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1、第五章 水文预报,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，预报水文要素未来变化过程 短期洪水预报 枯水预报 施工水文预报 水文实时预报方法,重 点,第一节 概 述 第二节 短期洪水预报 第三节 洪水实时预报 第四节 水文预报精度 第五节 施工水文预报,目 录,第一节 概 述,一、水文预报的重要作用,可靠的洪水预报对防止洪水灾害具有特别重要的作用 可以利用洪水预报，使上游来的洪水与区间洪水的高峰段彼此错开（称错峰），大大减低下游的洪峰和洪水灾害 洪水预报还可较好地解决水库防洪与兴利的矛盾，在预报的洪水未进库之前，先打开泄洪闸门腾空一部分库容，以便洪水来临时能蓄存更多的水量；当洪
2、水即将结束时，预知近期没有很大的洪水入库，则可超蓄洪水尾部的一些水量，用于多发电、多灌溉，使现有工程发挥更多的效益,第一节 概 述,二、水文预报的分类,按预报的项目,径流预报：预报的要素主要是水位和流量，水位预报指的是水位高程及其出现时间；流量预报则是流量的大小、涨落时间及其过程。径流预报又可分洪水预报和枯水预报 冰情预报：冰情预报是利用影响河流冰情的前期气象因子,预报流凌开始、封冻与开冻日期,冰厚、冰坝及凌汛最高水位等 沙情预报：沙情预报则是根据河流的水沙相关关系,结合流域下垫面因素,预报年、月和一次洪水的含沙量及其过程 水质预报：预测河流中污染物迁移转化的时空变化过程 施工水文预报：在工程
3、施工期间要进行的特殊预报项目,第一节 概 述,二、水文预报的分类,按预见期的长短,短期水文预报：主要由水文要素作出的预报 中长期水文预报：包括气象预报性质在内的水文预报,第一节 概 述,三、水文预报工作的基本程序,制定预报方案,分析预报要素的形成规律，建立由过去的观测资料推算水文预报要素大小和出现时间的一整套计算方法，即水文预报方案 制定的方案按国家水文情报预报规范要求的允许误差进行评定和检验,第一节 概 述,三、水文预报工作的基本程序,进行作业预报,将现时发生的水文气象信息，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，及时将信息发布出去，这个过程称为作业预报 若现时水文气象信息是通
4、过自动化采集、自动传送到预报中心的计算机内,由计算机直接按存储的水文预报模型程序计算出预报结果。这样的作业预报称为联机作业实时水文预报,第二节 短期洪水预报,一、河段中的洪水波运动,洪水波,流域上大量降水后,产生的净雨沿坡地迅速汇集,注入河槽, 由于降雨量时空分布不均匀、河网干支流和分布形状的不同，以及水流汇集速度的快慢，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波动,称为洪水波,第二节 短期洪水预报,一、河段中的洪水波运动,附加比降,稳定时,落洪时,涨洪时,第二节 短期洪水预报,一、河段中的洪水波运动,河段洪水波的传播与变形,洪水波展开：洪水波在传播过程中,波长不断加大,波高不
5、断减小的现象称为洪水波的展开 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现象称为洪水波的扭曲,第二节 短期洪水预报,二、相应水位法,定义：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),预报河段下断面未来水位(流量)的方法,称为相应水位(流量)法,1. 基本原理,相应水位（流量）,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）,第二节 短期洪水预报,相应水位(流量)法的基本方程,河段无区间入流,河段有区间入流 q,第二节 短期洪水预报,2. 无支流河段的相应水位预报,简单的相应水位法,在制定相应水位法的预报方案时,一般采取水位过程
6、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曲线,预报方案：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间,并绘制相应洪峰水位相关曲线及其传播时间曲线作为预报方案 作业预报：按 t 时上游出现的洪峰水位(Z上,t)，在(Z上,tZ上,t+)曲线上查得(Z下,t+),在(Z上,t)曲线上查得,从而预报出t+时下游将要出现的洪峰水位(Z下,t+),第二节 短期洪水预报,以下游站同时水位为参数的相应水位法,下游站同时水位Z下,t就是上游站水位Z上,t出现时刻的下游水位,它与Z上,t一起能反映t时刻的水面比降变化,同时也间接地反映区间入流和断面冲淤以及
7、回水顶托等因素的影响,预报方案：制作预报方案时，以下游站同时水位Z下,t为参数作等值线,分别绘制Z上,t Z下,t Z下,t+和Z上,t Z下,t 相关曲线 作业预报：按t时刻的水位Z上,t及Z下,t，查得Z下,t+和，从而预报出t+时下游将要出现的洪峰水位Z上,t+,第二节 短期洪水预报,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,使涨水过程的涨率Z上/t为正;波后的附加比降为负,使落水过程的涨率为负。因此, 水位(流量)过程线的涨(落)率在很大程度上反映了附加比降和水面比降的大小,作业预报：已知t时刻的Z上,t(或Z下,t)、Z上(或Q上)，在图上查出预报的下
8、游水位Z下,t+ 和预见期为,第二节 短期洪水预报,三、合成流量法,在有支流汇入的河段，按照上游干、支流各站的传播时间，把各站同时刻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，进行预报的方法称为合成流量法,上游三站合成流量(m3/s）,5000,10000,15000,20000,建瓯,南平,沙县,洋口,5000,10000,15000,20000,南平站流量,第二节 短期洪水预报,四、流量演算法,流量演算法是在圣维南方程组简化的基础上,利用河槽的水量平衡方程替代连续性方程,用河段的蓄泄关系替代动力方程, 然后联立求解,将河段的入流过程演算为出流过程的方法,
9、水量平衡方程,槽蓄方程,1. 基本原理,第二节 短期洪水预报,1. 基本原理,细化,第二节 短期洪水预报,2. 马斯京根法及其槽蓄曲线方程,柱蓄：同一下断面水位稳定流水面线以下的蓄量 楔蓄：稳定流水面线与实际水面线之间的蓄量,第二节 短期洪水预报,2. 马斯京根法及其槽蓄曲线方程,蓄量方程,第二节 短期洪水预报,3. 马斯京根流量演算方程,式中,第四节 马斯京根法,思路：假定几个不同的x值，作出某次洪水的QW关系。如x值假定得不合适，就会在QW关系曲线上出现绳套。如某一x符合要求，就表现出QW关系曲线为线性。根据曲线，其坡度为K值。作多次演算，取其平均值，即可得到本河段的x和K值,试算法确定x
10、、K值,第二节 短期洪水预报,第二节 短期洪水预报,马斯京根法试算实例,第二节 短期洪水预报,非线性问题,马法的基础是假定河槽蓄量和流量成线性关系，但在天然河道中，受洪水波的传播和河道断面、比降、糙率等因素影响，波速是非恒定的。因此，马法中反映河槽调蓄作用的流量演算常数K、x和l均不为常数，产生非线性问题,第二节 短期洪水预报,4. 马斯京根法中几个问题的分析,x,第二节 短期洪水预报,4. 马斯京根法中几个问题的分析,K值的综合,K具有时间的因次,它基本上反映河道稳定流时河段的传播时间 在不稳定流情况下,按流量分级,根据不同的流量取不同的K值,x值的综合,流量比重因素x反映楔蓄对流量的作用外
11、,还反映河段的调蓄能力 对于一定的河段,x在洪水涨落过程中基本稳定,但也有随流量增加而减小的趋势 流量比重因素x，一般从上游向下游逐渐减小,介于0.20.45之间,特殊情况下也有小于零的,第二节 短期洪水预报,计算时段t的选择,依据水量平衡方程， t越小越好 依据槽蓄方程，当河长固定后，要求tK,第二节 短期洪水预报,马斯京根法用于预报时是没有预见期的 如果取t=2kx，则Co=0,有一个时段的预见期,预见期问题,5. 降雨径流预报,第二节 短期洪水预报,编制降雨径流方案,根据流域自然地理特征和实测资料条件,建立流域产、汇流计算方案,如降雨径流相关图、单位线等。并对方案的预报精度进行评定和检验,作业预报,预报雨量与预报方案的误差,两者都影响预报的精度。因此,在作业预报时,应根据实测时段降雨量或实测流量对预报的径流进行逐时段修正,
