第五章 水文预报

目
5.1 概述 5.2 短期洪水预报
录
5.3 水文预报精度的评定
5.1
内容提要
概 述
1. 水文预报的重要作用；2. 水文预报的 分类； 3. 水文预报工作的基本程序
学习要求
掌握预见期的定义、水文预报分类及水 文预报工作的基本程序。
一、概念
水文预报：利用实测的水文气象资料，揭示和预 测未来水文要素变化的一门水文学科。
（1）评定指标：许可误差——许可误差是人们在预 报作业时拟定的误差允许范围，是评定预报精度的 一种标准。 （2）河道水位（流量）预报许可误差的拟定
变幅许可误差 1）预见期内最大变幅的许可误差：采用实测变幅的均方 差 变幅为零的许可误差 ：采用0.3 ； 其余变幅的许可误差：采用以上二者间线性内插法确定。 说明：①对于水位的预报：许可误差的上限为1.0m，下限 为0.1；（上限为最大变幅许可误差，下限为变幅为0的 许可误差） ②对于流量预报：算出的许可误差小于测验误差时，以测 验误差为下限。 2）预报洪峰出现时间的许可误差 上限：预报根据时间至实测洪峰出现时间间距的30％； 下限：3小时为下限。
(1) (2)
S——河段蓄水量，m3/s· h； Q——河段流量， m3/s
当河段有区间入流q时，则式 （1）的左边应增加（q1+q2） △t/2一项。 关键：建立槽蓄曲线（方程）
图5-2-10
2、马斯京根法及其槽蓄曲线方程
（1）马斯京根法 1938年 G.T.McCarthy 美国马斯京根河流域而得 名。 （2）马斯京根槽蓄曲线方程 洪水波产生附加比降，涨洪时，流量大，槽蓄量S 大；落洪时，流量小，槽蓄量S小。故S~Q关系曲线随 水面比降i变化。即： S=f(Q,i) 马斯京根槽蓄曲线方程中，河段槽蓄量两部分组成： a 柱蓄 b 楔蓄
图5-2-11
下断面出流量只能反映河段内的柱蓄，唯有采用上断面的入 流量作为参数时，才能反映河段内的全部蓄量。
x：流量比重因素
K：稳定流情况下的河段传播时间
(1)
C0+C1+C2=1
已知 x=0.2，K=12，△t=12h。计算得C0=0.231，C1=0.538， C2=0.231。即：
310×0.231=72 250×0.538=135 250×0.231=58
图5-2-1 河道中洪水波变形示意图
二、相应水位 （流量）法
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，称为相 应水位（流量）法。 即建立上、下游站 同次洪水水位（流量） 相关图。 相应水位（流量）： 同位相的水位（流 量）。
图5-2-2
（3）降雨径流预报许可误差的拟定 1）净雨深：上限——实测值的20％，许可误差 大于20mm时，以20mm为上限；下限——许可误差小 于3mm，以3mm为下限（这里认为降雨小于3mm，认 为无降雨）； 2）洪峰流量：上限——实测值的20％；下限—— 以流量测验误差为下限； 3）洪峰出现时间：上限——预报根据时间至实 测洪峰出现时间间距的30％；下限——以3h或一个 计算时段为下限。
图5-2-6 长江万县水文站~宜昌水文站以上游站涨差为参数的水位预报方案
三、合成流量法
1、原理
当河段中有支流汇入时， 下断面B处的洪水是上断面洪水 A和支流C、D等组成的，即
A D C B
Q下,t f ( Q上,i ,t i )
i 1
n
关键：确定干、支流传播时间。 该法的预见期取决于上游各 站中传播时间最短的一个。 1)一般情况下，上游各站中以干 流站的流量为最大，从预报精度 的要求出发，常常用它的传播时 间τ作为预报方案的预见期。
50
72
90 108
126
二、降雨径流预报
1、原理
根据流域上一场降雨过程推算流域出口断面未来出现的 洪水过程。称为降雨径流预报。
2、基本思路
产流
P(t) R(t) 汇流 Q(t)
在降雨径流预报中，有以下主要工作内容： （1）编制降雨径流方案 根据流域自然地理特征和实测资料条件，建立 流域产、汇流计算方案，如降雨径流相关图、单位 线等。并对方案的预报精度进行评定和检验。 （2）作业预报 在作业预报中，如图5-2-12所示 to时刻以前 的降雨量是实测的； to之后的降雨量是预报的。预 报雨量与预报方案的误差，两者都影响预报的精度。 因此，在作业预报时，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。
2、无支流河段的相应水位预报 在制定相应水位法的预报方案时，一般 采取水位过程线上的特征点，如洪峰等，作 出该特征点的相应水位关系曲线与传播时间 曲线。
（1）简单的相应水位法
在无支流汇入的河段上，若影响洪水波传播的 因素比较单纯，可用简单的相应水位法。
• --- 预报方案：根据上游站和下游站的实测水位过 程线，摘录相应的特征点即洪峰水位值及其出现时 间(见表5-2-1)，并绘制相应洪峰水位相关曲线及 其传播时间曲线(图5-2-4)作为预报方案。 • --- 作业预报：按t时上游出现的洪峰水位(Z上，t)， 在(Z上，t～Z上，t+τ)曲线上查得(Z下，t+τ)，在(Z上， t～τ)曲线上查得τ，从而预报出t+τ时下游将要 出现的洪峰水位(Z上，t+况 见右图。 试用合成 法预报南 平流量。
图5-2-9
四、流量演算法
1、基本原理
洪水波的演进与变形可用圣维南 （Saint-Venant）方程组描述。 水文上将其连续方程简化为河段水量 平衡方程，把动力方程简化为槽蓄方程， 然后联立求解，将河段的入流过程演算为 出流过程。这就是流量演算法。
图5-2-12 降雨径流预报法预报洪水过程示意图
5.3
水文预报精度的评定
1、预报误差 由于影响水文要素的因素很多，情况比 较复杂，预报的水文特征值与实际的水文特 征值总有一定的差别，这种差别称为预报误 差。 2、预报精度方法 有两种：有效性和合格率 3、有效性评定方法 确定性系数dy：
4、合格率评定法
练习题：某河段马斯京根法流量演算的参数Δt=18h、k =18h、x=0.15，已知上游站入流过程和下游站起始的流量 如下表，试列表计算下游站出流过程。 表 某河段一次实测洪水过程
时间 （h） 上游站流量 (m3/s) 下游站流量(m3/s)
18
36 54
50
80 150 130 100 80 60
1.按预报的项目分
中长期水文预报（中期水文预报 预见期为两周左右，长期水文预 报预见期为15天以上一年以内）
指预报发布与预报要素出现的时间间距。
四、水文预报工作的基本程序
1、制定预报方案
收集水文、气象资料；
建立预报模型——即水文预报方案； 对模型进行评定和检验——允许误差； 2、进行作业预报
将现时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，供有关部门应用。
5.2
内容提要
短期洪水预报
1. 河段中的洪水波运动； 2. 相应水位 (流量)法； 3. 合成流量法； 4. 流量演算法； 5. 降雨径流预报。
学习要求
理解相应水位(流量)法和合成流量法； 重点掌握马斯京根流量演算方法
河段洪水预报 短期洪水预报 降雨径流预报
一、河段洪水预报
1、方法与原理
（1）方法： 以河槽洪水波运动理论为基础，由河流上游断 面已出现的水位、流量过程，预报下游断面将要出现的水位 和流量过程。 预见期：洪水波在河段中的传播时间。 Q1 QA QB A B Q2
图5-2-5 以下游站同时水位为参数的相应水位及传播时间关系曲线图
（3）以上游站涨差为参数的水位相关法
洪水波通过某一断面时，波前的附加比降为正， 使涨水过程的涨率ΔZ上/Δt为正；波后的附加比降 为负，使落水过程的涨率为负。因此， 水位(流量) 过程线的涨(落)率在很大程度上反映了附加比降和 水面比降的大小。 --- 预报方案：图5-2-6是长江万县水文站～宜昌水 文站河段以ΔQ上为参数的水位预报方案。 --- 作业预报：已知t时刻的Z上，t(或Z下，t)、ΔZ上 (或ΔQ上)，在图上查出预报的下游水位Z下，t+ 和 预见期为 。
A D C B
上游干流实测流量 + 支流错开 传播时间的流量=合成流量 2)支流传播时间小于干流站的传 播时间，需对该支流站的相应流 量作出预报。
Q下,t f ( Q上,i ,t i )
i 1
n
2、预报方案制作
a.相关曲线较好，如图5-2-7所示。 b.相关曲线较不好时，应建立以下游站同时水位 或流量 为参数的相关曲线。如图5-2-8所示。
3、马斯京根法中几各问题的分析
（1）K值的综合： （2）x值的综合： （3）计算时段△t的选择： （4）预见期问题：
Q下, 2 C0Q上, 2 C1Q上,1 C2Q下,1
上式是没有遇见期的。通过改 进，可获得预见期： 选择适当的计算时段△t，使 得：△t=2Kx
0.5t Kx C0 0 K Kx 0.5t
1、基本原理 （1）相应水位（流量） 相应水位（流量）是指在河段同次洪水 过程线上，处于同一位相点上、下站的水位 （流量） 。 如图5-2-3所示某次洪水过程线上的各个 特征点，例如上游2点洪峰水位经过河段传播 时间τ，在下游站2点的洪峰水位，就是同位 相的水位。
图5-2-3 上、下游站相应水位过程线图
表5-2-1
长江万县站～三斗坪站相应洪峰水位及传播时间
图5-2-4 万县站～三斗坪站相应洪峰水位及传播时间关系曲线图
（2）以下游站同时水位为参数的相应水位法
下游站同时水位Z下，t就是上游站水位Z上，t出 现时刻的下游水位，它与Z上，t一起能反映t时刻的 水面比降变化，同时也间接地反映区间入流和断面 冲淤以及回水顶托等因素的影响。