水文预报.ppt

1、第五章第五章 水文预报水文预报研究对象：研究对象：本章研究水文现象的客观规律，利本章研究水文现象的客观规律，利用现时已经掌握的水文、气象资料，预报水文要用现时已经掌握的水文、气象资料，预报水文要素未来变化过程。素未来变化过程。研究内容：研究内容：1.短期洪水预报；短期洪水预报；2.枯水预报；枯水预报；3.施工水文预报；施工水文预报； 4.水文实时预报方法。水文实时预报方法。研究目的：研究目的：在防汛工作中，及时准确的水文预在防汛工作中，及时准确的水文预报，是防汛抗洪指挥决策的重要科学依据；在水报，是防汛抗洪指挥决策的重要科学依据；在水能、水资源的合理调度、开发利用和保护以及航能、水资源的合理调

2、度、开发利用和保护以及航运等工作中，都需要有水文预报作指导运等工作中，都需要有水文预报作指导 5.1 概述概述5.2 短期洪水预报短期洪水预报5.3 水文预报精度的评定水文预报精度的评定 内容提要内容提要 1. 水文预报的重要作用；水文预报的重要作用；2. 水文预报的水文预报的分类；分类； 3. 水文预报工作的基本程序水文预报工作的基本程序 学习要求学习要求 掌握预见期的定义及水文预报工作的基掌握预见期的定义及水文预报工作的基本程序。本程序。 一、概念一、概念 水文预报：利用实测的水文气象资料，揭示和预水文预报：利用实测的水文气象资料，揭示和预测未来水文要素变化的一门水文学科。测未来水文要素变

3、化的一门水文学科。二、水文预报的作用二、水文预报的作用 1.1.水文预报可充分利用水资源，最大限度发挥水水文预报可充分利用水资源，最大限度发挥水利工程的效益；利工程的效益； 2.2.在防洪斗争中，水文预报能事先提供洪水的在防洪斗争中，水文预报能事先提供洪水的发生和发展，为防汛抗险提供情报；发生和发展，为防汛抗险提供情报； 3.3.通过水文预报，实现水利工程的优化调度，通过水文预报，实现水利工程的优化调度，更好地处理防洪和兴利的矛盾。更好地处理防洪和兴利的矛盾。三、水文预报分类三、水文预报分类 1.1.按预报的项目分按预报的项目分 2.按预见期按预见期长短分长短分中长期水文预报（中期水文预报中长

4、期水文预报（中期水文预报预见期为两周左右，长期水文预预见期为两周左右，长期水文预报预见期为报预见期为1515天以上一年以内）天以上一年以内）短期水文预报短期水文预报( (预见期预见期1-21-2天）天）指预报发布与预报要素出现的时间间距。指预报发布与预报要素出现的时间间距。水位预报水位预报径流预报径流预报冰情预报冰情预报沙情预报沙情预报水质预报水质预报洪水预报洪水预报枯水预报枯水预报四、水文预报工作的基本程序四、水文预报工作的基本程序 1 1、制定预报方案、制定预报方案 收集水文、气象资料；收集水文、气象资料； 建立预报模型建立预报模型即水文预报方案；即水文预报方案； 对模型进行评定和检验对模

5、型进行评定和检验允许误差；允许误差； 2 2、进行作业预报、进行作业预报 将现时发生的水文气象信息，通过报汛设备迅将现时发生的水文气象信息，通过报汛设备迅速传送到预报中心，随即经过预报方案算出即将发生速传送到预报中心，随即经过预报方案算出即将发生的水文预报要素大小和出现时间，及时将信息发布出的水文预报要素大小和出现时间，及时将信息发布出去，供有关部门应用。去，供有关部门应用。 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. 降雨径流预报。降雨径流预报。 学习要求 理解相应

6、水位理解相应水位(流量流量)法和合成流量法；法和合成流量法；重点掌握马斯京根流量演算方法重点掌握马斯京根流量演算方法 一、河段洪水预报一、河段洪水预报1 1、方法与原理、方法与原理 （1）方法：）方法： 以河槽洪水波运动理论为基础，由河流上游断以河槽洪水波运动理论为基础，由河流上游断面已出现的水位、流量过程，预报下游断面将要出现的水位面已出现的水位、流量过程，预报下游断面将要出现的水位和流量过程。和流量过程。 预见期：洪水波在河段中的传播时间。预见期：洪水波在河段中的传播时间。短期洪水预报短期洪水预报降雨径流预报降雨径流预报河段洪水预报河段洪水预报AtQAtQ1Q2t1t2BQB2 2、洪水波

7、运动、洪水波运动 河道沿程洪水水面发生高低起伏的一种波动，称为河道沿程洪水水面发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。洪水波。 稳定流水面比降稳定流水面比降i0、洪水波的水面比降、洪水波的水面比降i。 波前部分波前部分ii0，波后部分，波后部分i0；落洪时，；落洪时， i=A1C1，h2h1。洪水波的扭曲：洪水波的扭曲：洪水波在传播过程中，波峰向洪水波在传播过程中，波峰向它的起点逼近，波前长度减小，即它的起点逼近，波前长度减小，即S2C2A1S1，附加比降不断减小。因而波前，附加比降不断减小。因而波前水量不断向波后转移。水量不断向波后转移。二、相应水位二、相应水位（流量）法（流量）法 根据河段洪水

8、波根据河段洪水波运动和变形规律，利运动和变形规律，利用河段上断面的实测用河段上断面的实测水位水位(流量流量)，预报河段，预报河段下断面未来水位（流下断面未来水位（流量）的方法，称为量）的方法，称为相相应水位（流量）法。应水位（流量）法。 即建立上、下游站即建立上、下游站同次洪水水位（流量）同次洪水水位（流量）相关图。相关图。 相应水位（流量）：相应水位（流量）：同位相的水位（流同位相的水位（流量）。量）。 图图5-2-25-2-21 1、基本原理、基本原理（1）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

9、的水位过程线上，处于同一位相点上、下站的水位（流量）（流量） 。 如图如图5-2-3所示某次洪水过程线上的各个所示某次洪水过程线上的各个特征点，例如上游特征点，例如上游2点洪峰水位经过河段传播点洪峰水位经过河段传播时间时间，在下游站，在下游站2点的洪峰水位，就是同位点的洪峰水位，就是同位相的水位。相的水位。（2）相应水位）相应水位(流量流量)法的基本方程法的基本方程 1)1)无区间入流：无区间入流： Q下下,t+= Q上上,t -QL 2)2)有区间入流有区间入流q q： Q下下,t+= Q上上,t -QL+q式中，式中，为河段传播时间为河段传播时间(预见期预见期);QL上、下游站相应流量的差

10、值，称为洪水展上、下游站相应流量的差值，称为洪水展开量。开量。将上式改写：将上式改写： Q下下,t+= f(Q上上,t,i) =f（Q上上,t ，Q下下,t ）同理，对于水位：同理，对于水位： Z下下,t+= f(Z上上,t，i) =f（Z上上,t ，Z下下,t ）2 2、无支流河段的相应水位预报、无支流河段的相应水位预报 在制定相应水位法的预报方案时，一般在制定相应水位法的预报方案时，一般采取水位过程线上的特征点，如洪峰等，作采取水位过程线上的特征点，如洪峰等，作出该特征点的相应水位关系曲线与传播时间出该特征点的相应水位关系曲线与传播时间曲线。曲线。 （1）简单的相应水位法）简单的相应水位法

11、 在无支流汇入的河段上，若影响洪水波传播的在无支流汇入的河段上，若影响洪水波传播的因素比较单纯，可用简单的相应水位法。因素比较单纯，可用简单的相应水位法。 - - 预报方案：预报方案：根据上游站和下游站的实测水位过根据上游站和下游站的实测水位过程线，摘录相应的特征点即洪峰水位值及其出现时程线，摘录相应的特征点即洪峰水位值及其出现时间间( (见表见表5-2-1)5-2-1)，并绘制相应洪峰水位相关曲线及，并绘制相应洪峰水位相关曲线及其传播时间曲线其传播时间曲线( (图图5-2-4)5-2-4)作为预报方案。作为预报方案。 - - 作业预报：作业预报：按按t t时上游出现的洪峰水位时上游出现的洪峰

12、水位(Z(Z上，上，t t) )，在在(Z(Z上，上，t tZ Z上，上，t+t+) )曲线上查得曲线上查得(Z(Z下，下，t+t+) )，在，在(Z(Z上，上，t t)曲线上查得曲线上查得，从而预报出，从而预报出t+t+时下游将要时下游将要出现的洪峰水位出现的洪峰水位(Z(Z上，上，t+t+) )。 表表5-2-1 5-2-1 长江万县站三斗坪站相应洪峰水位及传播时间长江万县站三斗坪站相应洪峰水位及传播时间（2）以下游站同时水位为参数的相应水位法）以下游站同时水位为参数的相应水位法 下游站同时水位下游站同时水位Z Z下，下，t t就是上游站水位就是上游站水位Z Z上，上，t t出出现时刻的下

13、游水位，它与现时刻的下游水位，它与Z Z上，上，t t一起能反映一起能反映t t时刻的时刻的水面比降变化，同时也间接地反映区间入流和断面水面比降变化，同时也间接地反映区间入流和断面冲淤以及回水顶托等因素的影响。冲淤以及回水顶托等因素的影响。 - - 预报方案：预报方案：制作预报方案时，以下游站同时水位制作预报方案时，以下游站同时水位Z Z下，下，t t为参数作等值线，分别绘制为参数作等值线，分别绘制Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t Z Z下，下，t+t+和和Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t 相关曲线，如图相关曲线，如图5-2-55-2-5所示。所示。 - - 作业预报：作业

14、预报：按按t t时刻的水位时刻的水位Z Z上，上，t t及及Z Z下，下，t t，按图，按图5-5-2-52-5的箭头方向查得的箭头方向查得Z Z下，下，t+t+和和，从而预报出，从而预报出t+t+时下游将要出现的洪峰水位时下游将要出现的洪峰水位Z Z上，上，t+t+。（3）以上游站涨差为参数的水位相关法）以上游站涨差为参数的水位相关法 洪水波通过某一断面时，波前的附加比降为正，洪水波通过某一断面时，波前的附加比降为正，使涨水过程的涨率使涨水过程的涨率ZZ上上/t/t为正；波后的附加比降为正；波后的附加比降为负，使落水过程的涨率为负。因此，为负，使落水过程的涨率为负。因此， 水位水位( (流量

15、流量) )过程线的涨过程线的涨( (落落) )率在很大程度上反映了附加比降和率在很大程度上反映了附加比降和水面比降的大小。水面比降的大小。 - - 预报方案：预报方案：图图5-2-65-2-6是长江万县水文站宜昌水是长江万县水文站宜昌水文站河段以文站河段以QQ上上为参数的水位预报方案。为参数的水位预报方案。 - - 作业预报：作业预报：已知已知t t时刻的时刻的Z Z上，上，t(t(或或Z Z下，下，t t) )、ZZ上上( (或或QQ上上) )，在图上查出预报的下游水位，在图上查出预报的下游水位Z Z下，下，t+t+ 和和预见期为预见期为 。 三、合成流量法三、合成流量法 1 1、原理、原理

16、 当河段中有支流汇入时，当河段中有支流汇入时，下断面下断面B B处的洪水是上断面洪水处的洪水是上断面洪水A A和支流和支流C C、D D等组成的，即等组成的，即BDCAnititiQfQ1,)(上下BDCAnititiQfQ1,)(上下 关键：关键：确定干、支流传播时间。确定干、支流传播时间。 该法的预见期取决于上游各该法的预见期取决于上游各站中传播时间最短的一个。站中传播时间最短的一个。1)一般情况下，上游各站中以干一般情况下，上游各站中以干流站的流量为最大，从预报精度流站的流量为最大，从预报精度的要求出发，常常用它的传播时的要求出发，常常用它的传播时间间作为预报方案的预见期。作为预报方案的

17、预见期。 上游干流实测流量上游干流实测流量 + 支流错开支流错开传播时间的流量传播时间的流量=合成流量合成流量2)支流传播时间小于干流站的传支流传播时间小于干流站的传播时间，需对该支流站的相应流播时间，需对该支流站的相应流量作出预报。量作出预报。2 2、预报方案制作、预报方案制作 a.a.相关曲线较好，相关曲线较好，如图如图5-2-7所示。所示。 b.b.相关曲线较不好时，应建立以下游站同时水位相关曲线较不好时，应建立以下游站同时水位 或流量或流量为参数的相关曲线。如图为参数的相关曲线。如图5-2-8所示。所示。图图5-2-7图图5-2-8例：例： 流域情况流域情况见右图。见右图。试用合成试用

18、合成法预报南法预报南平流量。平流量。图图5-2-9四、流量演算法四、流量演算法 1 1、基本原理、基本原理 洪水波的演进与变形可用圣维南洪水波的演进与变形可用圣维南（Saint-Venant）方程组描述。）方程组描述。 水文上将其连续方程简化为河段水量水文上将其连续方程简化为河段水量平衡方程，把动力方程简化为槽蓄方程，平衡方程，把动力方程简化为槽蓄方程，然后联立求解，将河段的入流过程演算为然后联立求解，将河段的入流过程演算为出流过程。这就是流量演算法。出流过程。这就是流量演算法。S S河段蓄水量，河段蓄水量，m m3 3/s/sh h；Q Q河段流量，河段流量， m m3 3/s/s当河段有区

19、间入流当河段有区间入流q q时，则式时，则式（1 1）的左边应增加（）的左边应增加（q q1 1+q+q2 2）t/2t/2一项。一项。(1)(2)关键：建立槽蓄曲线（方程）关键：建立槽蓄曲线（方程）图图5-2-102 2、马斯京根法及其槽蓄曲线方程、马斯京根法及其槽蓄曲线方程 （1）马斯京根法）马斯京根法 1938年年 G.T.McCarthy 美国马斯京根河流域而得美国马斯京根河流域而得名。名。 （2）马斯京根槽蓄曲线方程）马斯京根槽蓄曲线方程 洪水波产生附加比降，涨洪时，流量大，槽蓄量洪水波产生附加比降，涨洪时，流量大，槽蓄量S大；落洪时，流量小，槽蓄量大；落洪时，流量小，槽蓄量S小。故

20、小。故SQ关系曲线随关系曲线随水面比降水面比降i变化。即：变化。即： S=f(Q,i) 马斯京根槽蓄曲线方程中，河段槽蓄量两部分组成：马斯京根槽蓄曲线方程中，河段槽蓄量两部分组成： a 柱蓄柱蓄 b 楔蓄楔蓄 下断面出流量只能反映河段内的柱蓄，唯有采用上断面的入下断面出流量只能反映河段内的柱蓄，唯有采用上断面的入流量作为参数时，才能反映河段内的全部蓄量。流量作为参数时，才能反映河段内的全部蓄量。图图5-2-11x：流量比重因素流量比重因素 K：稳定流情况下的河段传播时间稳定流情况下的河段传播时间C0+C1+C2=1(1)3100.231=722500.538=1352500.231=58已知已知 x=0.2，K=12，t=12h。计算得计算得C0=0.231，C1=0.538，C2=0.231。即：。即：3 3、马斯京根法中几各问题的分析、马斯京根法中几各问题的分析（1 1）K值的综合：值的综合：（2 2）x值的综合：值的综合：（3 3）计算时段）计算时段t的选择：的选择：（4 4）预见期问题：）预见期问题： 上式是没有遇见期的。通过改上式是没有遇见期的。通过改进，可获得预见期：进，可获得预见期： 选择适当的选择适当的计算时段计算时段t，使，使得：得：t=2Kx 1 ,21 ,12,02,下上上下QCQCQCQ05 . 05 . 00tKxKKxtC表表 某河段一