水文学4

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1、2010-11-241 第四章工程水文预报第四章工程水文预报 工程水文学工程水文学 ch.4 重点：重点：1 水文预报概念、含义水文预报概念、含义 2 洪水波特点洪水波特点 3 短期预报方法短期预报方法相应法、马斯京干法相应法、马斯京干法 4 施工期水文预报主要内容、方法施工期水文预报主要内容、方法 2010-11-242 第四章工程水文预报第四章工程水文预报 概述概述4.1 4.2 短期洪 水预报 短期洪 水预报 施工期水文预报施工期水文预报 4.3 洪水波运动洪水波运动 相应水位（流量）法相应水位（流量）法 合成流量法合成流量法 流量演算法流量演算法 施工围堰水文预报施工围堰水文预报 降雨

2、径流预报降雨径流预报 工程水文学工程水文学 ch.4 2010-11-243 根据水文要素或其影响因素的根据水文要素或其影响因素的过去过去或或现 时 现 时状态，对其状态，对其未来状态未来状态作出回答。作出回答。 (1). (1). 预报值预报值 (2). (2). 预见期预见期 要使发布的水文预报 有实际意义，必须 给出 正确的 要使发布的水文预报 有实际意义，必须 给出 正确的预报值预报值和明确的和明确的 预见期预见期，二者缺一不可二者缺一不可。 目前的预报特点：目前的预报特点：利用现时已经掌握的水文、气象 料，预报水文要素未来变化过程。 利用现时已经掌握的水文、气象 料，预报水文要素未来

3、变化过程。 概述概述4.1 1.1.水文预水文预 的含义：的含义： 2.水文预2.水文预 二要素二要素： 2010-11-244 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。 在跨河流工程运用管理中和水 能、水资源的合理调度、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。 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。 在跨河流工程运用管理中和水 能、水资源的合理调度、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。 3. 水文预报 重要作用 3. 水文预报 重要作用 2010-11-245 合理安排工程运营与安全

4、管理合理安排工程运营与安全管理 在在水库管理水库管理中，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 中，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害 . ），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害 . 交通线上的跨河大桥，在汛期到来之前，根据水文预报 （来水流量和水位）判断可能发生的水害，进行必要的

5、 交通线上的跨河大桥，在汛期到来之前，根据水文预报 （来水流量和水位）判断可能发生的水害，进行必要的 抢险准备抢险准备或或对设备进行防护或加固对设备进行防护或加固或或临时改变运营计划临时改变运营计划。 2010-11-24 6 水文预报工作大体分为两步：水文预报工作大体分为两步： 5. 水文预报工作的基本程序5. 水文预报工作的基本程序 制定预报方案制定预报方案：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 ：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 套计算方法计算方法，即水文预报方案。（，即水文预报方案。（按

6、国家水 文情报预报规范要求的允许误差进行评定和检验。 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。 （1） 进行作业预报进行作业预报：将现时发生的水文气象信息作为：将现时发生的水文气象信息作为初始条件初始条件， 由预报方案 ， 由预报方案算出算出即将发生的水文即将发生的水文预报要素预报要素大小 和出现时间，及时将信息发布出去，这个过程 称为作业预报。 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。 （2） 2010-11-247 相应水位(流量)法、 合成流量法 相应水位(流量)法、 合成流量法 流量演算法流量演算法 降雨径流预报降雨径流预报 洪水运动 波理论 洪水运

7、动 波理论 产汇流原理产汇流原理 包括河段洪水预报、降雨径流预报。包括河段洪水预报、降雨径流预报。 洪水？洪水？： 河流中因降 雨或融雪引 起的暴涨的 水流。 河流中因降 雨或融雪引 起的暴涨的 水流。 4.2 短期洪水预报短期洪水预报 短期洪水预报研究的是河道中的洪水波运动即洪水涨 落过程的预报方法。水流运动属非恒定、非均匀流。 短期洪水预报研究的是河道中的洪水波运动即洪水涨 落过程的预报方法。水流运动属非恒定、非均匀流。 预报方法两大类：预报方法两大类： 2010-11-248 1. 河段中的洪水波运动河段中的洪水波运动 流域流域上大量降水后,产生的上大量降水后,产生的 净雨净雨沿坡地迅速

8、沿坡地迅速汇集汇集,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 ,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, 称为洪水波洪水波。 如图5.2。 如图5.2。 图5.2 河道洪水波水面比降示意图5.2 河道洪水波水面比降示意 (1). 洪水(1). 洪水 2010-11-249 是指洪水波水面比降 i 与同水位稳定流水 面比降 i 是指洪水波水面比降

9、 i 与同水位稳定流水 面比降 i0 0之差，即 i之差，即 i = i - i = i - i0 0。 图5.2 河道洪水波水面比降示意图5.2 河道洪水波水面比降示意 波前 波后 波前 波后 (2)附加 比降i (2)附加 比降i 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，沿棱柱形河槽 运动中其变形有两种形态： 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，沿棱柱形河槽 运动中其变形有两种形态： 展开展开与与扭曲 均由 扭曲 均由附加比降附加比降引起.引起. (3)河段洪水 的传播与变 (3)河段洪水 的传播与变 2010-11-2410 2. 短期预报的相

10、应水位(流量)法2. 短期预报的相应水位(流量)法 根据河段洪水波运动和变形规律,利用河段根据河段洪水波运动和变形规律,利用河段上游断面上游断面的实 水位(流量), 的实 水位(流量),预报预报河段河段下游断面下游断面未来水位(流量)的方法,称 为 未来水位(流量)的方法,称 为相应水位(流量)法相应水位(流量)法。 (A) (A) 相应水位（流量）相应水位（流量）： (1)(1)基本原理 指在河段同次洪水过程线 上，处于 基本原理 指在河段同次洪水过程线 上，处于同一位相点同一位相点上、 下站的水位（流量）称为 相应水位（流量）。 上、 下站的水位（流量）称为 相应水位（流量）。 图5.3

11、上、下游站相应水位过程线图5.3 上、下游站相应水位过程线 同位相同位相 2010-11-2411 (B) 相应水位(流量)法的基本方程(B) 相应水位(流量)法的基本方程 当河段无区间入流：设河段上游站流量为Q当河段无区间入流：设河段上游站流量为Q上,t 上,t， 经过时间的传播,下游站的相应流量为Q ， 经过时间的传播,下游站的相应流量为Q下,t+ 下,t+, 两站间距离为L，两者的关系为： , 两站间距离为L，两者的关系为： Q下 下,t+=Q上上,t QL（5-1） 当河段有区间入流q ：当河段有区间入流q ： Q Q下,t+ 下,t+=Q =Q上,t 上,t -Q -QL L+ q

12、+ q （5-2） 式中Q式中QL L-洪水波展开量,与-洪水波展开量,与附加比降附加比降有关有关 2010-11-2412 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,如波峰、波谷等,作出该特征点的 相应 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,如波峰、波谷等,作出该特征点的 相应水位关系曲线与传播时间曲线水位关系曲线与传播时间曲线。 (2) 无支流河段的相应水位预报(2) 无支流河段的相应水位预报 A A 简单的相应水位法: 简单的相应水位法: 应用于影响洪水 波传播因素简单 的河段 应用于影响洪水 波传播因素简单 的河段 预报方案：预报方案：根据上

13、游站和下游站以往的实测水位过程线,摘 录相应的 根据上游站和下游站以往的实测水位过程线,摘 录相应的特征点特征点即洪峰即洪峰水位水位值及其出现值及其出现时间时间(见 P65表4-1),并绘制相应洪峰水位相关曲线及其传 播时间曲线，见图4-2。 (见 P65表4-1),并绘制相应洪峰水位相关曲线及其传 播时间曲线，见图4-2。 传播时间 即为传播时间 即为预见期预见期. . () tutd ZfZ , = + () tu Zf , = 2010-11-2413 上游站洪峰水位 下游站洪峰水位 传播时间 月. 日. 时 水位/m 月. 日. 时 水位/m (h) 6.13.2 6.22.14 7.

14、31.10 8.12.15 112.40 116.74 123.78 137.21 6.14.08 6.23.17 8.01.17 8.13.08 54.08 57.20 62.76 71.43 30 27 31 17 此法提供了理论预见期此法提供了理论预见期即传播时间即传播时间 表4-1 上下游站相应水位及传播时间表4-1 上下游站相应水位及传播时间 2010-11-2414 图4-2 相应洪峰水位及传播时间关系曲线图4-2 相应洪峰水位及传播时间关系曲线 2010-11-2415 B 作业预报：作业预报： 按t时上游出现的洪峰水位Z按t时上游出现的洪峰水位Z上,t 上,t， 在 ， 在图4

15、图4-2的Z-2的Z上,t 上,tZ Z下,t+ 下,t+曲线上查得Z 曲线上查得Z下,t+ 下,t+, 在Z , 在Z上,t 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 曲线上查得, 从而预报出t+时下游将要出现的洪峰水位 Z上,t+ 上,t+。 。 查图法查图法 2010-11-2416 3. 短期预报的合成流量法3. 短期预报的合成流量法 此法适用于有支流汇 入河段短期预报。 此法适用于有支流汇 入河段短期预报。 按照上游干、支流各站的传播时间，把同时刻到达下游站 的流量叠加起来得 按照上游干、支流各站的传播时间，把同时刻到达下游站 的流量叠加起来得合成流量合成流量，

16、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 ，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 法称为合成流量法合成流量法。 该法预报下游站流量的关系式为该法预报下游站流量的关系式为: (5-3) = = n i tiutd i QfQ 1 , 下游站下游站t时刻 流量 时刻 流量(m3/s) 上游干、支流 各站流量 上游干、支流 各站流量(m3/s) = n i tiu i Q 1 , td Q , 2010-11-2417 = = n i tiutd i QfQ 1 , 根据式根据式(5-3)的关系，合 成流量法的 的关系，合 成流量法的预见期预见期取决 于上游各站中 取决 于上游各站中传播时间 （ 传播时间 （i中）最短中）最短的一个。一 般情况下 的一个。一 般情况下,上游各站中以上游各站中以