《水文预报》课程多媒体课件(培训课件)解析

第二章 河段洪水预报
河段洪水预报——在洪水发生的过程中，根据河段上断面刚刚
出现的洪水情况（用水位或流量表示），来预报下游断面将要出现 的洪水情况（水位或流量）。 常用的河段洪水预报方法有： 相应水位（流量）法 流量演算法
第一节
洪水波概述
一、洪水波的形成和运动 降雨后，流域内产生的径流向河网汇集，流域各处的降水和产流 通常是不均匀的，注入河网的水量也不相同。在径流大量集中的河
课程概况及主要内容
水文预报是水文与水资源工程专业的一门专业课，是研究分
析、运用水文规律，预报未来水文情势的 一门应用学科。内容以河 流、水库短期洪水预报常用的相应水位、流量演算、降雨径流和水 库水位流量预报的基本原理和方法为主。主要内容有： 一、河段洪水预报 二、降雨产流量预报 三、流域汇流预报 四、实时洪水预报 五、降雨径流流域模型 六、枯季径流预报与旱情分析 七、水库水文预报 八、水文预报误差和精度评定
所以将主要介绍本教材的第二章、第三、第四章、第五章、第
十章；而第六章、第七章、第八章仅作一般介绍。
二、水文预报的作用 水文预报是为国民经济和水利建设服务的一项基本工作，在以下
三个方面起着很重要的作用： 防汛抗旱 合理利用水资源 充分发挥工程效益
1、水文预报在防汛斗争中起着耳目和参谋作用。
பைடு நூலகம்
2、水文预报不仅在防洪中是不可缺少的，对已建成的水利工程
0
i f ，只考虑惯性项和附加比降项。在
用动力波求解洪水波运动。
第二节
方法。
相应水位（流量）法
相应水位（流量）法是大流域的中下游河段广泛采用的一种河段洪水预报的
一、相应水位（流量）法的依据
洪水波在传播的过程中会发生展开和扭曲变形，正是由于产生变形，使河 段上下游站的洪水过程具有相应而又不相同的现象。利用这种现象可以由已知 的河段上游站的洪水过程来预报下游站的洪水过程。另外在实际预报时，并不 需要预报整个洪水波在某一时刻沿程的水力要素，只要根据上游站某时刻已出 现的水位（流量），来推求下游站未来某时刻的水位（流量）。由此引出相应 水位（流量）的概念。 相应水位（流量）——沿河传进的洪水波的某一个位相点，先后经过河段上 下游站时所测得的水位或流量。相应流量在传播的过程中要发生变化，并引起相 应水位的变化。因此在外界条件不变的情况下 ，研究相应水位关系的实质是研究 其相应流量在河段传播过程中流量值和传播速度值的变化规律，而造成洪水波变 形的内因和外因是造成相应流量及其传播速度变化的原因。也就是要分析造成洪 水波变形的具体原因。
第一章 绪论
在绪论中主要介绍以下几个方面的内容：
1、水文预报的任务和内容； 4、水文预报的学习方法 一、水文预报的任务和内容 水文预报——是对自然界各种水体未来的水文现象及其变化进 行预报。它的任务就是分析研究水文现象的演变规律和水文预报技 2、水文预报的作用； 3、我国的水文情报预报工作及预报技术的发展；
的管理运用也是不可缺少的，只有依靠水文预报，才能做到在各用 水部门及地区之间合理分配水资源，取得最大的社会经济效益。 3、水文预报还从多方面直接为国民经济、国防部门服务。 随着社会主义经济建设的发展和水资源的开发利用、保护工作的 不断深入，水文预报将应用得更为广泛，其作用也将更加明显。
目前我国防洪体系的建设中水文预报所占据的位置愈来愈突出。
《水文预报》课程多媒体课件
扬州大学水利科学与工程学院
二0一一年九月
在《水文学原理》课程中我们曾经介绍过：根据研究任务的 不同，水文学可以分为以下几门学科：
水文测验与资料整编 水文预报 水文分析与计算 水文水利计算 水利计算
水文学
其中水文分析与计算和水文预报都是解决“预报”性质的任务，有其统一的一面，但
i i i0
附加比降可正可负，涨洪时，即对于波前，附加比降为正；落洪时，即对于波后， 附加比降为负。
（8）位相：洪水波轮廓线上的每一点都占据一定的相对位置，这就是洪水波位相的概念。
（9）相应流量（传播流量）：由水力学可知，洪水波的每一个位相都相应于一定的流量， 这种相应于一定位相的流量称为相应流量，又称传播流量。 （10）波速：洪水波波体上某一位相点沿河道的运动速度称为该位相点的波速，或者说 相应流量沿河道的运动速度即为波速。
是另一方面，由于它们所提供的预见期极不相同，水文计算要求预估未来几十年甚至上百
年的情况；而水文预报通常只能预报未来几天或一个月的情况，当然长期水文预报的预见 期一般不超过一年。因而使两者有所区别，从而形成了水文与水资源工程专业的两门专业 课程：水文预报；水文分析与计算。其中水文预报课程主要是利用水文现象变化的确定性 规律来解决实际问题；而水文分析与计算课程主要是利用水文现象变化的统计规律来解决 实际问题。
术、预报方法，从而迅速地、准确地提供水文现象的定量或定性预
报。所以水文预报的内容是相当广泛的。 按水体在地球上所处空间位置的不同水文预报可分为： 海洋水文预报 陆地水文预报
而陆地水文预报又以预报对象的不同可分为：
径流预报
水质预报
冰情预报
台风暴潮预报
泥沙预报
与农业生产有关的墒情预报
水文预报按预见期的长短可分为： 短期水文预报 中长期水文预报 短期水文预报——是指预报的现象正在发生或出现过程中所作
综上所述，造成河段中洪水波变形的原因既有内因，也有外因。 内因是洪水波本身的水力特性；外因是河段特性、底水、区间入流、 引水或分洪、河段下游有回水或潮波顶托等。
三、洪水波运动的基本方程与洪水波的分类
在无旁侧入流的河段，洪水波的演进与变形可以用圣维南方程组描述。关于 洪水波的分类主要是依据动力方程中各项作用力的对比关系。可将洪水波分为 四类：运动波、扩散波、惯性波以及动力波。 1、运动波：忽略惯性项以及附加比降项。其水位流量关系为单值关系，其 相应流量在传播过程中不发生衰减，即不发生坦化变形，但会发生扭曲变形。 这种洪水波通常发生在河流上游和河底比降较大的山区性河流。 2、扩散波：忽略惯性项。其水位流量关系为绳套曲线，其相应流量在传播 过程中发生衰减，即有坦化变形，又有扭曲变形。它是一般河流中常见的洪水波 形式。 3、惯性波（又称重力波）：忽略 i0 和 水库中的洪水波可看成是惯性波。 4、动力波：动力方程中的任何一项都不能忽略。对于河流的中下游以及平 原河道，由于 i 较小，附加比降和惯性影响相对较大，不能忽略任何一项，需要
四、水文预报的学习方法 水文预报是研究和运用水文规律，预报未来水文情况的一门应 用性学科。分析研究水文现象的演变规律，就能找到相应的预报方 法。水文现象的演变具有确定性的规律，也具有统计性规律。根据 水文现象的确定性的规律就可以采用成因分析的方法；根据水文现 象的统计规律就可以在成因分析的基础上采用统计相关的方法。目 前这两种方法在水文预报中的应用也各有侧重，并不截然分开。例 如对于短期洪水预报则主要采用成因分析的方法，并辅以数理统计 法。对于中长期预报则以统计相关法为主。所以学习水文预报，就 是学习对水文规律的分析计算原理和方法，以便结合具体流域、河 段或水库的条件，编制水文预报方案和运用方案作预报。为此通过 学习不仅需要掌握水文预报所阐述的基本原理和方法，还要学会对 本专业各门课程知识的综合运用，培养分析问题的能力。另外整个 水文预报科学是人们在实践中对水文规律本质认识的步步深入发展 起来的（因为水文规律是许多因素综合影响的产物）。所以在学习 水文预报的过程中要勤于思考、敢于创新。
如果洪水波在传进的过程中没有展开，即各位相水流断面的流量没有衰减， 属于运动波传进，并且河段没有旁侧入流，则上下游相应流量的关系为：
Q下，t Q上，t (1)
如果洪水波属于扩散波传进，但无区间入流，则洪水波各位相的流量沿程发 生衰减。在退水期，因涨水期滞蓄在河槽中的水量泄出，又可能使流量在传进的 过程中逐渐加大，所以上下游相应流量的关系为:
的预报。（降雨径流预报）
我国是以雨洪径流为主的国家，以短期的雨洪径流预报的开展 最普遍。所以本教材根据我国的实际情况和教学大纲的要求，也以 此为主要内容。 而短期的雨洪径流预报包括：河段洪水预报、降雨径流预报、 水库水位流量预报。
相应水位（流量）法 河段洪水预报 河道流量演算法 产流量预报 短期雨洪径流预报包括 降雨径流预报 径流过程预报 水库水位流量预报
二、洪水波变形的原因 经过分析，发现造成洪水波变形的原因有以下三个方面。 1、洪水波本身的水力特性（或水流自身的水力特性） 这是内因。由于在流域各处汇入河槽形成洪水波的径流是随时 间不断变化的，洪水波属于非恒定水流。 2、洪水波传进的边界条件——河段特性 边界条件是指河底比降、河床糙率、过水断面的形态及其沿程 变化、沿岸地形、土壤性质及水文地质条件。这是造成洪水波变形 的外因，它使出现在不同河段的洪水波变形呈现各自的特点。 3、河段旁侧的入流 除了以上三方面的原因以外，当河段内有引水或分洪，河段下 游有回水或潮波顶托等，都会造成洪水波的变形。
如果在河段上下游断面都来测定Z～t并绘制在同一张图上，即 可看出洪水波在无支流河段上传播时，形状会发生变化，即发生洪 水波的变形。而洪水波的变形表现为两种形态：即洪水波的展开与 扭曲。 展开：表现为洪水波在传播的过程中，波长不断增加，波高不 断减小。 扭曲：表现为洪水波在传播的过程中，波前部分不断缩短，而 波后部分将不断增长，即波峰不断超前。
现在从中央到各省（市、自治区）、各大流域机构、各水利水 电工程单位都成立了防汛指挥机构，建立了水情自动测报系统和防 洪决策支持系统，在设备、技术、方法上及技术队伍与水平上，都 有了很大发展和提高。
我国的水文预报工作是从解放初期开始的，从一开始我国的水 文工作者就注意学习国外的经验，并结合我国的具体情况加以研究 和利用，经过多年实践，对于一些常用方法，如相应水位（流量） 法、流量演算法、单位线法，都从物理成因依据上作了深入的探 讨，并作出适合我国水文特点的改进。多年来，在对从国外引进的 水文流域模型进行研究的同时，提出了符合我国特点的流域水文模 型，并通过实践不断加以改进和完善--------新安江模型。 系统理论及其数学模型以及计算机技术的发展，为水文预报方 法开辟了一条广阔的应用技术途径。这种宏观的系统分析方法与微 观的成因分析的方法相结合将会是现代水文预报技术一个新的发展 方向。
工程措施 系统（防洪预报） 建设防洪调度决策支持 非工程措施 偿政策 建立蓄滞洪区运用的补 洪水保险
防洪体系建设
因为我国现行的治水政策有了重大的调整： 从传统工程水利→资源水利转变；从传统水利→现代水利、可 持续发展水利转变。 三、我国的水文情报预报工作及预报技术的发展 我们通常所说的水文情报预报工作（简称水情工作）包括两部 分：已出现的水文情况的报汛工作；未来水文情况的预报工作。而 第一部分工作是后一部分工作的基础。因为预报必须根据已出现的 水文、气象情况来推断，因此报汛工作是开展预报工作必不可少的 依据。
段，河槽内水量迅速增加形成洪水波，增加的水量向下游传播，称
为洪水波的运动。
B A D
（1）波体：在原稳定流水面上增加（附加） 的水体，如ABCDA。 （2）波峰：波体轮廓线上的最高点（水深 最大的点B）。 C（3）波高：波体轮廓线上的波峰相对于稳定流 水面的高度。如BD
（4）波前：以波峰为界，波峰之前的称为波前。如BCDB （5）波后：以波峰为界，波峰之后的称为波后。如BADB （6）波长：波体与稳定流水面交界的水流方向的长度称为洪水波波长。如AC （7）附加比降：洪水波水面相对于稳定流水面的比降。附加比降可近似地用洪水波的水 面比降和稳定流水面比降的差值来表示。即
Ck
dx dt
洪水波流经测站断面时，首先通过断面的是波前部分，此时断 面水位持续上升，至波峰到达断面出现洪峰水位为止，接着是波后 部分通过，水位逐渐下降，在测站断面处可测到一个从涨到落的洪 水过程。洪水波的波前部分相当于过程线的涨洪段，波后部分相当 于落洪段，波峰通过时出现洪峰。因此测站的实测水位（流量）过 程线的形状可以大体反映在河段中传进的洪水波形状。