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1、水文预报课程设计澴河流域洪水预报方案编制姓名：韩夕林学号：2014*组号：15目录一、设计目的1二、课程设计任务2任务一、A 站降雨径流相关图制作与预报21流域自然地理特征22水文气象特征33预报站基本情况34水利工程概况35预报方案编制说明45.1流域特征提取45.2水文数据整理55.2.1雨量站权重55.2.2原始流量资料格式处理55.2.3历年最枯流量平均值65.2.4流域平均蓄水容量WM65.2.5流域月蒸发能力Em75.2.6消退系数K75.2.7退水曲线85.2.8蓄泄关系曲线105.3产流分析115.3.1产流模式115.3.2洪峰流量频率分析125.3.3产流量计算145.4水
2、源划分185.4.1两场洪水分析Fc185.4.2Fc分析215.5汇流分析225.5.1单位线225.5.2线性水库245.5.3水位流量关系图246方案的检验、评定256.1产流方案检验评定256.2汇流方案检验评定277预报方案的应用和注意事项288方案作业预报应用28任务二、A 站与 H 站相应水位流量法预报291预报站基本情况292水利工程概况293预报方案编制说明303.1基本资料引用303.2采用方法及有关处理技术304方案的检验、评定305方案作业预报应用30三、课程设计的总结与心得32附录33一、设计目的 流域洪水预报方案的用途：洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部
3、分，是提高预报精度和增长预见期的关键技术。对水资源可持续利用：流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。对水环境和生态系统保护：流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。本次课程设计的目的是通过一个具体的降雨径流预报方案的制作，使学生了解生产单位对预报任务的要求。 洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部分，是提高预报精度和增长预见期的关键技术。对水资源可持续利用而言，流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。对水环境和生态系统保护而言，流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。流域水文模型亦为分析研究气候变化和人类活动对洪水、水资源和水环
4、境影响的有效工具。通过课程设计，要求掌握如下内容： 流域综合退水曲线、地下水退水曲线的制作以及次洪分割方法； 掌握次洪径流深及地面、地下流量分割方法； 掌握降雨径流相关图（API 模型）编制的完整过程； 流域经验单位线的推求方法； 洪水预报方案精度评定方法； 利用预报方案进行实时洪水预报方法； 相应水位流量预报方案的制作方法； 利用相应水位流量法进行河道洪水预报。 水文预报课程设计对应工程教育认证要求：毕业要求 4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括方案设计、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论，具有归纳、整理、分析研究结果，撰写报告能力。 毕业要求
5、5. 使用现代工具：能够针对复杂工程问题，掌握计算机、文献检索、科技方法等现代工程工具和信息技术工具，实现对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 支撑毕业要求指标点：能够独立对实验数据进行有效分析、整理及撰写实验报告、研究报告或论文。 研究报告结论合理有效，能解决某个具体复杂工程任务。 针对具体复杂工程问题，能选择、使用与开发恰当的工具。 能对复杂工程问题进行预测与模拟。 二、课程设计任务 任务一、A 站降雨径流相关图制作与预报1 流域自然地理特征澴河，古称澴水，发源于河南省罗山县与湖北省大悟县接壤的灵山。澴河流域界于东经1131211433，北纬30263129之间，主要在湖北省孝
6、感市境内，干流全长150.8公里，流域面积3618平方公里。距河口57km处有A水文站，控制面积为2591km，占流域面积的71.6% ，干流长130.5公里，河床平均坡度0.97。A站控制流域水系图及A站站网一览表见下。图 1 A站控制流域水系图图 2 流域水系地图表 1 A站站网一览表A站站网一览表站名站别集水面积（km）坐标设立日期资料系列长（年）东经北纬A水文站2571135800311500195652B水库站27211413003150001972.555C雨量站2751141700313900195955D水文站4591140700313200195855E水文站41711400
7、11313712196050F水文站43311350303136421931.155G雨量站47811356123127431959552 水文气象特征流域属于副热带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。一月份是本流域最冷的月份，多年最低气温南部在零下68，北部在零下79。七月份一般是本流域最热的月份，多年最高气温南部在37左右，北部在37以上。流域内雨量充沛，多年平均雨量在1150mm左右。各年雨量的变化比较大，一般在均值上下200mm以内，最多的1969年 （13001600mm）比最少的1966年（650800mm）多一倍。全流域各地雨量多集中在59月，最大一日雨量：1968年7月13日为
8、355.2mm。历史实测最大洪水位1996年7月17日，洪峰流量6060m/s，洪峰水位39.95m。3 预报站基本情况A水文站于1956年设立，属国家驻测重要站。经常性监测项目有降水、蒸发、水位、流量、水质、泥沙、地下水位、土壤墒情等。该站位于东经11358，北纬3115，引用的绝对基准面为黄海基面，采用基面为冻结基面。A站设防水位36.50m，警戒水位37.50m，保证水位39.95m。水位级别划分：38.5m以上为高水，34.00m38.50m为中水，34.00m以下为低水。预报标准：当流量大于1000m/s时，需要作业预报。A站系河流中下游控制站，集水面积为257km。4 水利工程概况
9、该流域内有中型水库6座，总库容2.1789108m，控制面积225.8km，占流域面积的8.7%；有小型水库306座，控制面积424km，占流域面积的16.4%。水库总控制面积占流域面积的25.1%。A站流域内水库基本情况一览表见下。表 2 A站流域内水库基本情况一览表A站流域内水库基本情况一览表序号水库名称水库类型集雨面积（km）所在流域面积（km）总库容（万m）1R1中型70259158402R2中型17259115613R3中型50259177644R4中型32.2259121625R5中型37259132826R6中型19.6259111805 预报方案编制说明 5.1 流域特征提取本
10、文使用ArcGIS软件对流域特征进行提取。ArcGIS是由ESRI出品的一个地理信息系统系列软件的总称。ArcGIS产品线为用户提供一个可伸缩的，全面的GIS平台。笔者用ArcGIS对流域特征进行提取的方法流程如下。数据结果见图 1 A站控制流域水系图和表 2 A站流域内水库基本情况一览表。图 3 流域特征提取方法流程图5.2 水文数据整理5.2.1 雨量站权重本文降雨资料为7个站点的逐日降雨数据和部分降雨摘录表。逐日降雨数据提供了各个雨量站点每天总的降雨量，降雨部分摘录表提供了时段降雨量，在汛期雨量较大时时段比较短，在枯水期雨量较少时时段比较长。预报所需的降雨应为A站控制流域内的总的降雨数据
11、，本文采用泰森多边形法计算流域平均雨量。笔者通过ArcGIS制作泰森多边形并计算各站点集水面积方法流程如下。各站点集水面积数据见表 3 雨量站面积权重表。图 4 集水面积计算方法流程图再通过泰森多边形面积对雨量站雨量数据进行面积加权平均，得到各雨量站雨量权重情况见下表。表 3 雨量站面积权重表雨量站面积权重表站名ABCDEFG集水面积（km）257272275459417433478面积权重0.100.110.110.180.160.170.185.2.2 原始流量资料格式处理流量资料从A站水文要素摘录表中可以得到。需要注意的是，年、月、日、时时间数据列需对格式进行转化，使其在一列单元格中体现
12、。方法流程如下。图 5 日期格式转换方法过程5.2.3 历年最枯流量平均值统计历年最枯流量数据，统计表格如下。经分析计算历年最枯流量的平均值为2.22m/s。表 4 历年最枯流量数据统计表历年最枯流量数据年份1969197019711972197319741975流量（m/s）4.781.233.71.724.890.038年份1976197719781979198019811982流量（m/s）1.32.50.300.0271.740.803年份1983198419851986198719881989流量（m/s）0.412.952.61.4510.20.72.245.2.4 流域平均蓄水容
13、量WMWM是流域平均蓄水容量。本文从所有的历史实测资料中选取久旱无雨之后突然一场暴雨引起的洪水来计算WM。通常逐日降雨量小于10mm的天数超过10天即可认为是久旱。本文采用的是1976年7月14日为起涨日的洪水，命名为“760714洪水”。13日和14日各站降雨量如下。表 5 760714洪水降水数据760714洪水降雨数据（mm）时间ABCDEFG流域平均13日153.842.582.6104.185.245.49886.3014日103.415.160.2102.316.610.79157.60从A站水文要素摘录表可以知道洪水起涨时间大约是1976年7月14日凌晨2点。则5.2.5 流域月蒸发能力Em蒸发资料从A站逐日水面蒸发数据可以获取。原数据是历史实测蒸发数据，本文需要推求流域蒸散发能力。寻找每年各月蒸发量的最大值近似作为本月的蒸发能力，再取21年的平均值，即可得到该流域各月份的蒸发能力。提取及计算MATLAB程序如下：clear;clcdata=xlsread(A站逐日水面蒸发量表,A2:D7423);year=(data(:,1)-1969).*12;way=year+data(:,2);data1=data(1:321,:);%1969年无12月数据，分开算d
