水文預(yù)報(bào)復(fù)習(xí)資料

1、 第一章 緒論1、水文預(yù)報(bào)的概念根據(jù)水文現(xiàn)象客觀規(guī)律，利用實(shí)測(cè)水文氣象資料，應(yīng)用一定原理、技術(shù)和方法，對(duì)水文要素（或其特征值）的未來(lái)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。2、何為水文預(yù)報(bào)(1)降雨后發(fā)生了什么？ 根據(jù)已知的信息對(duì)未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)水文狀態(tài)作出定性或定量的預(yù)測(cè)。 已知信息： 水文狀態(tài)：(2)水文預(yù)報(bào)的內(nèi)涵與實(shí)質(zhì)？ 以水文水資源學(xué)科基本理論與方法為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，構(gòu)建具體的預(yù)報(bào)方法/ 預(yù) 報(bào)方案/預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)，服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際。水文預(yù)報(bào)水文氣象資料：降水、蒸發(fā)、氣溫、水位、流量、冰情等原理：氣象學(xué)、水文學(xué)、水力學(xué)等技術(shù):遙測(cè)、遙感、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代通信技術(shù)、GPS等方法:成因分析法、統(tǒng)計(jì)相關(guān)法、系統(tǒng)分析法預(yù)

2、見(jiàn)期:預(yù)報(bào)發(fā)布時(shí)刻與預(yù)報(bào)要素出現(xiàn)時(shí)刻之間的時(shí)距 預(yù)見(jiàn)期的長(zhǎng)短隨預(yù)報(bào)項(xiàng)目、預(yù)報(bào)條件（依據(jù)的資料）和技術(shù)水平不同而異。 預(yù)見(jiàn)期與精度間關(guān)系:預(yù)見(jiàn)期增長(zhǎng)，影響因素增多，偶然性加大，使得預(yù)報(bào)精度降低水文預(yù)報(bào)的內(nèi)容流域或區(qū)域性洪水與旱情預(yù)測(cè) 水體封凍開(kāi)凍狀況及冰凌冰情預(yù)測(cè) 積雪及冰川融雪徑流預(yù)報(bào) 水利水電工程施工期預(yù)報(bào) 水工程運(yùn)行期水文要素預(yù)報(bào) 河道沿程水文要素變化預(yù)報(bào)水文預(yù)報(bào)研究層面發(fā)生變化傳統(tǒng)水文：包括水文測(cè)驗(yàn) 水文預(yù)報(bào) 水文計(jì)算現(xiàn)代水文：包括水資源 水環(huán)境 水生態(tài)水文預(yù)報(bào)的服務(wù)層面發(fā)生變化1、傳統(tǒng)水文預(yù)報(bào)向現(xiàn)代實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)延伸 2、防洪減災(zāi)向水資源評(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)利用和管理延伸 3、水文模型向面污

3、染模型和生態(tài)評(píng)價(jià)模型延伸人類活動(dòng)對(duì)流域水文情態(tài)/水文預(yù)報(bào)的影響：1、人類活動(dòng)改變了自然面貌，從而改變了陸面的水文情態(tài) 2、中國(guó)具有世界上最強(qiáng)烈的人類活動(dòng)，水文預(yù)報(bào)自然受到最強(qiáng)烈的人類活動(dòng)影響 3、人類對(duì)流域環(huán)境過(guò)度和無(wú)序的干擾，破壞了水文氣象資料的一致性和代表性氣候變化對(duì)水文情態(tài)/水文預(yù)報(bào)的影響：1、對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境和人們生活產(chǎn)生影響2、全球水文循環(huán)加劇并對(duì)區(qū)域水資源和水文預(yù)報(bào)產(chǎn)生一定的影響3、易造成極端水文異常事件的發(fā)生，導(dǎo)致洪水和干旱的頻率與強(qiáng)度增加，準(zhǔn)確做出預(yù)報(bào)更加困難4、防洪安全、水資源安全、水工程安全和水生態(tài)環(huán)境安全問(wèn)題對(duì)預(yù)報(bào)提出更高要求1998年長(zhǎng)江大洪水特點(diǎn)1、全流域性的大

4、洪水2、洪水次數(shù)多：8次洪峰3、洪水量級(jí)大：百年一遇4、洪峰水位高：多次超歷史最高5、洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)6、洪水發(fā)生早，來(lái)勢(shì)猛2003年淮河洪水特點(diǎn)：1、降雨歷時(shí)集中,強(qiáng)度大,分布范圍廣2、干支流洪水并發(fā),暴雨洪水組合惡劣3、洪水漲勢(shì)猛,水位高,持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)4、流量和洪量大水文預(yù)報(bào)的分類 1、按預(yù)見(jiàn)期的長(zhǎng)短 短期預(yù)報(bào) 中長(zhǎng)期預(yù)報(bào) 長(zhǎng)期預(yù)報(bào) 超長(zhǎng)期預(yù)報(bào) 2、按預(yù)報(bào)內(nèi)容 洪水預(yù)報(bào) 枯水預(yù)報(bào) 冰情預(yù)報(bào) 臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào) 沙量預(yù)報(bào) 3、按預(yù)報(bào)范圍或水體 河道洪水預(yù)報(bào) 河口水文預(yù)報(bào) 流域水文預(yù)報(bào) 區(qū)域水文預(yù)報(bào) 水庫(kù)水文預(yù)報(bào) 湖泊水文預(yù)報(bào)短期預(yù)報(bào)：要由水文要素做出的預(yù)報(bào)，預(yù)見(jiàn)期一般為數(shù)小時(shí)至數(shù)天，包括河道洪水預(yù)報(bào)

5、和流域降雨徑流預(yù)報(bào)、水庫(kù)水文預(yù)報(bào)等中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)：包括氣象預(yù)報(bào)性質(zhì)在內(nèi)的水文預(yù)報(bào)，預(yù)見(jiàn)期在25天以上，1015天以內(nèi)，汛期洪水總量預(yù)報(bào)，枯季月徑流量預(yù)報(bào)，年徑流量預(yù)報(bào)，旱澇趨勢(shì)預(yù)報(bào)。長(zhǎng)期預(yù)報(bào)：利用河流水文要素自身的長(zhǎng)期演變統(tǒng)計(jì)規(guī)律，或利用影響河流水文要素長(zhǎng)期演變的某些氣象（大氣平均環(huán)流）、天文（太陽(yáng)黑子數(shù)）等物理因子，對(duì)徑流趨勢(shì)作出預(yù)報(bào)或估計(jì)，預(yù)見(jiàn)期在15天以上，1年之內(nèi)超長(zhǎng)期預(yù)報(bào)：一般指大河或較大范圍內(nèi)連續(xù)豐水年或連續(xù)枯水年的趨勢(shì)預(yù)測(cè)。預(yù)見(jiàn)期在1年以上洪水預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)河流、水庫(kù)、湖泊汛期的洪水位、洪水流量和洪水過(guò)程枯水預(yù)報(bào)：預(yù)報(bào)枯季水位、流量和河網(wǎng)蓄水量冰情預(yù)報(bào)：對(duì)河流、湖泊、水庫(kù)封凍日期、冰厚、

6、解凍日期和流冰的預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào)：臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮：在入海河口段（或沿海地區(qū)），由于海水隨臺(tái)風(fēng)向海岸迅速推移積聚，或沿河口上溯而造成的強(qiáng)烈增水現(xiàn)象。預(yù)報(bào)包括最高水位，涌浪等項(xiàng)目。沙量預(yù)報(bào)：包括流域產(chǎn)沙量，水流含沙量和河流、水庫(kù)沖淤變化等預(yù)報(bào)。河道洪水預(yù)報(bào)：對(duì)河道中指定斷面處的洪水位、洪水流量、枯水位、枯水流量和河道冰情等預(yù)報(bào)流域水文預(yù)報(bào)：對(duì)流域上融雪、降雨產(chǎn)生的水量和在流域出口處形成的流量過(guò)程的預(yù)報(bào) 水庫(kù)水文預(yù)報(bào)：大型水庫(kù)預(yù)報(bào)內(nèi)容：入庫(kù)流量，庫(kù)水位，水庫(kù)施工期的水情和水庫(kù)為防洪、防凌、發(fā)電等所需的水文預(yù)報(bào)；中小型水庫(kù)預(yù)報(bào)內(nèi)容：一次洪水的最高庫(kù)水位、最大泄流量及其出現(xiàn)時(shí)間。區(qū)域水文預(yù)報(bào)：一般用于中小

7、河流，根據(jù)水文條件相似地區(qū)內(nèi)的各河流共同的洪水和退水規(guī)律，統(tǒng)一發(fā)布全區(qū)洪水預(yù)報(bào)或枯季徑流預(yù)報(bào)湖泊水文預(yù)報(bào)：與大型水庫(kù)水文預(yù)報(bào)相似河口水文預(yù)報(bào):河口：河流與海洋的交接過(guò)渡地區(qū)。河口區(qū)上界是海洋作用和影響最終消失的地方，下界是河流作用與影響最終消失之處,通常情況下，河口區(qū)僅指枯季大潮時(shí)咸水所及之地至洪水小潮時(shí)咸水所及之地這一河段,對(duì)河口段的水位、流量預(yù)報(bào)和臺(tái)風(fēng)暴潮預(yù)報(bào).水文預(yù)報(bào)的方法:經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法、水文模型方法、統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)方法:根據(jù)水文現(xiàn)象形成和演變的基本規(guī)律，充分分析歷史資料，建立預(yù)報(bào)要素與前期水文氣象因子之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（如相關(guān)圖、經(jīng)驗(yàn)公式等） ， 再利用該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系進(jìn)行預(yù)報(bào).水

8、文模型方法:根據(jù)預(yù)報(bào)要素形成和演變的物理機(jī)制與影響因素的關(guān)系，建立水文模型，再把現(xiàn)時(shí)水文氣象信息輸入模型，進(jìn)行預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法：根據(jù)概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法，從大量歷史水文、氣象資料中尋求水文要素演變的隨機(jī)現(xiàn)象，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)報(bào)，統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法多用于長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)，統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法有兩類：多元分析法；時(shí)間序列分析法。多元分析法：把預(yù)報(bào)對(duì)象作為隨機(jī)變量，運(yùn)用回歸分析、判別分析等方法對(duì)影響因子進(jìn)行篩選，建立預(yù)報(bào)方程進(jìn)行預(yù)測(cè) 時(shí)間序列分析法：把預(yù)報(bào)對(duì)象作為離散化的時(shí)間序列隨機(jī)過(guò)程，應(yīng)用自回歸等隨機(jī)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。水文預(yù)報(bào)工作程序：Step1 制作預(yù)報(bào)方案 對(duì)水文預(yù)報(bào)要素進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算的一整套計(jì)算方法。S

9、tep2 進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào) 水文氣象信息接收用預(yù)報(bào)方案計(jì)算預(yù)報(bào)對(duì)象的大小及出現(xiàn)時(shí)間信息發(fā)布水文預(yù)報(bào)意義：1、洪水預(yù)報(bào) 根據(jù)洪水預(yù)報(bào)提供的信息，在洪水到來(lái)之前，作好防汛、搶險(xiǎn)的準(zhǔn)備，有計(jì)劃地采取蓄洪、分洪措施。 2、枯水預(yù)報(bào) 枯季徑流預(yù)報(bào)為農(nóng)業(yè)、水運(yùn)、枯季發(fā)電和城市供水等部門(mén)提供信息，為及時(shí)做好抗旱準(zhǔn)備，制定枯季用水計(jì)劃提供水文依據(jù) 3、水庫(kù)水文預(yù)報(bào)。水文預(yù)報(bào)，能使防洪庫(kù)容和興利庫(kù)容有效結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)（或水庫(kù)群）優(yōu)化調(diào)度，充分發(fā)揮水庫(kù)效益 4、水利工程施工期洪水預(yù)報(bào) 水文預(yù)報(bào)是制訂施工計(jì)劃、保障工程安全度汛的重要依據(jù)。水文預(yù)報(bào)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)：研究防洪減災(zāi)安全的關(guān)鍵技術(shù) 研究水資源安全的關(guān)鍵技術(shù)

10、 研究水生態(tài)安全的關(guān)鍵技術(shù) 研究水工程安全的關(guān)鍵技術(shù)先進(jìn)的水文預(yù)報(bào)方式：實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)水文預(yù)報(bào) 水文預(yù)報(bào)的一種技術(shù)。利用遙測(cè)系統(tǒng)收集流域內(nèi)雨量、水位等信息，將其輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)處理，做出水文預(yù)報(bào)；信息的收集、傳遞、數(shù)據(jù)處理、預(yù)報(bào)幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，增長(zhǎng)了有效預(yù)見(jiàn)期；利用迅速反饋的信息（誤差），可對(duì)預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，提高預(yù)報(bào)精度。 第二章 流域產(chǎn)流從定量上研究降雨形成徑流的原理和計(jì)算方法，包括流域的產(chǎn)流計(jì)算和匯流計(jì)算產(chǎn)流計(jì)算：研究流域上降雨扣除植物截留、填洼、蒸發(fā)、下滲等損失，形成凈雨量（包括坡面流、壤中流和基流）的計(jì)算方法；匯流計(jì)算：研究?jī)粲暄氐孛婧偷叵聟R入河網(wǎng)，并沿河網(wǎng)匯集形成流域出口斷面徑流

11、徑流形成過(guò)程：由降雨（或融雪）開(kāi)始，到水流匯集至河流出口斷面處的整個(gè)物理過(guò)程，稱為徑流形成過(guò)程 產(chǎn)流過(guò)程：是流域上各種徑流成分的生成過(guò)程，也就是流域下墊面對(duì)降雨的再分配過(guò)程匯流過(guò)程 ：是流域上各種徑流成分從它產(chǎn)生的地點(diǎn)向流域出口斷面的匯集過(guò)程凈雨量與徑流量：二者值相等，但物理意義不一樣產(chǎn)流方案與匯流方案 產(chǎn)流方案主要確定降雨量、土壤水含量、徑流量的關(guān)系。 匯流方案主要是根據(jù)降雨和徑流量推求凈雨量與流域出口流量的關(guān)系無(wú)大的跨流域引水工程：R引=0無(wú)大的其他影響流域蓄水量增減的因素：R其他=0將冠層截留、填洼與土壤蓄水合并 R=P-E-WP-WS- W±R交± R引±

12、 R其他 Rt=Pt-Et+Wt-Wt+1 Wt, Wt+1分別為t時(shí)刻和t+1時(shí)刻土壤蓄水量產(chǎn)流機(jī)制流域植被分布、土壤質(zhì)地和類型等空間變異性很大，使得盡管對(duì)單個(gè)水文過(guò)程（降雨、入滲、飽和及非飽和土壤水分運(yùn)動(dòng)等）研究相對(duì)比較成熟，但如何把這些理論加以綜合來(lái)解釋流域產(chǎn)流機(jī)制的理論尚未取得令人滿意的結(jié)果。根據(jù)流域的自然地理和氣候特征，對(duì)復(fù)雜的流域產(chǎn)流物理過(guò)程進(jìn)行必要的概化描述，是建立數(shù)學(xué)模型的前提流域產(chǎn)流過(guò)程就是水分經(jīng)過(guò)流域下墊面（包括地面和包氣帶）作用之后對(duì)降水的再分配的過(guò)程。因此，不同的下墊面條件對(duì)應(yīng)不同的流域產(chǎn)流機(jī)制，從而進(jìn)一步影響到整個(gè)流域徑流發(fā)展的過(guò)程也不相同超滲產(chǎn)流 蓄滿產(chǎn)流 蓄滿產(chǎn)流

13、：包氣帶土壤含水量達(dá)到田間持水量（蓄水容量,Wm）的產(chǎn)流情況。當(dāng)土壤蓄滿后，降雨入滲到土壤中的部分將形成地下徑流（Rg）；降雨超過(guò)入滲強(qiáng)度（fc）的部分形成地表徑流（Rs）。 總徑流量：R=Rg+Rs。 水量平衡平衡方程：R=P-E-(Wm-W0)s 未達(dá)到飽和 蓄滿產(chǎn)流 超滲產(chǎn)流超滲產(chǎn)流是指降雨強(qiáng)度過(guò)大，導(dǎo)致降雨強(qiáng)度超過(guò)下滲率，未滲入土壤的水量, 便形成地表徑流的產(chǎn)流過(guò)程反映產(chǎn)流機(jī)制差異的特征 1、水文：流量過(guò)程、徑流系數(shù) 2、氣候：年降雨量、流域土壤缺水量 3、地理與下墊面：土壤特性、植被條件土壤蓄水容量 天然情況下是常數(shù)。對(duì)于包氣帶不厚且雨量充沛的地區(qū)，可選取久旱不雨后一次降雨量較大的資

14、料進(jìn)行計(jì)算。蒸發(fā)與影響因素的概化 流域蒸散發(fā)因素：土壤蒸發(fā)ES(影響最大 植物散發(fā)Epl 水面蒸發(fā)EW流域蒸發(fā)影響因素:（1）氣象要素：太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)速、濕度、水汽壓等（2）植被覆蓋：覆蓋率、植被種類、植被生長(zhǎng)季節(jié)等（3）地貌特征：水面、陸面、都市區(qū)、朝陽(yáng)坡、背陰坡（4）土質(zhì)：沙地、粘土、土質(zhì)空隙度等（5）土濕蒸發(fā)能力：是在當(dāng)日氣象條件下流域蒸發(fā)量的上限，可以根據(jù)蒸發(fā)折算系數(shù)計(jì)算水面(器皿)蒸發(fā)與流域蒸發(fā)能力的區(qū)別：（1）水面(器皿)蒸發(fā)的水體是整體的，系敞開(kāi)式（2）流域蒸發(fā)是不完整的，與周圍環(huán)境熱交換條件也與水面蒸發(fā)不同 EPKC*E0流域蒸散發(fā)：流域上不同蒸發(fā)面（水面、裸土、巖石、植被

15、等）的蒸發(fā)和散發(fā)總稱為流域蒸散發(fā)。（一般，流域內(nèi)水面占的比重不大，所以土壤蒸發(fā)是流域蒸散發(fā)決定性部分。土壤蒸發(fā)過(guò)程：第一階段： c1蒸發(fā)主要發(fā)生在土壤表層，表層土壤因蒸發(fā)而減少的水量通過(guò)毛管作用由下層得到充分補(bǔ)充，主要取決于氣象因素，蒸發(fā)量等于流域蒸發(fā)能力第二階段： c2<<c1 E繼續(xù)，減小，上層土壤毛管水開(kāi)始斷裂，隨著減小，毛管水?dāng)嗔殉潭仍絹?lái)越嚴(yán)重，下層對(duì)上層供水速率變慢，蒸發(fā)受土壤含水率和氣象因素影響第三階段：c2毛管輸送水分完全破壞，只能以膜狀水或氣態(tài)水形式移動(dòng)，速度慢，數(shù)量小，E小而穩(wěn)定，取決于氣象因素和地下水的埋深地面徑流特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)速度快、流程短、受到調(diào)蓄作用??；形成流

16、量過(guò)程陡漲陡落，漲洪和洪峰附近流量過(guò)程主體部分地下徑流特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)速度慢、流程長(zhǎng)、受到調(diào)蓄作用大、匯流時(shí)間長(zhǎng)；洪水退水尾部主體部分，常延續(xù)至后續(xù)洪水過(guò)程中 第六節(jié) 蓄滿產(chǎn)流流域產(chǎn)流量及其組成 超滲地面徑流 飽和地面徑流 壤中水徑流 地下水徑流基本產(chǎn)流模式 蓄滿產(chǎn)流 超滲產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流 降雨滿足流域土壤缺水量之前，所有的降水均不形成產(chǎn)流量；流域土壤缺水量滿足之后，后續(xù)所有的降水均形成產(chǎn)流量 流域土壤缺水量為流域土壤田間持水量與雨前土壤實(shí)際含水量的差值濕潤(rùn)地區(qū)流域氣候水文特點(diǎn);1、氣候濕潤(rùn)，多年平均降水量>1000mm,2、洪水過(guò)程線陡長(zhǎng)緩落，地面徑流和地下徑流均占一定比例3.多年平均徑流系數(shù)大

17、于0.4。蓄水容量：流域某處土壤田間持水量與最大分子持水量的差值蓄水容量曲線局部產(chǎn)流原因分析：（a) 流域地貌特征差異導(dǎo)致流域各點(diǎn)土壤缺水量不同。河流、水庫(kù)、湖泊與沼澤地水面缺水量為零；溝谷地、低洼地相對(duì)山崗地缺水量?。槐酬幤卤瘸?yáng)坡缺水量小等 ；（b) 流域各點(diǎn)土壤缺水量不同導(dǎo)致局部產(chǎn)流先蓄滿的地方先產(chǎn)流，后蓄滿的地方后產(chǎn)流，產(chǎn)流面積是不斷變化的，這種產(chǎn)流狀態(tài)稱之局部產(chǎn)流，最后逐步過(guò)渡到全面產(chǎn)流分水源匯流作用;（1）考慮水流匯流過(guò)程受到的流域調(diào)蓄作用差異（2）簡(jiǎn)化匯流模型結(jié)構(gòu)水源劃分方法 二水源、三水源、更多水源 （1）穩(wěn)滲法劃分直接徑流和地下徑流 （2）水箱模型劃分地面徑流、壤中流和地下徑

18、流水源劃分:是指將蓄滿產(chǎn)流計(jì)算出的各時(shí)段產(chǎn)流量進(jìn)一步劃分為各種徑流成分1） 劃分直接徑流與地下徑流二水源劃分 回顧一下蓄滿產(chǎn)流計(jì)算方法 :當(dāng)PE很小時(shí),r =PE*根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的概念，只有蓄滿（蓄滿面積比例為 ）后，后續(xù)的降雨P(guān)E才產(chǎn)流，即只有產(chǎn)流面積上的降雨形成產(chǎn)流量 r=PE* 水源劃分就是將上述的R 進(jìn)一步劃分為 rs與rg水源劃分要借助流域的穩(wěn)滲率fc產(chǎn)流面積上，降雨量PE超出穩(wěn)滲量FC的部分形成直接徑流rs，穩(wěn)滲率形成地下徑流rg 超滲產(chǎn)流干旱地區(qū)流域氣候水文特點(diǎn)：1、氣候干燥，多年平均降水量<400mm 2、洪水過(guò)程線漲落接近對(duì)稱，幾乎沒(méi)有地下徑流3、多年平均徑流系數(shù)<

19、0.2產(chǎn)流機(jī)理：土壤缺水量大一般降水難以補(bǔ)足；沒(méi)有地下徑流；雨強(qiáng)大于下滲能力產(chǎn)生地面徑流起始下滲能力f0：降雨開(kāi)始時(shí)土壤的下滲能力 f0的大小與初始土壤含水量W0相關(guān)：W0越小，則f0 愈大 當(dāng)W0=0時(shí)，f0=fm ，為最大起始下滲能力 當(dāng)W0=Wm時(shí), f0=fc，為穩(wěn)滲率 可見(jiàn)，下滲能力曲線是以W0為參數(shù)的一簇曲線流域匯流 由坡地表面水流運(yùn)動(dòng)、坡地地下水流運(yùn)動(dòng)、河網(wǎng)水流運(yùn)動(dòng)三個(gè)環(huán)節(jié)組成。坡地匯流：雨水降落到坡地上，形成地面徑流、壤中流、地下徑流后，經(jīng)坡地調(diào)蓄，最后匯入到河槽。坡地匯流的特點(diǎn)：匯流過(guò)程中受到阻力大、流速小、流程短。河網(wǎng)匯流: 匯入到河槽的水流，經(jīng)河槽的調(diào)蓄，最后匯集到流域的

20、出口斷面，形成出流過(guò)程。河網(wǎng)匯流的特點(diǎn)：匯流過(guò)程中受到阻力小、流速大、流程長(zhǎng)。坡地匯流階段：1）地面徑流 匯流速度快 流程短 匯流歷時(shí)短 2）地下徑流 匯流速度慢 流程最長(zhǎng) 匯流歷時(shí)長(zhǎng) 3）壤中流 介于倆者之間單位線的定義 在給定流域上，單位時(shí)段內(nèi)時(shí)空均勻分布的一次降雨產(chǎn)生的單位地面(直接)凈雨量，在流域出口斷面形成的地面(直接)流量過(guò)程線稱為單位線，記為UH(unit hydrograph)，表示為q t。 單位凈雨量：10.0mm 單位時(shí)段：1h, 2h, 3h, .倍比假定： 如單位時(shí)段地面凈雨量是n個(gè)單位，則所形成過(guò)程線的流量為單位線流量的n倍，其歷時(shí)仍與單位線的歷時(shí)相同疊加假定： 如

21、地面凈雨歷時(shí)是m個(gè)時(shí)段，則各時(shí)段地面凈雨所形成的徑流過(guò)程線之間互不干擾，出口斷面的流量等于各時(shí)段凈雨量所形成的流量之和。單位線存在的問(wèn)題？1)未考慮凈雨與下墊面的不均勻性；2)將流域作為整體，認(rèn)為符合線性、倍比、疊加原則，屬線性時(shí)不變系統(tǒng)，實(shí)際情況可能不是這樣?；举Y料要求：所需資料：實(shí)測(cè)降雨徑流資料時(shí)空分布均勻、歷時(shí)較短的降雨形成的單峰洪水資料分析法的原理是遞推求解。已知地面徑流過(guò)程Qd,1,Qd,2,Qd,3，時(shí)段地面凈雨(表示為10mm的倍數(shù))rd,1,rd,2,rd,3，試錯(cuò)法（科林法)推求單位線 用分析法推求單位線常因計(jì)算過(guò)程中誤差累積太快，使解算工作難以進(jìn)行到底，這種情況下比較有效

22、的辦法是采用試錯(cuò)優(yōu)選法1. 先假設(shè)一條UH 2. 用假設(shè)的UH計(jì)算出各時(shí)段地面凈雨量（不包括最大時(shí)段的地面凈雨量）的出流過(guò)程 3. 用實(shí)測(cè)流量過(guò)程減去上述累積出流過(guò)程，得最大時(shí)段地面凈雨形成的出流過(guò)程，并轉(zhuǎn)化為UH 4. 上面計(jì)算的UH如與原假設(shè)的UH不符，取兩者平均的UH，再重復(fù)上述步驟，至兩UH符合為止問(wèn)題： 單位線應(yīng)用時(shí),往往因?qū)嶋H降雨歷時(shí)和已知單位線的時(shí)段長(zhǎng)不相符合,不能任意移用;另外,在對(duì)不同流域的單位線進(jìn)行地區(qū)綜合時(shí),各流域的單位線也應(yīng)取相同的時(shí)段長(zhǎng)才能綜合。解決上述問(wèn)題的方法就是進(jìn)行單位線的時(shí)段轉(zhuǎn)換，最常用的方法是S曲線法。S曲線： 流域上分布均勻、歷時(shí)無(wú)限延長(zhǎng)，但時(shí)段雨量保持一

23、個(gè)單位的地面凈雨所形成的地面徑流流量過(guò)程線，稱S曲線。由單位線原理不難證明，S(t)曲線就是單位線縱標(biāo)沿時(shí)程的累積曲線。單位線也可以用S曲線錯(cuò)開(kāi)時(shí)段相減得到。 S（t)= qi單位線影響因素: 按照單位線的兩個(gè)假定，對(duì)同一流域，采用不同的降雨及相應(yīng)的流量資料推算出的單位線應(yīng)該是一樣的。而實(shí)際情況并非如此。原因？因?yàn)閱挝痪€的兩個(gè)假定都是線性的，與流域匯流的非線性特點(diǎn)不一致。流域匯流的非線性表現(xiàn)：雨強(qiáng)、暴雨中心位置、流域大小、水源比重等因素對(duì)單位線的影響。時(shí)段單位線的非線性問(wèn)題: 時(shí)段單位線基本假定認(rèn)為一個(gè)流域的時(shí)段單位線是不變的，可以根據(jù)時(shí)段單位線的倍比和疊加來(lái)推流，這與實(shí)際情況不能完全相符。實(shí)

24、際上，由各次洪水分析得到的時(shí)段單位線并不相同，說(shuō)明時(shí)段單位線是變化的，即時(shí)段單位線存在非線性的問(wèn)題。這是由于水流隨水深、比降等水力條件不同，匯流速度呈非線性變化所致。凈雨強(qiáng)度的影響與處理方法 如圖8-21(a),不同時(shí)段凈雨深(強(qiáng)度)的單位線不同，雨強(qiáng)大，流量大、匯流快、單位線峰高、峰現(xiàn)時(shí)間提前。應(yīng)分析不同凈雨強(qiáng)度的單位線，預(yù)報(bào)或設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)雨強(qiáng)選相應(yīng)的單位線。一般雨強(qiáng)大，洪水大，匯流速度快，由此類洪水分析得出的時(shí)段單位線洪峰較高，峰現(xiàn)時(shí)間較早；反之，時(shí)段單位線的洪峰較低，峰現(xiàn)時(shí)間滯后。 凈雨強(qiáng)度對(duì)時(shí)段單位線的影響是有限度的，當(dāng)凈雨強(qiáng)度超過(guò)一定界限后，匯流速度趨于穩(wěn)定，時(shí)段單位線的洪峰不再隨凈

25、雨強(qiáng)度增加而增加。一般是將時(shí)段單位線進(jìn)行分類綜合，供合理選用。即按降雨強(qiáng)度大小分級(jí)，每種情況定出一條時(shí)段單位線，使用時(shí)根據(jù)降雨特性選擇相應(yīng)的時(shí)段單位線。由設(shè)計(jì)暴雨或可能最大暴雨推求設(shè)計(jì)洪水或可能最大洪水時(shí)，應(yīng)盡量采用實(shí)測(cè)大洪水分析得出的時(shí)段單位線推流。暴雨中心位置不同的影響與處理方法如圖，暴雨中心位置不同其單位線將不同，雨心在上游，凈雨向出口的匯流中，與雨心在下游相比，匯流時(shí)間較長(zhǎng)，受到河槽的調(diào)節(jié)作用更大，所以，單位線峰相對(duì)較低、峰現(xiàn)時(shí)間較晚。應(yīng)分析不同雨心位置的單位線，預(yù)報(bào)或設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)雨心位置選相應(yīng)的單位線綜合時(shí)段單位線，實(shí)用效果不佳，why? 1)單位線的線性假定與實(shí)際匯流情況不符；2)

26、“黑箱”模型，其參數(shù)與流域的物理過(guò)程缺乏直接聯(lián)系；3)與流域下墊面特征值建立綜合關(guān)系式存在誤差。等流時(shí)線 水流向流域出口斷面匯集時(shí)，不同位置處的凈雨流達(dá)出口斷面需要的時(shí)間不同。由流達(dá)時(shí)間相等的點(diǎn)連成等流時(shí)線。 等流時(shí)面 相鄰的兩條等流時(shí)線之間的流域面積。 匯流時(shí)間 是指凈雨終止時(shí)，流域凈雨最遠(yuǎn)一點(diǎn)的水質(zhì)點(diǎn)到達(dá)流域出口斷面所需的時(shí)間，顯然，這是地表徑流終止時(shí)間。等流時(shí)線法 根據(jù)等流時(shí)線概念，求流域出口斷面流量方法：根據(jù)面積時(shí)間曲線，出流斷面在第i 時(shí)段出流量是由第一塊面積上的本時(shí)段凈雨，第二塊面積上一時(shí)段凈雨等所合成的:等流時(shí)線法 把流域內(nèi)降雨的空間分布和流域形態(tài)同流域出口斷面流量組成聯(lián)系起來(lái)，

27、有利于對(duì)降雨空間分布不均的處理。但等流時(shí)線假定，同一等流時(shí)線上水質(zhì)點(diǎn)同時(shí)到達(dá)出流斷面。 實(shí)際是高速質(zhì)點(diǎn)先到，低速質(zhì)點(diǎn)后到，嚴(yán)格的面積出流次序是沒(méi)有的。這就是等流時(shí)線未考慮河槽的調(diào)蓄問(wèn)題。 因此，等流時(shí)線方法只宜用于小流域，因?yàn)楹硬壅{(diào)蓄作用小。線性水庫(kù)演算法 基本原理 分析表明，地下水的貯水結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)線性水庫(kù)，即地下水庫(kù)的蓄量W與其出流量Qg的關(guān)系為線性函數(shù)?；驹恚核科胶夥匠叹€性水庫(kù)蓄泄關(guān)系河道洪水預(yù)報(bào) 在汛期，預(yù)報(bào)沿防汛河段的各指定斷面處的水位和流量。河道洪水預(yù)報(bào)的依據(jù) 河道中洪水波的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。相應(yīng)水位法的實(shí)質(zhì)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，流量演算法的實(shí)質(zhì)是成因分析法。試錯(cuò)法 在基本水尺斷面（中斷面

28、）下游的不同位置設(shè)置測(cè)流斷面，當(dāng)測(cè)得的流量與基本水尺斷面的水位成單一關(guān)系時(shí)，兩斷面的間距為特征河長(zhǎng)的一半。水位流量關(guān)系 由于附加比降的影響，中斷面水位與下斷面流量關(guān)系有三種情況：逆時(shí)針繩套關(guān)系。 條件：當(dāng)中斷面水位不變時(shí)，下斷面漲洪時(shí)的流量小于落洪時(shí)的流量。單一關(guān)系 條件：當(dāng)中斷面水位不變時(shí)，下斷面漲洪時(shí)的流量等于落洪時(shí)的流量。順時(shí)針繩套關(guān)系 條件：當(dāng)中斷面水位不變時(shí)，下斷面漲洪時(shí)的流量大于落洪時(shí)的流量。洪水波運(yùn)動(dòng) 流域上發(fā)生降水后，地面、地下徑流迅速匯集到河槽中，使河段內(nèi)水位、流量迅速增加，并向下游傳播，稱為洪水波運(yùn)動(dòng)。洪水波運(yùn)動(dòng)常作為不穩(wěn)定漸變流。洪水波沿河道自上游向下游演進(jìn)時(shí)，由于存在著

29、附加比降，而引起不斷變形，表現(xiàn)為兩種形態(tài)：洪水波的推移和坦化。洪水波的要素：波前、波后、波高。 洪水波通過(guò)測(cè)站斷面時(shí)，首先通過(guò)斷面的是波前部分，此時(shí)，測(cè)站水位不斷上升，波峰通過(guò)斷面時(shí)，洪峰水位出現(xiàn)；之后，波后部分通過(guò)斷面，斷面水位不斷下降。上述兩個(gè)過(guò)程相繼發(fā)生，形成了測(cè)站一場(chǎng)洪水過(guò)程。洪水波的附加比降 天然河道，洪水波的附加比降約在萬(wàn)分之一以下，而穩(wěn)定流的水面比降一般小于千分之一。 附加比降是洪水波在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷發(fā)生變形的重要原因。洪水波的變形 附加比降、區(qū)間入流、河道與斷面的變化等多種因素的影響，使得洪水波在運(yùn)動(dòng)中，同時(shí)發(fā)生兩種變形：展開(kāi)、扭曲。洪水波的展開(kāi) 因波前的附加比降大于波后，導(dǎo)致

30、波前的運(yùn)動(dòng)速度大于波后，使洪水波在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中波長(zhǎng)不斷加大，波高不斷減小洪水波的扭曲 波峰傳播速度大于波前任何一點(diǎn)，使波前的長(zhǎng)度不斷減小，波后的長(zhǎng)度不斷增加。相應(yīng)水位 洪水波上某一點(diǎn)，先后經(jīng)過(guò)上、下游斷面時(shí)，在兩個(gè)斷面處出現(xiàn)的水位 這對(duì)水位也稱為同位相的水位。相應(yīng)流量 形成相應(yīng)水位的一對(duì)流量。相應(yīng)水位法 研究相應(yīng)水位（或相應(yīng)流量）間的關(guān)系（統(tǒng)計(jì)規(guī)律），以此為依據(jù)，進(jìn)行河段洪水預(yù)報(bào)的方法洪峰水位預(yù)報(bào) 利用相應(yīng)水位法對(duì)洪峰水位（或洪峰流量）作出預(yù)報(bào)。漲差法： 以上游站漲差（或次漲差）為參數(shù)的相應(yīng)洪峰水位預(yù)報(bào)法。 預(yù)報(bào)方法：用上游站次漲差預(yù)報(bào)下游站次漲差，再預(yù)報(bào)下游站的洪峰。 現(xiàn)時(shí)校正法 相應(yīng)水位法制

31、作的預(yù)報(bào)方案是根據(jù)歷史洪水資料做出的，因此存在諸多問(wèn)題：考慮的因素不全面造成模型誤差； 水情的新變化導(dǎo)致原有模型不適應(yīng)。為提高預(yù)報(bào)精度，根據(jù)已出現(xiàn)的預(yù)報(bào)誤差，對(duì)相應(yīng)水位法的預(yù)報(bào)結(jié)果實(shí)施一次校正，稱為現(xiàn)時(shí)校正法?，F(xiàn)時(shí)校正法基本思想 認(rèn)為相鄰兩次的預(yù)報(bào)誤差相關(guān)。當(dāng)明確這種相關(guān)關(guān)系后，根據(jù)前一次的預(yù)報(bào)誤差計(jì)算本次預(yù)報(bào)誤差，再作出新的預(yù)報(bào)合成流量法 多支流的河段，當(dāng)干、支流之間的影響較大，使得相應(yīng)水位法的預(yù)報(bào)效果不好時(shí)，可以考慮采用合成流量法。 第五章確定性概念模型是以流域的水文物理過(guò)程為依據(jù)，通過(guò)概化而建立的數(shù)學(xué)模型。流域降雨徑流模型中，輸入是降雨，輸出是出口斷面流量。作為水文模型，是用模擬技術(shù)對(duì)降

32、雨徑流的復(fù)雜自然現(xiàn)象加以科學(xué)概化，抓住主要矛盾，保留是事物間的基本聯(lián)系，并用數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)表示 降雨徑流流域模型中，將流域系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，如產(chǎn)流、匯流子系統(tǒng)等。產(chǎn)流子系統(tǒng)又可根據(jù)坡面水量平衡情況進(jìn)行土壤水、地表水、壤中流和地下水來(lái)計(jì)算。匯流系統(tǒng)中，可對(duì)不同水源成分進(jìn)行坡面匯流和河網(wǎng)匯流計(jì)算Ø 水文模型將流域作為一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)，從系統(tǒng)學(xué)的角度研究系統(tǒng)的輸入 、輸出和各狀態(tài)變量的時(shí)序過(guò)程及內(nèi)在聯(lián)系，可以得到三者的函數(shù)關(guān)系Ø 水文模型能解決實(shí)測(cè)資料范圍以外的外延問(wèn)題Ø 水文模型有助于認(rèn)識(shí)流域水文規(guī)律，提高模擬精度新安江模型三分特點(diǎn)，即分單元計(jì)算產(chǎn)流、分水源坡面匯流和

33、分階段流域匯流；模型參數(shù)少且大多數(shù)具有明確的物理意義，容易確定；模型參數(shù)與流域自然條件的關(guān)系比較清楚，可以尋找到參數(shù)的區(qū)域規(guī)律；模型中未設(shè)超滲產(chǎn)流機(jī)制，適用于濕潤(rùn)與半濕潤(rùn)地區(qū)。2.2 薩克拉門(mén)托（Sacramento）模型蓄滿產(chǎn)流與超滲產(chǎn)流兼有，流域分單元和總徑流分水源；模型參數(shù)雖有物理意義，但參數(shù)多，難于優(yōu)選；產(chǎn)流計(jì)算復(fù)雜，匯流計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單甚至可以根據(jù)需要自行配置；模型中設(shè)有超滲產(chǎn)流機(jī)制，可以根據(jù)不同的自然地理?xiàng)l件，采用不同的參數(shù)組合，描述不同的產(chǎn)流機(jī)制，在濕潤(rùn)與半濕潤(rùn)地區(qū)以蓄滿產(chǎn)流為主，在干旱與半干旱地區(qū)以超滲產(chǎn)流為主，其適應(yīng)范圍廣；模型參數(shù)的獨(dú)立性差，最優(yōu)解很不惟一，參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)選問(wèn)題很難解決。2.4 陜北模型 采用霍爾頓(Horton)下滲理論和流域下滲能力分配曲線計(jì)算產(chǎn)流；坡地匯流采用線性水庫(kù)和滯后演算法；河道匯流計(jì)算采用馬斯京根分段連續(xù)演算法。為了考慮降雨分布的不均勻性和下墊面分布的不均勻性，將流域劃分為若干塊單元面積；在每塊單元面積內(nèi)又將其劃分為不透水面積和透水面積；在透水面積上降雨量扣除蒸散發(fā)后，用霍爾頓或菲利普下滲公式計(jì)算徑流量；在不透水面積