水文預報課程設計--洪水預報方案編制

1、<p><b>　　一、設計目的 </b></p><p>　　流域洪水預報方案的用途：洪水預報方案是現(xiàn)代實時洪水預報調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，是提高預報精度和增長預見期的關鍵技術。對水資源可持續(xù)利用：流域水文模型是水資源評價、開發(fā)、利用和管理的理論基礎。對水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護：流域水文模型是構建面污染模型和生態(tài)評價模型的主要平臺。本次課程設計的目的是通過一個具體的降雨～徑流預報方案的制

2、作，使學生了解生產(chǎn)單位對預報任務的要求。 </p><p>　　洪水預報方案是現(xiàn)代實時洪水預報調(diào)度系統(tǒng)的核心部分，是提高預報精度和增長預見期的關鍵技術。對水資源可持續(xù)利用而言，流域水文模型是水資源評價、開發(fā)、利用和管理的理論基礎。對水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)保護而言，流域水文模型是構建面污染模型和生態(tài)評價模型的主要平臺。流域水文模型亦為分析研究氣候變化和人類活動對洪水、水資源和水環(huán)境影響的有效工具。</p>

3、<p>　　通過課程設計，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～徑流相關圖（API 模型）編制的完整過程； </p><p>　　流域經(jīng)驗單位線的推求方法； </p>

4、;<p>　　洪水預報方案精度評定方法； </p><p>　　利用預報方案進行實時洪水預報方法； </p><p>　　相應水位流量預報方案的制作方法； </p><p>　　利用相應水位流量法進行河道洪水預報。 </p><p>　　《水文預報課程設計》對應工程教育認證要求：</p><p><

5、b>　　畢業(yè)要求 4. </b></p><p>　　研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括方案設計、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論，具有歸納、整理、分析研究結果，撰寫報告能力。 </p><p><b>　　畢業(yè)要求5. </b></p><p>　　使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜工程

6、問題，掌握計算機、文獻檢索、科技方法等現(xiàn)代工程工具和信息技術工具，實現(xiàn)對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。 </p><p>　　支撐畢業(yè)要求指標點：</p><p>　　能夠獨立對實驗數(shù)據(jù)進行有效分析、整理及撰寫實驗報告、研究報告或論文。 </p><p>　　研究報告結論合理有效，能解決某個具體復雜工程任務。 </p><p>

7、;　　針對具體復雜工程問題，能選擇、使用與開發(fā)恰當?shù)墓ぞ摺?</p><p>　　能對復雜工程問題進行預測與模擬。 </p><p><b>　　二、課程設計任務 </b></p><p>　　任務一、A 站降雨徑流相關圖制作與預報</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>　　流域屬于副熱帶大陸性季風氣候，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>　　預報站基本情況</b></p><p>　　A水文站于1956年設立，屬國家駐測重要站。經(jīng)常性監(jiān)測項目有降水、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、的絕對基準面為黃海基面，采用基面為凍結基面。</p><p>　　A站設防水位36.50m，警戒水位37.50m，保證水位39.95m。水位級別劃分：38.5m以上為高水，34.00m~38.50m為中水，34.00m以下為低水。預報標準：當流量大于1000m³/s時，需要作業(yè)預報。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>　　預報方案編制說明 </b></p><p><b>　　流域特征提取</b></p><p>　　本文使用ArcGIS軟件對流域特征進行提取。ArcGIS是由ESRI出品的一個地理信息系統(tǒng)系列軟件的總稱。ArcGIS產(chǎn)品線為用戶提供一個可伸縮的，全面的GIS平臺。筆者用ArcGIS對流域特征

15、進行提取的方法流程如下。數(shù)據(jù)結果見圖 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>　　雨量站權重</b></p><p>　　本文降雨資料為7個站點的逐日

16、降雨數(shù)據(jù)和部分降雨摘錄表。逐日降雨數(shù)據(jù)提供了各個雨量站點每天總的降雨量，降雨部分摘錄表提供了時段降雨量，在汛期雨量較大時時段比較短，在枯水期雨量較少時時段比較長。預報所需的降雨應為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算流域平均雨量。筆者通過ArcGIS制作泰森多邊形并計算各站點集水面積方法流程如下。各站點集水面積數(shù)據(jù)見表 3 雨量站面積權重表。</p><p>　　圖 4 集水面積計算方法流程圖&

17、lt;/p><p>　　再通過泰森多邊形面積對雨量站雨量數(shù)據(jù)進行面積加權平均，得到各雨量站雨量權重情況見下表。</p><p>　　表 3 雨量站面積權重表</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、時時間數(shù)據(jù)列需對格式進行轉化，使其在一列單元格中體現(xiàn)。方法流程

18、如下。</p><p>　　圖 5 日期格式轉換方法過程</p><p><b>　　歷年最枯流量平均值</b></p><p>　　統(tǒng)計歷年最枯流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計表格如下。經(jīng)分析計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算WM。通常逐日降雨量小于10mm的天數(shù)超過10天即可認為是久旱。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洪水降水數(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間大約是1976年7月14日凌晨2點。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，消退系數(shù)K按月變化，其計算公式為 </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年的時間里選取了16場退水數(shù)據(jù)，時間間隔為24小時。選取退水數(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，因此對上述數(shù)據(jù)進行插值處理，使時間間隔為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場插值洪水數(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>　　繪制相鄰時段流量關系圖見圖 7 相鄰時段流量關系圖。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其進行概括。上部分散的曲線簇用平均曲線進行代替，反映平均退水情況。</p><p>　　圖 7 相鄰時段流量關系圖</p><p>　　其中，黑線是外包線，其斜率為1.0570，則。因為，則令，計算、，根據(jù)計算結果

31、繪制流域的退水曲線見下圖。</p><p>　　圖 8 流域標準退水曲線</p><p><b>　　蓄泄關系曲線</b></p><p>　　根據(jù)流域退水曲線建立退水段流量與相應的退水徑流深之間的相關關系，點繪成如下圖所示的關系曲線。</p><p>　　圖 9 蓄泄關系曲線</p><p>　

32、　此為蓄泄關系曲線，可以用來計算次洪徑流深。筆者選取1983數(shù)據(jù)年內(nèi)兩場洪水進行計算示例。本文選取“830721洪水”和“830915洪水”進行計算。對兩場洪水流量數(shù)據(jù)插值后點繪流量過程線見圖 10 兩場洪水流量過程線。根據(jù)公式</p><p>　　分別計算兩場洪水徑流深。其中為本次洪水退水流量所相應的退水徑流深；為前次洪水退水流量所相應的退水徑流深，都由圖 9 蓄泄關系曲線查得。計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重得到從1969年到1989年共21年在該流域的平均降雨量計算表如下。</p><p>

34、;　　表 9 多年平均降雨量計算表</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^程線不具有對稱性。</p><p>　　再結合該流所處地帶，澴水流域屬于我國南方地區(qū)，土壤顆粒較大、結構疏松、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>　　該流域屬于濕潤地區(qū),雨量充沛,植被良好,具有蓄滿產(chǎn)流的特點,但水利工程和人類活動影響較大,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)驗相關法建立。 </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所給21年的流量數(shù)據(jù)進行樣本選擇，即尋找各年最大流量作為洪峰流量設計的樣本。利用MATLAB對原始資料進行提取，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)一處理法計算頻率，計算公式如下</p><p>　　其中，N是樣本容量，在這里是21，n是序列數(shù)。計算頻率如下表。</p><p>　　表 11 計算頻率表</p&

43、gt;<p>　　本文采用武漢大學水文頻率分布曲線適線軟件（徐磊改版）-連續(xù)系列進行適線。適線結果圖如下。獲取兩年一遇洪峰設計值為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的洪水進行分析，其起漲日為1983年9月15日，故命

44、名為“830915洪水”。對洪水流量進行插值，間隔為6個小時，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)流量計算</b></p><p>　　前期雨量指數(shù)Pa的計算公式為</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天作為計算9月15日前期雨量指數(shù)的預熱期，即7月2日至9月14日。先取各站逐日降雨量計算流域平均降雨量，假設7月2日的前期雨量指數(shù)，再按照公式（4）逐個計算各日的前期雨量指數(shù)。Pa值計算趨勢如圖 14 Pa值計算趨勢圖。可以看到，取不同的初始Pa值對計算9月15日的前期雨量指數(shù)并沒有影響，都是32.1mm，這就是預熱期的作用。</p><p>　　圖 14 Pa值計算趨勢圖</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b=0.4時，</b></p><p>　　假設初始土壤含水量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 降雨徑流關系表</p><p>　　通過此表繪制降雨徑流相關圖如下：</p><p>　　圖 15 b=0.4時不

49、同W下降雨徑流相關圖</p><p>　　針對830915洪水而言，W=32.1mm，其降雨徑流相關圖如下。</p><p>　　圖 16 83915洪水降雨徑流相關圖</p><p>　　根據(jù)流域平均雨量計算方法得到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、雨徑流相關圖得到產(chǎn)流量R=34.7mm。</p><p>　　本文對“830915洪水”進行探究，研究不同b對降雨徑流相關圖的影響，根據(jù)前文計算，得到Pa=32.1mm，比較圖如下：</p><p>　　圖 17 W=32.1mm時不同b值對降雨徑流相關圖影響</p><p>　　從圖中單獨一條線可以看出，隨著降雨量的增加，前階段局部產(chǎn)流，降雨量的增加對徑流深影響較

51、小，徑流深增加較慢，因為有一部分降水需要滿足土壤含水量，等到全流域產(chǎn)流，即為圖中后階段的線性增加時，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830915洪水進行徑流成分劃分，見下圖。</p><p>　　圖 18 830915洪水斜線分割</p><p>　　對地下徑流深采用差

53、分和的辦法進行計算，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>　　從各個雨量站獲取雨量數(shù)據(jù)，由于各雨量站點記錄時刻不一致，因此先對各個雨量站點的雨量數(shù)據(jù)進行插值，再通過泰森多邊形進行面積加權平均，本文雨量時段步長取2小時，扣除預期蒸發(fā)損失后繪制降水柱形圖如下：</p><p>　　圖 19 830915洪水時段降雨圖

54、</p><p>　　根據(jù)前文830915洪水降雨徑流相關圖查得到各累積徑流深與降雨的關系如下表。</p><p>　　表 13 累積降雨與累積徑流深關系表</p><p>　　由此，時段降雨對應的時段徑流深為累積徑流深的差分，計算結果表如下。</p><p>　　表 14 時段徑流量</p><p><b>

55、;　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　利用計算機仿真得到</b></p><p>　　仿真程序關鍵部分如下：</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>　　由于此處將與時段采用的2小時為一個時段，因此真實的穩(wěn)滲率值</p><p>　　按照同樣的方法對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算預熱期，按照前文相似方法計算得到前

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

59、表可以計算每個時段徑流深如下表。</p><p>　　表 15 840718洪水時段降雨與時段徑流深</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>　　再由試算法通過計算機仿真得到</p><p>　

60、　由于時段間隔為8個小時，因此</p><p><b>　　Fc分析</b></p><p>　　Fc確定方法總結如下：</p><p>　　圖 23 Fc確定方法總結</p><p>　　Fc取值差異對水源劃分的影響：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Fc取值較大時，地表凈雨的比重會偏小，

61、地下凈雨的比重會偏大；當Fc取值較小時，地表凈雨的比重會偏大，地下凈雨的比重會偏小。</p><p><b>　　匯流分析</b></p><p><b>　　單位線</b></p><p>　　綜合分析，將凈雨時段取為6個小時，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進行水源劃分，計算各時段地下凈雨得到表格如下：</p><p><b>　　表 17 凈雨劃分</b></p><p>　　本文采用科林試錯法推求單位線。由于第二個時段的凈雨最大，先假設是一個大時段凈雨，即總的凈雨是一個大時段發(fā)生，那么可以把第二個時段貢獻的徑流過程計算出來，再結合第二個時段的凈

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時段產(chǎn)生的徑流過程推求出來，錯開時段相加，再與總的地面徑流過程相差，即可得到第二個時段凈雨貢獻的出流過程，結合其凈雨量，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。本文利用計算機數(shù)值仿真對單位線進行試錯。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、實際出流過程進行比較調(diào)整，調(diào)整對比結果圖如下。</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算，根據(jù)前文得到</p><p>　　其中，

69、。時段為6h。那么 </p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　得到蓄泄常數(shù)</b></p><p><b>　　水位流量關系圖</b></p><p>　　經(jīng)對比分析，A站洪峰水位流量關系逐年變化，即右移，故需要及時修改。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)計表。率定洪峰水位關系線見圖 25 水位流量關系圖。</p><p>　　表 18 歷年最高水位、最大洪峰數(shù)據(jù)統(tǒng)計表</p><p>　　經(jīng)過對數(shù)據(jù)分析，除掉異常點，點繪水位流量關系如下：</p><p>　　圖 25 水位流量關系圖</p><p><b>　　方案的檢驗、評定</b

71、></p><p><b>　　產(chǎn)流方案檢驗評定</b></p><p>　　方案的評定、檢驗標準按《水文情報預報規(guī)范》（GB/T 22482-2008）中許可誤差標準進行。該站為河道站，預報項目主要為洪峰流量及峰現(xiàn)時間。</p><p>　　表 19 降雨徑流相關圖預報檢驗</p><p><b>　　

72、匯流方案檢驗評定</b></p><p>　　選760713洪水進行檢驗評定，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算出流過程結果見圖 26 匯流預報出流。</p><p>　　圖 26 匯流預報出流</p><p>

73、;　　預報方案的應用和注意事項</p><p>　　在推求地面徑流過程時，單位線為多條，當各時段地面凈雨強度分布不均勻時，需要考查暴雨中心在流域的位置，即哪一個站點的降雨強度最大，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。分別采用對應相應暴雨中心位置的單位線進行推流。</p><p>　　人類活動影響，本方案只考慮中型水庫，對水庫人為的蓄量應該進行還原。</p>

74、<p>　　近幾年來河道采砂嚴重，河床有所下降，如何預報洪峰水位。</p><p><b>　　方案作業(yè)預報應用</b></p><p>　　進入作業(yè)預報工作模式，設定相應降雨開始時間、初始Pa、預報根據(jù)時間等參數(shù)即可進行相應的作業(yè)預報，分析計算出該場洪水的洪峰流量。</p><p>　　洪峰水位預報：通過建立的洪峰水位、洪峰流量相

75、關圖，用預報的洪峰流量查線推求相應的洪峰水位。</p><p>　　表 21 A站控制流域雨量權重</p><p>　　預報檢驗表見附錄頁表格。</p><p>　　任務二、A 站與 H 站相應水位流量法預報</p><p><b>　　預報站基本情況 </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 月設立為水文站，1957 年改為水位站至今。引用的絕對基面為黃?；?，本站所用為凍結基面，凍結基面以上水位減 2.125m 等于黃海基面以上水位。該站設防水位 2

77、6.50m，警戒水位 27.50m，保證水位 31.00m。歷年實測最高水位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，設計最大總泄洪流量 1392m3/s。沿岸建排灌閘 17 座，最大排灌流量總計 211m3/s。建泵站 5 處，總裝機容量 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>　　預報方案編制說明 </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、高水點據(jù)，具有足夠代表性。建立A、H站相應水位流量關系曲線（找對應次洪的兩站洪水摘錄表里相應洪峰水位、流量，資料年限為1969-1985年），并以此進行作業(yè)預報、檢驗評定（采用1986-1989年資料進行檢驗）。 <

80、/p><p>　　采用方法及有關處理技術 </p><p>　　區(qū)間無大支流匯入，上下游洪峰明顯相應。但高水時，H 站要受長江及某河變動回水的頂托影響，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，影響水位和傳播時間的預報。為此，采用了下游站同時水位作參數(shù)，用相應水位法建立 A 站至 H 站洪峰水位相關圖及傳播時間相關圖。 </p><p&

81、gt;<b>　　方案的檢驗、評定 </b></p><p>　　方案的評定、檢驗標準按《水文情報預報規(guī)范》（GB/T 22482-2008）中許可誤差標準進行。該站為河道水位站，預報項目主要為洪峰水位及峰現(xiàn)時間。 </p><p>　　預報方案的應用和注意事項 </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，利用此方法預報會使洪峰預報偏小，使峰現(xiàn)時間預報偏晚，不論哪一種情況，都將可能對下游的區(qū)域帶來極大的不安全因素。需要對預報結果進行一定的經(jīng)驗估計，對不同程度的區(qū)間降水所帶來的下游洪峰、峰現(xiàn)時間預報偏差進行估計，在原有預報結果的基礎上進行適當?shù)恼{(diào)整，將預報洪峰適當調(diào)大一些，對峰現(xiàn)時間適當調(diào)早一些。</p><p><b>　　方案作業(yè)預報應用 </b></p><

83、p>　　選擇相應預報模型方案，進入作業(yè)預報工作模式，設定上游峰現(xiàn)時間、及修正值。 A洪峰水位和 H 站同時水位即可進行相應的作業(yè)預報，分析計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 站洪峰水位相關圖節(jié)點摘錄表繪制 A 站與 H 站洪峰水位相關圖 </p><p>　　圖 28 上下站

84、相應水位圖</p><p>　　列出 A 站與 H 站洪峰傳播時間相關圖節(jié)點摘錄表繪制 A 站與 H 站洪峰傳播時間相關圖 </p><p>　　圖 29 傳播時間關系曲線</p><p>　　A 站與 H 站洪峰水位預報成果表 </p><p>　　A 站與 H 站洪峰水位預報檢驗評定成果表（見附錄頁表 24 A站至H站洪峰水位預報成果表）

85、。</p><p><b>　　注意： </b></p><p>　　上述每一步中的數(shù)據(jù)或預報過程均需以一個為例詳細說明其計算過程與預報過程。 </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、、課程設計的總結與心得 </p><p>　　本次課程設計以孝感地區(qū)澴河流域1979年至1989年21年的實測水文資料為基礎進行洪水預報。</p><p><b>　　掌握重點：</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～徑流相關圖（API 模型）編制的完整過程； </p><p>　　流域經(jīng)驗單位線的推求方法； </p><p>　　洪水預報方案精度評定方法； </p><p>　　利用預報方案進行實時洪水預報方法； </p><p>　　相應水位流量預報方案的制作方法； </p>

88、<p>　　利用相應水位流量法進行河道洪水預報。 </p><p><b>　　掌握難點：</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～徑流相關圖（API 模型）編制的完整過程；</p><p>　　利用預報方案進行實時洪水預報方法。</p>

89、<p><b>　　解決方法：</b></p><p>　　注意基礎水文資料的整理方法，積累實際操作經(jīng)驗；</p><p>　　加強對水文相關概念的理解與掌握；</p><p>　　加強運用MATLAB等數(shù)值仿真軟件到水文模型的實踐。</p><p><b>　　心得體會：</b>&l

90、t;/p><p>　　課程設計與實際工作接軌，對今后盡早融于社會工作創(chuàng)造了鍛煉的機會。整體課程設計內(nèi)容框架完整，水文預報的主要內(nèi)容都已俱到。由于基礎資料取材于實際工作材料，因此實際工作中的各種問題都從數(shù)據(jù)反應出來，雖說學生時代的命題往往科學嚴謹，題目都標準唯一，但今后我們面對的不會是已經(jīng)將已知條件說得無比清楚的應用題，而是需要去尋找條件甚至創(chuàng)造條件的實際問題。</p><p><b>

91、;　　附錄</b></p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預報成果表</p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預報成果表</p><p>　　表 24 A站至H站洪峰水位預報成果表</p><p>　　表 25 A站洪峰流量、峰時預報檢驗評定成果表</p><p>　　表 26 A站預報水