洪水预报技术1

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⑷长办汇流曲线
1965年,长江流域规划办公室提出了用于
河段流量演算的长办汇流曲线。由于方法较复 杂,应用效果不比马斯京根法好,故应用不多 。
5.流域水文模型的研究和应用
上世纪50年代末,国际上提出了流域水文 模型的概念,但流域水文模型的大量研究与应 用是在上世纪70年代。80年代初研究与应用学 术达到了鼎盛时期,据统计世界上已经提出了 200多个流域水文模型,其中有代表性的模型 是:上世纪60年代美国林斯雷和Chrufard提出 的斯坦福模型、61年日本菅原正已提出的水箱
世纪50年代~70年代,主要采用试算法,在单
位线的应用上主要采用分类使用技术。即建立 单位线与影响因素(雨强、暴雨中心位置等) 间的经验关系,使用时,再根据出现的影响因 素选择面临时段实际使用的单位线。国际上则 在上世纪50年代引入系统理论的方法开展了单 位线的数学分析技术,至上世纪60年代已经取 得了若干分析成果,采用的主要数学方法有最 小二乘法、傅里叶变换法、拉盖尔函数法、相 关函数法。国内在至上世纪70年代~80年代主 要是消化吸收这方面的成果。
流域下渗能力面积
分配曲线定义为:
流域内下渗能力小
于等于给定值的面
积与下渗能力的关
i
系曲线。通常以流
域平均含水量作参
数。应用时,根据
某时刻的流域平均
含水量,选用相应
的曲线进行产流计算。
下渗能力面积分配曲线的特点:
①由于土壤初始含水量不一样,流域的下 渗能力面积分配曲线,是一组曲线。这组曲线 的上包线是流域完全干燥情况下的下渗能力面 积分配曲线,下包线是全流域土壤包气带达到 田间持水量状况下的下渗能力面积分配曲线。
应用,效果较好。
4.河道汇流计算(流量演算法)
⑴马斯京根流量演算法
我国上世纪50年代主要将其应用于单一河段 的流量演算。此后,我国在理论上对公式参数的 含义做了许多有深度的分析和探索。在应用上结 合具体河流,总结了不同河流的参数变化规律; 而且将演算技术从按洪水分级定公式参数发展为 马斯京根分段连续演算。马斯京根分段连续演算 是赵人俊在1962年, 将系统理论与传统演算方 法相结合的成果,现在仍是河段流量演算领域最 重要的方法。
汛机关内部参考。 我国大规模开展水文预报工作始于20世纪
50年代,自50年代至今,我国主要河流的重要 防洪河段均建立了相应的洪水预报方案,预报 技术成果体现在以下几个方面。
1.河道相应水位(流量)关系预报
根据洪水波运动规律,分析影响上下 游水位(流量)关系的各种因素,对我国 具体河流情况,借鉴国外经验,编制了大 量的不同条件下的相应水位(流量)关系 预报图。这方面的技术成果至今在洪水预 报实践中仍发挥着重要作用。
流域水文模型:
通常指降雨径流流域水文模型。它是 以流域为系统,模拟流域降雨径流形成过 程的数学模型。系统的输入是降雨量和蒸 发量,输出为流域出断面的流量过程。
以前期雨量指数作参数的降雨径流相关图
前期雨量指数 Pa (反映前期土湿) t 日的 Pa 用经验公式计算计算
Pa,t kPt1 k 2 Pt2 k n Ptn
⑵下渗曲线法
霍顿1931年提出的下渗公式代表的是 流域平均下渗曲线,此后西方学者从理论 上对单位土柱的土壤下渗现象做了深入研 究,发展了饱和下渗理论和非饱和下渗理 论。我国在学习使用下渗曲线法应用于流 域产流计算时,研究了流域下渗不均匀的 问题,与西方学者一道发展了考虑下渗空 间分布不均匀的下渗产流计算技术,例如 :
e

t K
K (n) K
⑶等流时线法
主要从物理概念上解释流域汇流的过程, 方法具体计算时精度差,原因是用简单的物理 概念解释复杂的水文过程,与实际情况相差较 大。加里宁后来对等流时线法做了改进,使之 可以应用,称其方法为加里宁汇流曲线。因其 效果并不比经验单位线好,故应用不多。对等 流时线法的贡献主要是第一次从物理概念上解 释流域汇流过程,计算方法上提出了一个粗糙 的汇流物理模型。
延迟 时间的出流。 Cs是随时间 t 而变化的时变参数,它取决于
t 时刻的河网的总入流量 QZ,t和流域的河槽特性 。一般用下式计算:
式中:
Cs 1 Cr QZ,t 0.4
Cr ——反映流域河槽特性的系数,可以由流 域主河槽的特征数值估计。但通常将其作为一
个参数调试取确定。
河网汇流单位线在实际工作中得到了广泛
上、下游洪峰流量相关图
以下游同时水位作参数的 上、下游洪峰水位相关图。
以上游涨率(涨差)作 参数的水位预报相关图
上、下游合成流量相关图
下游受回水顶托影响的水位相关图
2 .流域降雨产流预报
⑴经验相关图 降雨径流相关图,上、下游水位 相关图,上、下游流量相关图。我国 主要是借鉴国外成果,并结合我国河 流具体情况灵活应用。
瞬时单位线:
瞬时单位线是指流域上分布均匀 ,历时趋于无穷小,强度趋于无穷大 ,总量为一个单位的地面净雨在流域 出口断面形成的地面径流过程线。纳 希假设流域对地面净雨的调蓄作用, 可用一系列串联的线性水库的调节作 用来模拟,如图
根据线 性系统 理论推 出理论 公式如 下:
u(t)
1

t

n1
⑵纳希单位线(又称瞬时单位线)
纳希在1957年将系统脉冲响应函数引入水 文学,提出了流域瞬时单位线的概念,同时提 出了瞬时单位线参数的矩法估计公式。水文界 又常称瞬时单位线为纳希单位线。
纳希单位线主要的意义在于为流域汇流计 算提出了一个基于数学基础的汇流模型,在理 论上比经验单位线前进了一步,但应用上效果 并不比经验单位线好。
除老三篇外,早期水文预报方面比较重要 的成果还有:1931年,霍顿(Horton)建立了
下渗公式,主要用于计算干旱地区的降雨产流 量。斯奈德(Snyder)提出了综合单位线,用 于无资料地区的汇流计算。1948年前苏联的水 文学者提出了等流时线的概念,为流域汇流提 供了一个粗略的物理模型。
我国早期的预报技术基本上与国际同步, 1933年,扬子江防汛委员会曾建立长江干流部 分河段(如城陵矶——汉口,汉口——九江 ,九江——南京)上下游水位相关关系作为预 报手段,但是,因为建立预报方案的资料太少 ,精度低,未正式发布预报,预报结果仅供防
由于实际不可能去统计流域的蓄水容量曲线, 应用时一般是采用假定曲线公式形式,再用实 测降雨径流资料去检验其正确性。
蓄满产流计算的流域蓄水容量曲线
3.流域汇流计算 ⑴谢尔曼单位线(又称经验单位线)
在给定的流域上,单位时段内均匀 分布的1单位地面(直接)净雨量,在流 域出口断面形成的地面(直接)径流过程 线,称为单位线,记为UH。 使用时的两条假定:
马斯京根流量演算公式:
O2 C0 I2 C1I1 C2O1
演算公式参数
⑵特征河长法
上世纪50年代末由加里宁提出,后发展为 特征河长分段连续演算技术。我国对这一方法 也进行过深入研究。
⑶河段汇流瞬时单位线
1962年,长江流域规划办公室(现长江流 域管理委员会)水文局将纳希单位线用于河段 流量演算,从而把流域汇流与河段汇流分析计 算技术从方法上统一了起来。
的面积(称为部分面积),F 为全流域面积,显 然,上述的统计方法使每一个部分面积对应了 一个容量值 Wm' ,也表示了小于 f 的那些面积上 ,各点的蓄水容量都不超过Wm' 。点绘 Wm' ~ f 的 关系,所得曲线称为流域蓄水容量曲线。为今 后计算方便,实际使用的曲线是 Wm' ~ f / F(在不引 起误解时,相对面积仍简称为部分面积),如 图所示。因此,流域蓄水容量曲线可定义为: 流域内蓄水容量小于等于给定值 Wm'的面积 f F 与 蓄水容量值 Wm' 的关系曲线。
一、洪 水 预 报 技 术 的
发展 历程
(一)古代洪水预报技术
时间: 指20世纪30年代以前的洪水预报技术。
特征:经验方法,定性预估。就是根据当前的洪
水涨落趋势对未来水情进行预估,实质是
依据洪水过程的涨落率
Z t
对未来水情做出
预估。
(二)近代洪水预报技术
时间:指20世纪30年代至70年代。 特征:水情观测,人工为主。
二十世纪30年代,水文学建立了早期的降 雨径流相关图,用以估算一次降雨引起的总径 流量。 1949年,林斯雷(Linsley)等提出降 雨径流关系的前期雨量指标(API)法,使降
雨径流相关图在计算一次降雨引起的总径流量
领域,技术上达到了新的高度。1932年 , 谢尔 曼(Sherman)提出了单位线的概念,此单位 线通常称为谢尔曼单位线,或经验单位线。谢 尔曼单位线解决了汇流计算。1938年,麦卡锡 (Mecathy)提出了马斯京根河段流量演算法 ,用以解决由上游洪水流量过程推算下游洪水 流量过程的问题。
方案编制,单一河段,单一流域为主。 计算技术,手工作业,无界面计算机程
序为辅。 信息传递,电话、电报为主。 作业预报,手工作业,简单现时校正为
主。计算机程序为辅。
标志性技术: ⑴经验相关图,谢尔曼单位线,马斯京根
流量演算,水文预报界将此三类技术称为“老 三篇”。
⑵瞬时单位线,流域水文模型,线性系统 模型。 发展历程简述:
下渗曲线
若 i f 若 i f
则R 0 则R i t f t
f~t关系
f~w关系
上世纪60年代以前,一般是在很小流域上
。利用实测降雨径流资料分析流域平均下渗曲
线,或下渗公式的参数。应用时适当推广至中
小流域进行产流计算。
上世纪60年代以后,逐渐发展出考虑下渗空间分 布不均匀的下渗产流计算技术。
ai 作△Fi 的汇流时间 。即近似认为△Fi 上的净雨是
经 ai 时间后同时到达出口断面的。
⑷河网汇流单位线(时变单位线)
上世纪80年代,我国学者赵人俊提出的用于 流域汇流计算的单位线。
Qt Cs Qt (1 Cs ) QZ ,t
式中: QZ,t —— t 时段河网的总入流,QZ,t QS QI QG Cs ——河网消退系数; ——河网汇流时间; Qt —— t 时刻的河网出流(即 t 时刻的流域 出口断面流量); Qt —— t 时刻的河网总入流经河网调蓄后,
流域内土壤蓄水容量的分布:由于前期气 候影响以及下垫面的不均匀性等,导致流域土
壤缺水量空间分布不均匀的结果。因为,在 其他条件相同情况下,缺水量小的地方降雨 后易蓄满先产流。因此,一个流域的产流过 程在空间上是不均匀的,在全流域蓄满前, 存在部分地区蓄满而产流。一般可由流域蓄 水容量曲线表征土壤缺水量空间分布的不均 匀性。 流域蓄水容量曲线:把全流域划分为许多微 小单元面积,然后按其蓄水容量由小到大顺 序排列,并逐一累加统计。设 f 为逐一累加
等流时线定义:流域上的水流质点能同 时到达出口断面 的位置点的连线。
△F4
△F5
△F6
a7
△F7
a6
△F3 △F2
△F1
a0 a1
a5
等流时线的绘制: 大致以干流等
距Biblioteka Baidu准划分汇流时
间a0,a1‥‥,绘
出如图红色虚线所
a4 示的等流时线。
a3
a2
两根等流时线之间的面积称为等流时面积,如
△F1,△F2‥‥。近似以每根等流时线的汇流时间
⑴如果单位时段内的净雨不是一 个单位而是个 m 单位,则形成的流量
流量过程线历时与UH相同,流量则为UH的 m 倍。
⑵如果净雨历时不是一个单位时段而 是 n 个单位时段,则形成的出口断面流 量过程是 n 个时段净雨形成的 m 个流 量过程线之和。
1932年由谢尔曼提出,主要用于中小流域 的汇流计算。我国在单位线的识别技术上,上
模型、 1973年美国Burnu提出的萨克模型, 1973年中国赵人俊提出的新安江模型,1974 年意大利Natale提出的CLS(约束线性系统) 模型。
流域水文模型的提出拓展了水文学的应 用,从最初的水文预报应用扩展到生态环境方 面的应用,使水文学的应用和研究领域,学术 水平都上了一个新的台阶。
②下渗能力面积分配曲线不能给出流域 各点的下渗能力,只能给出下渗能力小于某一 下渗值的面积。
⑶蓄满产流理论及产流计算
蓄满产流是上世纪60年代,我国学者赵人 俊提出的适用于湿润地区产流计算的理论和方 法。其基本假设为,在流域内任一地点上,土 壤蓄水量蓄满(即达田间持水量)前,降雨量全部 补充土壤含水量,不产流;当土壤蓄满后,其 后续降雨量全部产生径流。这一理论和方法在 我国得到了广泛的应用。
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