水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)--洪水預(yù)報(bào)方案編制

1、<p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的 </b></p><p>　　流域洪水預(yù)報(bào)方案的用途：洪水預(yù)報(bào)方案是現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，是提高預(yù)報(bào)精度和增長預(yù)見期的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)水資源可持續(xù)利用：流域水文模型是水資源評(píng)價(jià)、開發(fā)、利用和管理的理論基礎(chǔ)。對(duì)水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)：流域水文模型是構(gòu)建面污染模型和生態(tài)評(píng)價(jià)模型的主要平臺(tái)。本次課程設(shè)計(jì)的目的是通過一個(gè)具體的降雨～徑流預(yù)報(bào)方案的制

2、作，使學(xué)生了解生產(chǎn)單位對(duì)預(yù)報(bào)任務(wù)的要求。 </p><p>　　洪水預(yù)報(bào)方案是現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，是提高預(yù)報(bào)精度和增長預(yù)見期的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)水資源可持續(xù)利用而言，流域水文模型是水資源評(píng)價(jià)、開發(fā)、利用和管理的理論基礎(chǔ)。對(duì)水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)而言，流域水文模型是構(gòu)建面污染模型和生態(tài)評(píng)價(jià)模型的主要平臺(tái)。流域水文模型亦為分析研究氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)洪水、水資源和水環(huán)境影響的有效工具。</p>

3、<p>　　通過課程設(shè)計(jì)，要求掌握如下內(nèi)容： </p><p>　　流域綜合退水曲線、地下水退水曲線的制作以及次洪分割方法； </p><p>　　掌握次洪徑流深及地面、地下流量分割方法； </p><p>　　掌握降雨～徑流相關(guān)圖（API 模型）編制的完整過程； </p><p>　　流域經(jīng)驗(yàn)單位線的推求方法； </p>

4、;<p>　　洪水預(yù)報(bào)方案精度評(píng)定方法； </p><p>　　利用預(yù)報(bào)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)方法； </p><p>　　相應(yīng)水位流量預(yù)報(bào)方案的制作方法； </p><p>　　利用相應(yīng)水位流量法進(jìn)行河道洪水預(yù)報(bào)。 </p><p>　　《水文預(yù)報(bào)課程設(shè)計(jì)》對(duì)應(yīng)工程教育認(rèn)證要求：</p><p><

5、b>　　畢業(yè)要求 4. </b></p><p>　　研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括方案設(shè)計(jì)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論，具有歸納、整理、分析研究結(jié)果，撰寫報(bào)告能力。 </p><p><b>　　畢業(yè)要求5. </b></p><p>　　使用現(xiàn)代工具：能夠針對(duì)復(fù)雜工程

6、問題，掌握計(jì)算機(jī)、文獻(xiàn)檢索、科技方法等現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。 </p><p>　　支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：</p><p>　　能夠獨(dú)立對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析、整理及撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、研究報(bào)告或論文。 </p><p>　　研究報(bào)告結(jié)論合理有效，能解決某個(gè)具體復(fù)雜工程任務(wù)。 </p><p>

7、;　　針對(duì)具體復(fù)雜工程問題，能選擇、使用與開發(fā)恰當(dāng)?shù)墓ぞ摺?</p><p>　　能對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行預(yù)測與模擬。 </p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)任務(wù) </b></p><p>　　任務(wù)一、A 站降雨徑流相關(guān)圖制作與預(yù)報(bào)</p><p><b>　　流域自然地理特征</b></p&

8、gt;<p>　　澴河，古稱澴水，發(fā)源于河南省羅山縣與湖北省大悟縣接壤的靈山。澴河流域界于東經(jīng)113°12′~114°33′，北緯30°26′~31°29′之間，主要在湖北省孝感市境內(nèi)，干流全長150.8公里，流域面積3618平方公里。距河口57km處有A水文站，控制面積為2591km，占流域面積的71.6% ，干流長130.5公里，河床平均坡度0.97‰。A站控制流域水系圖及A站站

9、網(wǎng)一覽表見下。</p><p>　　圖 1 A站控制流域水系圖</p><p>　　圖 2 流域水系地圖</p><p>　　表 1 A站站網(wǎng)一覽表</p><p><b>　　水文氣象特征</b></p><p>　　流域?qū)儆诟睙釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。一月份是本流域最冷的月份，多

10、年最低氣溫南部在零下6~8℃，北部在零下7~9℃。七月份一般是本流域最熱的月份，多年最高氣溫南部在37℃左右，北部在37℃以上。</p><p>　　流域內(nèi)雨量充沛，多年平均雨量在1150mm左右。各年雨量的變化比較大，一般在均值上下200mm以內(nèi)，最多的1969年 （1300~1600mm）比最少的1966年（650~800mm）多一倍。全流域各地雨量多集中在5~9月，最大一日雨量：1968年7月13日為355

11、.2mm。歷史實(shí)測最大洪水位1996年7月17日，洪峰流量6060m³/s，洪峰水位39.95m。</p><p><b>　　預(yù)報(bào)站基本情況</b></p><p>　　A水文站于1956年設(shè)立，屬國家駐測重要站。經(jīng)常性監(jiān)測項(xiàng)目有降水、蒸發(fā)、水位、流量、水質(zhì)、泥沙、地下水位、土壤墑情等。該站位于東經(jīng)113°58′，北緯31°15′，引用

12、的絕對(duì)基準(zhǔn)面為黃?；?，采用基面為凍結(jié)基面。</p><p>　　A站設(shè)防水位36.50m，警戒水位37.50m，保證水位39.95m。水位級(jí)別劃分：38.5m以上為高水，34.00m~38.50m為中水，34.00m以下為低水。預(yù)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)流量大于1000m³/s時(shí)，需要作業(yè)預(yù)報(bào)。A站系河流中下游控制站，集水面積為257km²。</p><p><b>　　

13、水利工程概況</b></p><p>　　該流域內(nèi)有中型水庫6座，總庫容2.1789×108m³，控制面積225.8km²，占流域面積的8.7%；有小型水庫306座，控制面積424km²，占流域面積的16.4%。水庫總控制面積占流域面積的25.1%。A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽表見下。</p><p>　　表 2 A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽

14、表</p><p><b>　　預(yù)報(bào)方案編制說明 </b></p><p><b>　　流域特征提取</b></p><p>　　本文使用ArcGIS軟件對(duì)流域特征進(jìn)行提取。ArcGIS是由ESRI出品的一個(gè)地理信息系統(tǒng)系列軟件的總稱。ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個(gè)可伸縮的，全面的GIS平臺(tái)。筆者用ArcGIS對(duì)流域特征

15、進(jìn)行提取的方法流程如下。數(shù)據(jù)結(jié)果見圖 1 A站控制流域水系圖和表 2 A站流域內(nèi)水庫基本情況一覽表。</p><p>　　圖 3 流域特征提取方法流程圖</p><p><b>　　水文數(shù)據(jù)整理</b></p><p><b>　　雨量站權(quán)重</b></p><p>　　本文降雨資料為7個(gè)站點(diǎn)的逐日

16、降雨數(shù)據(jù)和部分降雨摘錄表。逐日降雨數(shù)據(jù)提供了各個(gè)雨量站點(diǎn)每天總的降雨量，降雨部分摘錄表提供了時(shí)段降雨量，在汛期雨量較大時(shí)時(shí)段比較短，在枯水期雨量較少時(shí)時(shí)段比較長。預(yù)報(bào)所需的降雨應(yīng)為A站控制流域內(nèi)的總的降雨數(shù)據(jù)，本文采用泰森多邊形法計(jì)算流域平均雨量。筆者通過ArcGIS制作泰森多邊形并計(jì)算各站點(diǎn)集水面積方法流程如下。各站點(diǎn)集水面積數(shù)據(jù)見表 3 雨量站面積權(quán)重表。</p><p>　　圖 4 集水面積計(jì)算方法流程圖&

17、lt;/p><p>　　再通過泰森多邊形面積對(duì)雨量站雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行面積加權(quán)平均，得到各雨量站雨量權(quán)重情況見下表。</p><p>　　表 3 雨量站面積權(quán)重表</p><p>　　原始流量資料格式處理</p><p>　　流量資料從A站水文要素摘錄表中可以得到。需要注意的是，年、月、日、時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)列需對(duì)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其在一列單元格中體現(xiàn)。方法流程

18、如下。</p><p>　　圖 5 日期格式轉(zhuǎn)換方法過程</p><p><b>　　歷年最枯流量平均值</b></p><p>　　統(tǒng)計(jì)歷年最枯流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)表格如下。經(jīng)分析計(jì)算歷年最枯流量的平均值為2.22m³/s。</p><p>　　表 4 歷年最枯流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表</p><p>

19、;　　流域平均蓄水容量WM</p><p>　　WM是流域平均蓄水容量。本文從所有的歷史實(shí)測資料中選取久旱無雨之后突然一場暴雨引起的洪水來計(jì)算WM。通常逐日降雨量小于10mm的天數(shù)超過10天即可認(rèn)為是久旱。本文采用的是1976年7月14日為起漲日的洪水，命名為“760714洪水”。13日和14日各站降雨量如下。</p><p>　　表 5 760714洪水降水?dāng)?shù)據(jù)</p>&

20、lt;p>　　從A站水文要素摘錄表可以知道洪水起漲時(shí)間大約是1976年7月14日凌晨2點(diǎn)。則</p><p><b>　　流域月蒸發(fā)能力Em</b></p><p>　　蒸發(fā)資料從A站逐日水面蒸發(fā)數(shù)據(jù)可以獲取。原數(shù)據(jù)是歷史實(shí)測蒸發(fā)數(shù)據(jù)，本文需要推求流域蒸散發(fā)能力。尋找每年各月蒸發(fā)量的最大值近似作為本月的蒸發(fā)能力，再取21年的平均值，即可得到該流域各月份的蒸發(fā)能力

21、。提取及計(jì)算MATLAB程序如下：</p><p><b>　　clear;clc</b></p><p>　　data=xlsread('A站逐日水面蒸發(fā)量表','A2:D7423');</p><p>　　year=(data(:,1)-1969).*12;</p><p>　　way

22、=year+data(:,2);</p><p>　　data1=data(1:321,:);%1969年無12月數(shù)據(jù)，分開算</p><p>　　data(1:321,:)=[];</p><p>　　way1=way(1:321);</p><p>　　way(1:321)=[];</p><p>　　num=ze

23、ros(252,1);%21年共252個(gè)月</p><p>　　for i=1:11</p><p>　　num(i)=max(data1(find(way1==i),4));</p><p><b>　　end</b></p><p>　　for i=13:252</p><p>　　num(i

24、)=max(data(find(way==i),4));</p><p>　　end %提取各月的最大蒸發(fā)量作為該月蒸發(fā)能力</p><p>　　k=reshape(num,12,21);</p><p>　　ave=mean(k,2);</p><p>　　ave(12)=mean(k(12,2:21),2);%21年的平均蒸發(fā)能力<

25、/p><p>　　蒸散發(fā)能力數(shù)據(jù)結(jié)果見下表。</p><p>　　表 6 多年平均蒸散發(fā)能力Em</p><p><b>　　消退系數(shù)K</b></p><p>　　K是消退系數(shù)。在考慮到各月蒸發(fā)條件和蒸發(fā)能力不同時(shí)，消退系數(shù)K按月變化，其計(jì)算公式為 </p><p>　　其中 為，是土壤最大缺水量，

26、其值近似為土壤蓄水容量,從而計(jì)算得到消退系數(shù)各月數(shù)值如下。</p><p><b>　　表 7 K值表</b></p><p><b>　　退水曲線</b></p><p>　　本文從1969年至1989年21年的時(shí)間里選取了16場退水?dāng)?shù)據(jù)，時(shí)間間隔為24小時(shí)。選取退水?dāng)?shù)據(jù)如下。</p><p>　

27、　表 8 16場退水流量數(shù)據(jù)</p><p>　　由于數(shù)據(jù)系列不夠長，因此對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，使時(shí)間間隔為6h，插值程序如下。</p><p>　　data=xlsread('16場洪水退水選取數(shù)據(jù)','B1:M17');</p><p>　　data=data';</p><p>　　t=data

28、(:,1);</p><p>　　q=data(:,2:17);</p><p>　　tx=[t(1):0.25:t(end)]';</p><p>　　qx=zeros(45,16);</p><p>　　for i=1:16</p><p>　　qx(:,i)=interp1(t,q(:,i),tx);&l

29、t;/p><p><b>　　end</b></p><p>　　xlswrite('退水插值數(shù)據(jù)',qx);</p><p>　　再根據(jù)這已知的16場插值洪水?dāng)?shù)據(jù)在Excel中繪制退水曲線，見圖 6 16場退水圖。通過分析退水曲線，可定退水規(guī)律符合指數(shù)函數(shù)的形式。</p><p>　　圖 6 16場退水圖&

30、lt;/p><p>　　繪制相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖見圖 7 相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖。從圖可以看出，下部曲線大致重合，且接近直線，反映了地下退水特性，因此可以用外包線對(duì)其進(jìn)行概括。上部分散的曲線簇用平均曲線進(jìn)行代替，反映平均退水情況。</p><p>　　圖 7 相鄰時(shí)段流量關(guān)系圖</p><p>　　其中，黑線是外包線，其斜率為1.0570，則。因?yàn)?，則令，計(jì)算、，根據(jù)計(jì)算結(jié)果

31、繪制流域的退水曲線見下圖。</p><p>　　圖 8 流域標(biāo)準(zhǔn)退水曲線</p><p><b>　　蓄泄關(guān)系曲線</b></p><p>　　根據(jù)流域退水曲線建立退水段流量與相應(yīng)的退水徑流深之間的相關(guān)關(guān)系，點(diǎn)繪成如下圖所示的關(guān)系曲線。</p><p>　　圖 9 蓄泄關(guān)系曲線</p><p>　

32、　此為蓄泄關(guān)系曲線，可以用來計(jì)算次洪徑流深。筆者選取1983數(shù)據(jù)年內(nèi)兩場洪水進(jìn)行計(jì)算示例。本文選取“830721洪水”和“830915洪水”進(jìn)行計(jì)算。對(duì)兩場洪水流量數(shù)據(jù)插值后點(diǎn)繪流量過程線見圖 10 兩場洪水流量過程線。根據(jù)公式</p><p>　　分別計(jì)算兩場洪水徑流深。其中為本次洪水退水流量所相應(yīng)的退水徑流深；為前次洪水退水流量所相應(yīng)的退水徑流深，都由圖 9 蓄泄關(guān)系曲線查得。計(jì)算得到次洪徑流深分別是<

33、/p><p>　　圖 10 兩場洪水流量過程線</p><p><b>　　產(chǎn)流分析 </b></p><p><b>　　產(chǎn)流模式</b></p><p>　　根據(jù)每年各站逐日降雨量和面積權(quán)重得到從1969年到1989年共21年在該流域的平均降雨量計(jì)算表如下。</p><p>

34、;　　表 9 多年平均降雨量計(jì)算表</p><p>　　可以看到，多年平均降雨量為1056.55mm，超過了1000mm。</p><p>　　從所給流量資料里選取兩場洪水，繪制洪水過程線見圖 11 澴河流域洪水過程代表?？梢钥吹皆摿饔虻暮樗^程線不具有對(duì)稱性。</p><p>　　再結(jié)合該流所處地帶，澴水流域?qū)儆谖覈戏降貐^(qū)，土壤顆粒較大、結(jié)構(gòu)疏松、植被較高、地下

35、水也比較豐富，因此屬于蓄滿產(chǎn)流區(qū)。</p><p>　　圖 11 澴河流域洪水過程代表</p><p>　　該流域?qū)儆跐駶櫟貐^(qū),雨量充沛,植被良好,具有蓄滿產(chǎn)流的特點(diǎn),但水利工程和人類活動(dòng)影響較大,產(chǎn)流方案采用以前期影響雨量 Pa 為參數(shù)的降雨徑流經(jīng)驗(yàn)相關(guān)法建立。 </p><p><b>　　洪峰流量頻率分析</b></p>&

36、lt;p>　　本文采用年最大值法對(duì)所給21年的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本選擇，即尋找各年最大流量作為洪峰流量設(shè)計(jì)的樣本。利用MATLAB對(duì)原始資料進(jìn)行提取，得到各年最大流量數(shù)據(jù)如下。</p><p>　　表 10 各年最大流量</p><p>　　MATLAB提取程序如下：</p><p><b>　　clear;clc</b></p>

37、<p>　　num=zeros(21,1);</p><p>　　for temp=1969:1989</p><p>　　t1=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'E6:E55');</p><p>　　t2=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2st

38、r(temp),'J6:J55');</p><p>　　t3=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O6:O55');</p><p>　　t4=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'E61:E110');</p><

39、p>　　t5=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'J61:J110');</p><p>　　t6=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O61:O110');</p><p>　　t7=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',

40、num2str(temp),'E116:E165');</p><p>　　t8=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'J116:J165');</p><p>　　t9=xlsread('A站洪水水文要素摘錄表',num2str(temp),'O116:O165');<

41、;/p><p>　　t=[t1;t2;t3;t4;t5;t6;t7];</p><p>　　num(temp-1968)=max(t);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　v=reshape(num,7,3);</p><p><b>　　v=v';&l

42、t;/b></p><p>　　xlswrite('年最大洪峰流量',v);</p><p>　　本文不考慮特大洪水的影響，將流量數(shù)據(jù)降序排列，并按照統(tǒng)一處理法計(jì)算頻率，計(jì)算公式如下</p><p>　　其中，N是樣本容量，在這里是21，n是序列數(shù)。計(jì)算頻率如下表。</p><p>　　表 11 計(jì)算頻率表</p&

43、gt;<p>　　本文采用武漢大學(xué)水文頻率分布曲線適線軟件（徐磊改版）-連續(xù)系列進(jìn)行適線。適線結(jié)果圖如下。獲取兩年一遇洪峰設(shè)計(jì)值為1318.02m³/s。</p><p>　　圖 12 洪峰流量頻率曲線</p><p>　　筆者的數(shù)據(jù)年是1983年，從1983年的A站水文摘錄表中選擇洪峰為1370m³/s的洪水進(jìn)行分析，其起漲日為1983年9月15日，故命

44、名為“830915洪水”。對(duì)洪水流量進(jìn)行插值，間隔為6個(gè)小時(shí)，插值主要程序如下：</p><p>　　clc;clear;</p><p>　　a=textread('插值數(shù)據(jù).txt');</p><p>　　b=interp1(a(:,1),a(:,2),[a(1,1):0.25:a(end,1)]’);</p><p>

45、　　繪制流量過程線如下：</p><p>　　圖 13 830915洪水流量過程線</p><p><b>　　產(chǎn)流量計(jì)算</b></p><p>　　前期雨量指數(shù)Pa的計(jì)算公式為</p><p>　　其中， 是第t+1日的前期雨量指數(shù)，k是月消退系數(shù)， 是第t日的降雨量， 是第t日的前期雨量指數(shù)。本文選取1983年9月

46、15日前的75天作為計(jì)算9月15日前期雨量指數(shù)的預(yù)熱期，即7月2日至9月14日。先取各站逐日降雨量計(jì)算流域平均降雨量，假設(shè)7月2日的前期雨量指數(shù)，再按照公式（4）逐個(gè)計(jì)算各日的前期雨量指數(shù)。Pa值計(jì)算趨勢如圖 14 Pa值計(jì)算趨勢圖?？梢钥吹?，取不同的初始Pa值對(duì)計(jì)算9月15日的前期雨量指數(shù)并沒有影響，都是32.1mm，這就是預(yù)熱期的作用。</p><p>　　圖 14 Pa值計(jì)算趨勢圖</p>&

47、lt;p><b>　　蓄滿產(chǎn)流模型：</b></p><p>　　其中，b是常數(shù)，反映流域包氣帶蓄水容量分布的不均勻性。W是初始土壤含水量，在這里數(shù)值上可以理解成前期雨量。WM是流域平均蓄水容量。</p><p><b>　　當(dāng)b=0.4時(shí)，</b></p><p>　　假設(shè)初始土壤含水量W=20mm，那么</

48、p><p>　　如果降雨量PE=20mm，由于a+PE=40.63<140，則代入（7）式，</p><p>　　按照此方法，算得不同W情況下的PE和R的數(shù)據(jù)列，表格如下。</p><p>　　表 12 降雨徑流關(guān)系表</p><p>　　通過此表繪制降雨徑流相關(guān)圖如下：</p><p>　　圖 15 b=0.4時(shí)不

49、同W下降雨徑流相關(guān)圖</p><p>　　針對(duì)830915洪水而言，W=32.1mm，其降雨徑流相關(guān)圖如下。</p><p>　　圖 16 83915洪水降雨徑流相關(guān)圖</p><p>　　根據(jù)流域平均雨量計(jì)算方法得到830915洪水降雨量為110.0mm，從A站逐日水面蒸發(fā)量數(shù)據(jù)查得蒸發(fā)5mm，因此，扣除雨期后的PE值為100.4mm。查圖 16 83915洪水降

50、雨徑流相關(guān)圖得到產(chǎn)流量R=34.7mm。</p><p>　　本文對(duì)“830915洪水”進(jìn)行探究，研究不同b對(duì)降雨徑流相關(guān)圖的影響，根據(jù)前文計(jì)算，得到Pa=32.1mm，比較圖如下：</p><p>　　圖 17 W=32.1mm時(shí)不同b值對(duì)降雨徑流相關(guān)圖影響</p><p>　　從圖中單獨(dú)一條線可以看出，隨著降雨量的增加，前階段局部產(chǎn)流，降雨量的增加對(duì)徑流深影響較

51、小，徑流深增加較慢，因?yàn)橛幸徊糠纸邓枰獫M足土壤含水量，等到全流域產(chǎn)流，即為圖中后階段的線性增加時(shí)，土壤水量已飽和，降水量全部用來產(chǎn)生徑流，后階段的降水對(duì)徑流深的影響因此特別大。</p><p>　　再從參數(shù)b的角度來看，可以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)b對(duì)后階段的全流域產(chǎn)流情況沒有影響。從前階段的局部產(chǎn)流階段可以看出，b值越大，降水量對(duì)徑流深的影響越大，即表現(xiàn)為流域包氣帶蓄水容量分布越不均勻，降水量更容易產(chǎn)生次洪徑流深。<

52、/p><p><b>　　水源劃分</b></p><p><b>　　兩場洪水分析Fc</b></p><p>　　本文采用斜線分割的方法對(duì)830915洪水進(jìn)行徑流成分劃分，見下圖。</p><p>　　圖 18 830915洪水斜線分割</p><p>　　對(duì)地下徑流深采用差

53、分和的辦法進(jìn)行計(jì)算，公式如下</p><p>　　其中，為分割線上的插值流量值。得到地下徑流深</p><p>　　從各個(gè)雨量站獲取雨量數(shù)據(jù)，由于各雨量站點(diǎn)記錄時(shí)刻不一致，因此先對(duì)各個(gè)雨量站點(diǎn)的雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，再通過泰森多邊形進(jìn)行面積加權(quán)平均，本文雨量時(shí)段步長取2小時(shí)，扣除預(yù)期蒸發(fā)損失后繪制降水柱形圖如下：</p><p>　　圖 19 830915洪水時(shí)段降雨圖

54、</p><p>　　根據(jù)前文830915洪水降雨徑流相關(guān)圖查得到各累積徑流深與降雨的關(guān)系如下表。</p><p>　　表 13 累積降雨與累積徑流深關(guān)系表</p><p>　　由此，時(shí)段降雨對(duì)應(yīng)的時(shí)段徑流深為累積徑流深的差分，計(jì)算結(jié)果表如下。</p><p>　　表 14 時(shí)段徑流量</p><p><b>

55、;　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　利用計(jì)算機(jī)仿真得到</b></p><p>　　仿真程序關(guān)鍵部分如下：</p><p>　　temp=ones(1000,1);</p><p>　　for i=1:1000</p><p><b>　　FC=i/100;&

56、lt;/b></p><p>　　rg=sum(FC.*r(find(PE>FC))./PE(find(PE>FC)))+sum(r(PE<=FC));</p><p>　　temp(i)=abs(rg-RG);%RG=7.6</p><p><b>　　end</b></p><p>　　n=f

57、ind(temp==min(temp));</p><p><b>　　FC=n/100;</b></p><p>　　由于此處將與時(shí)段采用的2小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，因此真實(shí)的穩(wěn)滲率值</p><p>　　按照同樣的方法對(duì)840715洪水分析Fc。以1984年5月17日至1984年7月17日作為此次洪水前期雨量的計(jì)算預(yù)熱期，按照前文相似方法計(jì)算得到前

58、期雨量為48.3mm。據(jù)此，通過蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算其降雨徑流相關(guān)關(guān)系，制成降雨徑流相關(guān)圖如下。</p><p>　　圖 20 840715洪水降雨徑流相關(guān)圖</p><p>　　通過水文摘錄得到840718洪水降雨時(shí)程分布圖如下。</p><p>　　圖 21 840718洪水降雨時(shí)段分布圖</p><p>　　通過降雨徑流相關(guān)圖和降雨時(shí)段分布

59、表可以計(jì)算每個(gè)時(shí)段徑流深如下表。</p><p>　　表 15 840718洪水時(shí)段降雨與時(shí)段徑流深</p><p>　　圖 22 840718洪水徑流成分分割圖</p><p>　　其中黑線與藍(lán)線以下為地下徑流成分，按照前文類似方法求得地下徑流深為</p><p>　　再由試算法通過計(jì)算機(jī)仿真得到</p><p>　

60、　由于時(shí)段間隔為8個(gè)小時(shí)，因此</p><p><b>　　Fc分析</b></p><p>　　Fc確定方法總結(jié)如下：</p><p>　　圖 23 Fc確定方法總結(jié)</p><p>　　Fc取值差異對(duì)水源劃分的影響：本文Fc主要用來劃分凈雨為地表凈雨和地下凈雨，屬于兩水源劃分。當(dāng)Fc取值較大時(shí)，地表凈雨的比重會(huì)偏小，

61、地下凈雨的比重會(huì)偏大；當(dāng)Fc取值較小時(shí)，地表凈雨的比重會(huì)偏大，地下凈雨的比重會(huì)偏小。</p><p><b>　　匯流分析</b></p><p><b>　　單位線</b></p><p>　　綜合分析，將凈雨時(shí)段取為6個(gè)小時(shí)，則830915洪水凈雨過程如下表：</p><p>　　表 16 83

62、0915洪水凈雨過程</p><p>　　按照Fc進(jìn)行水源劃分，計(jì)算各時(shí)段地下凈雨得到表格如下：</p><p><b>　　表 17 凈雨劃分</b></p><p>　　本文采用科林試錯(cuò)法推求單位線。由于第二個(gè)時(shí)段的凈雨最大，先假設(shè)是一個(gè)大時(shí)段凈雨，即總的凈雨是一個(gè)大時(shí)段發(fā)生，那么可以把第二個(gè)時(shí)段貢獻(xiàn)的徑流過程計(jì)算出來，再結(jié)合第二個(gè)時(shí)段的凈

63、雨量，即可算出一條單位線q，再通過此單位線將其他兩個(gè)時(shí)段產(chǎn)生的徑流過程推求出來，錯(cuò)開時(shí)段相加，再與總的地面徑流過程相差，即可得到第二個(gè)時(shí)段凈雨貢獻(xiàn)的出流過程，結(jié)合其凈雨量，即可推求單位線q’，如此迭代，直至兩單位線近似相同。</p><p>　　由A站出口流量數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到總的出流過程，再減去歷年最枯流量平均值2.22m³/s，即得到地面出流過程。本文利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真對(duì)單位線進(jìn)行試錯(cuò)。主要程序如下

64、。</p><p>　　q1=p(2)/sum(p).*Q.*10./p(2);%其中p為凈雨，Q為地面徑流過程</p><p>　　q1(1)=[];q1(end)=[];</p><p>　　Qtemp=Q-[q1.*p(1)./10;0;0]+[0;0;q1.*p(3)./10];</p><p>　　q2=Qtemp.*10./p(2

65、);</p><p>　　t=sum(abs(q2-[0;q1;0]));</p><p><b>　　i=0;</b></p><p>　　while t>10</p><p><b>　　q1=q2;</b></p><p>　　q1(1)=[];q1(end)=[

66、];</p><p>　　Qtemp=Q-[q1.*p(1)./10;0;0]+[0;0;q1.*p(3)./10];</p><p>　　q2=Qtemp.*10./p(2);</p><p>　　t=sum(abs(q2-[0;q1;0]));</p><p><b>　　i=i+1;</b></p>

67、<p><b>　　if i>1000</b></p><p><b>　　break</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　得到q1，再通過q1得到的出流過程與

68、實(shí)際出流過程進(jìn)行比較調(diào)整，調(diào)整對(duì)比結(jié)果圖如下。</p><p>　　繪制830915洪水單位線如下圖。</p><p>　　圖 24 830915洪水單位線</p><p><b>　　線性水庫</b></p><p>　　地下徑流匯流過程采用線性水庫計(jì)算，根據(jù)前文得到</p><p>　　其中，

69、。時(shí)段為6h。那么 </p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　得到蓄泄常數(shù)</b></p><p><b>　　水位流量關(guān)系圖</b></p><p>　　經(jīng)對(duì)比分析，A站洪峰水位流量關(guān)系逐年變化，即右移，故需要及時(shí)修改。提取歷年最高水位、最大洪

70、峰見表 18 歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。率定洪峰水位關(guān)系線見圖 25 水位流量關(guān)系圖。</p><p>　　表 18 歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表</p><p>　　經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)分析，除掉異常點(diǎn)，點(diǎn)繪水位流量關(guān)系如下：</p><p>　　圖 25 水位流量關(guān)系圖</p><p><b>　　方案的檢驗(yàn)、評(píng)定</b

71、></p><p><b>　　產(chǎn)流方案檢驗(yàn)評(píng)定</b></p><p>　　方案的評(píng)定、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》（GB/T 22482-2008）中許可誤差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。該站為河道站，預(yù)報(bào)項(xiàng)目主要為洪峰流量及峰現(xiàn)時(shí)間。</p><p>　　表 19 降雨徑流相關(guān)圖預(yù)報(bào)檢驗(yàn)</p><p><b>　　

72、匯流方案檢驗(yàn)評(píng)定</b></p><p>　　選760713洪水進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)定，地面凈雨數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　表 20 760713洪水地面凈雨</p><p>　　通過830915洪水推求的單位線計(jì)算出流過程結(jié)果見圖 26 匯流預(yù)報(bào)出流。</p><p>　　圖 26 匯流預(yù)報(bào)出流</p><p>

73、;　　預(yù)報(bào)方案的應(yīng)用和注意事項(xiàng)</p><p>　　在推求地面徑流過程時(shí)，單位線為多條，當(dāng)各時(shí)段地面凈雨強(qiáng)度分布不均勻時(shí)，需要考查暴雨中心在流域的位置，即哪一個(gè)站點(diǎn)的降雨強(qiáng)度最大，位置分為暴雨中心在上游、暴雨中心在中游、暴雨中心在下游。分別采用對(duì)應(yīng)相應(yīng)暴雨中心位置的單位線進(jìn)行推流。</p><p>　　人類活動(dòng)影響，本方案只考慮中型水庫，對(duì)水庫人為的蓄量應(yīng)該進(jìn)行還原。</p>

74、<p>　　近幾年來河道采砂嚴(yán)重，河床有所下降，如何預(yù)報(bào)洪峰水位。</p><p><b>　　方案作業(yè)預(yù)報(bào)應(yīng)用</b></p><p>　　進(jìn)入作業(yè)預(yù)報(bào)工作模式，設(shè)定相應(yīng)降雨開始時(shí)間、初始Pa、預(yù)報(bào)根據(jù)時(shí)間等參數(shù)即可進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)預(yù)報(bào)，分析計(jì)算出該場洪水的洪峰流量。</p><p>　　洪峰水位預(yù)報(bào)：通過建立的洪峰水位、洪峰流量相

75、關(guān)圖，用預(yù)報(bào)的洪峰流量查線推求相應(yīng)的洪峰水位。</p><p>　　表 21 A站控制流域雨量權(quán)重</p><p>　　預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表見附錄頁表格。</p><p>　　任務(wù)二、A 站與 H 站相應(yīng)水位流量法預(yù)報(bào)</p><p><b>　　預(yù)報(bào)站基本情況 </b></p><p>　　H 站位于東經(jīng)

76、 113º53´，北緯 30º56´，是河下游控制站，控制面積5157km2。與上游 A 站相距 56.8km，區(qū)間面積2566km2，占該站以上集水面積的49.8%。</p><p>　　該站于1956 年 6 月設(shè)立為水文站，1957 年改為水位站至今。引用的絕對(duì)基面為黃?；妫菊舅脼閮鼋Y(jié)基面，凍結(jié)基面以上水位減 2.125m 等于黃?；嬉陨纤弧Ｔ撜驹O(shè)防水位 2

77、6.50m，警戒水位 27.50m，保證水位 31.00m。歷年實(shí)測最高水位31.67m。 H站控制流域水系圖如下，可以看到，水系地圖南端比較窄，支流很少，適合用河道洪水演算進(jìn)行推流。</p><p>　　圖 27 H站控制流域水系</p><p><b>　　水利工程概況 </b></p><p>　　A 站至 H 站區(qū)間流域內(nèi)有大、中型水庫

78、 3 座，總集水面積 135.9km2，總庫容1.5123×108m3，設(shè)計(jì)最大總泄洪流量 1392m3/s。沿岸建排灌閘 17 座，最大排灌流量總計(jì) 211m3/s。建泵站 5 處，總裝機(jī)容量 1960KW。 </p><p>　　表 22 A 站至 H 站區(qū)間流域內(nèi)水庫基本情況一覽表</p><p><b>　　預(yù)報(bào)方案編制說明 </b></p&g

79、t;<p><b>　　基本資料引用 </b></p><p>　　引用資料：A、H站設(shè)立于1969年-1989年，同期水位資料完整可靠。原方案絕大部分為中、高水點(diǎn)據(jù)，具有足夠代表性。建立A、H站相應(yīng)水位流量關(guān)系曲線（找對(duì)應(yīng)次洪的兩站洪水摘錄表里相應(yīng)洪峰水位、流量，資料年限為1969-1985年），并以此進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)、檢驗(yàn)評(píng)定（采用1986-1989年資料進(jìn)行檢驗(yàn)）。 <

80、/p><p>　　采用方法及有關(guān)處理技術(shù) </p><p>　　區(qū)間無大支流匯入，上下游洪峰明顯相應(yīng)。但高水時(shí)，H 站要受長江及某河變動(dòng)回水的頂托影響，加之上游來水的峰型胖瘦不同和河道底水的高低起伏，使上下站之間的比降不斷發(fā)生變化，影響水位和傳播時(shí)間的預(yù)報(bào)。為此，采用了下游站同時(shí)水位作參數(shù)，用相應(yīng)水位法建立 A 站至 H 站洪峰水位相關(guān)圖及傳播時(shí)間相關(guān)圖。 </p><p&

81、gt;<b>　　方案的檢驗(yàn)、評(píng)定 </b></p><p>　　方案的評(píng)定、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》（GB/T 22482-2008）中許可誤差標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。該站為河道水位站，預(yù)報(bào)項(xiàng)目主要為洪峰水位及峰現(xiàn)時(shí)間。 </p><p>　　預(yù)報(bào)方案的應(yīng)用和注意事項(xiàng) </p><p>　　本方案在正常情況下使用效果較好，但在雨量分布不均，暴雨中心集

82、中于區(qū)間時(shí)，利用此方法預(yù)報(bào)會(huì)使洪峰預(yù)報(bào)偏小，使峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)偏晚，不論哪一種情況，都將可能對(duì)下游的區(qū)域帶來極大的不安全因素。需要對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行一定的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，對(duì)不同程度的區(qū)間降水所帶來的下游洪峰、峰現(xiàn)時(shí)間預(yù)報(bào)偏差進(jìn)行估計(jì)，在原有預(yù)報(bào)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將預(yù)報(bào)洪峰適當(dāng)調(diào)大一些，對(duì)峰現(xiàn)時(shí)間適當(dāng)調(diào)早一些。</p><p><b>　　方案作業(yè)預(yù)報(bào)應(yīng)用 </b></p><

83、p>　　選擇相應(yīng)預(yù)報(bào)模型方案，進(jìn)入作業(yè)預(yù)報(bào)工作模式，設(shè)定上游峰現(xiàn)時(shí)間、及修正值。 A洪峰水位和 H 站同時(shí)水位即可進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)預(yù)報(bào)，分析計(jì)算出該場洪水的洪峰流量。 </p><p>　　表 23 H 站水情站網(wǎng)一覽表</p><p>　　列出 A 站與 H 站洪峰水位相關(guān)圖節(jié)點(diǎn)摘錄表繪制 A 站與 H 站洪峰水位相關(guān)圖 </p><p>　　圖 28 上下站

84、相應(yīng)水位圖</p><p>　　列出 A 站與 H 站洪峰傳播時(shí)間相關(guān)圖節(jié)點(diǎn)摘錄表繪制 A 站與 H 站洪峰傳播時(shí)間相關(guān)圖 </p><p>　　圖 29 傳播時(shí)間關(guān)系曲線</p><p>　　A 站與 H 站洪峰水位預(yù)報(bào)成果表 </p><p>　　A 站與 H 站洪峰水位預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)定成果表（見附錄頁表 24 A站至H站洪峰水位預(yù)報(bào)成果表）

85、。</p><p><b>　　注意： </b></p><p>　　上述每一步中的數(shù)據(jù)或預(yù)報(bào)過程均需以一個(gè)為例詳細(xì)說明其計(jì)算過程與預(yù)報(bào)過程。 </p><p>　　日期格式為 YYYY-MM-DD，如 2008-07-25。 </p><p>　　水位保留 2 位小數(shù)。 </p><p>　　三

86、、課程設(shè)計(jì)的總結(jié)與心得 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)以孝感地區(qū)澴河流域1979年至1989年21年的實(shí)測水文資料為基礎(chǔ)進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。</p><p><b>　　掌握重點(diǎn)：</b></p><p>　　流域綜合退水曲線、地下水退水曲線的制作以及次洪分割方法； </p><p>　　掌握次洪徑流深及地面、地下流量分割

87、方法； </p><p>　　掌握降雨～徑流相關(guān)圖（API 模型）編制的完整過程； </p><p>　　流域經(jīng)驗(yàn)單位線的推求方法； </p><p>　　洪水預(yù)報(bào)方案精度評(píng)定方法； </p><p>　　利用預(yù)報(bào)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)方法； </p><p>　　相應(yīng)水位流量預(yù)報(bào)方案的制作方法； </p>

88、<p>　　利用相應(yīng)水位流量法進(jìn)行河道洪水預(yù)報(bào)。 </p><p><b>　　掌握難點(diǎn)：</b></p><p>　　掌握次洪徑流深及地面、地下流量分割方法；</p><p>　　掌握降雨～徑流相關(guān)圖（API 模型）編制的完整過程；</p><p>　　利用預(yù)報(bào)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)方法。</p>

89、<p><b>　　解決方法：</b></p><p>　　注意基礎(chǔ)水文資料的整理方法，積累實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)；</p><p>　　加強(qiáng)對(duì)水文相關(guān)概念的理解與掌握；</p><p>　　加強(qiáng)運(yùn)用MATLAB等數(shù)值仿真軟件到水文模型的實(shí)踐。</p><p><b>　　心得體會(huì)：</b>&l

90、t;/p><p>　　課程設(shè)計(jì)與實(shí)際工作接軌，對(duì)今后盡早融于社會(huì)工作創(chuàng)造了鍛煉的機(jī)會(huì)。整體課程設(shè)計(jì)內(nèi)容框架完整，水文預(yù)報(bào)的主要內(nèi)容都已俱到。由于基礎(chǔ)資料取材于實(shí)際工作材料，因此實(shí)際工作中的各種問題都從數(shù)據(jù)反應(yīng)出來，雖說學(xué)生時(shí)代的命題往往科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，題目都標(biāo)準(zhǔn)唯一，但今后我們面對(duì)的不會(huì)是已經(jīng)將已知條件說得無比清楚的應(yīng)用題，而是需要去尋找條件甚至創(chuàng)造條件的實(shí)際問題。</p><p><b>

91、;　　附錄</b></p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預(yù)報(bào)成果表</p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預(yù)報(bào)成果表</p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預(yù)報(bào)成果表</p><p>　　表 25 A站洪峰流量、峰時(shí)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)評(píng)定成果表</p><p>　　表 26 A站預(yù)報(bào)水