《工程水文學(xué)》(第4版)第5章 水文預(yù)報(bào)

1、工程水文學(xué)工程水文學(xué) (Engineering Hydrology)安徽水電學(xué)院水文與水資源專業(yè)教研室安徽水電學(xué)院水文與水資源專業(yè)教研室二二一五年二月一日一五年二月一日二二一五年二月一日一五年二月一日一、概述 1、水文預(yù)報(bào) 水文預(yù)報(bào)水文預(yù)報(bào)是指根據(jù)已知信息對(duì)未來一定時(shí)期內(nèi)的水文情勢(shì)作出定性或定量預(yù)報(bào)。 目前通常預(yù)報(bào)的水文要素有流量流量、水位水位、冰情冰情和旱情旱情。 洪水預(yù)報(bào)預(yù)見期洪水預(yù)報(bào)預(yù)見期是指洪水能提前預(yù)測(cè)的時(shí)間。 2、水文預(yù)報(bào)的作用 （1）水文預(yù)報(bào)是防汛抗旱、有效利用水資源以及水利水電工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)度、管理等的重要依據(jù)； （2）做好水利工程施工期的水文預(yù)報(bào)，對(duì)保障水利工程安全施工意

2、義重大； （3）為合理調(diào)配水資源，枯季徑流預(yù)報(bào)有一定的作用；為確保施工安全，枯季徑流預(yù)報(bào)肩負(fù)重大責(zé)任。水利部水文局水文情報(bào)預(yù)報(bào)中心二、短期洪水預(yù)報(bào)1、降雨徑流預(yù)報(bào) 短期洪水預(yù)報(bào)短期洪水預(yù)報(bào)包括降雨徑流預(yù)報(bào)、河段洪水預(yù)報(bào)以及考慮實(shí)時(shí)修正的實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)。 降雨徑流預(yù)報(bào)降雨徑流預(yù)報(bào)是指按降雨徑流形成過程的原理，利用流域內(nèi)的降雨資料預(yù)報(bào)出流域出口斷面的洪水過程。 河段洪水預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào)是指以河槽洪水波運(yùn)動(dòng)理論為基礎(chǔ)，由河道上游斷面的水位、流量過程預(yù)報(bào)下游斷面的水位和流量過程。 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)是指對(duì)將發(fā)生的未來洪水在實(shí)際時(shí)間進(jìn)行預(yù)報(bào)，就目前的預(yù)報(bào)方法而言這實(shí)際時(shí)間實(shí)際時(shí)間就是觀測(cè)降雨及時(shí)進(jìn)入

3、數(shù)據(jù)庫的時(shí)間。 （1）預(yù)見期的確定 預(yù)見期是指洪水的平均匯流時(shí)間。預(yù)見期是指洪水的平均匯流時(shí)間。對(duì)于一個(gè)特定流域，洪水預(yù)見期是客觀存在的，是反映流域?qū)λ髡{(diào)蓄作用的特征量，表達(dá)水質(zhì)點(diǎn)的平均滯時(shí)，其大小與流域面積、流域形狀、流域坡度、河網(wǎng)分布等地貌特征及降雨、洪水等水文氣候特征有關(guān)，不同特征的洪水有不同的預(yù)見期。 預(yù)見期也可根據(jù)歷史洪水資料來分析確定。1、降雨徑流預(yù)報(bào) 幾種具體確定預(yù)見期的方法：幾種具體確定預(yù)見期的方法： 1）對(duì)于源頭流域可把主要降雨結(jié)束到預(yù)報(bào)斷面洪峰出現(xiàn)這個(gè)時(shí)間差作為洪水預(yù)見期。 2）對(duì)于區(qū)間流域洪水預(yù)報(bào)或河段洪水預(yù)報(bào)，當(dāng)區(qū)間來水對(duì)預(yù)報(bào)斷面洪峰影響不大時(shí)，洪水預(yù)見期就等于上下游

4、斷面間水流的傳播時(shí)間；如果暴雨中心集中在區(qū)間流域，那么預(yù)見期就接近于區(qū)間洪水主要降雨結(jié)束到下游預(yù)報(bào)斷面洪峰出現(xiàn)這個(gè)時(shí)差。假如降雨空間分布比較均勻，上斷面和區(qū)間都形成了有影響的洪水，其預(yù)見期常取河段傳播時(shí)間和區(qū)間流域水流平均匯集時(shí)間的最小值。1、降雨徑流預(yù)報(bào) （2）降雨徑流計(jì)算 降雨徑流預(yù)報(bào)是利用流域降雨量經(jīng)過產(chǎn)流計(jì)算和匯流計(jì)算，預(yù)報(bào)出流域出口斷面的徑流過程。計(jì)算步驟通常分為四步： 1 1）蒸散發(fā)計(jì)算。）蒸散發(fā)計(jì)算。對(duì)于我國絕大多數(shù)流域可采用三層蒸發(fā)模式。 2 2）產(chǎn)流計(jì)算。）產(chǎn)流計(jì)算。主要依據(jù)流域的氣候特征，濕潤地區(qū)選擇蓄滿產(chǎn)流，干旱地區(qū)選擇超滲產(chǎn)流。 3 3）水源劃分。）水源劃分。常用的計(jì)算

5、方法是通過穩(wěn)定下滲率、下滲曲線等，將地下水源從總水源中劃分出來。 4 4）流域匯流計(jì)算。）流域匯流計(jì)算。分為坡地匯流計(jì)算和河網(wǎng)匯流計(jì)算，分別采用單位線或線性水庫和馬斯京根流量演算法進(jìn)行計(jì)算?！纠?-1】 P1062、河段洪水預(yù)報(bào) 河段洪水預(yù)報(bào)河段洪水預(yù)報(bào)是根據(jù)河段洪水波運(yùn)行和變形規(guī)律，利用河段上斷面的水位（流量），預(yù)報(bào)河段下斷面未來水位（流量）的方法，主要包括相應(yīng)水位（流量）相應(yīng)水位（流量）法法、合成流量法合成流量法。 （1）相應(yīng)水位（流量）法 1）基本原理 相應(yīng)水位相應(yīng)水位是指河段上、下游站同位相的水位。相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)是指用某時(shí)刻上游站的水位（流量）預(yù)報(bào)一定時(shí)間后下

6、游站的水位（流量）。 河道相應(yīng)水位（流量）預(yù)報(bào)的基本關(guān)系式基本關(guān)系式：)/(,VLQQQtutl某上下游站同位相水位示意圖2、河段洪水預(yù)報(bào) 2）洪峰水位（流量）預(yù)報(bào) 對(duì)于區(qū)間來水比例不大、河槽穩(wěn)定的河段，若沒有回水頂托等外界因素影響，那么在上、下游站相應(yīng)水位（流量）過程線相應(yīng)水位（流量）過程線上，可以找到相應(yīng)的特征點(diǎn)：峰峰、谷谷、漲落洪段的反曲點(diǎn)漲落洪段的反曲點(diǎn)等，利用這些相應(yīng)特征點(diǎn)的水位（流量）即可制作預(yù)報(bào)曲線圖預(yù)報(bào)曲線圖（如下圖所示）。某上游站洪峰水位及傳播時(shí)間示意圖2、河段洪水預(yù)報(bào) 3 3）次漲差法）次漲差法 對(duì)于一些陡漲陡落的山區(qū)性河流，可采用次漲差法次漲差法預(yù)報(bào)下游站洪峰水位。通過建

7、立上游站洪峰水位與傳播時(shí)間關(guān)系曲線上游站洪峰水位與傳播時(shí)間關(guān)系曲線、上下游站起漲水位關(guān)系上下游站起漲水位關(guān)系、上游站起上游站起漲水位與其傳播時(shí)間的關(guān)系漲水位與其傳播時(shí)間的關(guān)系，來進(jìn)行預(yù)報(bào)計(jì)算，見下圖。2、河段洪水預(yù)報(bào) 4 4）以支流水位為參數(shù)的洪峰水位（流量）相關(guān)法）以支流水位為參數(shù)的洪峰水位（流量）相關(guān)法 有支流河段的洪峰水位預(yù)報(bào)，通常取影響較大的支流相應(yīng)水位（流量）為參數(shù)，建立上下游站洪峰水位關(guān)系曲線進(jìn)行預(yù)報(bào)，見下圖。2、河段洪水預(yù)報(bào) （2）合成流量法 在有支流河段，若支流來水量大，干支流洪水之間干擾影響不可忽略，可采用合成流量法。所謂合成流量合成流量是指同時(shí)到達(dá)下游斷面的各上游站相應(yīng)流量

8、之和。以下式為根據(jù)建立預(yù)報(bào)方案稱為合成流量法合成流量法。 合成流量法的關(guān)鍵關(guān)鍵是值的確定。)(1,nitiiiIfQ3、實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào) 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)的基本任務(wù)基本任務(wù)是根據(jù)采集的實(shí)時(shí)雨量、蒸發(fā)、水位等觀測(cè)資料信息，對(duì)未來將發(fā)生的洪水作出洪水總量、洪峰及發(fā)生時(shí)間、洪水發(fā)生過程等情勢(shì)的預(yù)測(cè)。 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)是利用在作業(yè)預(yù)報(bào)過程中不斷得到的預(yù)報(bào)誤差信息，運(yùn)用各種理論和方法及時(shí)地校正、改善預(yù)報(bào)估計(jì)值或水文預(yù)報(bào)模型中的參數(shù)，使以后階段的預(yù)報(bào)誤差盡可能減小，預(yù)報(bào)結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值。 實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)是現(xiàn)代水文預(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。三、（水庫）施工洪水預(yù)報(bào)1、分期圍堰明渠導(dǎo)流期的水位（流量）預(yù)報(bào)cc

9、ccAQvAQvgvgvZZZ，22-上02002下上 已知下游斷面的水位-流量關(guān)系曲線（Q=f(Z下)）、上游斷面的水位-面積曲線（A上=f(Z上)）、收縮斷面的水位-面積關(guān)系曲線（Ac=f(Z下)），用試錯(cuò)法建立壅水后圍堰上游的水位流量關(guān)系曲線，步驟如下： （1）分級(jí)定流量值，查Q=f(Z下)曲線得相應(yīng)的Z下值。 （2）由Z下值查Ac=f(Z下)曲線得相應(yīng)的Ac值。 （3）由Q和Ac值計(jì)算vc和acvc2/2g值。 （4）假定上游壅水高度Z，按Z上+ Z值查A上=f(Z上)曲線，得相應(yīng)的A上值。三、（水庫）施工洪水預(yù)報(bào)1、分期圍堰明渠導(dǎo)流期的水位（流量）預(yù)報(bào) （5）由Q和A上值計(jì)算v0和a

10、0v02/2g值。 （6）按式（5-32）計(jì)算壅水高度Z值。若Z =Z即為所求。否則，重新假定Z值。 計(jì)算得各級(jí)流量Z值后，繪制如下圖所示壅水后Q=f(Z上)曲線。預(yù)報(bào)時(shí)，根據(jù)預(yù)報(bào)流量查圖即得圍堰上下游水位和壅水高度。三、施工洪水預(yù)報(bào)2、分期圍堰明渠截流期水位、流量預(yù)報(bào) （1）龍口上、下游水位和流速極限預(yù)報(bào)）龍口上、下游水位和流速極限預(yù)報(bào) 龍口過水?dāng)嗝娴乃饕匾话愣及此W(xué)中的寬頂堰計(jì)算，并分為自由出流和淹沒出流兩種情況。相關(guān)計(jì)算公式可參閱水力學(xué)有關(guān)書籍。 （2）初蓄期的水庫水位與出流量預(yù)報(bào)）初蓄期的水庫水位與出流量預(yù)報(bào) 圍堰合龍后，工程進(jìn)入初蓄期，邊施工邊蓄水，壩前蓄水陡增，水位上升。此時(shí)

11、導(dǎo)流方式常采用壩體梳齒缺口泄水、壩體泄流洞泄水、隧洞泄水等，且或有閘門控制，或無閘門控制，其泄流量都按水力學(xué)公式計(jì)算。四、枯水預(yù)報(bào)1、枯季徑流的消退規(guī)律 流域降雨量較少，通過河流斷面的流量過程低落而比較穩(wěn)定的時(shí)期，稱為枯枯水季節(jié)水季節(jié)（簡稱枯季枯季）或枯水期枯水期，其間所呈現(xiàn)出的河流水文情勢(shì)稱為枯水枯水。 枯水期的河流流量主要由汛期末滯留在流域中的蓄水量的消退而形成，其次來源于枯季降雨。流流域蓄水量包括地面地面、地下蓄水量地下蓄水量兩部分。 （1）對(duì)于由地下水補(bǔ)給的河流，其出流量消退規(guī)律為 （2）對(duì)于由河網(wǎng)蓄水量補(bǔ)給的枯季徑流，其出流的消退規(guī)律為 （3）對(duì)于由地下水和河網(wǎng)蓄水量綜合補(bǔ)給的徑流，其出流的消退規(guī)律為tgggeQtQ)0(）（trrreQtQ)0(）（ktetQtQ/0)(）（四、枯水預(yù)報(bào)2、枯季徑流的預(yù)報(bào)方法 常用的枯季徑流預(yù)報(bào)方法：退水曲線法、前后期徑流量相關(guān)法和河網(wǎng)蓄水量法。 （1）前后期徑流量（流量）相關(guān)法 適用于以地下水補(bǔ)給為主的枯季徑流預(yù)報(bào)，計(jì)算公式：gggktktktggggeeetWWtWtW1211）（）0（）（）（/121四、枯水預(yù)報(bào) （2）河網(wǎng)蓄水量法 河網(wǎng)蓄水量法的基本關(guān)系式：)()(rtWftttQ五、水文預(yù)報(bào)精度評(píng)定1、編制方案資料要求2、精度評(píng)定 洪水預(yù)報(bào)方案的可靠性取決于編制方案使用的水文資料的質(zhì)量和代表性。 洪水預(yù)