洪水预报讲座20150628

1、洪水预报讲座据已知的信息对未来一定时期内的水文状态做出定性或定量的预测。按水情特点和预报内容分类：按水情特点和预报内容分类：（1 1）洪水预报：洪水预报：主要预测河流、湖泊、水库汛期洪水，预报内容有洪峰主要预测河流、湖泊、水库汛期洪水，预报内容有洪峰水位、洪峰流量和洪水（水位、流量）过程；水位、洪峰流量和洪水（水位、流量）过程；（2 2）枯水预报：枯水预报：主要预测枯季水位、流量和河网蓄水量；主要预测枯季水位、流量和河网蓄水量；（3 3）冰情预报：冰情预报：主要预测水体冻结和消融过程，预报内容包括主要预测水体冻结和消融过程，预报内容包括封冻日期、冰厚、解冻日期和流冰；封冻日期、冰厚、解冻日期和

2、流冰；（4 4）台风暴潮预报：台风暴潮预报：主要预报入海河口段水量、水位情况；主要预报入海河口段水量、水位情况；（5 5）沙量预报：沙量预报：预测河流含沙量和水库泥沙冲淤情况；预测河流含沙量和水库泥沙冲淤情况； 水文水文预报预报短期水文预报短期水文预报中长期水文预报中长期水文预报预报的预见期是指发布预报的预见期是指发布预报与预报要素出现的预报与预报要素出现的时间间距。时间间距。在水文预报中，预见期的长与短没有明确的时间界限，在水文预报中，预见期的长与短没有明确的时间界限，习惯上把主要由水文要素作出的预报称为短期预报；把习惯上把主要由水文要素作出的预报称为短期预报；把包括气象预报性质在内的水文预

3、报称为中长期预报。包括气象预报性质在内的水文预报称为中长期预报。水文预报短期洪水预报短期洪水预报:降雨径流预报和河段洪水预报。降雨径流预报: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:河槽洪水波运动理论为基础，由河段上游断面的水位、流量过程预报下断面的水位和流量过程。水文预报短期洪水预报降雨径流预降雨径流预报方法报方法降雨径流经验方法降雨径流经验方法降雨径流模型降雨径流模型API模型模型 P R连续连续API模型模型 P R Q径流深净峰相关径流深净峰相关 P R Qmax水文预报降雨径流经验方法API模型模型 + 单位线单位线UH = 连续连续A

4、PI模型模型水文预报降雨径流经验方法 降雨降雨 径流径流 净峰流量相关法净峰流量相关法),(),(amamPPfQQPPfQ水文预报降雨径流经验方法降雨降雨- -最高水位相关最高水位相关暴雨中心在清流河、来安河流域暴雨中心在清流河、来安河流域暴雨中心在滁河干流、降雨分布均匀暴雨中心在滁河干流、降雨分布均匀水文预报短期洪水预报降雨径流预降雨径流预报方法报方法降雨径流经验方法降雨径流经验方法降雨径流模型降雨径流模型新安江模型新安江模型坦克模型坦克模型萨克模型萨克模型陕北模型陕北模型TopModel新安江模型新安江模型p 1964年提出湿润地区以蓄满产流为主的观点p 1973年在编制新安江水库入库预

5、报方案时首先提出了一个计算降雨径流的模型-新安江模型（二水源）p 在80年代中期，总结出了三水源新安江模型三分三分分单元分单元分水源分水源分阶段分阶段 产流计算蓄满产流概念；蒸散发计算采用三层模型；水源划分为地表径流、壤中流和地下径流；汇流计算分为坡面汇流、河网汇流和河道汇流三部分；它的模型结构可以简单归结为：。新安江模型流量演算法的基本原理流量演算法的基本原理特征河长法特征河长法马斯京根法马斯京根法滞后演算法滞后演算法相应水位流量法相应水位流量法线性动态系统模型线性动态系统模型 BP人工神经网络模型人工神经网络模型河道洪水预河道洪水预报方法报方法相应水位（流量）法相应水位（流量）法( (经验

6、经验) )流量演算法（特征河长法、马斯京根法、滞后演算法等）流量演算法（特征河长法、马斯京根法、滞后演算法等）一维水动力学方法（圣维南方程追赶法求解）一维水动力学方法（圣维南方程追赶法求解）（由河道上游水（由河道上游水位或流量预报下位或流量预报下游水位或流量）游水位或流量）流量演算法的基本原理流量演算法的基本原理或或或或对于扩散波情形，动力方程简化为槽蓄方程对于扩散波情形，动力方程简化为槽蓄方程可以证明，槽蓄曲线的坡度就是河段内洪水波可以证明，槽蓄曲线的坡度就是河段内洪水波传播时间：传播时间：特征河长法特征河长法特征河长法特征河长法马斯京根法马斯京根法1、由美国人麦卡锡于1938年提出，首先应

7、用于马斯京根河得名；2、我国从20世纪50年代开始对该方法进行深入的研究，并逐步进行改进： （1）1962年，华东水利学院提出马斯京根法有限差解的河网单位线； （2）长江流域规划办公室水文处导出马斯京根法河道分段连续流量演算的通用公式及完整的汇流系数表； （3）1982年，法国工程师康吉提出了马斯京根-康吉演算法； （4）1985年，华东水利学院提出了马斯京根法非线性解以及矩阵解； （5）1992年，黄委翟家瑞提出分层马法。马斯京根法马斯京根法其中：其中：)1 (),(kQQxxIkQIfW马斯京根法马斯京根法1210CCC1211202QCICICQkxKtkxtC5 . 05 . 00kx

8、KtkxtC5 . 05 . 01kxKtkxktC5 . 05 . 02马斯京根法马斯京根法马斯京根法马斯京根法马斯京根法马斯京根法马斯京根法马斯京根法xk、的物理意义的物理意义)1 (),(kQQxxIkQIfW当当0QQ 才有单一线性关系。才有单一线性关系。00dQdWdQdWk于是：于是：k马斯京根法马斯京根法Llx2210000)()(QZSQQflxk、的物理意义的物理意义5 . 0 x马斯京根法马斯京根法xk、的物理意义的物理意义马斯京根法马斯京根法xk、的确定的确定t、Llx2210CLk)1 (22xKtKxkt 可结合物理可结合物理概念优化率概念优化率定参数定参数马斯京根法

9、马斯京根法为保证线性条件，需取为保证线性条件，需取kt 但在长河段时还是难以满足。但在长河段时还是难以满足。为此，分段连续演算。为此，分段连续演算。当已知预报河段当已知预报河段xkL、 、时时t先确定先确定取取tKlnLLl2)21 (21xnxltKKKnl马斯京根法马斯京根法当预报河段无当预报河段无xk、时时t先确定先确定取取tKl、tCLllLLn llLlx221马斯京根法马斯京根法演算公式演算公式jijijijiQCQCQCQ, 121, 111,0,mi, 2 , 1nj, 2 , 1其中其中0,0, 10, 0,mQQQ为入流过程为入流过程nmnnQQQ, 1,0,为出流过程为出

10、流过程滞后演算法滞后演算法滞后演算法滞后演算法相应水位（流量）相关法相应水位（流量）相关法相应水位（流量）相关法相应水位（流量）相关法合成流量法合成流量法 合成流量法合成流量法)(1,niititIfQniitiI1,为同时流达下游断面的各上游站相应流量为同时流达下游断面的各上游站相应流量之和，称为合成流量。之和，称为合成流量。 i为各干、支流河段的流量传播时间为各干、支流河段的流量传播时间 tQ为下游预报断面流量为下游预报断面流量 合成流量法合成流量法线性动态系统模型线性动态系统模型河道洪水预报的一个单（多）输入、单输出的河道洪水预报的一个单（多）输入、单输出的线性动态系统模型可统一表示为：

11、线性动态系统模型可统一表示为： tKiMjjNijjiiitubitQatQ 11)(1)(线性动态系统模型线性动态系统模型 tKiMjjNijjiiitubitQatQ 11)(1)(模型结构和阶数的估计属模型识别问题，常用模型结构和阶数的估计属模型识别问题，常用的算法有残差方差图法、的算法有残差方差图法、AIC准则法和逐步回准则法和逐步回归优化筛选法等。归优化筛选法等。模型参数的估计采用最小二乘法估计。模型参数的估计采用最小二乘法估计。线性动态系统模型线性动态系统模型由前由前4个时间节点上的合成流量个时间节点上的合成流量（由归阳流量和耒阳、欧阳海、（由归阳流量和耒阳、欧阳海、神山头相应流量合成），预报神山头相应流量合成），预报后第后第6个时间节点上的衡阳流量，个时间节点上的衡阳流量，预报模型为：预报模型为： )()()2()2() 1() 1 ()0()(000mpmpjQmpFmpjQFmpjQFFjQglosglosgloshy线性动态系统模型线性动态系统模型线性动态系统模型线性动态系统模型线性动态系统模型线性动态系统模型BP人工神经网络模型人工神经网络模型BP人工神经网络模型人工神经网络模型BP人工神经网络模型人工神经网络模型BP人工神经网络模型人工神经网络模型.X1X2Xnx.Y1Y2YnyZ1Z1ZnzinxihijjXWY0,n