第1章-绪论

水文预报
第一章 绪论
1.1 水文预报的形成与发展 1.2 水文预报的概念及作用 1.3 水文预报的分类 1.4 水文预报的研究思路与方法
1.1 水文预报的形成与发展



中国幅员辽阔、山丘遍布、河流众多，洪旱灾害频繁，死亡人 数多、损失惨重。据历史记载，在1949年以前，由于防灾减灾 手段少、技术落后，中国发生过较大的水灾1092次，较大旱灾 1056次。新中国成立后，党和政府高度重视水旱灾害防治和水 资源的开发利用，一方面（工程措施）进行了大规模的水利基 本建设，其中对防洪起到骨干性调控作用的大型水库就建了 442座（见表1—1)；另一方面（非工程措施）从中央到流域机 构和各地方省市都成立了水文监测、预报和管理机构，全方位 地研究、监控、预报和管理洪旱灾害，从非工程措施角度防治 和减轻灾害损失。 人类为了生存与发展，在长期与自然灾害作斗争中，不断的总 结经验与教训，逐渐认识了自然界水文现象及其运动变化规律， 从而形成和发展了水文学科。 水文预报是应用水文学的重要组成部分。

短期、中长期预报界限：并没有明确的界限，习惯上把主要由水 文要素作出的预报称为短期预报；把包括气象预报性质在内的水 文预报称为中长期预报。 预见期的重要性：在实用上极为重要，无论是防灾或兴利，一般 短期水文预报往往不能满足要求。因此，应与气象预报相结合， 以增长预见期。但由于预见期增长，影响因素增多，偶然性增大， 会使预报的精度降低。可见，预见期和预报精度是有矛盾的，通 常根据河段洪水波运动原理作短期水文预报，精度一般较高，而 长期水文预报，精度相对较低。
1.2 水文预报的概念及作用
图1 1998年长江沙市水位预报与实测情况
1.3 水文预报的分类

按预报的项目分类
（1）径流预报：预报的要素主要是水位和流量，水位预报是水位高程及 其出现时间的预报；流量预报则是流量的大小、涨落时间及其过程。径 流预报又可分洪水预报和枯水预报。 （2）冰情预报：冰情预报是利用影响河流冰情的前期气象因子，预报流 凌开始、封冻与开冻日期，冰厚、冰坝及凌汛最高水位等。 （3）沙情预报：沙情预报则是根据河流的水沙相关关系，结合流域下垫 面因素，预报年、月和一次洪水的含沙量及其过程。 （4）水质预报：预测河流中污染物迁移转化的时空变化过程。
1.4.1 分解研究



线性化分解：把一个复杂的非线性的关系分解为几个线性化 的结构。典型例子，如流域坡面汇流分为三水源，用三个线 性水库来模拟。 空间因素分解：按照空间变化的影响因素特点对模型结构进 行分解。例如新安江模型中的分单元计算产流、分坡面和河 道进行汇流等。 时间过程分解：按照时间变化的影响因素特点对模型结构进 行分解。例如高寒地区的流域分冬季蒸发和夏季蒸发、产流 分融雪产流和降雨产流计算等。

水文循环（小循环）
1.2 水文预报的概念及作用

水文预报的作用 水文预报是水利事业的耳目，通过水文预报能事先提供洪 水的发生和发展变化的信息，因此，在防汛、抗旱、水资 源开发利用、国民经济建设和国防等领域都有广泛的应用， 经济效益巨大，应用单位众多。而且，随着国民经济的发 展和水资源的开发利用，水文预报也将会越来越受到人们 的重视，其作用也越加显著。 水文预报中应用最广泛的是对洪水的预报。
1.2 水文预报的概念及作用

水文预报的概念 水文预报(hydrologic forecasting)：据已知的信息对 未来一定时期内的水文状态作出定性或定量的预测。


已知信息，广义上指对预报水文状态有影响的一切信息，最常用 的是水文与气象要素信息，如降水、蒸发、流量、水位、冰情、 含沙量和气温等观测信息。 预报的水文状态量可以是任一水文要素,也可以是水文特征量，不 同的状态量预报要求的已知信息不同、预报方法不同、预见期也 不同。 目前，通常预报的水文要素有：流量、水位、冰情和旱情等。
Es=Es（气象因素，土壤供水条件） Es=Es（E0，W）
1.4.3 规律描述方法的物理化研究
1. 提出描述水 文规律的概化 模型。思路似 概化研究，即 分析得到影响 实际问题的主 要因素，得出 概化模型。 （概化假设） 2.用实测资料 系列对模型进 行检验，分析 比较模型计算 与实测结果的 差异。 （寻找问题） 3.通过误差， 分析影响因素 与计算误差之 间的关系，增 减因素，完善 规律关系 （分析问题） 4.把完善的规 律关系纳入到 模型结构中， 构成更加符合 实际、更加物 理化的模型。
模拟实验研究
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1.4.1 分解研究

定义：把复杂的系统、自然规律和事件分解为相对简单、 独立、更易为人们所认识的子系统、简单规律和事件来研 究。 复杂（系统、规律、事件）
分解
简单（系统、规律、事件）

分类：系统分解、线性化分解、因素分解、时间分解

系统分解：把一个复杂的系统划分为若干个独立的子系统。 可根据物理量特性、空间、时间或其他条件进行划分。水文 规律研究中最常用的是按物理量特性分解，如泥沙模型可分 为水流和泥沙两个子系统，并且水流子系统还可进一步细分 为蒸发、产流、分水源、汇流等子系统；泥沙可分为产沙、 汇等沙子系统。
再回到2，如此 依次循环，直到 满足实际问题要 求为止
（解决问题）
4 1 2 3
1.4.3 规律描述方法的物理化研究

例如：流域产流量预报，最早发现影响产流量的主要因素是降 雨，提出降雨与径流量的单因素函数关系（或相关图），但在 大多数流域应用时，效果不尽人意——相关图点据散乱（如图 1-2）。分析发现，虽相同的降雨量，若土壤湿度（受前期降 雨、日照、温度等气象因子的影响）不同，产生的径流量差异 很大。说明，前期气候状况对流域产流影响较大，必须考虑。


主要内容： 短期洪水预报中的径流预报，内容分布在； 第 1章 绪论 第 2章 流域产流； 第 3章 流域汇流； 第 4章 河道洪水演算 第 8章 水库水文预报 第 10章 水文预报结果评定
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1.4 水文预报的研究思路与方法
水文预报方法研究以规律描述方法研究（如流域水文模 型）为核心，形成了具有特色的和一定先进性的思路与方法， 总结掌握和了解这些思路与方法，对水文预报研究和课程学 习都具有重要意义。 分解研究 概化研究 规律描述方法的物理化研究 相似性研究
1.4.4 相似性研究



1.概念 任何事物都有特性，当事物间存在共有特性，而刻画其特 性的特征量有差别时，则称事物间共有特性为相似性。 例如不同边长的等边三角形。 在自然界中广泛存在。人与人、动物与动物、植物与植物、 人与动物、人与植物之间等。 在某方面的相似，如外貌形状、生命生存条件、获得养分 的过程等，而不是相同。

由表可知，洪水灾害频率大大降低，洪灾损失大大减 少，洪水预报的工作功不可没。因此，可靠的洪水预 报对防止洪水灾害具有特别重要的作用。
1.2 水文预报的概念及作用

水文预报的作用 例如在河流防洪抢险中，需要及时预报出防洪地点即将出 现的洪峰水位、流量，以便在洪峰到来之前，迅速加高加 固堤防、转移可能受淹的群众和物资，动用必要的防洪设 施（如分洪、蓄洪等），把洪水灾害减小到


2.研究意义 利用相似性进行科学研究或知识学习，使研究者容易抓住 问题本质，可以简化思路、明确重点、加深内容理解、促 进机理研究深入，启迪其创造性，进而加快科学研究发展。 如相似性事物间存在着相似关系，有些事物规律相对于另 外一些相似事物的规律容易发现容易研究，那么这相似性 事物间的相似性关系就可用来研究那些难以研究的事物规 律； 另外不同问题、学科方向或领域的科学研究经常是参差不 齐的，有些发展会快些、研究成熟些、理论体系完善些， 那么成熟问题的研究思路、技术路线和规律性的描述方法 可以类似的用到不成熟的问题研究中去；
1.4.2 概化研究

定义：把复杂的自然规律概化为简单的、易于研究的、与 实际规律较接近的关系来研究。



以该规律的影响因素为分析基础，据实际情况抓住主要的影 响因素，忽略次要因素，提出假设条件和简化的数学关系， 使得用该概化关系去模拟自然规律时，误差不大或满足生产 实际需要。 例如在分析渐变流水时，压强分布可近似为均匀流（静水压 强分布）；沿程水头损失可近似用均匀流公式（谢才公式） 土壤蒸发量

水文预报的作用 例如在解决水库防洪与兴利的矛盾中：在洪水未进库 之前，先打开泄洪闸门腾空一部分库容，以便洪水来 临时能蓄存更多的水量；当洪水即将结束时，预知近 期没有很大的洪水入库，则可超蓄洪水尾部的一些水 量，用于多发电、多灌溉，使现有工程发挥更多的效 益。
1.2 水文预报的概念及作用



水文预报的作用 据统计，1901-2000年，全国发生的最严重的30次大灾 害中，16次是由洪水引起的，7次有干旱引起，其余为 4次地震，1次风暴，1次鼠疫和1次天灾人祸，表1-2是 20世纪全国最严重的30次大灾害统计。
表1-2 20世纪全国最严重的30次大灾害统计 1901-2000年 1949年前 1949年后 合计 大灾害 22 8 30 洪灾 13 3 16
1.3 水文预报的分类

中长期水文预报**

预报方法与途径：由于中长期水文预报的预见期长达一旬至 一年，许多影响因素变化的不确定性增强，所用的途径和方 法与短期水文预报有明显的不同。主要有：

1、天气学方法：根据前期大气环流特征以及表示这些特征的 各种空气气象要素，建立与后期降雨之间的定量关系，利用这 种关系对未来降雨做出预报。 2、天文地球物理因素方法：分析地球自转速度的变化、海温 状况、火山爆发、臭氧的多少以及行星运动位置、太阳活动等 对大气运动与水文过程的对应关系，利用这种关系对后期水文 要素可能发生的变化情况做出预测。 3、统计学方法：根据大量的历史资料，建立自回归模型或多 元线性（或非线性）回归模型用于预报。