【学习】第五章水文预报工程水文学ppt课件

1、 研讨对象研讨对象 本章根据水文景象的客观规律，利用现时曾经掌本章根据水文景象的客观规律，利用现时曾经掌握的水文、气候资料，预告水文要素未来变化过程。握的水文、气候资料，预告水文要素未来变化过程。 研讨内容研讨内容 1.短期洪水预告；短期洪水预告； 2.施工水文预告；施工水文预告； 3.水文实时预告方法。水文实时预告方法。 研讨目的研讨目的 在防汛任务中，及时准确的水文预告，是防汛在防汛任务中，及时准确的水文预告，是防汛抗洪指挥决策的重要科学根据；抗洪指挥决策的重要科学根据； 在水能、水量资源的合理调度、开发利用和维在水能、水量资源的合理调度、开发利用和维护以及航运等任务中，都需求有水文预告作

2、指点。护以及航运等任务中，都需求有水文预告作指点。 内容提要内容提要 1. 水文预告的重要作用；水文预告的重要作用； 2. 水文预告的分类；水文预告的分类； 3. 水文预告任务的根本程序。水文预告任务的根本程序。 学习要求学习要求 掌握预见期的定义及水文预告任务的根本程序。掌握预见期的定义及水文预告任务的根本程序。 可靠的洪水预告对防止洪水灾祸具有特别重要的作用。例如在河流防洪抢险中，需求及时预告出防洪地点即将出现的洪峰水位、流量，以便在洪峰到来之前，迅速加高加固堤防、转移能够受淹的群众和物资，动用必要的防洪设备等，把洪水灾祸减小到最低限制。图5.1.1为1998年长江沙市水位预告与实测情况。

3、图5.1.1 1998年长江沙市水位预告与实测情况 在水库管理中，可以利用洪水预告，使上游来的洪水与区间洪水的顶峰段彼此错开称错峰，即下游洪水很大时，水库把上游来的洪水暂时蓄存起来，待下游洪峰过后，再加大水库泄量，把上游来的洪水放出来，从而大大减低下游的洪峰和洪水灾祸。例如1998年8月长江中下游发生近百年一遇的特大洪水，由于及时准确的洪水预告，对葛洲坝水库、隔河岩水库和漳河水库科学调度，使三峡以上来的洪水和清江、沮漳河洪水的洪峰相互错开，大大降低了荆江河段的洪峰水位，防止了荆江分洪损失，为战胜该年发生的特大洪水做出了宏大奉献。表5.1.1 葛洲坝水库、隔河岩水库在错峰调度对沙市水位的影响 1

4、.按预告的工程，水文预告可分为：按预告的工程，水文预告可分为： 径流预告：预告的要素主要是水位和流量，水位预径流预告：预告的要素主要是水位和流量，水位预告指的是水位高程及其出现时间；流量预告那么告指的是水位高程及其出现时间；流量预告那么是流量的大小、涨落时间及其过程。径流预告又是流量的大小、涨落时间及其过程。径流预告又可分洪水预告和枯水预告。可分洪水预告和枯水预告。冰情预告：冰情预告是利用影响河流冰情的前期气冰情预告：冰情预告是利用影响河流冰情的前期气候因子，预告流凌开场、封冻与开冻日期，冰厚、候因子，预告流凌开场、封冻与开冻日期，冰厚、冰坝及凌汛最高水位等。冰坝及凌汛最高水位等。沙情预告：沙

5、情预告那么是根据河流的水沙相关关系，结合流域下垫面要素，预告年、月和一次洪水的含沙量及其过程。水质预告：预测河流中污染物迁移转化的时空变化过程。施工水文预告：在工程施工期间要进展的特殊预告工程。 2.按预见期的长短，水文预告可分为短期水文预告：主要由水文要素作出的预告。中长期水文预告：包括气候预告性质在内的水文预告。 预告的预见期是指发布预告与预告要素出现的时间间距。在水文预告中，预见期的长与短并没有明确的时间界限。 水文预告任务大体上分为两大步骤水文预告任务大体上分为两大步骤 1制定预告方案：制定预告方案： 分析预告要素的构成规律，建立由过去的观分析预告要素的构成规律，建立由过去的观测资料推

6、算水文预告要素大小和出现时间的一整套测资料推算水文预告要素大小和出现时间的一整套计算方法，即水文预告方案。计算方法，即水文预告方案。 制定的方案按国家制定的方案按国家要求要求的允许误差进展评定和检验。只需质量优良和合格的允许误差进展评定和检验。只需质量优良和合格的方案才干付诸运用。的方案才干付诸运用。图5.1.2为我国2000年6月30日开场实施的SL250-2000。 2进展作业预告进展作业预告 将现时发生的水文气候信息，经过预告方案将现时发生的水文气候信息，经过预告方案算出即将发生的水文预告要素大小和出现时间，算出即将发生的水文预告要素大小和出现时间，及时将信息发布出去，这个过程称为作业预

7、告。及时将信息发布出去，这个过程称为作业预告。 假设现时水文气候信息是经过自动化采集、假设现时水文气候信息是经过自动化采集、自动传送到预告中心的计算机内，由计算机直接自动传送到预告中心的计算机内，由计算机直接按存储的水文预告模型程序计算出预告结果。这按存储的水文预告模型程序计算出预告结果。这样的作业预告称为联机作业实时水文预告。样的作业预告称为联机作业实时水文预告。 内容提要内容提要 1. 河段中的洪水波运动；河段中的洪水波运动； 2. 相应水位相应水位(流量流量)法；法； 3. 合成流量法；合成流量法； 4. 流量演算法；流量演算法； 5. 降雨径流预告。降雨径流预告。 学习要求学习要求 掌

8、握相应水位掌握相应水位(流量流量)法、合成流量法和马斯京法、合成流量法和马斯京根流量演算方法。根流量演算方法。 短期洪水预告的分类：短期洪水预告的分类： 河段洪水预告：以河槽洪水波运动实际为根底，河段洪水预告：以河槽洪水波运动实际为根底，由河段上游断面的水位、流量过程预告下游断面由河段上游断面的水位、流量过程预告下游断面的水位和流量过程。的水位和流量过程。 降雨径流预告：按降雨径流构成过程的原理，利降雨径流预告：按降雨径流构成过程的原理，利用流域内的降雨资料预告出流域出口断面的洪水用流域内的降雨资料预告出流域出口断面的洪水过程。过程。 1. 洪水波洪水波 流域上大量降水后，产生的净雨沿坡地迅流

9、域上大量降水后，产生的净雨沿坡地迅速聚集，注入河槽，引起流量的剧增。由于降雨速聚集，注入河槽，引起流量的剧增。由于降雨量时空分布不均匀、河网干支流和分布外形的不量时空分布不均匀、河网干支流和分布外形的不同，以及水流聚集速度的快慢，河道接纳的水量同，以及水流聚集速度的快慢，河道接纳的水量沿程不同，使河道沿程水面发生高低起伏的一种沿程不同，使河道沿程水面发生高低起伏的一种动摇，称为洪水波。动摇，称为洪水波。 2. 附加比降附加比降 附加比降是洪水波的主要特征之一。附加比附加比降是洪水波的主要特征之一。附加比降是指洪水波水面比降与同水位稳定流水面比降降是指洪水波水面比降与同水位稳定流水面比降之差，之

10、差， 即即 5-2-1 。0iii 3.河段洪水波的传播与变形河段洪水波的传播与变形 由于河槽的调蓄作用，洪水波向下游传播过由于河槽的调蓄作用，洪水波向下游传播过程中，不断发生变形，如以下图所示。程中，不断发生变形，如以下图所示。 在沿棱柱形河槽运动中其变形有两种形状： 1洪水波展开：洪水波在传播过程中，波长不断加大，波高不断减小的景象称为洪水波的展开，即A2C2A1C1，h2 h1。 2洪水波扭曲：洪水波在传播过程中，波前水量不断向波后转移的景象称为洪水波的扭曲。 根据河段洪水波运动和变形规律，利用河段上断面的实测水位(流量)，预告河段下断面未来水位(流量)的方法，称为相应水位(流量)法。

11、1.根本原理根本原理 相应水位流量相应水位流量 相应水位流量是指在河段同次洪水过程线相应水位流量是指在河段同次洪水过程线上，处于同一位相点上、下站的水位流量称上，处于同一位相点上、下站的水位流量称为相应水位流量。为相应水位流量。 如以下图所示某次洪水过程线上的各个特征点。例如上游2点洪峰水位经过河段传播时间，在下游站2点的洪峰水位，就是同位相的水位。 2.无支流河段的相应水位预告无支流河段的相应水位预告 在制定相应水位法的预告方案时，要从实测资在制定相应水位法的预告方案时，要从实测资料中找出相应水位及其传播时间是比较困难的。料中找出相应水位及其传播时间是比较困难的。普通采取水位过程线上的特征点

12、，如洪峰、波谷普通采取水位过程线上的特征点，如洪峰、波谷等，作出该特征点的相应水位关系曲线与传播时等，作出该特征点的相应水位关系曲线与传播时间曲线。间曲线。 表5-2-1 长江万县站三斗坪站相应洪峰水位及传播时间 在有支流汇入的河段，按照上游干、支流各站的传播时间，把各站同时辰到达下游站的流量叠加起来得合成流量，然后建立合成流量与下游站相应流量的关系曲线，进展预告的方法称为合成流量法。 nititiQfQ1,上，下， Saint Venant方程方程 式中，式中，Q-流量；流量；A-过水断面；过水断面；v-断面平均流速；断面平均流速；y-水深；水深；x-洪水波运动方向上的坐标；洪水波运动方向上

13、的坐标；g-重力加重力加速度；速度；i0-河底坡度；河底坡度；C-谢才系数；谢才系数；R-水力半径。水力半径。2020QAxtvvyvvgg ixtxC R连续性方程动力方程 (1) 根本原理根本原理 河段流量演算是由以下两个根本公式组成：河段流量演算是由以下两个根本公式组成： 河槽时段水量平衡方程河槽时段水量平衡方程 假设当河段内有区间入流量假设当河段内有区间入流量q，将，将q值并入到上值并入到上断面的入流量中进展演算，即：断面的入流量中进展演算，即： 河段蓄水量与泄流量方程河段蓄水量与泄流量方程(槽蓄方程槽蓄方程)SSSt)QQ(21t)QQ(21122 ,1 ,2 ,1 ,下下上上)(Q

14、fS 上上QQqSSSt)QQ(21t)QQ(21122 ,1 ,2 ,1 ,下下上上 (2)马斯京根法及槽蓄曲线方程马斯京根法及槽蓄曲线方程 该方法由该方法由G.T.麦卡锡麦卡锡(G-T-McCarthy) 1938年运年运用于美国马斯京根河流域而得名。该法主要是建用于美国马斯京根河流域而得名。该法主要是建立马斯京根槽蓄曲线方程，并与水量平衡方程联立马斯京根槽蓄曲线方程，并与水量平衡方程联立求解，进展河段洪水演算。立求解，进展河段洪水演算。柱蓄：同一下断面水位(Z下)稳定流水面线以下的蓄量(红色框内)。涨水情况落水情况实践水面线下断面稳定流水面线实践水面线下断面稳定流水面线涨水情况落水情况(

15、)SSx SSQ下Q下Q上()SSx SSQ下Q下Q上(1)SxSx SQ下Q上SKQQ上上SKQQ下下(1)SxSx SQ下Q上(1)SK Qx Q下上(1)QxQx Q下上SKQ)1 ()1 ()(21)(211 ,112,22122,1 ,2,1 ,下上，下上，下下上上QxxQkSQxxQkSSSStQQtQQ (3)马斯京根流量演算方程马斯京根流量演算方程 联解水量平衡方程式和马斯京根槽蓄曲线方程联解水量平衡方程式和马斯京根槽蓄曲线方程式：式：tKxKtKxKCtKxKKxtCtKxKKxtCQQCQCQ5 . 05 . 0;5 . 05 . 0;5 . 05 . 0C2101 ,21

16、 ,12,02,式中，下上上下 (4)试算法确定试算法确定x、K值值 对某一次洪水，假定不同的对某一次洪水，假定不同的x值计算值计算Q，作出，作出Sf(Q)关系曲线，其中能使二者关系成为单不关系曲线，其中能使二者关系成为单不断线的断线的x值即为此次洪水所求的值即为此次洪水所求的x值，而该直线的值，而该直线的斜率即为所求的斜率即为所求的K值。取多次洪水作一样的计算值。取多次洪水作一样的计算和分析，就可以确定该河段的和分析，就可以确定该河段的x、K值。值。 【例】根据某河段一次实测洪水资料(表5-2-2)，用马斯京根法进展河段洪水演算。 (5)马斯京根法中几个问题的分析马斯京根法中几个问题的分析

17、K值的综合值的综合 K具有时间的因次，它根本上反映河道稳定流时具有时间的因次，它根本上反映河道稳定流时河段的传播时间。河段的传播时间。 在不稳定流情况下，按流量分级，根据不同的流在不稳定流情况下，按流量分级，根据不同的流量取不同的量取不同的K值。值。 x值的综合值的综合 流量比重要素流量比重要素x除反映楔蓄对流量的作用外，还反除反映楔蓄对流量的作用外，还反映河段的调蓄才干。映河段的调蓄才干。 对于一定的河段，对于一定的河段，x在洪水涨落过程中根本稳定，在洪水涨落过程中根本稳定，但也有随流量添加而减小的趋势。但也有随流量添加而减小的趋势。 流量比重要素流量比重要素x，普通从上游向下游逐渐减小，介，普通从上游向下游逐渐减小，介于