水文预报课程设计

1、 水文预报课程设计 成果书学 院：水利与环境学院专业班级：水文与水资源工程二班任课教师：胡彩虹姓 名：龚国栋 学 号：20110520207日 期：2014年6月17第一章 基本任务任务一：根据已给数据资料及参数（本报告采用87-92年的历史数据），将流域作为整体：（1）进行日模型产流量计算；（2）比较计算年径流与实测年径流；（3）通过误差分析，优选蒸发折算系数Kc；（4）8790年的历时数据作为率定参数，9192年的数据作为模型检验。任务二：根据已给的设计暴雨资料和任务一率定的Kc，将流域作为整体进行如下计算：（1）次洪产流量计算，划分水源；（2）直接径流汇流，地下径流汇流的计算。（3）采用

2、2004年暴雨数据进行预报。 根据已给的资料、参数及做过的习题，自己编写程序，将流域作为整体进行产流量计算；将计算年径流与实测年径流进行比较。第二章：基本资料1、流域概况某流域集雨面积856km2。流域地处南方，海洋性气候显著，气候温和，雨量丰沛。暴雨成因主要是锋面雨和台风雨，常受热带风暴影响。降雨年际间变化大，年内分配不均，多年平均降雨量为1800mm，实测年最大降雨量为3417mm，汛期49月降雨量占年降雨量的81左右：径流系数0.50.7。流域内地势平缓，土壤主要有黄壤和砂壤，具有明显的腐殖层，淀积层和母质土等层次结构，透水性好。台地、丘陵多生长松、杉、樟等高大乔木；平原则以种植农作物和

3、经济作物为主，植被良好。 流域上游有一水文站，控制流域面积553km2，占流域集雨面积的64.6%。该水文站以上有4个雨量站。雨量站分布较均匀，有10年逐日降水资料和时段降水资料；该水文站具有10年以上水位、流量资料；流域属山区性小流域且受到地形、地貌等下垫面条件影响，洪水陡涨缓落，汇流时间一般23h，有时更短；一次洪水总历时25d。2、基本资料：(1) 计算流域面积为553km2。(2) 流域内有四个雨量站，权重系数分别为0.33、0.14、0.33、0.20。(3) 资料文件名：87-92data.xls，数据格式为：T(i) Q(i) E(i)P1(i) P2(i) P3(i) P4(i

4、)3.计算参数： 计算参数见表2-1。 表2-1 计算参数表计算年份 参数 初始张力水蓄量199091WmUmLmDmWWUWLWD140206060110104060BCFcCg0.30.16240.978Qg=55.3m3/s第三章：计算公式1、蒸散发计算根据流域特点，蒸散发计算采用的是三层蒸散发计算模式。三层蒸发模式的具体计算如下：1)当WU+P=EP, EU=Ep,EL=0,ED=0;2)当WU+P=C.WLM, EU=WU+P,EL=(EP-EU)*WL/WLM,ED=0;3)当WU+PEP, C.(EP-EU)=WLC.WLM, EU=WU+P,EL=C*(EP-EU),ED=0;

5、4)当WU+PEP，WL0，则产流；否则不产流。产流时，当PE+a=WMM：R=PE+W-WM3、水源划分：流域坡地上的降雨产流量因产流过程的条件和运动路径不同，受流域的调蓄作用不同，各径流成分在流量过程线上的反应是不一样的。各水源分量如下：1）当PE=FC时：RS=0.0 RG=R2） 当PEFC时：RG=FC*R/PE RS=R-RG4、汇流计算：根据流域净雨和流域径流单位线，采用卷积的差分形式算出流域出口的流量过程。计算公式：QS(I)=RS(I)*UQG(I)=CG*RG(I)*U+(1-CG)*QG(I-1)Q(I)=QS(I)+QG(I)第四章：基本数据1、暴雨过程： 198719

6、92年数据见文件87-92data.xls。2004年暴雨过程数据见表4-1。 表4-1 2004年暴雨过程数据表T（i）E（i）P1（i）P2（i）P3（i）P4（i）2004-9-23 12:001.36.29.921.617.32004-9-23 15:001.37.61620.612.62004-9-23 18:001.36.26.414.915.92004-9-23 21:001.38.817.229.418.52004-9-24 0:001.22534.835.324.62004-9-24 3:000.929.929.243.937.82004-9-24 6:000.938.624

7、.846.9332004-9-24 9:000.96.97.56.112.32004-9-24 12:000.928.329.934.228.52004-9-24 15:000.925.642.739.875.42004-9-24 18:000.993.9137.612413.22004-9-24 21:000.985.390.88575.92004-9-25 0:000.851.547.749.238.52004-9-25 3:001.139.870.342.197.72004-9-25 6:001.143.247.361.545.92004-9-25 9:001.120.513.315.8

8、13.12004-9-25 12:001.110.581.83.32004-9-25 15:001.17.48.47.610.92004-9-25 18:001.11.82.82.14.62004-9-25 21:001.10.200.302004-9-26 0:001.200002004-9-26 3:002.100002004-9-26 6:002.100002004-9-26 9:002.100002004-9-26 12:002.100002004-9-26 15:002.100002004-9-26 18:002.100002004-9-26 21:0020000用给定权重计算流域面

9、平均雨量。2、单位线单位线过程（m3/s）为：0，40，80，130，100，80，48，20，10，5，0编程注意：闰年天数366，非闰年天数365。参数Kc自己优选。Kc优选原则：计算的2年资料的Kc应相同并使得2年内每年的年径流相对误差尽可能不超过5。第五章：结果评定及分析水文预报结果的准确率与可信程度是衡量服务质量的前提，为了更好地为国家安全和国民经济建设服务，必须对水文预报结果的可靠性和有效性进行评定和检验。设计的模型结构与流域的实际产流过程和规律也不完全相符，预报误差是客观存在的，采用水文预报中结果评定方法进行评定模型，并分析结果中误差产生的主要原因。5.1 任务一结果Kc优选原则

10、为由2年资料计算出的Kc应相同并使得2年内每年的年径流相对误差尽可能不超过5。先将资料中的逐日流量折算为径流量，即得实测年径流量。根据1990年、1991年资料计算产流量，并分析绝对误差及相对误差，结果如图5-1、5-2、5-3、5-4所示：由图知，用两年的资料来率定参数Kc，误差较大，每年的年径流相对误差尽都大于5。但如果使Kc增加或减小，则能使其中一年的误差减小甚至年径流相对误差不超过5，但另一年的误差将增大许多。为使两年的年径流相对误差相差不大，整体相对误差最小，则选取Kc=1.77。用1992年的资料对优选出的Kc进行检验。由下面图中数据可知，率定参数有较大误差，其主要原因是资料较少，

11、每年降雨量及时空分配情况不同，且两年资料不能反映流域平均情况，使每年的年径流相对误差超过5。表5-1该流域日模型模拟结果及精确度统计表年份降雨量(mm)计算径流量（mm）实测径流量（mm）绝对误差（mm）相对误差（%）19902177.16798.721028.89230.20.2919911759.15974.10696.50-277.6-0.2819922211.751151.61997.70-153.9-0.13平均2049.35974.81907.70图5-1 图5-2图5-3 图5-45.2 任务二结果根据第三章中的计算公式、第四章中的基本参数、任务一中率定的Kc=1.77，采用20

12、04年暴雨资料进行预报，得直接径流、地下径流、总径流量、直接径流出流过程、地下径流出流过程、总流量过程如表5-2所示。表5-2月日时直接径流地下径流总径流量直接径流出流过程地下径流出流过程总流量过程923120.721111.72055.2355.23150.761111.762.8866.4169.281808.748.748.8174.7983.6215.411116.4115.4785.54101242416.571127.5738.7996.04134.83323.411134.41122.97106.32229.3625.691136.69306.11116.38422.49906.

13、216.21564.66120.81685.471217.921128.92721.09130.54851.631530.051141.05799.43140.06939.491881.221192.22798.47149.37947.842171.51182.51154.64158.481313.12252435.191146.191694.95167.381862.33343.461154.462295.48176.092471.57637.411148.412560.83184.612745.4393.511114.512512.46192.942705.41203.893.892270

14、.08193.082463.161506.366.361775.19195.991971.181800.650.651175.6192.411368.0221000725.5188.18913.682624000365.53184.04549.573000152.74179.99332.73600066.16176.03242.2900022.22172.16194.38120001.76168.3717067164.67180000161.05161.05210000157.5157.5洪水流量过程线图5.3误差分析从精度统计结果来看即使Kc取优选的较为合适的Kc值

15、时，其检验的结果（相对误差较大）也不是很好，分析产生这种结果的原因一般有以下四种：（1）雨量站代表性的影响。对不同年份以及不同时期，不同类型的洪水，其差别是比较大的，因此利用面平均雨量作为流域平均雨量会带来一定的误差；（2）实测流量过程的影响。资料观测的准确性、精确度也是造成日模型模拟误差较大的原因之一；（3）其他模型参数的影响。给定的模型参数可能不是最优；（4）人类活动的影响。由于人类活动改变了径流条件，改变了流域天然的产汇流规律，从而给利用传统的产汇流计算公式来计算产汇流量带来较大的误差。第六章：计算程序及说明Private Sub Command1_Click()Dim Q(367),

16、E0(367), P1(367), P2(367), P3(367), P4(367), wg(4), P(367), Ep(367) As Single 分别表示实测流量、水面蒸发量、各雨量站观测降雨量及其权重、流域平均雨量、流域蒸发能力、流域含水量Dim W(367), WU(367), WL(367), WD(367) As Single 分别表示流域含水量、上层土壤含水量、下层土壤含水量、深层土壤含水量Dim EU(367), EL(367), ED(367), E(367) As Single 分别表示上层土壤蒸发量、下层土壤蒸发量、深层土壤蒸发量、流域蒸发量Dim A(367),

17、PE(367), R(367), RC, RO As Single 分别表示初始土壤含水量为W时对应的包气带含水容量最大值、扣除雨期蒸发后的降雨量、计算出的各时段径流量及径流总量、实测流量对应的径流总量Dim F, WMM, WM, WUM, WLM, WDM, B, C, Kc, Fc As Single 其中Kc为蒸发折算系数Dim i As IntegerDim StepN As IntegerDim UpN As IntegerUpN = 365StepN = 1F = 553 流域面积，单位为平方千米WM = 140 流域蓄水容量WUM = 20 上层土壤含水容量WLM = 60 下

18、层土壤含水容量WDM = 60 深层土壤含水容量W(1) = 110 流域含水量WU(1) = 10 上层土壤含水量WL(1) = 40 下层土壤含水量WD(1) = 60 深层土壤含水量B = 0.3 流域土壤含水容量分布曲线指数C = 0.16 蒸发扩散系数wg(1) = 0.33: wg(2) = 0.14: wg(3) = 0.33: wg(4) = 0.2Text1.Text = Val(InputBox(请输入Kc值)Text2 = -计算流域平均降雨量及实测流量对应的径流量RO -Step1: RO = 0 RC = 0 Open C:UsersAdministratorDesk

19、top1990年资料.txt For Input As #1 引用1990年资料 For i = 1 To 365 Input #1, Q(i), E0(i), P1(i), P2(i), P3(i), P4(i) P(i) = wg(1) * P1(i) + wg(2) * P2(i) + wg(3) * P3(i) + wg(4) * P4(i) RO = RO + Q(i) * 24 * 3600 / (1000 * F) Next i Close #1 StepN = 2 GoTo Compute Step2: RO = 0 RC = 0 Open C:UsersAdministrat

20、orDesktop1991年资料.txt For Input As #2 引用1991年资料 For i = 1 To 365 Input #2, Q(i), E0(i), P1(i), P2(i), P3(i), P4(i) P(i) = wg(1) * P1(i) + wg(2) * P2(i) + wg(3) * P3(i) + wg(4) * P4(i) RO = RO + Q(i) * 24 * 3600 / (1000 * F) Next i Close #2 StepN = 3 GoTo Compute Step3: RO = 0 RC = 0 UpN = 366 Open C:

21、UsersAdministratorDesktop1992年资料.txt For Input As #3 引用1992年资料，以检验参数 For i = 1 To 366 Input #3, Q(i), E0(i), P1(i), P2(i), P3(i), P4(i) P(i) = wg(1) * P1(i) + wg(2) * P2(i) + wg(3) * P3(i) + wg(4) * P4(i) RO = RO + Q(i) * 24 * 3600 / (1000 * F) Next i Close #3 StepN = 4 GoTo Compute Compute: -三层蒸发计算

22、 -For i = 1 To UpN Ep(i) = E0(i) * Val(Text1.Text)Next iWMM = WM * (1 + B)A(1) = WMM * (1 - (1 - W(1) / WM) (1 / (1 + B)For i = 1 To UpN If P(i) + WU(i) = Ep(i) Then EU(i) = Ep(i): EL(i) = 0: ED(i) = 0 Else If WL(i) / WLM = C Then EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = (Ep(i) - EU(i) * WL(i) / WLM ED(i) = 0 E

23、lse If WL(i) = C * (Ep(i) - EU(i) Then EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = C * (Ep(i) - EU(i) ED(i) = 0 Else EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = WL(i) ED(i) = C * (Ep(i) - EU(i) - EL(i) End If End If End If E(i) = EU(i) + EL(i) + ED(i) PE(i) = P(i) - E(i) -产流量计算 - If PE(i) 0 Then If A(i) + PE(i) WMM Then 全流域蓄满前 R

24、(i) = PE(i) - (WM - W(i) + WM * (1 - (A(i) + PE(i) / WMM) (1 + B) A(i + 1) = PE(i) + A(i) W(i + 1) = W(i) + PE(i) - R(i) Else R(i) = PE(i) - (WM - W(i) 全流域蓄满后 A(i + 1) = WMM W(i + 1) = WM End If Else R(i) = 0 不产流 W(i + 1) = W(i) + PE(i) A(i + 1) = WMM * (1 - (1 - W(i + 1) / WM) (1 / (1 + B) End If -

25、下时刻流域各层土壤含水量的计算 - If WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) = WUM Then WU(i + 1) = WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) WL(i + 1) = WL(i) - EL(i) WD(i + 1) = WD(i) - ED(i) Else WU(i + 1) = WUM If WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) - WUM) = WLM Then WL(i + 1) = WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) - WU

26、M) WD(i + 1) = WD(i) - ED(i) Else WL(i + 1) = WLM If WD(i) - ED(i) + WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) - WUM) - WLM = Ep(i) Then EU(i) = Ep(i): EL(i) = 0: ED(i) = 0 Else If WL(i) / WLM = C Then EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = (Ep(i) - EU(i) * WL(i) / WLM ED(i) = 0 Else If WL(i) = C * (Ep(i)

27、- EU(i) Then EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = C * (Ep(i) - EU(i) ED(i) = 0 Else EU(i) = P(i) + WU(i) EL(i) = WL(i) ED(i) = C * (Ep(i) - EU(i) - EL(i) End If End If End If E(i) = EU(i) + EL(i) + ED(i) PE(i) = P(i) - E(i) -产流量计算 - If PE(i) 0 Then If A(i) + PE(i) WMM Then 全流域蓄满前 R(i) = PE(i) - (WM - W(i) +

28、 WM * (1 - (A(i) + PE(i) / WMM) (1 + B)A(i + 1) = WMM * (1 - (1 - W(i + 1) / WM) (1 / (1 + B)W(i + 1) = W(i) + PE(i) - R(i) Else R(i) = PE(i) - (WM - W(i) 全流域蓄满后 A(i + 1) = WMM W(i + 1) = WM End If Else R(i) = 0 不产流 W(i + 1) = W(i) + PE(i) A(i + 1) = WMM * (1 - (1 - W(i + 1) / WM) (1 / (1 + B) End I

29、f -下时刻流域各层土壤含水量的计算 - If WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) = WUM Then WU(i + 1) = WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) WL(i + 1) = WL(i) - EL(i) WD(i + 1) = WD(i) - ED(i) Else WU(i + 1) = WUM If WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) - WUM) = WLM Then WL(i + 1) = WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) -

30、 WUM) WD(i + 1) = WD(i) - ED(i) Else WL(i + 1) = WLM If WD(i) - ED(i) + WL(i) - EL(i) + (WU(i) + P(i) - EU(i) - R(i) - WUM) - WLM 0 Then If PE(i) Fc Then RS(i) = 0 RG(i) = R(i) Else RG(i) = Fc * R(i) / PE(i) RS(i) = R(i) - RG(i) End If Else RS(i) = 0 RG(i) = 0 End IfNext i -单位线推求直接径流的出流过程 -Open C:UsersAdministratorDesktop单位线.txt For Input As #2For i = 1 To 11 Input #2, UH(i)Next iClose #2For i = 1 To 28 For j = 1 To 28 If 1 =