水文預(yù)報(bào).ppt

1、第五章第五章 水文預(yù)報(bào)水文預(yù)報(bào)研究對(duì)象：研究對(duì)象：本章研究水文現(xiàn)象的客觀規(guī)律，利本章研究水文現(xiàn)象的客觀規(guī)律，利用現(xiàn)時(shí)已經(jīng)掌握的水文、氣象資料，預(yù)報(bào)水文要用現(xiàn)時(shí)已經(jīng)掌握的水文、氣象資料，預(yù)報(bào)水文要素未來變化過程。素未來變化過程。研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：1.短期洪水預(yù)報(bào)；短期洪水預(yù)報(bào)；2.枯水預(yù)報(bào)；枯水預(yù)報(bào)；3.施工水文預(yù)報(bào)；施工水文預(yù)報(bào)； 4.水文實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方法。水文實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)方法。研究目的：研究目的：在防汛工作中，及時(shí)準(zhǔn)確的水文預(yù)在防汛工作中，及時(shí)準(zhǔn)確的水文預(yù)報(bào)，是防汛抗洪指揮決策的重要科學(xué)依據(jù)；在水報(bào)，是防汛抗洪指揮決策的重要科學(xué)依據(jù)；在水能、水資源的合理調(diào)度、開發(fā)利用和保護(hù)以及航能、水資源的合理調(diào)

2、度、開發(fā)利用和保護(hù)以及航運(yùn)等工作中，都需要有水文預(yù)報(bào)作指導(dǎo)運(yùn)等工作中，都需要有水文預(yù)報(bào)作指導(dǎo) 5.1 概述概述5.2 短期洪水預(yù)報(bào)短期洪水預(yù)報(bào)5.3 水文預(yù)報(bào)精度的評(píng)定水文預(yù)報(bào)精度的評(píng)定 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 1. 水文預(yù)報(bào)的重要作用；水文預(yù)報(bào)的重要作用；2. 水文預(yù)報(bào)的水文預(yù)報(bào)的分類；分類； 3. 水文預(yù)報(bào)工作的基本程序水文預(yù)報(bào)工作的基本程序 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 掌握預(yù)見期的定義及水文預(yù)報(bào)工作的基掌握預(yù)見期的定義及水文預(yù)報(bào)工作的基本程序。本程序。 一、概念一、概念 水文預(yù)報(bào)：利用實(shí)測的水文氣象資料，揭示和預(yù)水文預(yù)報(bào)：利用實(shí)測的水文氣象資料，揭示和預(yù)測未來水文要素變化的一門水文學(xué)科。測未來水文要素變

3、化的一門水文學(xué)科。二、水文預(yù)報(bào)的作用二、水文預(yù)報(bào)的作用 1.1.水文預(yù)報(bào)可充分利用水資源，最大限度發(fā)揮水水文預(yù)報(bào)可充分利用水資源，最大限度發(fā)揮水利工程的效益；利工程的效益； 2.2.在防洪斗爭中，水文預(yù)報(bào)能事先提供洪水的在防洪斗爭中，水文預(yù)報(bào)能事先提供洪水的發(fā)生和發(fā)展，為防汛抗險(xiǎn)提供情報(bào)；發(fā)生和發(fā)展，為防汛抗險(xiǎn)提供情報(bào)； 3.3.通過水文預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)水利工程的優(yōu)化調(diào)度，通過水文預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)水利工程的優(yōu)化調(diào)度，更好地處理防洪和興利的矛盾。更好地處理防洪和興利的矛盾。三、水文預(yù)報(bào)分類三、水文預(yù)報(bào)分類 1.1.按預(yù)報(bào)的項(xiàng)目分按預(yù)報(bào)的項(xiàng)目分 2.按預(yù)見期按預(yù)見期長短分長短分中長期水文預(yù)報(bào)（中期水文預(yù)報(bào)中長

4、期水文預(yù)報(bào)（中期水文預(yù)報(bào)預(yù)見期為兩周左右，長期水文預(yù)預(yù)見期為兩周左右，長期水文預(yù)報(bào)預(yù)見期為報(bào)預(yù)見期為1515天以上一年以內(nèi)）天以上一年以內(nèi)）短期水文預(yù)報(bào)短期水文預(yù)報(bào)( (預(yù)見期預(yù)見期1-21-2天）天）指預(yù)報(bào)發(fā)布與預(yù)報(bào)要素出現(xiàn)的時(shí)間間距。指預(yù)報(bào)發(fā)布與預(yù)報(bào)要素出現(xiàn)的時(shí)間間距。水位預(yù)報(bào)水位預(yù)報(bào)徑流預(yù)報(bào)徑流預(yù)報(bào)冰情預(yù)報(bào)冰情預(yù)報(bào)沙情預(yù)報(bào)沙情預(yù)報(bào)水質(zhì)預(yù)報(bào)水質(zhì)預(yù)報(bào)洪水預(yù)報(bào)洪水預(yù)報(bào)枯水預(yù)報(bào)枯水預(yù)報(bào)四、水文預(yù)報(bào)工作的基本程序四、水文預(yù)報(bào)工作的基本程序 1 1、制定預(yù)報(bào)方案、制定預(yù)報(bào)方案 收集水文、氣象資料；收集水文、氣象資料； 建立預(yù)報(bào)模型建立預(yù)報(bào)模型即水文預(yù)報(bào)方案；即水文預(yù)報(bào)方案； 對(duì)模型進(jìn)行評(píng)定和檢驗(yàn)對(duì)模

5、型進(jìn)行評(píng)定和檢驗(yàn)允許誤差；允許誤差； 2 2、進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)、進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào) 將現(xiàn)時(shí)發(fā)生的水文氣象信息，通過報(bào)汛設(shè)備迅將現(xiàn)時(shí)發(fā)生的水文氣象信息，通過報(bào)汛設(shè)備迅速傳送到預(yù)報(bào)中心，隨即經(jīng)過預(yù)報(bào)方案算出即將發(fā)生速傳送到預(yù)報(bào)中心，隨即經(jīng)過預(yù)報(bào)方案算出即將發(fā)生的水文預(yù)報(bào)要素大小和出現(xiàn)時(shí)間，及時(shí)將信息發(fā)布出的水文預(yù)報(bào)要素大小和出現(xiàn)時(shí)間，及時(shí)將信息發(fā)布出去，供有關(guān)部門應(yīng)用。去，供有關(guān)部門應(yīng)用。 內(nèi)容提要 1. 河段中的洪水波運(yùn)動(dòng)；河段中的洪水波運(yùn)動(dòng)； 2. 相應(yīng)水位相應(yīng)水位(流量流量)法；法； 3. 合成流量法；合成流量法； 4. 流量演算法；流量演算法； 5. 降雨徑流預(yù)報(bào)。降雨徑流預(yù)報(bào)。 學(xué)習(xí)要求 理解相應(yīng)

6、水位理解相應(yīng)水位(流量流量)法和合成流量法；法和合成流量法；重點(diǎn)掌握馬斯京根流量演算方法重點(diǎn)掌握馬斯京根流量演算方法 一、河段洪水預(yù)報(bào)一、河段洪水預(yù)報(bào)1 1、方法與原理、方法與原理 （1）方法：）方法： 以河槽洪水波運(yùn)動(dòng)理論為基礎(chǔ)，由河流上游斷以河槽洪水波運(yùn)動(dòng)理論為基礎(chǔ)，由河流上游斷面已出現(xiàn)的水位、流量過程，預(yù)報(bào)下游斷面將要出現(xiàn)的水位面已出現(xiàn)的水位、流量過程，預(yù)報(bào)下游斷面將要出現(xiàn)的水位和流量過程。和流量過程。 預(yù)見期：洪水波在河段中的傳播時(shí)間。預(yù)見期：洪水波在河段中的傳播時(shí)間。短期洪水預(yù)報(bào)短期洪水預(yù)報(bào)降雨徑流預(yù)報(bào)降雨徑流預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào)AtQAtQ1Q2t1t2BQB2 2、洪水波

7、運(yùn)動(dòng)、洪水波運(yùn)動(dòng) 河道沿程洪水水面發(fā)生高低起伏的一種波動(dòng)，稱為河道沿程洪水水面發(fā)生高低起伏的一種波動(dòng)，稱為洪水波。洪水波。 穩(wěn)定流水面比降穩(wěn)定流水面比降i0、洪水波的水面比降、洪水波的水面比降i。 波前部分波前部分ii0，波后部分，波后部分i0；落洪時(shí)，；落洪時(shí)， i=A1C1，h2h1。洪水波的扭曲：洪水波的扭曲：洪水波在傳播過程中，波峰向洪水波在傳播過程中，波峰向它的起點(diǎn)逼近，波前長度減小，即它的起點(diǎn)逼近，波前長度減小，即S2C2A1S1，附加比降不斷減小。因而波前，附加比降不斷減小。因而波前水量不斷向波后轉(zhuǎn)移。水量不斷向波后轉(zhuǎn)移。二、相應(yīng)水位二、相應(yīng)水位（流量）法（流量）法 根據(jù)河段洪水

8、波根據(jù)河段洪水波運(yùn)動(dòng)和變形規(guī)律，利運(yùn)動(dòng)和變形規(guī)律，利用河段上斷面的實(shí)測用河段上斷面的實(shí)測水位水位(流量流量)，預(yù)報(bào)河段，預(yù)報(bào)河段下斷面未來水位（流下斷面未來水位（流量）的方法，稱為量）的方法，稱為相相應(yīng)水位（流量）法。應(yīng)水位（流量）法。 即建立上、下游站即建立上、下游站同次洪水水位（流量）同次洪水水位（流量）相關(guān)圖。相關(guān)圖。 相應(yīng)水位（流量）：相應(yīng)水位（流量）：同位相的水位（流同位相的水位（流量）。量）。 圖圖5-2-25-2-21 1、基本原理、基本原理（1）相應(yīng)水位（流量）相應(yīng)水位（流量） 相應(yīng)水位（流量）是指在河段同次洪水相應(yīng)水位（流量）是指在河段同次洪水過程線上，處于同一位相點(diǎn)上、下站

9、的水位過程線上，處于同一位相點(diǎn)上、下站的水位（流量）（流量） 。 如圖如圖5-2-3所示某次洪水過程線上的各個(gè)所示某次洪水過程線上的各個(gè)特征點(diǎn)，例如上游特征點(diǎn)，例如上游2點(diǎn)洪峰水位經(jīng)過河段傳播點(diǎn)洪峰水位經(jīng)過河段傳播時(shí)間時(shí)間，在下游站，在下游站2點(diǎn)的洪峰水位，就是同位點(diǎn)的洪峰水位，就是同位相的水位。相的水位。（2）相應(yīng)水位）相應(yīng)水位(流量流量)法的基本方程法的基本方程 1)1)無區(qū)間入流：無區(qū)間入流： Q下下,t+= Q上上,t -QL 2)2)有區(qū)間入流有區(qū)間入流q q： Q下下,t+= Q上上,t -QL+q式中，式中，為河段傳播時(shí)間為河段傳播時(shí)間(預(yù)見期預(yù)見期);QL上、下游站相應(yīng)流量的差

10、值，稱為洪水展上、下游站相應(yīng)流量的差值，稱為洪水展開量。開量。將上式改寫：將上式改寫： Q下下,t+= f(Q上上,t,i) =f（Q上上,t ，Q下下,t ）同理，對(duì)于水位：同理，對(duì)于水位： Z下下,t+= f(Z上上,t，i) =f（Z上上,t ，Z下下,t ）2 2、無支流河段的相應(yīng)水位預(yù)報(bào)、無支流河段的相應(yīng)水位預(yù)報(bào) 在制定相應(yīng)水位法的預(yù)報(bào)方案時(shí)，一般在制定相應(yīng)水位法的預(yù)報(bào)方案時(shí)，一般采取水位過程線上的特征點(diǎn)，如洪峰等，作采取水位過程線上的特征點(diǎn)，如洪峰等，作出該特征點(diǎn)的相應(yīng)水位關(guān)系曲線與傳播時(shí)間出該特征點(diǎn)的相應(yīng)水位關(guān)系曲線與傳播時(shí)間曲線。曲線。 （1）簡單的相應(yīng)水位法）簡單的相應(yīng)水位法

11、 在無支流匯入的河段上，若影響洪水波傳播的在無支流匯入的河段上，若影響洪水波傳播的因素比較單純，可用簡單的相應(yīng)水位法。因素比較單純，可用簡單的相應(yīng)水位法。 - - 預(yù)報(bào)方案：預(yù)報(bào)方案：根據(jù)上游站和下游站的實(shí)測水位過根據(jù)上游站和下游站的實(shí)測水位過程線，摘錄相應(yīng)的特征點(diǎn)即洪峰水位值及其出現(xiàn)時(shí)程線，摘錄相應(yīng)的特征點(diǎn)即洪峰水位值及其出現(xiàn)時(shí)間間( (見表見表5-2-1)5-2-1)，并繪制相應(yīng)洪峰水位相關(guān)曲線及，并繪制相應(yīng)洪峰水位相關(guān)曲線及其傳播時(shí)間曲線其傳播時(shí)間曲線( (圖圖5-2-4)5-2-4)作為預(yù)報(bào)方案。作為預(yù)報(bào)方案。 - - 作業(yè)預(yù)報(bào)：作業(yè)預(yù)報(bào)：按按t t時(shí)上游出現(xiàn)的洪峰水位時(shí)上游出現(xiàn)的洪峰

12、水位(Z(Z上，上，t t) )，在在(Z(Z上，上，t tZ Z上，上，t+t+) )曲線上查得曲線上查得(Z(Z下，下，t+t+) )，在，在(Z(Z上，上，t t)曲線上查得曲線上查得，從而預(yù)報(bào)出，從而預(yù)報(bào)出t+t+時(shí)下游將要時(shí)下游將要出現(xiàn)的洪峰水位出現(xiàn)的洪峰水位(Z(Z上，上，t+t+) )。 表表5-2-1 5-2-1 長江萬縣站三斗坪站相應(yīng)洪峰水位及傳播時(shí)間長江萬縣站三斗坪站相應(yīng)洪峰水位及傳播時(shí)間（2）以下游站同時(shí)水位為參數(shù)的相應(yīng)水位法）以下游站同時(shí)水位為參數(shù)的相應(yīng)水位法 下游站同時(shí)水位下游站同時(shí)水位Z Z下，下，t t就是上游站水位就是上游站水位Z Z上，上，t t出出現(xiàn)時(shí)刻的下

13、游水位，它與現(xiàn)時(shí)刻的下游水位，它與Z Z上，上，t t一起能反映一起能反映t t時(shí)刻的時(shí)刻的水面比降變化，同時(shí)也間接地反映區(qū)間入流和斷面水面比降變化，同時(shí)也間接地反映區(qū)間入流和斷面沖淤以及回水頂托等因素的影響。沖淤以及回水頂托等因素的影響。 - - 預(yù)報(bào)方案：預(yù)報(bào)方案：制作預(yù)報(bào)方案時(shí)，以下游站同時(shí)水位制作預(yù)報(bào)方案時(shí)，以下游站同時(shí)水位Z Z下，下，t t為參數(shù)作等值線，分別繪制為參數(shù)作等值線，分別繪制Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t Z Z下，下，t+t+和和Z Z上，上，t t Z Z下，下，t t 相關(guān)曲線，如圖相關(guān)曲線，如圖5-2-55-2-5所示。所示。 - - 作業(yè)預(yù)報(bào)：作業(yè)

14、預(yù)報(bào)：按按t t時(shí)刻的水位時(shí)刻的水位Z Z上，上，t t及及Z Z下，下，t t，按圖，按圖5-5-2-52-5的箭頭方向查得的箭頭方向查得Z Z下，下，t+t+和和，從而預(yù)報(bào)出，從而預(yù)報(bào)出t+t+時(shí)下游將要出現(xiàn)的洪峰水位時(shí)下游將要出現(xiàn)的洪峰水位Z Z上，上，t+t+。（3）以上游站漲差為參數(shù)的水位相關(guān)法）以上游站漲差為參數(shù)的水位相關(guān)法 洪水波通過某一斷面時(shí)，波前的附加比降為正，洪水波通過某一斷面時(shí)，波前的附加比降為正，使?jié)q水過程的漲率使?jié)q水過程的漲率ZZ上上/t/t為正；波后的附加比降為正；波后的附加比降為負(fù)，使落水過程的漲率為負(fù)。因此，為負(fù)，使落水過程的漲率為負(fù)。因此， 水位水位( (流量

15、流量) )過程線的漲過程線的漲( (落落) )率在很大程度上反映了附加比降和率在很大程度上反映了附加比降和水面比降的大小。水面比降的大小。 - - 預(yù)報(bào)方案：預(yù)報(bào)方案：圖圖5-2-65-2-6是長江萬縣水文站宜昌水是長江萬縣水文站宜昌水文站河段以文站河段以QQ上上為參數(shù)的水位預(yù)報(bào)方案。為參數(shù)的水位預(yù)報(bào)方案。 - - 作業(yè)預(yù)報(bào)：作業(yè)預(yù)報(bào)：已知已知t t時(shí)刻的時(shí)刻的Z Z上，上，t(t(或或Z Z下，下，t t) )、ZZ上上( (或或QQ上上) )，在圖上查出預(yù)報(bào)的下游水位，在圖上查出預(yù)報(bào)的下游水位Z Z下，下，t+t+ 和和預(yù)見期為預(yù)見期為 。 三、合成流量法三、合成流量法 1 1、原理、原理

16、 當(dāng)河段中有支流匯入時(shí)，當(dāng)河段中有支流匯入時(shí)，下斷面下斷面B B處的洪水是上斷面洪水處的洪水是上斷面洪水A A和支流和支流C C、D D等組成的，即等組成的，即BDCAnititiQfQ1,)(上下BDCAnititiQfQ1,)(上下 關(guān)鍵：關(guān)鍵：確定干、支流傳播時(shí)間。確定干、支流傳播時(shí)間。 該法的預(yù)見期取決于上游各該法的預(yù)見期取決于上游各站中傳播時(shí)間最短的一個(gè)。站中傳播時(shí)間最短的一個(gè)。1)一般情況下，上游各站中以干一般情況下，上游各站中以干流站的流量為最大，從預(yù)報(bào)精度流站的流量為最大，從預(yù)報(bào)精度的要求出發(fā)，常常用它的傳播時(shí)的要求出發(fā)，常常用它的傳播時(shí)間間作為預(yù)報(bào)方案的預(yù)見期。作為預(yù)報(bào)方案的

17、預(yù)見期。 上游干流實(shí)測流量上游干流實(shí)測流量 + 支流錯(cuò)開支流錯(cuò)開傳播時(shí)間的流量傳播時(shí)間的流量=合成流量合成流量2)支流傳播時(shí)間小于干流站的傳支流傳播時(shí)間小于干流站的傳播時(shí)間，需對(duì)該支流站的相應(yīng)流播時(shí)間，需對(duì)該支流站的相應(yīng)流量作出預(yù)報(bào)。量作出預(yù)報(bào)。2 2、預(yù)報(bào)方案制作、預(yù)報(bào)方案制作 a.a.相關(guān)曲線較好，相關(guān)曲線較好，如圖如圖5-2-7所示。所示。 b.b.相關(guān)曲線較不好時(shí)，應(yīng)建立以下游站同時(shí)水位相關(guān)曲線較不好時(shí)，應(yīng)建立以下游站同時(shí)水位 或流量或流量為參數(shù)的相關(guān)曲線。如圖為參數(shù)的相關(guān)曲線。如圖5-2-8所示。所示。圖圖5-2-7圖圖5-2-8例：例： 流域情況流域情況見右圖。見右圖。試用合成試用

18、合成法預(yù)報(bào)南法預(yù)報(bào)南平流量。平流量。圖圖5-2-9四、流量演算法四、流量演算法 1 1、基本原理、基本原理 洪水波的演進(jìn)與變形可用圣維南洪水波的演進(jìn)與變形可用圣維南（Saint-Venant）方程組描述。）方程組描述。 水文上將其連續(xù)方程簡化為河段水量水文上將其連續(xù)方程簡化為河段水量平衡方程，把動(dòng)力方程簡化為槽蓄方程，平衡方程，把動(dòng)力方程簡化為槽蓄方程，然后聯(lián)立求解，將河段的入流過程演算為然后聯(lián)立求解，將河段的入流過程演算為出流過程。這就是流量演算法。出流過程。這就是流量演算法。S S河段蓄水量，河段蓄水量，m m3 3/s/sh h；Q Q河段流量，河段流量， m m3 3/s/s當(dāng)河段有區(qū)

19、間入流當(dāng)河段有區(qū)間入流q q時(shí)，則式時(shí)，則式（1 1）的左邊應(yīng)增加（）的左邊應(yīng)增加（q q1 1+q+q2 2）t/2t/2一項(xiàng)。一項(xiàng)。(1)(2)關(guān)鍵：建立槽蓄曲線（方程）關(guān)鍵：建立槽蓄曲線（方程）圖圖5-2-102 2、馬斯京根法及其槽蓄曲線方程、馬斯京根法及其槽蓄曲線方程 （1）馬斯京根法）馬斯京根法 1938年年 G.T.McCarthy 美國馬斯京根河流域而得美國馬斯京根河流域而得名。名。 （2）馬斯京根槽蓄曲線方程）馬斯京根槽蓄曲線方程 洪水波產(chǎn)生附加比降，漲洪時(shí)，流量大，槽蓄量洪水波產(chǎn)生附加比降，漲洪時(shí)，流量大，槽蓄量S大；落洪時(shí)，流量小，槽蓄量大；落洪時(shí)，流量小，槽蓄量S小。故

20、小。故SQ關(guān)系曲線隨關(guān)系曲線隨水面比降水面比降i變化。即：變化。即： S=f(Q,i) 馬斯京根槽蓄曲線方程中，河段槽蓄量兩部分組成：馬斯京根槽蓄曲線方程中，河段槽蓄量兩部分組成： a 柱蓄柱蓄 b 楔蓄楔蓄 下斷面出流量只能反映河段內(nèi)的柱蓄，唯有采用上斷面的入下斷面出流量只能反映河段內(nèi)的柱蓄，唯有采用上斷面的入流量作為參數(shù)時(shí)，才能反映河段內(nèi)的全部蓄量。流量作為參數(shù)時(shí)，才能反映河段內(nèi)的全部蓄量。圖圖5-2-11x：流量比重因素流量比重因素 K：穩(wěn)定流情況下的河段傳播時(shí)間穩(wěn)定流情況下的河段傳播時(shí)間C0+C1+C2=1(1)3100.231=722500.538=1352500.231=58已知已知 x=0.2，K=12，t=12h。計(jì)算得計(jì)算得C0=0.231，C1=0.538，C2=0.231。即：。即：3 3、馬斯京根法中幾各問題的分析、馬斯京根法中幾各問題的分析（1 1）K值的綜合：值的綜合：（2 2）x值的綜合：值的綜合：（3 3）計(jì)算時(shí)段）計(jì)算時(shí)段t的選擇：的選擇：（4 4）預(yù)見期問題：）預(yù)見期問題： 上式是沒有遇見期的。通過改上式是沒有遇見期的。通過改進(jìn)，可獲得預(yù)見期：進(jìn)，可獲得預(yù)見期： 選擇適當(dāng)?shù)倪x擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)段計(jì)算時(shí)段t，使，使得：得：t=2Kx 1 ,21 ,12,02,下上上下QCQCQCQ05 . 05 . 00tKxKKxtC表表 某河段一