《工程水文学》(第4版)第5章水文预报

1、工程水文学工程水文学 (Engineering Hydrology)安徽水电学院水文与水资源专业教研室安徽水电学院水文与水资源专业教研室二二一五年二月一日一五年二月一日二二一五年二月一日一五年二月一日一、概述 1、水文预报 水文预报水文预报是指根据已知信息对未来一定时期内的水文情势作出定性或定量预报。 目前通常预报的水文要素有流量流量、水位水位、冰情冰情和旱情旱情。 洪水预报预见期洪水预报预见期是指洪水能提前预测的时间。 2、水文预报的作用 （1）水文预报是防汛抗旱、有效利用水资源以及水利水电工程设计、施工、调度、管理等的重要依据； （2）做好水利工程施工期的水文预报，对保障水利工程安全施工意

2、义重大； （3）为合理调配水资源，枯季径流预报有一定的作用；为确保施工安全，枯季径流预报肩负重大责任。水利部水文局水文情报预报中心二、短期洪水预报1、降雨径流预报 短期洪水预报短期洪水预报包括降雨径流预报、河段洪水预报以及考虑实时修正的实时洪水预报。 降雨径流预报降雨径流预报是指按降雨径流形成过程的原理，利用流域内的降雨资料预报出流域出口断面的洪水过程。 河段洪水预报河段洪水预报是指以河槽洪水波运动理论为基础，由河道上游断面的水位、流量过程预报下游断面的水位和流量过程。 实时洪水预报实时洪水预报是指对将发生的未来洪水在实际时间进行预报，就目前的预报方法而言这实际时间实际时间就是观测降雨及时进入

3、数据库的时间。 （1）预见期的确定 预见期是指洪水的平均汇流时间。预见期是指洪水的平均汇流时间。对于一个特定流域，洪水预见期是客观存在的，是反映流域对水流调蓄作用的特征量，表达水质点的平均滞时，其大小与流域面积、流域形状、流域坡度、河网分布等地貌特征及降雨、洪水等水文气候特征有关，不同特征的洪水有不同的预见期。 预见期也可根据历史洪水资料来分析确定。1、降雨径流预报 几种具体确定预见期的方法：几种具体确定预见期的方法： 1）对于源头流域可把主要降雨结束到预报断面洪峰出现这个时间差作为洪水预见期。 2）对于区间流域洪水预报或河段洪水预报，当区间来水对预报断面洪峰影响不大时，洪水预见期就等于上下游

4、断面间水流的传播时间；如果暴雨中心集中在区间流域，那么预见期就接近于区间洪水主要降雨结束到下游预报断面洪峰出现这个时差。假如降雨空间分布比较均匀，上断面和区间都形成了有影响的洪水，其预见期常取河段传播时间和区间流域水流平均汇集时间的最小值。1、降雨径流预报 （2）降雨径流计算 降雨径流预报是利用流域降雨量经过产流计算和汇流计算，预报出流域出口断面的径流过程。计算步骤通常分为四步： 1 1）蒸散发计算。）蒸散发计算。对于我国绝大多数流域可采用三层蒸发模式。 2 2）产流计算。）产流计算。主要依据流域的气候特征，湿润地区选择蓄满产流，干旱地区选择超渗产流。 3 3）水源划分。）水源划分。常用的计算

5、方法是通过稳定下渗率、下渗曲线等，将地下水源从总水源中划分出来。 4 4）流域汇流计算。）流域汇流计算。分为坡地汇流计算和河网汇流计算，分别采用单位线或线性水库和马斯京根流量演算法进行计算。【例5-1】 P1062、河段洪水预报 河段洪水预报河段洪水预报是根据河段洪水波运行和变形规律，利用河段上断面的水位（流量），预报河段下断面未来水位（流量）的方法，主要包括相应水位（流量）相应水位（流量）法法、合成流量法合成流量法。 （1）相应水位（流量）法 1）基本原理 相应水位相应水位是指河段上、下游站同位相的水位。相应水位（流量）预报相应水位（流量）预报是指用某时刻上游站的水位（流量）预报一定时间后下

6、游站的水位（流量）。 河道相应水位（流量）预报的基本关系式基本关系式：)/(,VLQQQtutl某上下游站同位相水位示意图2、河段洪水预报 2）洪峰水位（流量）预报 对于区间来水比例不大、河槽稳定的河段，若没有回水顶托等外界因素影响，那么在上、下游站相应水位（流量）过程线相应水位（流量）过程线上，可以找到相应的特征点：峰峰、谷谷、涨落洪段的反曲点涨落洪段的反曲点等，利用这些相应特征点的水位（流量）即可制作预报曲线图预报曲线图（如下图所示）。某上游站洪峰水位及传播时间示意图2、河段洪水预报 3 3）次涨差法）次涨差法 对于一些陡涨陡落的山区性河流，可采用次涨差法次涨差法预报下游站洪峰水位。通过建

7、立上游站洪峰水位与传播时间关系曲线上游站洪峰水位与传播时间关系曲线、上下游站起涨水位关系上下游站起涨水位关系、上游站起上游站起涨水位与其传播时间的关系涨水位与其传播时间的关系，来进行预报计算，见下图。2、河段洪水预报 4 4）以支流水位为参数的洪峰水位（流量）相关法）以支流水位为参数的洪峰水位（流量）相关法 有支流河段的洪峰水位预报，通常取影响较大的支流相应水位（流量）为参数，建立上下游站洪峰水位关系曲线进行预报，见下图。2、河段洪水预报 （2）合成流量法 在有支流河段，若支流来水量大，干支流洪水之间干扰影响不可忽略，可采用合成流量法。所谓合成流量合成流量是指同时到达下游断面的各上游站相应流量

8、之和。以下式为根据建立预报方案称为合成流量法合成流量法。 合成流量法的关键关键是值的确定。)(1,nitiiiIfQ3、实时洪水预报 实时洪水预报的基本任务基本任务是根据采集的实时雨量、蒸发、水位等观测资料信息，对未来将发生的洪水作出洪水总量、洪峰及发生时间、洪水发生过程等情势的预测。 实时洪水预报实时洪水预报是利用在作业预报过程中不断得到的预报误差信息，运用各种理论和方法及时地校正、改善预报估计值或水文预报模型中的参数，使以后阶段的预报误差尽可能减小，预报结果更接近实测值。 实时洪水预报是现代水文预报技术发展的一个重要方面。三、（水库）施工洪水预报1、分期围堰明渠导流期的水位（流量）预报cc

9、ccAQvAQvgvgvZZZ，22-上02002下上 已知下游断面的水位-流量关系曲线（Q=f(Z下)）、上游断面的水位-面积曲线（A上=f(Z上)）、收缩断面的水位-面积关系曲线（Ac=f(Z下)），用试错法建立壅水后围堰上游的水位流量关系曲线，步骤如下： （1）分级定流量值，查Q=f(Z下)曲线得相应的Z下值。 （2）由Z下值查Ac=f(Z下)曲线得相应的Ac值。 （3）由Q和Ac值计算vc和acvc2/2g值。 （4）假定上游壅水高度Z，按Z上+ Z值查A上=f(Z上)曲线，得相应的A上值。三、（水库）施工洪水预报1、分期围堰明渠导流期的水位（流量）预报 （5）由Q和A上值计算v0和a

10、0v02/2g值。 （6）按式（5-32）计算壅水高度Z值。若Z =Z即为所求。否则，重新假定Z值。 计算得各级流量Z值后，绘制如下图所示壅水后Q=f(Z上)曲线。预报时，根据预报流量查图即得围堰上下游水位和壅水高度。三、施工洪水预报2、分期围堰明渠截流期水位、流量预报 （1）龙口上、下游水位和流速极限预报）龙口上、下游水位和流速极限预报 龙口过水断面的水流要素一般都按水力学中的宽顶堰计算，并分为自由出流和淹没出流两种情况。相关计算公式可参阅水力学有关书籍。 （2）初蓄期的水库水位与出流量预报）初蓄期的水库水位与出流量预报 围堰合龙后，工程进入初蓄期，边施工边蓄水，坝前蓄水陡增，水位上升。此时

11、导流方式常采用坝体梳齿缺口泄水、坝体泄流洞泄水、隧洞泄水等，且或有闸门控制，或无闸门控制，其泄流量都按水力学公式计算。四、枯水预报1、枯季径流的消退规律 流域降雨量较少，通过河流断面的流量过程低落而比较稳定的时期，称为枯枯水季节水季节（简称枯季枯季）或枯水期枯水期，其间所呈现出的河流水文情势称为枯水枯水。 枯水期的河流流量主要由汛期末滞留在流域中的蓄水量的消退而形成，其次来源于枯季降雨。流流域蓄水量包括地面地面、地下蓄水量地下蓄水量两部分。 （1）对于由地下水补给的河流，其出流量消退规律为 （2）对于由河网蓄水量补给的枯季径流，其出流的消退规律为 （3）对于由地下水和河网蓄水量综合补给的径流，其出流的消退规律为tgggeQtQ)0(）（trrreQtQ)0(）（ktetQtQ/0)(）（四、枯水预报2、枯季径流的预报方法 常用的枯季径流预报方法：退水曲线法、前后期径流量相关法和河网蓄水量法。 （1）前后期径流量（流量）相关法 适用于以地下水补给为主的枯季径流预报，计算公式：gggktktktggggeeetWWtWtW1211）（）0（）（）（/121四、枯水预报 （2）河网蓄水量法 河网蓄水量法的基本关系式：)()(rtWftttQ五、水文预报精度评定1、编制方案资料要求2、精度评定 洪水预报方案的可靠性取决于编制方案使用的水文资料的质量和代表性。 洪水预