水文预报

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S f (Q)
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§5.2.4 流量演算法
河槽时段水量平衡方程 1 1 (Q 上,1 Q 上,2 )t (Q下,1 Q下,2 )t S2 S1 S 2 2
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§5.2.4 流量演算法
• (2)马斯京根法及槽蓄曲线方程
该方法由 G.T. 麦卡锡 (G-T-McCarthy) 1938 年应用 于美国马斯京根河流域而得名。该法主要是建立
短期水文预报:主要由水文要素作出的预报。 中长期水文预报:包括气象预报性质在内的水文 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。在水文预报中,预见期的长与短并没有 明确的时间界限。
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§5.1.3 水文预报工作的基本程序
• 水文预报工作大体上分为两大步骤
(1)制定预报方案: 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。 制定的方案按国家《水文情报预报规范》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。
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§5.2.1 河段中的洪水波运动
• 2. 附加比降 附加比降是洪水波的主要特征之一。附加比降 是指洪水波水面比降与同水位稳定流水面比降之 差,i i i 0 即 5-2-1 。
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§5.2.1 河段中的洪水波运动
• 3.河段洪水波的传播与变形
由于河槽的调蓄作用,洪水波向下游传播过程 中,不断发生变形,如下图所示。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 预报方案:制作预报方案时,以下游站同时水位Z下,t为参 数作等值线,分别绘制Z上,t ~Z下,t ~Z下,t+τ和Z上,t ~Z下,t ~τ相 关曲线,如下图所示。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 作业预报:按t时刻的水位Z上,t及Z下,t,按下图的箭头方向 查得Z下,t+τ和τ,从而预报出t+τ时下游将要出现的洪峰水位 Z下,t+τ。
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图 5.1.2 为我国 2000 年 6 月 30 日 开 始 实 施的《水文情报预 报规范》( SL2502000)。
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§5.1.3 水文预报工作的基本程序
(2)进行作业预报
将现时发生的水文气象信息,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,这个过程称为作业预报。 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。
• 可靠的洪水预报对防止洪水灾害具有特别重要的作 用。例如在河流防洪抢险中,需要及时预报出防洪 地点即将出现的洪峰水位、流量,以便在洪峰到来
之前,迅速加高加固堤防、转移可能受淹的群众和
物资,动用必要的防洪设施等,把洪水灾害减小到
最低限度。图5.1.1为1998 年长江沙市水位预报与实
测情况。
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图5.1.1 1998年长江沙市水位预报与实测情况
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§5.2 短期洪水预报
• 内容提要 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 掌握相应水位(流量)法、合成流量法和马斯京根 流量演算方法。
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§5.2 短期洪水预报
• 短期洪水预报的分类:

河段洪水预报:以河槽洪水波运动理论为基础, 由河段上游断面的水位、流量过程预报下游断面 的水位和流量过程。 降雨径流预报:按降雨径流形成过程的原理,利
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 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。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 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+τ和预见期为 。
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§5.2.3 合成流量法
• 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( ΔQ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。
• 以上游站洪水涨差为参数的水位预报方案为:
Z 下,t f ( Z t , Z 上 ) Z 上 Z 上,t Z 上,t
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§5.2.2 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。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 1.基本原理
⑴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)称为相 应水位(流量)。
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§5.2.4 流量演算法
• (1) 基本原理 河段流量演算是由以下两个基本公式组成: 河槽时段水量平衡方程
1 1 (Q 上,1 Q 上,2 )t (Q下,1 Q下,2 )t S2 S1 S 2 2
若当河段内有区间入流量q,将q值并入到上断面 的入流量中进行演算,即: q Q'上 Q上 河段蓄水量与泄流量方程(槽蓄方程)
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 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,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。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• ⑴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。
• 作业预报:按t时上游出现的洪峰水位Z上,t,在Z上,t~Z 下,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下,t+τ。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• (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。
• 在有支流汇入的河段,按照上游干、支流各站的
传播时间,把各站同时刻到达下游站的流量叠加 起来得合成流量,然后建立合成流量与下游站相 应流量的关系曲线,进行预报的方法称为合成流 量法。
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§5.2.3 合成流量法
• 该法预报下游站流量的关系式为:
Q下,t
f Q上,i ,t i i 1
第五章 水文预报
• 研究对象
本章根据水文现象的客观规律,利用现时已经掌握 的水文、气象资料,预报水文要素未来变化过程。
• 研究内容
1.短期洪水预报; 2.施工水文预报; 3.水文实时预报方法。
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第五章 水文预报
• 研究目的
防洪:在防汛工作中,及时准确的水文预报,是 防汛抗洪指挥决策的重要科学依据;

用流域内的降雨资料预报出流域出口断面的洪水
过程。
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§5.2.1 河段中的洪水波运动
• 1. 洪水波
流域上大量降水后,产生的净雨沿坡地迅速汇集,注 入河槽,引起流量的剧增。由于降雨量时空分布不均匀、 河网干支流和分布形状的不同,以及水流汇集速度的快慢, 河道接纳的水量沿程不同,使河道沿程水面发生高低起伏 的一种波动,称为洪水波。
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§5.1.2 水文预报的分类
沙情预报: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。 水质预报:预测河流中污染物迁移转化的时空变 化过程。
施工水文预报:在工程施工期间要进行的特殊预 报项目。
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§5.1.2 水文预报的分类
2.按预见期的长短,水文预报可分为
n
• 根据上式的关系,该法的预见期取决于上游各站 中传播时间最短的一个。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作为预报方案的预见期。
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§5.2.4 流量演算法
• 流量演算法是在圣维南方程组简化的基础上,利
用河槽的水量平衡方程替代连续性方程,用河段 的蓄泄关系替代动力方程,然后联立求解,将河 段的入流过程演算为出流过程的方法。
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§5.2.4 流量演算法
• Saint Venant方程
Q A 0 -连续性方程 x t v v y v2 v g g i0 2 -动力方程 x t x C R
式中,Q-流量;A-过水断面;v-断面平均流速; y-水深;x-洪水波运动方向上的坐标;g-重力加 速度;i0-河底坡度;C-谢才系数;R-水力半径。
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§5.1.1 水文预报的重要作用
• 在水库管理中,可以利用洪水预报,使上游来的洪水与 区间洪水的高峰段彼此错开(称错峰),即下游洪水很 大时,水库把上游来的洪水暂时蓄存起来,待下游洪峰 过后,再加大水库泄量,把上游来的洪水放出来,从而 大大减低下游的洪峰和洪水灾害。例如 1998 年 8 月长江 中下游发生近百年一遇的特大洪水,由于及时准确的洪 水预报,对葛洲坝水库、隔河岩水库和漳河水库科学调 度,使三峡以上来的洪水和清江、沮漳河洪水的洪峰互 相错开,大大降低了荆江河段的洪峰水位,避免了荆江 分洪损失,为战胜该年发生的特大洪水做出了巨大贡献。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• (3)以上游站涨差为参数的水位相关法
上述各种洪峰水位预报方案,可近似地用来预 报下游站的洪水过程。但由于它们没有反映洪水 过程中附加比降的变化等因素,使预报的洪水过 程常常有比较大的系统误差。为克服这种缺点, 可用以上游站水位涨差为参数的水位相关法。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
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§5.2.2 相应水位(流量)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,并绘制相应洪峰水位相关曲线及其传播时间 曲线(见下图)作为预报方案。
表5-2-1 长江万县站~三斗坪站相应洪峰水位及传播时间
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§5.2.2 相应水位(流量)法
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表5.1.1 葛洲坝水库、隔河岩水库在错峰调度对沙市水位的影响
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§5.1.2 水文预报的分类
1.按预报的项目,水文预报可分为:
径流预报:预报的要素主要是水位和流量,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。径流预报又 可分洪水预报和枯水预报。 冰情预报: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。
兴利:在水能、水量资源的合理调度、开发利用 和保护以及航运等工作中,都需要有水文预报作 指导。
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§5.1 概述
• 内容提要 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 掌握预见期的定义及水文预报工作的基本程序。
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§5.1.1 水文预报的重要作用
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§5.2.2 相应水位(流量)法
• 如下图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。
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§5.2.2 相应水位(流量)法
(2)相应水位(流量)法的基本方程
河段无区间入流:设河段上游站流量为 Q 上 ,t,经 过时间 τ 的传播,下游站的相应流量为 Q 下 , t+τ ,两 者的关系为: Q下,t+τ=Q上,t-ΔQL 式中ΔQL为洪水波展开量,与附加比降有关。 河段有区间入流q:两者的关系为: Q下,t+τ=Q上,t-ΔQL + q
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§5.2.1 河段中的洪水波运动
• 在沿棱柱形河槽运动中其变形有两种形态: ( 1 )洪水波展开:洪水波在传播过程中,波长不 断加大,波高不断减小的现象称为洪水波的展开, 即A2C2>A1C1,h2< h1。
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§5.2.1 河段中的洪水波运动
( 2 )洪水波扭曲:洪水波在传播过程中,波前水 量不断向波后转移的现象称为洪水波的扭曲。
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