洪水预报与调度

R进一步划分为
• 二水源：地面净雨RS、地下净雨Rg • 三水源：地面净雨、壤中流净雨、地下净雨
二、汇流计算
1．地面汇流（或河网汇流） • 时段单位线（经验单位线） • 瞬时单位线——J.E.Nash单位线 t 1 t n 1 K u (0, t ) ( ) e K ( n ) K
（2-4）
C0+C1+C2=1 确定 K、x——→C0，C1，C2——→ 由 Q 上～t 求 Q 下～t
(2) K和x的确定 马斯京根蓄泄方程的S 和Q’呈线性关系，表明Q’是S下的稳定 流流量，所以，可假设x，作S 和Q’关系线，当为直线时，如 图，x即为所求，此时的直线斜率即为K值。
(3) 马斯京根法的几个问题与处理方法 （1）K值的综合 • 分析多次洪水的K值，如果变化不大，可取平均值 • 如果K值变化较大，一般可按流量分级，应用时，随预报流 量的变化取相应的K值 （2）x值的综合 x值一般变化不大，约0.2～0.45，可取多次洪水分析的平均 值 （3）t 的选取 一般 K t 2Kx ，最好取等于河段的洪水传播时间K。如 果难以满足，则可将整个河段按n=K/分为n个河段，采用分 段连续演算法计算 （4）马斯京根法本身无预见期，一般利用降雨径流法预报出 上断面Q上～t，再用马法计算Q下～t 。但取=2Kx时，C0=0， 则有t 的预见期
PE a R P E W m W W m 1 W mm
1 b
（2-3a）
当 P E a Wmm 时 R P E (Wm W )
(2-3b)
净雨过程计算 一个流域的 Wm 、 b 一定，可按上式由降雨、蒸发连 续预报W 、R
水文循环示意图
流域降雨径流预报
地面净雨—→（地面汇流计算） 降雨—→（产流计算）—→ 壤中流净雨—→（表层汇流计算） 地下净雨—→（地下汇流计算） —→河网总入流—→（河网汇流计算）—→预报的洪水过程 或 地面净雨—→（地面汇流计算） 降雨—→（产流计算）—→ 地下净雨—→（地下汇流计算） —→地面径流 ——→预报的洪水过程 —→地下径流
利作用
2. 保证下游安全
下游洪水≤防洪标准时，水库Z≤Z防,下游防洪点Q≤Q安
考虑预报时
通过防洪调度，与下游防洪点错峰，提高下游的防洪标准
（二）洪水复核与汛限水位设计
• 洪水复核：新情况下的设计洪水、校核洪水、调洪规则…
• 洪水分期 • 工程任务与工程质量 • ………
（三） 防洪预案研究
• 对于不同标准的洪水
洪峰流量出现时间的许可误差，取预报根据时间至实测峰 现时间间距的30%，并以3h或一个计算时段为下限。
a)确定性系数
DQ j 1
b)洪峰合格率
S
2
2
DQm N合格 / N总数 100%
c)峰现时差合格率
DT TQ计 TQ实 3 / N


2．预报方案的评定标准
（1）按确定性系数评定有效性
模型预报流量与实测流量相关校正方法
选取湖北省漳河水库 利用1990～2002年汛期反推的入库洪水过程和产 汇流预报模型模拟计算的流量过程资料，模型预报 流量 q 模i 与实时校正后的预报流量 q预i 相关分 析校正方程为：
q预i 13.03 0.843q模i
其相关系数 r = 0.91745 。
研究的主要意义
随着社会经济的高速发展，水库在防洪中 的地位和作用越来越突出。水库不仅要确保 自身的安全，还要担负发电等多种综合利用 任务，洪水预报和调度任务越来越艰巨而复 杂。
概 述
（一）洪水预报与调度在水库防洪中的作用
水库特征水位与特征库容：
死水位Z死与死库容V死
正常蓄水位Z蓄与兴利库容V蓄
=KQ’ (3-3) (3-4)
Q’= x Q上+(1- x) Q下= Q下+ x(Q上-Q下)
Q’——示储流量（表示槽蓄量S相应的稳定流流量）
式（3-1）式、（3-3）联解，即得马斯京根流量演算方程
Q下2 C0 Q上2 C1Q上1 C2 Q下1
（3-5）
其中
1 1 t Kx t Kx K Kx C0 2 , C1 2 , C2 1 1 K Kx t K Kx t K Kx 2 2 1 t 2 （3-6） 1 t 2
洪水预报实时 校 正 方法
洪水预报实时校正方法
• 水文预报是人类对自然界水文现象的模拟和预测，影响因 素众多。一般来讲，洪水预报方案是根据以往的实测资料 编制的，其中洪水预报模型的参数，反映的都是以往资料 情况下平均而言的最优值，但在作业预报时，当实际情况 偏离方案的状态时，就会使预报结果发生偏差。如果我们 能够利用作业预报过程中随时得到的误差信息（新息）， 恰当的调整下一步用产汇流预报方案推算所得的数值，将 会提高预报精度，这种利用新息进行预报校正的方法称为 实时校正预报。
洪水预报与调度
授课人：俞 淞
2012.10.22
自我介绍
姓名：俞淞 出生年月：1982年3月 籍贯：安徽省滁州市定远县 教育背景：
1999.9~2003.7 武汉大学水文与水资源工程专业 本科
2003.9~2005.7 武汉大学水文学及水资源专业 硕士 2005.9~2008.7 武汉大学水文学及水资源专业 博士（直博）
（2）合格率
m P 100% n
（2-6）
m——预报值误差≤许可误差的场数； n——预报的总场数，一般不少于40次
许可误差：对于降雨径流预报，净雨深的许可误差采用实 测值的20%，许可误差大于20mm时，以20mm为上限；许可误 差小于3mm时，以3mm为下限。 洪峰流量的许可误差取实测值的20%，并以流量测验误差为 下限。
• 洪水预报校正模型主要采用了两种类型，一是采 用相关分析校正模型，二是采用自回归校正模型。 采用的校正技术主要有，利用最小二乘分析技术 建立的定常参数校正模型方法；利用递推最小二 乘分析技术建立的自适应反馈洪水实时预报校正 模型方法和利用卡尔曼滤波技术建立的洪水流量 实时校正方法，经比较后，选择一种适合水库情 况的校正模型和方法。
等级 合格率 甲等 ≥85 乙等 70～84 丙等 60～69
预报方案经评定达到上述甲、乙两个等级者，即可用于 作业预报；达到丙等的方案用于参考性预报；丙等以下的方 案不能用于作业预报，只能作参考性估报。
3.作业预报的评定
作业预报按每次预报误差 与允许误差 许 比值百分率（ /许
×100）的大小，分以下四个等级，评定时按此标准进行。
式中 Q 上 1、Q 上 2、S1 和 t 已知，还有两个未知数 Q 下 2，
S2 ，因此推求 Q 下 2 还必须另外建立河段的蓄泄方程
• 河槽蓄水量与泄流量关系方程——蓄泄方程
W=f（Q上，Q下）=f(Q)
(3-2)
马斯京根法将该方程表达为Q上，Q下的线性组合
• 联解式（3-1）、（3-2），即可求得Q下～t
樱花烂漫
樱花时节
春意盎然
珞珈夏韵
层林尽染
樱园雪景
五彩缤纷
日落时分
老图的天空
珞珈夜色
倦鸟归巢
雨后樱花路
Hale Waihona Puke Baidu 樱花烂漫
联系方式
Email: yusong@bnu.edu.cn
QQ： 85283180
本次课程
及
应用实例
主 要 内 容
水文预报，流域产汇流计算 洪水预报实时校正方法介绍：残差回归、自适 应反馈、卡尔曼滤波等方法 水库洪水调节计算：主要介绍水库的调洪作用， 设计标准，调洪计算基本原理和方法。
n——线性水库的个数，可以不是整数；Γ （n）——n 的嘎玛函数 K——线性水库的调蓄系数，具有时间因次；e——自然对数的底
纳希瞬时单位线仅有两个参数n和K，便于进行单站和地区综合，故在洪 水预报和设计洪水计算中应用较为普遍
2．地下汇流（包括攘中流净雨汇流） 按地下水库进行演算
预报方案评定
我国颁布的SD138－2000《水文情报预报规范》采用以下 误差评定方法
2.马斯京根法
(1)马斯京根流量演算方程 • 该法将槽蓄量S分为二部分——柱蓄和锲蓄组成： 柱蓄量=河段通过稳定流量Q下的槽蓄量SQ下=KQ下，
K为稳定流情况下的河段流量传播时间
锲蓄量=x(SQ上-SQ下)=x (KQ上- KQ下)
x——楔蓄系数，或称流量比重因数
则槽蓄量 亦
S=SQ下+ x(SQ上-SQ下)= KQ下+ x (KQ上- KQ下) S=K[x Q上+(1- x) Q下]
水库汛期分期方法介绍：数理统计、变点分析、 模糊集合分析、矢量统计等方法的比较及应用。
引 言
水孕育了生命，然而从各种自然灾害发生的次数来看， 每年有60％以上是洪水灾害，特别是亚洲、北美发生的 次数更多。 我国是世界上受洪涝灾害影响最大的国家之一，频繁的 洪水灾害每年都给社会经济和人民的生命财产造成巨大 损失。据历史记载，从公元前206年到1949年中华人民 共和国成立，共2155年间，中国就发生过较大的水灾 1092次，较大的旱灾1056次，平均几乎每年都有较大水 旱灾害。
一、产流计算
（一）降雨径流相关图法 ·径流系数法 ·P～ Pa(W)～ Rs 或 P+ Pa～ Rs （二）蓄满产流模型法
Wmm Wm 1 b
1 1b
（2-1）
1 1 W a Wmm W m

（2-2）
当 P E a W mm 时
• 对于不同情况的实际特大洪水
（四） 基本步骤
• 洪水预报
离线预报：流域降雨径流预报
河段洪水预报 在线预报——实时洪水预报：最小二乘方法 卡尔曼滤波方法 • 水库调度
流域降雨径流 预报
太 阳
水汽
风输送 降水 P （大循环） 降水 降水 蒸发（小循环） 陆地 地面径流 R 地下径流
蒸发 E 海洋
1．评定标准 （1）确定性系数dy
dy 1
n
S e2

2 y
（2-5）
Se
i 1
( yi y)
n
2
，
y
i 1
2 ( yi y)
n
n
Se——预报误差的均方差； y ——预报要素值的均方差； yi——实测值； y——预报值；
y ——实测值系列的均值； n——实测系列的点据数。
评定（检验）方案的有效性时按下列标准进行。
方案的有效性 dy 甲等 >0.90 乙等 0.70～0.90 丙等 0.5～0.69
（2）按许可误差评定合格率
预报方案合格率是评定（检验）中计算值与实测值之差不 超过许可误差的次数（m）占全部次数（n）的百分率 （ m/n×100）。按其合格率将预报方案划分为以下3个等级。
1．保证自身安全
设计洪水来临时，水库Z= Z限，最高洪水位＜Z设 校核洪水来临时，水库Z= Z限，最高洪水位＜Z校
考虑预报时
预泄：在保证兴利的条件下，适当腾空部分兴利库容，提
高水库的抗洪标准
• 超蓄：保证安全的条件下，在洪水尾部适当超蓄临时多拦蓄 部分洪水（超蓄的洪水能在预见期内腾空），提高水库的兴
预报误差 /
许可误差 许 作业预报等级
<25 优
25～50 良
50～100 合格
>100 不合格
三、河段洪水预报
（一） 相应水位法 根据洪水在河道传播中的变形和波速原理，建立 Z 下，t+ =f(Z 上，t，…)、 = f(Z 上，t，…)，由 Z 上～t 预报 Z 下～t （二） 马斯京根流量演算法 1.基本原理：如图 2 Q 上～t 联解水量平衡、蓄泄方程 →Q 下～t
· 河段水量平衡方程：对于时段 t （t1～t2）
1 1 (Q上1 Q上 2 ) Δt (Q下1 Q下2 )t S 2 S1 S (3-1) 2 2
S1、S2——时段始、末河段蓄水量； Q 上 1、Q 上 2——上断面时段始、末入流量(包括区间入流)； Q 下 1、Q 下 2——下断面时段始、末出流量；
防洪限制水位Z限与结合库容V结
防洪高水位Z防与分洪库容V防 设计洪水位Z设与拦洪库容V拦 校核洪水位Z校与调洪库容V调
水库特征水位及其相应库容示意图
Z死、Z 蓄 、Z防、Z设 、 Z校建设时已经确定， Z限设计时一般
对于正常蓄水位Z蓄 ，即 Z 限 =Z 蓄。由于后来的工程质量、水 文情况变化等，常使Z限＜Z蓄