表二 Q047.62 57.06 68.37 81.92 98.1

6、7 117.63 140.95 168.90 202.39 242.52 290.60 348.22 417.27 500.00 R01.90 2.29 2.76 3.32 3.99 4.80 5.77 6.93 8.32 9.98 11.97 14.36 17.22 20.66 （式三）（4）次洪分割及次洪径流深的计算。由给定的降雨及流量过程即可绘出降雨流量过程曲线图（图四），已知可采用下述式四确定地面径流终止点B，式中N为洪峰至B点的时距，单位为日，可以为小数；F为流域面积，km2 （式四）得到，可以在图中确定B点，径流分割如图4所示。 图4 降雨流量过程曲线2、流域蓄水量W0的计算。由公

7、式五以及给定的已知的5日前Pa=60计算每日的流域初始蓄水量，表格如下（表三）。（式五）其中，Pa为第t日降雨，Pa,t为第t日流域初始蓄水量，EM为流域蒸散发能力，WM为流域土壤含水量。表三 流域初始蓄水量日降雨量（mm）5.1020.36.62.5流域初始蓄水量60567172693建立降雨径流相关图及误差评定1）b值的试算。采用单变量求解的方法，假设一个初值，根据蓄满产流模型计算不同初始含水量W0下的不同降雨条件下的径流深，参考给定的已知的洪水的P-R数据，取最优的参数b值，计算出最终的降雨径流相关数据表（表四），经试算b=0.4，最后绘出降雨径流相关图（图5）。表四 降雨径流相关计算表

8、W00102030405060708090100110120p a0.0010.1720.7031.6843.2055.4068.5182.9799.77126.00126.00126.00126.0000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00100.160.500.871.291.762.302.963.815.1110.0010.0010.0010.00200.661.352.122.983.955.096.498.3411.3420.0020.0020.0020.00301.502.583.775.116.638.4410.

9、6813.7620.0030.0030.0030.0030.00402.734.215.867.719.8512.4115.6720.4930.0040.0040.0040.0040.00504.356.278.4110.8413.6817.1321.7330.0040.0050.0050.0050.0050.00606.408.8011.4914.5718.2222.8130.0040.0050.0060.0060.0060.0060.00708.9211.8515.1519.0023.6630.0540.0050.0060.0070.0070.0070.0070.008011.9615.4

10、819.5124.2830.4440.0050.0060.0070.0080.0080.0080.0080.009015.5819.7924.7030.8040.0050.0060.0070.0080.0090.0090.0090.0090.0010019.8824.9331.0640.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00100.00100.00100.0011025.0131.2240.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00110.00110.00110.00110.0012031.2740.0050.0060.0070.0080.0

11、090.00100.00110.00120.00120.00120.00120.00图5 降雨径流相关图（2）径流深预报误差评定。由给定的次洪Pa值，有效降雨PE值，次洪径流深R值，利用（1）中得到的降雨径流相关计算表进行线性插值或者查降雨径流相关图可得到次洪的模拟径流深，与实测值进行比较即可制定误差评定数据表（表五）。根据表格合格率及确定性系数，我们可以知道预报方案为甲等。表五 径流深误差评定表Pa(mm)有效降雨PE(mm)次洪径流深(mm)许可误差模拟R预报误差合格否40100.151.910.3850.001.9合格74.796.182.816.5680.82合格62.378479.4

12、50.33.3合格84.686.581.916.3881.10.8合格80.964.954.210.8455.81.6合格53.669.828.95.7833.44.5合格684015.63.1219.33.7不合格75.1100.88617.285.90.1合格75.610084.716.9485.60.9合格90101.898.419.68101.83.4合格61.771.144.48.8842.81.6合格73.7103.8851787.52.5合格74.9104.793.118.6289.63.5合格62.8100.976.315.2673.72.6合格86.6150145.52014

13、6.61.1合格56.977.547.19.4244.42.7合格8092.883.516.782.80.7合格6367.840.38.0640.80.5合格（续表五）79123.4113.720112.41.3合格62132.810420104.80.8合格76.863.3469.250.14.1合格48.294.154.910.9852.32.6合格55.7139.210620104.91.1合格65.5100.974.514.976.41.9合格75.298.284.316.8683.40.9合格合格率0.96确定性系数Dc0.99五、流域汇流方案的编制1、计算地面径流和地下径流用退水曲

14、线中的洪水，分析地面径流和地下径流的分离点。从起涨点到拐点连直线，查取地面流量Qs。则应用式六计算实测地面径流为：（式六）式中：Rs为由过程线上计算的径流深，t为时段长。Rss为实际的地面径流；Rgs为实际的地下径流。其中Qs的计算过程采用线性插值得到。地面和地下径流推求计算数据如下表表六所示：表六 径流计算表Qs1.90 2.00 30.30 225.40 704.70 1167.50 1191.50 1088.00 878.50 676.80 498.00 375.10 269.00 178.00 93.80 64.00 Qg1.90 2.00 10.18 14.32 18.46 22.6

15、0 26.74 30.88 35.02 39.16 43.30 47.44 51.58 55.72 59.86 64.00 Qs-Qg0.00 0.00 20.12 211.08 686.24 1144.90 1164.76 1057.12 843.48 637.64 454.70 327.66 217.42 122.28 33.94 0.00 总径流深R(mm)58.00 Rss(mm)51.77 Rgs(mm)6.232、 fc的试算。（1）采用试算法推求流域平均稳定下渗率，有时段降雨量及第五日Pa值，计算第一时段的蒸发量、时段净雨后，运用蓄满产流公式插值计算径流深，并且更新时段末土壤含水

16、量，逐时段进行计算，得到表格（表七）如下所示。（式七）（2） 假定一个fc值，根据式七计算各时段地下及地面径流深，与表六中的值比对，拟合很好说明假设值正确。据计算的fc=2.59。表七 fc试算表时段降雨(mm)4.120.738.910.88.3Eu0.80.80.80.80.8El00000Wu11.411.411.411.411.4Wl63.7577.877.877.877.8P-E3.319.938.1107.5Pa6975.1589.289.289.2Ri1.459.6023.474.403.30Fc试算2.59试算后时段Rg值1.141.251.601.141.14试算后时段Rs值

17、0.318.3521.883.262.16（3） 地下径流汇流。用线性水库法对地下径流进行分析计算，由于包气带的调蓄作用，地下水出流过程滞后约12小时，计算时将演算所得的地下径流过程向后移12小时。地下水流量演算公式如式八： （式八），F为流域面积；，Cg取流域地下水退水系数。（4） 地面径流单位线推求。采用试错法推求，结果如下。表八 试错法推求单位线地面净雨（mm)地面流量(m3/s)0.3910.434.072.7027.3净雨产生的径流量试算的UH假定的UH平均的UH调整的UH0.390.000.000.00000010.430.007.020.00-7.02-3180891827.34

18、20.127.41187.80-175.09-64190631114.07211.088.97198.230.003.8812301162392.70686.249.75239.9673.300.00363.231332501912281144.907.80260.8377.3748.57750.342742002372021164.767.41208.6693.6551.26803.772941902421571057.125.85198.23101.8062.06689.18252150201118843.484.68156.5081.4467.45533.4119512015882637

19、.643.51125.2077.3753.96377.601389011457454.702.3493.9061.0851.26246.1290607546327.661.5662.6048.8640.47174.1764405239217.420.0041.7336.6532.38106.66390200122.280.000.0024.4324.2873.56271333.9416.2916.191.46100.000.0010.79-10.79-4-20.000.0000六、实时洪水预报1、根据实时降雨过程，按产流预报方案得到各时段净雨，并将时段净雨划分为地面净雨及地下净雨。计算过程及结

20、果如表九所示。表九 时段降雨(mm)163628Eu0.250.250.25El000Wu1.7511.9511.95Wl77.877.877.8P-E15.7535.7527.75Pa55.279.5589.75Ri7.4221.3314.65试算后时段Rg值1.221.551.37试算后时段Rs值6.2019.7913.282、采用线性水库进行地下径流汇流过程计算，其中的地下净雨Rg已在表九中给出，然后采用单位线进行地面径流汇流计算，地面净雨Rs如表九所示。地面径流汇流计算结果如表十所示。表十 地面径流汇流地面净雨（mm）UH时段1流量时段2流量时段3流量地面径流量6.200.00.019

21、.81811.30.011.313.311169.035.90.0105.0239148.3220.424.1392.8228141.1473.6147.9762.6202124.9450.6317.9893.415797.4399.0302.5798.811873.4311.0267.8652.28251.0234.3208.8494.15735.6162.9157.3355.84628.5113.6109.3251.53924.091.076.3191.300.076.761.1137.80.051.551.50.00.03、采用马斯金根法进行河道洪水演算得出出流过程。河道演算方法为：采用

22、马斯金根分段连续演算法将河流分段，依原河段的演算系数推求各子河段的演算系数，其中推求过程采用式九：（式九）其中，。经计算n=3,xl=0.2,据此可以查得回流系数如表十一所示。表十一 河道汇流系数河道汇流系数0.0120.0950.2640.3240.1830.0780.0290.010.0030.001已知地面及地下径流过程，可得到汇流结果，作为河道入流量，即可进行河道演算。计算结果如表十二所示，模拟效果如图6所示。表十二 河道演算结果入流量I 汇流系数0.012 0.095 0.264 0.324 0.183 0.078 0.029 0.010 0.003 0.001 模拟流量Q拟0.00

23、.00.011.30.10.00.1105.01.31.10.02.3392.84.710.03.00.017.7762.69.237.327.73.60.077.8957.111.572.5103.734.02.10.0223.7918.211.090.9201.3127.319.20.90.0450.6796.49.687.2252.7247.171.98.20.30.0676.9582.07.075.7242.4310.1139.630.63.00.10.0808.5409.44.955.3210.2297.5175.159.511.41.00.00.0815.1284.23.438.9

24、153.7258.0168.074.722.13.90.30.0723.0211.22.527.0108.1188.6145.771.627.87.61.20.1580.2149.91.820.175.0132.6106.562.126.69.62.30.4437.058.90.714.255.892.174.945.423.19.22.90.8319.0（续表十二）4.50.15.639.668.452.031.916.98.02.81.0226.22.80.00.415.548.638.722.211.95.82.40.9146.41.70.00.31.219.127.416.58.24.

25、11.70.879.31.00.00.20.71.510.811.76.12.81.20.635.60.60.00.10.40.90.84.64.32.10.90.414.60.40.00.10.30.50.50.41.71.50.60.35.90.20.00.00.20.30.30.20.10.60.40.22.40.10.00.00.10.20.20.10.10.00.20.11.10.10.00.00.10.10.10.10.00.00.00.10.50.10.00.00.00.10.10.00.00.00.00.00.30.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.20.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.10.00