API模型.ppt

北京金水信息技術(shù)發(fā)展有限公司,二一三年十一月,方案編制-API模型,模型原理,一,模型應(yīng)用,方案編制,二,匯 報 提 綱,四,無資料地區(qū)方案構(gòu)建,模型結(jié)構(gòu),降雨徑流相關(guān)圖原理,1,2,單位線原理,3,模型原理,匯 報 提 綱,1、API模型結(jié)構(gòu),API模型由降雨徑流相關(guān)圖和單位線構(gòu)成，屬于多輸入、單輸出靜態(tài)的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。,降雨徑流相關(guān)圖法,單位線法,API 模 型,產(chǎn)流,匯流,輸入：P、E、Pa/Wo,凈雨：R,輸出：Q,一、API模型原理,模型原理,2、降雨徑流相關(guān)圖,定義：以雨前土壤含水量Wo或Pa為中間變量，流域多次實測降水量P（扣除蒸發(fā)）、徑流深R構(gòu)建的PWo(Pa)R相關(guān)關(guān)系。,一、API模型原理,模型原理,3、單位線,(1)定義：單位時段內(nèi)，流域上均勻分布的單位雨 量所形成的出口斷面流量過程。 單位凈雨量一般取10mm，單位時段可為1、3、6、12、24h。,時間h,10mm,流量m3/s,t,(2)單位線要素：單位線形狀的指標，一般用洪峰流量qm、洪峰滯時Tp及總歷時T三要素表示,一、API模型原理,模型原理,倍比假定：如單位時段內(nèi)的凈雨不是一個單 位而是k個單位，則形成的流量過程是單位線 縱坐標的k倍。,疊加假定：如果凈雨不是一個時而是m個時段， 則形成的流量過程是各時段凈雨形成的部分流 量過程錯開相加。,0,3、單位線,兩個基本假定,二、API模型原理,模型原理,匯 報 提 綱,模型推流過程,降雨徑流相關(guān)圖應(yīng)用,單位線應(yīng)用,1,2,3,模型應(yīng)用,1、API模型推求流量過程,降雨徑流相關(guān)圖法,單位線法,凈雨：R,流量：Q,降雨：P,前期影響雨量：Pa 或 前期土壤含水量：Wo,已知,輸入,輸入,輸入,輸出,輸出,結(jié)果,過程,三、API模型應(yīng)用,模型應(yīng)用,P (mm),已知： 某次降雨前Pa=58mm， 各時段雨量分別為P1, P2,P3，P4 。,內(nèi)插Pa=58mm相關(guān)線(紅線),結(jié)果： 查得相應(yīng)的R1，R2，R3，R4,2、降雨徑流相關(guān)圖應(yīng)用,二、API模型應(yīng)用,模型應(yīng)用,W0=0 20 40 60 80 100,58,P (mm),R(mm),已知 W0 = 58mm,2、降雨徑流相關(guān)圖應(yīng)用,三、API模型應(yīng)用,模型應(yīng)用,3、單位線應(yīng)用,已知：凈雨過程，如表中5欄數(shù)據(jù)。,計算各時段降雨產(chǎn)生徑流： 12mm6欄，5mm6欄,各時段凈雨產(chǎn)生徑流相加: 7欄+8欄,結(jié)果：徑流過程 9欄,三、API模型應(yīng)用,模型應(yīng)用,匯 報 提 綱,方案編制流程,產(chǎn)流模型,匯流模型,方案檢驗和精度評定,成果提交內(nèi)容,1,2,3,4,5,方案編制,產(chǎn)流模型,匯流模型,方案編制,方案編制流程,匯 報 提 綱,方案編制流程,產(chǎn)流模型,匯流模型,方案檢驗和精度評定,成果提交內(nèi)容,1,2,3,4,5,方案編制,1.資料準備,1、逐日降水量：歐家店、廟坪、官斗坪、九里、馬良坪、玄虎 2、降水量摘錄：歐家店、廟坪、官斗坪、九里、馬良坪、玄虎 3、逐日蒸發(fā)量：馬良坪 4、逐日平均流量：馬良坪 5、洪水水文要素摘錄：馬良坪,出口控制站：雨量、流量、蒸發(fā)資料； 相關(guān)雨量站：相關(guān)雨量資料；,確定預(yù)報斷面邊界,確定相關(guān)水文站點,選擇水文資料,1,2,3,馬良坪流域為例：,方案編制,（1）洪水組成,地面徑流 表層流徑流 地下徑流 前期洪水未退完的部分水量（退水） 非本次降雨補給的深層地下徑流（基流）,本次洪水形成,割除,2、分割基流和退水,一次洪水過程,方案編制,一個流域的基流量較穩(wěn)定，可取歷年最枯流量的平均值，也可取本年汛前的最枯流量。,t(h),Q(m3/s),0,取眾多退水曲線的下包線,（2）基流確定,（3）退水曲線確定,峰后無雨的退水資料,退水段尾部重合,取下包線,2、分割基流和退水,方案編制,3、,4、前期影響雨量Pa,5、降水量P,6、徑流深R,土壤 包氣帶,土壤孔隙含水,Pa,- 洪水過程中的累計面雨量。,- 扣除基流及前期洪水退水部分得到的本次洪水的徑流深。,1、初損Im,消退系數(shù)K,2、最大蒸發(fā)Em,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,繪制相關(guān)圖的三要素,計算Pa所需要素,流域水量平衡方程式求得,Im=126.4-29.5-22.9=74,（1）最大初損值Im,所需資料： 逐日降水量、逐日蒸發(fā)量、逐日平均流量 降雨場次選取要求： 選取久旱不雨，突然發(fā)生的大暴雨資料 最大初損值確定：,Im=P-E-R,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,（2）最大日蒸發(fā)能力Em,Step1.求每月的最大日蒸發(fā)量。,Step2.求選定年份內(nèi)，逐年的各月最大蒸發(fā)量表，求得各月均值為各月Em。,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,（3）消退系數(shù)K值的計算,E,Pa,0,Im,Pa,t,Et,Em,消退系數(shù)K值,需求分析,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,（4）Pa值的計算,第t日內(nèi)有雨P(guān)t，無產(chǎn)流,第t日內(nèi)有雨P(guān)t，有產(chǎn)流,第t日內(nèi)無降雨,注意：PaIm，若計算出PaIm，則取Pa=Im。,4、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,COPY RIGHT 揚大陳平,Pa=0.944*(100+14.7) =108.3WM(100),Pa=0.944*100 =94.4,K6=1-5.6/100=0.944,Pa=0.932*(77.4+20.2 =90.9,Pa=0.932*83.0 =77.4,已知：,（4）Pa值的計算示例,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,利用歷史數(shù)據(jù)， 通過連續(xù)計算Pa，可計算出每天的Pa值。 確定次洪要素Pa值時，直接選擇當天的 Pa值即可。 例如：1988年6月9日馬良坪發(fā)生暴雨，產(chǎn)生異常洪水，那么在計算這次洪水的Pa值時選擇1988年6月9日的18.4。,（4）Pa值的計算成果,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,所用資料：降水量摘錄表 計算方法：算數(shù)平均法或泰森多邊形法。,算術(shù)平均法,泰森多邊形,（5）降雨量的計算,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,應(yīng)用：,（6）次洪徑流深R,3、降雨徑流相關(guān)圖要素計算,方案編制,=20.1mm,應(yīng)用,=18615.11/926,分割出一次降雨所形成的 徑流過程線后，即可計算本 次降雨形成的徑流深。,繪圖時需注意： P相同，Pa越大，損失越?。籖越大，故Pa等值線的數(shù)值自左向右增大。 Pa相同時，P越大，損失相對于P越小，徑流系數(shù)越大，PR線坡度隨P的增大而減緩，但不應(yīng)小于45。,求50場洪水的P、R、Pa,在圖紙上描繪點,根據(jù)點的分布特征繪 制降雨徑流相關(guān)圖,1,2,3,4、繪制降雨徑流相關(guān)圖及定線,方案編制,匯 報 提 綱,方案編制流程,產(chǎn)流模型,匯流模型,方案檢驗和精度評定,成果提交內(nèi)容,1,2,3,4,5,方案編制,當,(Pfc時),地下凈雨,地面凈雨,當,(Pfc時),地下凈雨,地面凈雨,匯流需要數(shù)據(jù)：降水量摘錄資料、洪水水文要素摘錄資料。 數(shù)據(jù)處理：降水量摘錄表和洪水水文要素摘錄表中雨量和流量數(shù)據(jù)時間不一致、數(shù)據(jù)不是 等時段時，需要對雨量、流量數(shù)據(jù)通過插值轉(zhuǎn)換為1小時、3小時、6小時等時段數(shù)據(jù)。,劃分方法：,1、凈雨劃分,方案編制,【例】fc=1.5mm/h，一次降雨過程如表（1）、（2）欄，產(chǎn)生的凈雨如表第（3）欄，試劃分地面、地下凈雨兩部分。,49.5,1.5,88,127,135,18,47.2,80,88,1.56=9,1.56=9,1.56=9,8,18-9=9,47.2-18-9=20.2,80-47.2-9=23.8,88-80-8=0,1.5,1.5,1.5,1、凈雨劃分,方案編制,穩(wěn)滲率fc的計算 （1）分割地面徑流和地下徑流,B,t(h),Q(m3/s),本次降雨形成的徑流過程,直接徑流,地下徑流,N天,深層地下徑流（基流）,A,C,D,0,1、凈雨劃分,方案編制,【例】某流域一次洪水過程如圖所示，R總=66.5mm，R面=43.8mm，R下=22.7mm。該次洪水流域平均雨量如表中第（2）欄。求：穩(wěn)滲率fc,66.5,3.2,25.9,31.6,5.8,2.4,6.0,6.0,6.0,20.4,2.4,5.3,4.3,0.53,1.35 1.35 1.35,3.3,8.1,8.1,3.2,2.5,23.5,17.8,0,第一次試算： fc = R下/tc =22.7/20.4 =1.11mm/h 第5時段的凈雨強度為0.53小于1.11，應(yīng)重新試算 第二次試算： fc = R下/tc =（22.7- 3.2）/（20.4-6.0）=1.35mm/h，符合,穩(wěn)滲率fc的計算 （2） fc的推求,1、凈雨劃分,方案編制,（1）分析法,注意：經(jīng)常遇到的是有幾個時段凈雨的雨洪資料。 通過分析各個時段凈雨分別形成的徑流過程，推求單位線。,適用條件：凈雨時段數(shù)小于等于2的情況，當凈雨時段過長時，分析法會比較復(fù)雜。,2、單位線推求,方案編制,通過分析法得到一條單位線。,Step1,用上述單位線，推算本次除最大凈雨之外其他所有時段凈雨形成的流量過程。,“本次流量過程”“上述各流量過程錯開時段疊加得到的流量過程”=“最大凈雨相應(yīng)的流量過程”。,用最大凈雨及相應(yīng)的流量過程推算出單位線。,step1 、step4得到的單位線平均，得到一條新的單位線。,比較step1 、step5得到的單位線，如接近，計算結(jié)束； 反之，用step5得到的單位線替代step1的單位線，重復(fù)step2 至step5 。,Step2,Step3,Step4,Step5,Step6,（2）試錯法,2、單位線推求,方案編制,1,2,3,4,5,（2）試錯法,假定UH,對比假定 試算UH,流量計算,試算UH,平均UH,2、單位線推求,方案編制,取其平均線作為流域匯流計算所用的單位線。 注意事項：UH峰值和洪峰滯時確定要合理，平均線計算得到的徑流深應(yīng)等10mm。,分析影響UH變化的主要因素，如降雨強度、暴雨中心位置、水源比例等，分類求得平均單位線用于流域匯流計算。,各次洪水求得的UH變化不大,各次洪水UH變化較大,2、單位線推求,方案編制,匯 報 提 綱,方案編制流程,產(chǎn)流模型,匯流模型,方案檢驗和精度評定,成果提交內(nèi)容,1,2,3,4,5,方案編制,檢驗內(nèi)容：洪峰流量、峰現(xiàn)時間、徑流深、洪水過程等。,QR=n/m100%,甲、乙等級單位線可用； 丙等級只能做參考。,3,1.方案檢驗,數(shù)據(jù)要求：2-5年，不包括編方案年份。,檢驗方法：利用誤差與水文情報預(yù)報規(guī)范中規(guī)定的許可誤差比較，超出則不合格。,2,1,許可誤差要求,方案編制,2.精度評定,QR=n/m100%,其中，合格預(yù)報次數(shù)與預(yù)報總次數(shù)之比的百分數(shù)為合格率。,合格率計算公式,精度按合格率或確定性系數(shù)的大小分為3個等級。 丙等級只能做參考。,方案編制,匯 報 提 綱,方案編制流程,產(chǎn)流