水文预报课程设计

1、水文预报课设设计指导老师：王*系别：水资源工程系班级：水文0801学号： 20090803*姓名： *目录目 录- 0 -一、设计任务- 1 -二、设计资料- 1 -三、流域自然地理概况- 1 -四、设计步骤及技术要求- 3 -1绘制汛期栾川站流量过程线和相应的降雨量过程线_ - 3-2 计算流域平均次降雨量 P _- 3-3 分析栾川站流量过程的退水规律，制作退水方案_ - 4-4 划分洪水，计算各次洪水的实测径流深R _- 4-5. 初定蓄满产流模型参数 _ - 4 -6 应用蓄满产流模型计算各次洪水的径流深R _ - 7 -7. 对方案进行精度评定 _ - 7 -8确定蓄满产流模型参数_

2、 - 11 -附 表-12-表 1 各站累积雨量摘录表 _- 12 -表 2 退水资料摘录表 _- 13 -表 3 退水流量相应径流深计算表 _- 14 -表 4 实测次洪径流深计算表 _- 14 -表 5 产流计算表 _- 16 -表 6 次洪径流深精度统计表 _- 18 -表 7 t=2h 时段流量过程摘录表 _ - 19 -表 8 由蓄满产流模型计算时段径流量_- 20 -表 9 用蓄满产流模型计算时段径流深R 修正 _ - 20 -水文预报课程设计一、设计任务本次设计的任务主要包括以下两个方面：（一）编制伊河栾川以上流域降雨径流量预报方案（二）编制伊河栾川以上流域降雨径流过程预报方案二

3、、设计资料编制方案采用的资料有：1流域出口断面逐时流量；2流域内雨量站逐日降水量；3流域内雨量站逐时降水量；4实测蒸发皿日蒸发量。三、流域自然地理概况伊河栾川水文站建于东径 110036 ，北纬 33047，是伊河上游的第一个水文站，集水面积 340平方公里，河长 36.9 公里，流域内属石山、林区、纵坡较陡、森林茂密，植被率在 50%左右，土层覆盖较薄，表层土为壤土，下层为沙卵石，下渗能力较大，河道比降陡，河网密度大，河系呈扇形。伊河流域的气候变化，完全受季风的支配，每年的 9月份以后季风逐渐南退， 地方冷空气不断南下， 则为北方冷高压所控制造成季风寒冷，雨雪稀少的干燥气候， 6月份以后，夏

4、季风开始活跃，南方暖湿空气不断袭来，形成了夏季炎热，而潮湿的多雨气候。流域内各站多年平均降水量 700800毫米， 610月为汛期，汛期雨量占全年的 60%以上， 78月为暴雨期，暴雨历时短，强度大，一般降雨历时一至两天， 超过三天以上很少出现， 暴雨中心多在栾川、- 1 -陶湾。伊河洪水为暴雨所形成， 受降雨特性影响， 洪水过程陡涨陡落，洪水多发生在 7 10月份，特大洪水发生在 78月份。流域内水系和站网分布见下图。流域内水系和站网分布图水文预报课程设计四、设计步骤及技术要求（一）编制产流量预报方案1绘制汛期栾川站流量过程线和相应的降雨量过程线根据 1964 年和 1978 年栾川站洪水水

5、文要素摘录表可以绘制出汛期栾川站流量过程线，见图如下。图 1流量过程线2计算流域平均次降雨量P由各站累积雨量摘录表 （表 1 各站累积雨量摘录表如下） 能够算出 1964 年和 1978 年流域平均次降雨量 P年=74.8mm，P=56.2mm。19641978 年- 3 -水文预报课程设计由各站累积雨量摘录表知道各个时刻的降雨量，然后把各个时刻的雨量相加的该时间段的降雨总量， 用降雨总量除以该段时间的天数得到该流域的平均次降雨量。3分析栾川站流量过程的退水规律，制作退水方案根据已知资料， 算出栾川站流量的退水流量过程，其详细计算成果表见表 2 所示。4划分洪水，计算各次洪水的实测径流深R水源

6、的划分：蓄满产流条件下， 产流量是产流面积上的降雨量， 能形成地下径流的也只是产流面积上由稳定下渗率 f c 形成的水量。因此水源公式为当 hf c 时， r g= ffcrfc ， rd r - rgFh当 hf c 时, rgr， rd0一次洪水地下水和直接径流总产量分别为Rgrrf chf chh f cRdRRg式中 、就是划分时段和次洪水源的公式。由以上公式可以计算出表3 和表 4 的结果，其成果见附表中的表3及表 4所示。5. 初定蓄满产流模型参数蓄满产流模型参数主要有蓄水容量曲线参数b，Wm，蒸发模型参数 Kc， C分水原参数 f c 共五个。其中对产流量预报影响最大的是Kc。模

7、型参数在预报中起重要作用，故在建立产流模型前要确定其初值，- 4 -水文预报课程设计供模型的调试分析作用。（1）流域稳定下渗率f c 的推求Fc 值可用实测降雨径流资料反推而得，方法较多，常用试算法。对一次洪水，首先用上一步所述方法求出实测径流深Rg ，然后根据、，假设不同的 f c，算出 Rg ，直至由降雨资料计算得Rg 与实测值相等，则 f c 值求定。为了使 f c 值有一定的精度，选择洪水时应选用次洪产流量计算误差较小和能达全流域产流的洪水， 并分析多次， 如差别不大，可取平均值。有时，需对 f c 值作古算，精度要求不高时， 可选择雨初基本能达全流域产流而雨强又较大的洪水，算出Rg

8、，并统计出降雨历时T，则Rgf cT由多次洪水分析的 f c 值可能会差别较大， 应该具体分析， 不能一概简单地取平均值。 如因未计时段内下渗历时， 会使 f c 值受时段均化而变小，时段越长，这种现象越明显，但 f c 有自身规律，尚需研究。（2）蒸发模型参数 Kc 的推求通过分析流域的降雨径流资料， 可得到较为准确的初值， 应用水量平衡原理，进行流域蒸发接近于 Ep 时期的水平衡计算， 令湿润期为T，在 T 时段内水量平衡方程为EPRW式中E 为 T 时段内流域蒸发量，P ,R 为总降雨量和由其形成的产流量，均为实测，W 为时段始末土壤蓄水量之差。如在汛期中某湿润期时段始末都能蓄满，则W=

9、0，湿润期的蒸发也接近于E ，并假p定其相等。- 5 -水文预报课程设计EPR另外，统计出 T 时期蒸发器观测的水面蒸发量EW ,O , 按 Kc 的意义，可用下式估算出EPRK cEW ,OWW,O估算的 Kc 值中综合了多种误差，故必须多分析几次洪水，求其平均值才比较可靠。另外，也可用多年平均值，据式算出 Kc 值，但只能作为 Kc 的下限值，因为实际蒸发量 E 总是小于 Ep 的。（3）Wm 的推求一般天然流域， Wm 值的确定，通常由实测降雨径流资料分析而得。 Wm 是流域缺水容量，故应尽量选取前期很干旱（ W0 0，缺水量最大），本次降雨又较大，能达到全流域产流（缺水量全部能不足）的

10、洪水，其降雨损失量即Wm 值，可多分析几次洪水取其较大者作为 Wm初值。有时不易找到满足上述条件的洪水资料，则可找出长期干旱以后的多次洪水， 取至达全流域蓄满时作为计算时段，进行水量平衡计算，用下式定出Wm 。WmPER但此时由于时间较长，故需估算出蒸发期E 值，可参考同期EW ,O 确定。（4）b 的推求fB 值在部分流域面积产流时起作用，全流域产流时， 由于 F 为 1.故 b 值大小与产流量无关。在湿润地区，b 只影响小洪水或大洪水的- 6 -水文预报课程设计前期产流量（不影响总产流量） ，故对 R 影响不大；但干旱地区则局部产流较多而全流域蓄满情况较少，故b 值影响较大，根据经验，一般

11、取值为 0.20.4 ，山区大于平坦地区，b 值一般随流域面积增大而增大。（5）C的推求C值的确定，由于研究不够，常取经验数据，约0.10.2. 一般作物多的地区旱季深根植物散发量较大，C值也较大。6应用蓄满产流模型计算各次洪水的径流深R（ 1）确定雨量站，计算流域平均雨量 P；（ 2）分析流域退水曲线，划分 Qt，计算次洪实测产流量 R0；（ 3）初定参数 b， Wm ，Kc ，C,f c；（ 4）计算次洪 Rc，根据蒸散发计算模型，计算逐日 E，并计算出 W0 ，W0由 结合 PR关系（或查图）算出逐日 Rc，据此统计出次洪水径流深 Rc 值，即 R值。由以上四个步骤即可计算出各次洪水的径

12、流深 R，其计算成果见下表 4 所示。7. 对方案进行精度评定模型的误差有三个方向。 一是原始资料的观测误差， 二是模型计算方法和参数确定方面的误差，三是模型的理论误差。原始资料的误差，除了较明显的外，一般难以理解，但是具有这样的概念，有助于分析判断。计算方法的误差涉及面比较广，主要是降雨径流关系各要素 P，R0，W0的计算及其中的取定，常见一下几个方面。- 7 -水文预报课程设计（ 1）流域平均降雨量的计算很多流域表明，面雨量的计算误差常成为点据误差的主要因素。首先是测站的控制性问题， 在雨量分布不均匀的地区及季节， 现有站网往往难以控制面雨量，这个问题实际上很难完全解决。其次，面雨量的各种

13、计算方法基本依据是点雨量对其附近的面积往往有代表性，但是，由于雨型空间多变，加上测站控制性问题，采用何种方法最为合适或如何结合雨型采用不同的方法， 须对多年计算结果进行对比分析，了解计算误差后，才能做出判断和改进。一般流域上游降雨较大， 而站网稀疏， 易漏掉暴雨而使算得的流域平均雨量偏小，这种情况可通过洪水资料的分析比较来确定。分块计算的流域，其子流域的平均雨量也存在上述类似的情况。（2）次洪 R0 的计算误差来自采用统一的地下水退水曲线， 没有考虑不同退水规律的差异，地下水退水本身也有季节性变化。此外，有些小洪水，虽流量较小，却并非全是地下水，还包括直接径流，往往出现小洪水比大洪水退水快，孤

14、立洪水比连续洪水退水快的现象。因此，在退水曲线变化较大或退水分割误差较大时， 要考虑实际情况， 取不同的退水曲线或改进计算方法。（ 3）蒸散发量计算影响蒸散发计算的参数主要有两个即 Kc 和 Wm。 KcKc 决定了 Ep，常对蒸散发能力计算起主要作用。如取得不准，将使点据出现系统偏差。如Kc 取得过小， Ep 也小，则W0偏大，算的R0- 8 -水文预报课程设计偏大，点据将偏离理论线上方，反之则偏于下方。若取得合适，则无系统偏离。有些地区 Kc 还成季节性变化， 与植物散发有关， 一般是夏季大于冬季。Wm 的影响不如Wm 明显，它通过蒸发计算来影响蒸发量。若Wm取得过小，又采用一层蒸发模型计

15、算时，会使损失量（Wm-W0）偏小，而使计算的产流量偏大， 主要影响久旱后的洪水。 一般采用分层模型时， Wm较大，上述情况不易出现。 bB 值只影响局部流域产流时的产流量，b 值越大， R 越大，对于湿润地区，大部分洪水为全流域蓄满，但对半湿润地区，则常有局部产流情况，需要注意的是 b 值对 R的影响。（ 4）模型简化生产的误差 将流域作为整体计算如将降雨径流各项要素都取流域平均值，不考虑流域上的不均性，则流域越大，不均匀性程度越剧烈，将影响计算成果。首先是 p 在面上分布的不均匀性。 虽不均匀，但在最小面积上雨末也能蓄满，因全流域都蓄满，损失达最大值，为一常数，则对 R计算无影响。因此，只

16、有在 p 不均匀而形成部分流域产流时，用平均 p 计算 R与实际才会不同， 其点据将偏于理论线下方， 即计算径流深偏小。当 p 在面上分布不均但最终达到全流域产流时， 其产流量与 p 分布不均匀时相同，但产流量时程分配是不同的。其次，在降雨分布明显不均匀的流域， 往往引起流域缺水量也不- 9 -水文预报课程设计均匀，其影响与p 分布不均是相似的。为消除误差，宜于各雨量站分别计算 R，再求流域平均 R值，这种分站计算法可以大致考虑到 p 分布不均和下垫面 W不均的影响，提高精度。 模型主要考虑下渗损失量模型着重考虑下渗损失量， 当其他损失项目突出时， 会产生误差，常见的是中小水库蓄水， 稻田蓄水

17、等人类活动。 这些因素往往在短暂时间内较大地影响流域蓄水量。 如久旱之后， 由于上列原因产生径流量比正常情况下小。 如衢县流域，根据调查，其影响量可达 2030mm。显然，也会因后期水库泄水、农田放水而造成相反的误差。这在半湿润地区影响尤为明显。模型的理论误差， 即发生超渗产流情况。 湿润地区在久旱后如遇短历时暴雨，可能发生超渗产流现象， 其中 R0 大于用蓄满产流计算出的 Rc 值，点据偏于理论线下方。但根据经验，这种情况并不多见，南方地区并非每年都能发生这种情况。以上分析了蓄满产流模型误差来源及主要影响因素， 但对于有误差点据，首先应找出可能产生这种误差的原因，然后逐个分析，排除无关因素，

18、 找出主因。如 Rc 偏大，则可能是 R0 偏小，p 偏小，Kc 偏小，b 偏大等。然后逐个分析其可能性和论据。其次，分析时要注意是否有系统性，要对所有资料作分析，因为有些因素是有系统影响的，如Kc 值，对所有蒸发计算都有影响，b 值则对局部产流的洪水有影响。明确了误差的性质和找到原因后，需修改参数或计算方法， 对全部资料重新计算， 一般需反复多次才能使误差最小，最后确定方案和-10-水文预报课程设计模型参数。综合以上分析，根据所得的各次洪水径流深对方案进行精度评定，见下表 6。8 确定蓄满产流模型参数（ 1）确定计算时段 T由已知图表知： T=2h（2）按T 摘录流量过程经上一步的计算结果知

19、T=2h，所以按 T=2h 时段摘录流量过程见下表 7。(3 ）由蓄满产流模型计算时段径流量由蓄满产流模型计算时段径流量表见表8。（ 4）对时段径流量进行修正对时段径流量修正表见表 9。】-11-水文预报课程设计附表表 1 各站累积雨量摘录表日期时间年月日起迄19647269:0016:0016:018:00018:020:00020:022:00022:04:000274:006:006:008:008:0016:00平均次降雨量1978720:022:040022:023:00023:00:0000:001:001:002:002:005:007:008:00平均次降雨量站名时间站名P P

20、起迄P P3.13.111:418:09.59.50011.014.118:020:06.516.0006.420.520:04:007.723.705.726.24:006:0015.539.23.429.66:008:0018.057.27.036.68:0010:010.667.8014.651.210:012:04.572.3008.960.112:014:05.577.80014:016:06.784.50016:018:02.587.00018:018:42.589.50074.819.519.520:022:016.416.4009.629.122:00:0024.040.401

21、7.546.60:002:009.049.47.854.42:004:006.555.90.6551 560.556.556.2-12-水文预报课程设计表 2 退水资料摘录表时段t=6 小时640727750808780805790712810715830908079.572.693.28076.951.8158.36048.8434838.6244.24836.527.23628.8338.63827.4183024423.434.51313.424.518.4529.531.510.210.32116.1624.826.59.59.61815.9723.722.58.79.11715.78

22、22.3207.38.215.815.5920.118.56.87.314.515.51019186.36.313.215.41118.4165.55.212.515.21216.815511.9151315.314.54.511.214.91413.814410.613.21512.5133.59.611.61610.81238.510.7171010.52.57.59.6188.1102.56.59.4197.39.76.2206.88.55.8216.35.6225.4234.8244.4253.42627282930-13-水文预报课程设计表 3退水流量相应径流深计算表时间33Re(m

23、m)Qt（m/s ）Qt （ m/s ）050.0309.919.7139.0259.916.5231.5220.914.0326.0189.412.0421.8163.410.4518.7141.69.0616.1122.97.8714.0106.86.8812.492.85.9911.280.45.11010.069.24.4119.059.23.8128.150.23.2137.242.12.7146.334.92.2155.828.61.8165.022.81.4174.517.81.1184.013.30.8193.59.30.6203.05.80.4212.82.80.2表 4实测

24、次洪径流深计算表1964 年时间流量时段长平均流量ww16:0032.518:0041.0236.7573.5073.5020:0053.6247.394.60168.100:0064.2458.9235.60403.702:0075.5269.85139.70543.404:0083.0279.25158.50701.906:00106.0294.5189.00890.9067.27:00146.01126126.001016.908:00198.01172172.001188.909:00251.01224.5224.501413.4010:00322.01286.5286.501699.

25、9010:30322.00.5322161.001860.9010:36323.00.1322.532.251893.1511:00320.00.4321.5128.602021.75-14-水文预报课程设计11:15320.00.2532080.002101.7511:30308.00.2531478.502180.2512:00302.00.5305152.502332.7513:00285.01293.5293.502626.2514:00258.01271.5271.502897.7515:00235.01246.5246.503144.2516:00207.01221221.0033

26、65.2517:00190.01198.5198.503563.7518:00174.01182182.003745.7520:00145.02159.5319.004064.750:00104.04124.5498.004562.752:0094.0299198.004760.754:0079.5286.75173.504934.256:0070.0274.75149.505083.758:0066.8268.4136.805220.5510:0058.3262.55125.105345.6512:0052.8255.55111.105456.7516:0044.2448.5194.0056

27、50.7518:0043.0243.687.205737.9520:0039.7241.3582.705820.6522:0038.6239.1578.305898.950:0036.4237.575.005973.954:0033.4434.9139.606113.558:0030.5431.95127.806241.3512:0028.5429.5118.006359.3516:0025.7427.1108.406467.750:0024.3825200.006667.758:0023.0823.65189.206856.9520:0018.71220.85250.207107.15197

28、8 年时间流量时段长平均流量ww20:0011.522:0018.9215.230.430.423:0041.6130.330.360.723:1671.50.2756.615.175.723:2485.30.1378.410.586.223:36930.289.217.8104.027.80:00930.493.037.2141.20:301270.5110.055.0196.21:001960.5161.580.8277.01:302430.5219.5109.8386.72:002430.5243.0121.5508.23:002351239.0239.0747.2-15-水文预报课程设

29、计5:001782206.5413.01160.26:241231.4150.5210.71370.97:001070.6115.069.01439.98:0093.21100.1100.11540.09:0086.1189.789.71629.710:0072.2179.279.21708.812:0056.8264.5129.01837.814:0048.8252.8105.61943.417:0039343.9131.72075.120:0036.5337.8113.32188.40:0030.7433.6134.42322.84:0024427.4109.42432.28:0015.8

30、419.979.62511.820:0010.21213.0156.02667.88:008.7129.5113.42781.2表 5产流计算表时间pE 水EmEuElEP-EWuWLWOR2010.40.40.40.400.410.0000.1212.82.72.72.7-2.79.99.92221.91.91.9-1.97.37.3233.63.53.53.5-3.55.45.4245.95.71.91.9-1.91.91.92554.8264.24.0273.63.13.03.03.00.60.02854.80.60.6-0.60.60.6298.45.35.15.15.13.30.01

31、302.93.73.63.63.6-0.73.33.3154.82.62.6-2.62.62.623.53.435.55.341.22.92.81.21.255.55.365.95.7725.043.83.83.821.10.583.23.13.13.1-3.120.720.793.33.23.23.2-3.217.617.6105.45.25.25.2-5.214.414.41154.84.84.8-4.89.29.21265.84.94.9-4.94.44.41376.70.00.00.0-16-水文预报课程设计147.26.91576.7160.24.84.60.20.2170.43.3

32、3.20.40.4186.96.6194.64.4205.35.1217.77.4227.26.92387.7248.58.2256.46.1264.84.6270.74.34.10.70.7280.132.90.10.12924.52.32.22.22.222.30.53017.30.30.30.30.317.021.821.81.23111.01.01.0-1.037.637.60.013.43.33.33.3-3.336.636.60.022.654.84.84.8-2.333.433.436.86.56.56.5-6.531.131.145.85.65.65.6-5.624.624.6

33、543.83.83.8-3.819.019.065.45.25.25.2-5.215.215.276.56.26.26.2-6.210.010.085.14.94.94.9-4.93.73.799.59.10.60.6-0.6109.38.90.0119.89.40.0121.36.36.01.31.31311.811.80.1142.82.72.72.7-2.711.611.6153.88.27.97.97.9-4.18.98.9166.66.34.94.9-4.94.84.81743.8186.56.2191.06.36.01.01.02032.9216.56.222109.6237.97

34、.62419.50.10.10.10.119.40.42514.50.50.50.50.514.019.019.00.8262.82.72.72.7-2.732.232.2-17-水文预报课程设计274.24.04.04.0-4.029.529.52834.67.16.86.86.827.725.525.52.6295.14.94.94.9-4.950.650.6309.387.77.77.71.645.745.70.2130.90.40.40.40.430.547.147.15.2218.41.91.81.81.816.572.472.44.4313.011.01.01.012.084.58

35、4.54.2459.93.93.73.73.756.285.07.392.348.554.03.83.73.7-3.785.015.0100.0表 6 次洪径流深精度统计表产流方案误差分析表洪号实测径流深计算径流深允许误差实际误差是否合格74100254.652.310.92.378071014.315.82.9-1.581071864.852.413.012.4650709109.5110.121.9-0.665072135.837.67.2-1.866072275.958.915.217否750808137.1146.127.4-979071216.431.93.314.53否79091537.3387.5-0.77909233