第7章 水文预报

预报建模
制定预报 方案
水文预报 作业
根据预报项目的任务，收集水文、气象等有关资料，探索、分析预报要素 的形成规律，建立由过去的观测资料推算水文预报要素大小和出现时间的 一整套计算方法，即水文预报方案，并对制定的方案按规范要求的允许误 差进行评定和检验。只有质量优良和合格的方案才能付诸应用，否则，应 分析原因，加以改进。
7.2短期洪水预报
（2）河段洪水预报
3）合成流量法
在有支流河段，若支流来水量大，干、支流洪水之间干扰影响不可忽略，此时用相应水位
法常难取得满意结果，可采用合成流量法。
由河段的相应流量概念和洪水波运动的变形可知，下游站的流量为：
n
Qt
1 ai I i，t-i - Q i
上、下游站水位过程线示意图
7.2短期洪水预报
（2）河段洪水预报
1）相应水位(流量)法
设河段上下游两站的距离为L，t时刻的上游站流量为Q上，t，经过时间τ的传播到，下游站相
应流量为Q下，t+τ。若无区间入流，两者的关系为:
Q下，t+τ=Q上，t -△QL
(7-1)
式中△QL——上下游站相应流量的差值，称为洪水波展开量，与附加比降有关。
降雨径流法预报洪水过程示意图
PART 03
枯水预报
7.3枯水预报
（1）概述 流域内降雨量较少，通过河流断面的流量过程低落而比较稳定的时期，称为枯水季节(简称 枯季)或枯水期，其间所呈现出的河流水文情势称为枯水。在枯季，由于江河水量小，水资源供 需矛盾较突出，如灌溉、航运、工农业生产、城市生活供水发电，以及环境需水等诸方面对水 资源的需求常难满足。为合理调配水资源，做好枯季径流预报是很有必要的。此外，由于枯季 江河水量少，水位低，是水利水电工程施工(沿江防洪堤、闸门维修等)特别是大坝截流期施工的 宝贵季节。因此，为了确保施工安全，枯季径流预报肩负重大责任，枯季径流的起伏变动常常 是枯季径流预报关注的对象。
7.1水文预报概述
保障工农业生产
充分有效地利用水资源
水文预报的 作用
防汛抗旱减灾 发挥水利工程效益
7.1水文预报概述
（2）水文预报的作用 做好水利工程施工期水文预报，对保障水利工程安全施工意义重大。不同的施工方式及施 工阶段，水文预报内容和方法都不同。在水库未蓄水以前，主要为施工安全度汛而进行洪水预 报。 除短期水文预报外，往往还要有中长期水文预报子以配合，以便对施工现场进行布设和处 理。 由于枯季江河水量小，水资源供需矛盾较突出，需要枯季径流预报以指导合理调配水资源 。因此，枯季径流预报也具有重要作用。
7.3枯水预报
（1）概述 枯水期的河流流量主要由汛末滞留在流域中的蓄水量的消退而形成，其次来源于枯季降雨 。流域蓄水量包括地面、地下蓄水量两部分。地面蓄水量存在于地表洼地、河网、水库、湖泊 和沼泽之中；地下蓄水量存在土壤孔隙、岩石裂隙和层间含水带之中。由于地下蓄水量的消退 比地面蓄水量慢得多，故长期无雨后河流中水量几乎全由地下水补给。 我国大部分地区属季风气候区，枯季降雨稀少，河川的枯季径流主要依赖流域蓄水补给， 控制断面的流量过程一般呈较稳定的消退规律，因此目前枯季径流预报方法大多是根据这一特 点，以控制断面的退水规律为依据的河网退水须报。但由于枯季径流还受地下水运动的制约， 因此，要改进枯季径流预报的方法和提高预报精度，还必须加强地下水变化规律的研究。
7.1水文预报概述
水文预 报
预报项目
径流预报、冰情预报、沙情预报与水质预报。其中径流预报又 可分洪水预报、枯水预报2种，预报的要素主要是水位和流量。
预见期的 长短
短期水文预报、中长期水文预报。预报的预见期是指发布预报 与预报要素出现的时间间距。
7.1水文预报概述
（3）水文预报的分类 水文预报按其预报的项目，可分为：径流预报、冰情预报、沙情预报与水质预报。其中径 流预报又可分洪水预报、枯水预报2种，预报的要素主要是水位和流量。水文预报按其预见期的 长短，可分为：短期水文预报、中长期水文预报。 水位预报指的是水位高程及其出现时间。流量预报则是流量的大小、涨落时间及其过程。 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。 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。 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。
7.2短期洪水预报
（2）河段洪水预报 河段洪水预报是根据河段洪水波运动和变形规律， 利用河段上断面的实测水位(流量)，预报河段下断面未来 水位(流量)的方法。 本节主要介绍河段洪水演算的相应水位(流量)法和合 成流量法。 1）相应水位(流量)法 相应水位是指河段上下站同次洪水过程线上同位相 的水位。如右图所示某次洪水过程线上的各个特征点，例 如上游a点洪峰水位经过河段传播时间τ ，在下游站a'点的 洪峰水位，就是同位相的水位。处于同一位相点上下站的 流量称为相应流量。
7.2短期洪水预报
（3）降雨径流预报 其预报基本工作程序大体上包括： 1) 编制降雨径流方案 2)降雨径流预报作业 在实施预报作业证，当t0时刻发布预报时所依据的降雨量常包 括两部分：一部分是t0以前的实测降雨量；另一部分是t0以后到t‘ 时段内预报的降雨量。然后应用产汇流方案，计算出t0至t0+t’+τ (τ 流域汇流历时）时段内预报的洪水过程，如下图。 但由于t0时刻以后的雨量是预报值，有一定的误差，在实施预 报作业时应根据实测时段降雨量或实测流量对预报的径流进行逐时段 修正。
当退水期地下水无入渗补给与蒸发损失时：
式中：Qt——退水开始后t时刻的流量( /s)； Q0-开始退水时的流量( /s)； Β-退水系数， β=1/k ； E-自然对数的底。
—Q= ds dt
ds=KdQ=﹣Qdt dQ dt QK
Qt=Q0 et
PART 01
水文预报的概述
7.1水文预报概述
（1）水文预报的概念 水文预报是根据已知信息，定性或定量预测未来一定时期内水文情势变化的一门水文学科 ，是水文学的一个重要组成部分。 已知信息广义上指对预报水文情势有影响的一切信息，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、气温、含沙量，以及反映污染状态的污染物质含量等观测 信息。 预报的水文情势变量可以是任意一个或多个水文要素或水文特征量。不同的情势量预报要 求的已知水文信息不同、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、冰情和早情等。
可以假定地下蓄水量S与出流量Q之行在着线性关系，即
S=KQ
(7-5)
式中：K一相当于地下水的汇流时间。
7.3枯水预报
（2）退水曲线法
流域退水规律是十分复杂的，常用的是退水画线、对于具有自由表面的地下潜水，
可以假定地下蓄水量S与出流量Q之行在着线性关系，即
S=KQ
(7-5)
式中：K一相当于地下水的汇流时间。
若在τ时间内，河段有区间入流q，则下游站t十τ时刻形成的流量为：
Q下，t+τ=Q上 ，t —△QL + q 式7-2是相应水位(流量)法的基本方程。
(7-2)
7.2短期洪水预报
（2）河段洪水预报 2）简单的相应水位法 在制定相应水位法的预报方案时，要从实测资料中找出相应水位及其传播时间是比较困难 的。一般采取水位过程线上的特征点，如洪峰、波谷等，作出该特征点的相应水位关系曲线与 传播时间曲线，代表该河段的相应水位关系。
i1
(7-3)
式中：ai——各干、支流的区间来水系数；
τi——各干、支流河段的流量传播时间；
△Qi——各传播流量的变形量，n是各干、支流河段数。
若令各n ai相等，△Qi是Ii 的函数，则式(7-3)成为： Qi

f
n i1
I i，t -i

式中， I i，t-i 是同时流达下游断面的各上游站相应流量之和，称为合成流量。
7.3枯水预报
（1）概述
常用的枯季径流预报方法有3种：退水曲线法、前后期径流相关法和河网蓄水法。枯季径
流预报的时段较长，常取旬、月，甚至整个枯水期，与洪水预报的预报段以小时为单位不同。
下面简要介绍退水曲线法和前后期径流相关法。
（2）退水曲线法
流域退水规律是十分复杂的，常用的是退水画线、对于具有自由表面的地下潜水，
7.2短期洪水预报
（1）洪水波的运动 洪水波演进引起河道断面水位的涨落变化:波前阶段经过断面时水位不断上升，而波后阶 段经过断面时水位则下降。下图就表示了洪水波与河段上、下站水位过程线之间的关系，反映 了附加比降的变化是洪水波变形的主要因素。
洪水波与上、下站水位过程关系示意图
7.2短期洪水预报
（1）洪水波的运动 至于河道断面边界条件的影响则是固定的，例如当河段内有开阔滩地，到某一高水位即行 漫滩，洪水波加剧坦化，波高明显衰减，致使下站洪峰水位降低，洪水历时增长。如果下游比 上游断面狭窄时，则受塞水作用，使下游断面的波高比上游的大。此外，区间来水、回水顶托 及分洪溃口等外界因素，有时对洪水波变形也有很大的影响。
（1）洪水波的运动 在恒定流水面上因外来原因(如暴雨径流、水电站开启、水库或闸坝放水等)突然被注入一 定水量，使原来恒定流水面受到干扰而形成一种高低起伏的不稳定波动，这就是洪水波。如， 流域内大量降水后产生的净雨迅速汇集注入河槽，引起流量剧增，河道沿程水面发生高低起伏 的波动。 洪水波的特征可用附加比降、波速等物理量来描写。天然棱柱形河道里洪水波运动是一种 渐变非恒定流。当洪水波沿河道自上游向下游演进时，由于存在着附加比降，而引起不断变形 ，表现为洪水波的推移和坦化两种形态，且在传播过程中发生的水文气象信息，通过报汛设备迅速传送到预报中心，随即经过预报 方案算出即将发生的水文预报要素大小和出现时间，及时将信息发布出去，供有 关的部门应用。这个过程称为水文预报作业。若现时水文气象信息是通过自动化 采集、自动传送到预报中心的计算机内，由计算机直接按存储的水文预报模型程 序计算出预报结果，这样的作业预报称为联机作业实时水文预报。