水文预报多媒体课件

《水文预预报》课程多多媒体体课件件扬州大大学水水利科科学与与工程程学院院二0一0年九月月在《水文学学原理理》课程中中我们们曾经经介绍绍过：：根据据研究究任务务的不不同，，水文文学可可以分分为以以下几几门学学科：：水文学学其中水水文分分析与与计算算和水水文预预报都都是解解决““预报报”性性质的的任务务，有有其统统一的的一面面，但但是另一一方面面，由由于它它们所所提供供的预预见期期极不不相同同，水水文计计算要要求预预估未未来几几十年年甚至至上百百年的情情况；；而水水文预预报通通常只只能预预报未未来几几天或或一个个月的的情况况，当当然长长期水水文预预报的的预见见期一一般般不不超超过过一一年年。。因因而而使使两两者者有有所所区区别别，，从从而而形形成成了了水水文文与与水水资资源源工工程程专专业业的的两两门门专专业业课程程：：水水文文预预报报；；水水文文分分析析与与计计算算。。其其中中水水文文预预报报课课程程主主要要是是利利用用水水文文现现象象变变化化的的确确定定性性规律律来来解解决决实实际际问问题题；；而而水水文文分分析析与与计计算算课课程程主主要要是是利利用用水水文文现现象象变变化化的的统统计计规规律律来来解解决决实际际问问题题。。课程程概概况况及及主主要要内内容容水文文预预报报是是水水文文与与水水资资源源工工程程专专业业的的一一门门专专业业课课，，是是研研究究分分析、、运运用用水水文文规规律律，，预预报报未未来来水水文文情情势势的的一一门门应应用用学学科科。。内内容容以以河河流、、水水库库短短期期洪洪水水预预报报常常用用的的相相应应水水位位、、流流量量演演算算、、降降雨雨径径流流和和水水库水水位位流流量量预预报报的的基基本本原原理理和和方方法法为为主主。。主主要要内内容容有有：：一、、河河段段洪洪水水预预报报二、、降降雨雨产产流流量量预预报报三、、流流域域汇汇流流预预报报四、、实实时时洪洪水水预预报报五、、降降雨雨径径流流流流域域模模型型七、、水水库库水水文文预预报报八、、水水文文预预报报误误差差和和精精度度评评定定六、、枯枯季季径径流流预预报报与与旱旱情情分分析析第一一章章绪绪论论在绪绪论论中中主主要要介介绍绍以以下下几几个个方方面面的的内内容容：：1、水水文文预预报报的的任任务务和和内内容容；；2、水水文文预预报报的的作作用用；；3、我我国国的的水水文文情情报报预预报报工工作作及及预预报报技技术术的的发发展展；；4、水水文文预预报报的的学学习习方方法法一、、水水文文预预报报的的任任务务和和内内容容水文文预预报报———是对对自自然然界界各各种种水水体体未未来来的的水水文文现现象象及及其其变变化化进进行预报。。它的任任务就是是分析研研究水文文现象的的演变规规律和水水文预报报技术、预报报方法，，从而迅迅速地、、准确地地提供水水文现象象的定量量或定性性预报。所以以水文预预报的内内容是相相当广泛泛的。按水体在在地球上上所处空空间位置置的不同同水文预预报可分分为：海洋水文文预报陆地水文文预报而陆地水水文预报报又以预预报对象象的不同同可分为为：径流预报报冰情预报报泥泥沙预报报水质预报报台台风暴暴潮预报报与与农农业生产产有关的的墒情预预报水文预报报按预见见期的长长短可分分为：短期水文文预报中长期水水文预报报短期水文文预报——是指预报报的现象象正在发发生或出出现过程程中所作作的预报。。（降雨雨径流预预报）我国是以以雨洪径径流为主主的国家家，以短期的雨雨洪径流流预报的开展最普遍。。所以本本教材根根据我国国的实际际情况和和教学大大纲的要要求，也也以此为主要要内容。。而短期的的雨洪径径流预报报包括：：河段洪水水预报、、降雨径径流预报报、水库水位位流量预预报。短期雨洪洪径流预预报包括括所以将主主要介绍绍本教材材的第二二章、第第三、第第四章、、第五章章、第十章；而而第六章章、第七七章、第第八章仅仅作一般般介绍。。二、水文文预报的的作用水文预报报是为国国民经济济和水利利建设服服务的一一项基本本工作，，在以下下三个方面面起着很很重要的的作用：：防汛抗旱旱合合理利用用水资源源充充分分发挥工工程效益益1、水文预预报在防防汛斗争争中起着着耳目和和参谋作作用。2、水文预报报不仅在在防洪中中是不可可缺少的的，对已已建成的的水利工工程的管理运运用也是是不可缺缺少的，，只有依依靠水文文预报，，才能做做到在各各用水部门及及地区之之间合理理分配水水资源，，取得最最大的社社会经济济效益。。3、水文预预报还从从多方面面直接为为国民经经济、国国防部门门服务。。随着社会会主义经经济建设设的发展展和水资资源的开开发利用用、保护护工作的的不断深入入，水文文预报将将应用得得更为广广泛，其其作用也也将更加加明显。。目前我国国防洪体体系的建建设中水水文预报报所占据据的位置置愈来愈愈突出。。防洪体系系建设因为我国国现行的的治水政政策有了了重大的的调整：：从传统工工程水利利→资源水利利转变；；从传统统水利→现代水利利、可持持续发展展水利转转变。三、我国国的水文文情报预预报工作作及预报报技术的的发展我们通常常所说的的水文情报报预报工工作（简简称水情情工作））包括两部部分：已出现的的水文情情况的报报汛工作作；未来来水文情情况的预预报工作作。而第一部分分工作是是后一部部分工作作的基础础。因为为预报必必须根据据已出现现的水文、气气象情况况来推断断，因此此报汛工工作是开开展预报报工作必必不可少少的依据。现在从中中央到各各省（市市、自治治区）、、各大流流域机构构、各水水利水电工程单单位都成成立了防防汛指挥挥机构，，建立了了水情自自动测报报系统和和防洪决策支支持系统统，在设设备、技技术、方方法上及及技术队队伍与水水平上，，都有了很大大发展和和提高。。我国的水水文预报报工作是是从解放放初期开开始的，，从一开开始我国国的水文工作者者就注意意学习国国外的经经验，并并结合我我国的具具体情况况加以研研究和利用，，经过多多年实践践，对于于一些常常用方法法，如相应水位位（流量量）法、流量量演算法法、单位位线法，，都从物理理成因依依据上作作了深入入的探讨，并作作出适合合我国水水文特点点的改进进。多年年来，在在对从国国外引进进的水文流域域模型进进行研究究的同时时，提出出了符合合我国特特点的流流域水文文模型，并通通过实践践不断加加以改进进和完善善--------新安江模模型。系统理论论及其数数学模型型以及计计算机技技术的发发展，为为水文预预报方法开辟了了一条广广阔的应应用技术术途径。。这种宏宏观的系系统分析析方法与与微观的成因因分析的的方法相相结合将将会是现现代水文文预报技技术一个个新的发发展方向。四、水文文预报的的学习方方法水文预报报是研究究和运用用水文规规律，预预报未来来水文情情况的一一门应用性学科科。分析研究究水文现现象的演演变规律律，就能能找到相相应的预预报方法。水文文现象的的演变具具有确定性的的规律，，也具有统计性规规律。根据水文现象象的确定定性的规规律就可可以采用用成因分析析的方法法；根据水文文现象的统计计规律就就可以在成因分分析的基基础上采采用统计计相关的的方法。。目前这两种种方法在在水文预预报中的的应用也也各有侧侧重，并并不截然然分开。。例如对于短期洪水水预报则则主要采采用成因因分析的的方法，，并辅以以数理统统计法。对于于中长期期预报则则以统计计相关法法为主。。所以学习习水文预预报，就就是学习对水水文规律律的分析析计算原原理和方方法，以以便结合合具体流流域、河河段或水库库的条件件，编制制水文预预报方案案和运用用方案作作预报。。为此通过过学习不仅仅需要掌掌握水文文预报所所阐述的的基本原原理和方方法，还还要学会会对本专业各各门课程程知识的的综合运运用，培培养分析析问题的的能力。。另外整整个水文预报报科学是是人们在在实践中中对水文文规律本本质认识识的步步步深入发发展起来的（（因为水水文规律律是许多多因素综综合影响响的产物物）。所以在学学习水文预报报的过程程中要勤勤于思考考、敢于于创新。。第二章河河段段洪水预预报河段洪水水预报——在洪水发发生的过过程中，，根据河河段上断断面刚刚刚出现的洪洪水情况况（用水水位或流流量表示示），来来预报下下游断面面将要出出现的洪水情情况（水水位或流流量）。。常用的河河段洪水水预报方方法有：：相应水位位（流量量）法流流量量演算法法第一节洪洪水水波概述述一、洪水水波的形形成和运运动降雨后，，流域内内产生的的径流向向河网汇汇集，流流域各处处的降水水和产流流通常是不不均匀的的，注入入河网的的水量也也不相同同。在径流大大量集中中的河段，河槽槽内水量量迅速增增加形成成洪水波波，增加加的水量量向下游游传播，，称为洪水波波的运动动。ABCD（1）波体：：在原稳定定流水面面上增加加（附加加）的水体，，如ABCDA。（2）波峰：：波体轮廓廓线上的的最高点点（水深深最大的点点B）。（3）波高：：波体轮廓廓线上的的波峰相相对于稳稳定流水水面的高高度。如如BD（4）波前：：以波峰为为界，波波峰之前前的称为为波前。。如BCDB（5）波后：以波峰峰为界，，波峰之之后的称称为波后后。如BADB（6）波长：：波体与稳稳定流水水面交界界的水流流方向的的长度称称为洪水水波波长长。如AC（7）附加比比降：洪水波水水面相对对于稳定定流水面面的比降降。附加加比降可可近似地地用洪水水波的水面比降降和稳定定流水面面比降的的差值来来表示。。即附加比降降可正可可负，涨涨洪时，，即对于于波前，，附加比比降为正正；落洪洪时，即即对于波波后，附附加比降降为负。。（8）位相：：洪水波轮轮廓线上上的每一一点都占占据一定定的相对对位置，，这就是是洪水波波位相的的概念。。（9）相应流流量（传传播流量量）：由水力学学可知，，洪水波波的每一一个位相相都相应应于一定定的流量量，这种种相应于于一定位位相的流流量称为为相应流流量，又又称传播播流量。。（10）波速：：洪水波波波体上某某一位相相点沿河河道的运运动速度度称为该该位相点点的波速速，或者者说相应应流量沿沿河道的的运动速速度即为为波速。。洪水波流流经测站站断面时时，首先先通过断断面的是是波前部部分，此此时断面水位持持续上升升，至波波峰到达达断面出出现洪峰峰水位为为止，接接着是波波后部分通过过，水位位逐渐下下降，在测站断断面处可可测到一一个从涨涨到落的的洪水过程。。洪水波的的波前部部分相当当于过程程线的涨涨洪段，，波后部部分相当当于落洪段段，波峰峰通过时时出现洪洪峰。因此测站站的实测测水位（（流量））过程线的形形状可以以大体反反映在河河段中传传进的洪洪水波形形状。如果在河河段上下下游断面面都来测测定Z～t并绘制在在同一张张图上，，即可看出洪洪水波在在无支流流河段上上传播时时，形状状会发生生变化，，即发生洪水波的变变形。而洪水波波的变形形表现为为两种形形态：即洪水波波的展开开与扭曲。展开：表现为洪洪水波在在传播的的过程中中，波长长不断增增加，波波高不断减小。。扭曲：表现为洪洪水波在在传播的的过程中中，波前前部分不不断缩短短，而波后部分分将不断断增长，，即波峰峰不断超超前。二、洪水水波变形形的原因因经过分析析，发现现造成洪洪水波变变形的原原因有以以下三个个方面。。1、洪水波波本身的的水力特特性（或或水流自自身的水水力特性性）这是内因因。由于在流流域各处处汇入河河槽形成成洪水波波的径流流是随时时间不断变变化的，，洪水波波属于非非恒定水水流。2、洪水波传传进的边界界条件——河段特性边界条件是是指河底比比降、河床床糙率、过过水断面的的形态及其其沿程变化、沿岸岸地形、土土壤性质及及水文地质质条件。这是造成洪洪水波变形形的外因，它使出现在在不同河段段的洪水波波变形呈现现各自的特特点。3、河段旁侧侧的入流除了以上三三方面的原原因以外，，当河段内内有引水或或分洪，河河段下游有回水或或潮波顶托托等，都会会造成洪水水波的变形形。综上所述，，造成河段段中洪水波波变形的原原因既有内内因，也有有外因。内因是洪水水波本身的的水力特性性；外因是是河段特性性、底水、、区间入流流、引水或分洪洪、河段下下游有回水水或潮波顶顶托等。三、洪水波波运动的基基本方程与与洪水波的的分类在无旁侧入入流的河段段，洪水波波的演进与与变形可以以用圣维南南方程组描描述。关于于洪水波的分分类主要是是依据动力力方程中各各项作用力力的对比关关系。可将将洪水波分分为四类：运动波、扩扩散波、惯惯性波以及及动力波。。1、运动波：：忽略惯性项项以及附加加比降项。。其水位流流量关系为为单值关系系，其相应流量在在传播过程程中不发生生衰减，即即不发生坦坦化变形，，但会发生生扭曲变形形。这种洪水波波通常发生生在河流上上游和河底底比降较大大的山区性性河流。2、扩散波：：忽略惯性项项。其水位位流量关系系为绳套曲曲线，其相相应流量在在传播过程中发生生衰减，即即有坦化变变形，又有有扭曲变形形。它是一一般河流中中常见的洪洪水波形式。3、惯性波（（又称重力力波）：忽略和和，，只只考虑惯性性项和附加加比降项。。在水库中的洪洪水波可看看成是惯性性波。4、动力波：：动力方程中中的任何一一项都不能能忽略。对对于河流的的中下游以以及平原河道，由由于较较小，，附加比降降和惯性影影响相对较较大，不能能忽略任何何一项，需需要用动力波求求解洪水波波运动。第二节相相应水位位（流量））法相应水位（（流量）法法是大流域域的中下游游河段广泛泛采用的一一种河段洪洪水预报的的方法。一、相应水水位（流量量）法的依依据洪水波在传传播的过程程中会发生生展开和扭曲变形，正是是由于产生生变形，使河段上下游站站的洪水过过程具有相相应而又不不相同的现现象。利用这种现现象可以由由已知的河段上游游站的洪水水过程来预预报下游站站的洪水过过程。另外外在实际预预报时，并并不需要预报整整个洪水波波在某一时时刻沿程的的水力要素素，只要根根据上游站站某时刻已已出现的水位（（流量），，来推求下下游站未来来某时刻的的水位（流流量）。由由此引出相应水位（流量量）的概念念。相应水位（（流量）——沿河传进的的洪水波的的某一个位位相点，先先后经过河河段上下游游站时所测测得的水位位或流量。。相应流量量在传播的的过程中要要发生变化化，并引起起相应水位的变变化。因此此在外界条条件不变的的情况下，，研究相相应水位关关系的实质质是研究其其相应流量量在河段传传播过程中中流量值和和传播速度度值的变化化规律，而而造成洪水水波变形的内因和和外因是造造成相应流流量及其传传播速度变变化的原因因。也就是是要分析造造成洪水波变形的的具体原因因。如果洪水波波在传进的的过程中没没有展开，，即各位相相水流断面面的流量没没有衰减，，属于运动波波传进，并并且河段没没有旁侧入入流，则上上下游相应应流量的关关系为：如果洪水波波属于扩散散波传进，，但无区间间入流，则则洪水波各各位相的流流量沿程发发生衰减。在在退水期，，因涨水期期滞蓄在河河槽中的水水量泄出，，又可能使使流量在传传进的过程中逐渐渐加大，所所以上下游游相应流量量的关系为为:实际上，河河段旁侧总总是有区间间入流的。。若计及区区间入流，，那么上式式就变为：：对于河段的的上游站不不止一个的的多支流河河段，若不不计各河来来水的相互互干扰顶托托作用，可将将上游各站站流量组合合为合成流流量，作为为只有一处处入流来处处理，仍按按（3）式可写为：：相应水位（（流量）法法就是以上上面各式为为物理依据据，用上下下游站的实实测流量或或水位资料建建立相关关关系的方法法。这种相相关关系可可表示为：：这种方法只只着眼于洪洪水波某一一位相水流流断面的流流量变化，，并用相关关关系来表表示，因此这这种方法是是经验性的的，不能符符合严格的的水量平衡衡关系。二、相应水水位（流量量）法在实际工作作中，用相相应水位（（流量）法法预报需要要解决两个个问题：1、下游站水水位（流量量）的预报报；2、上下游站站之间传播播时间的预预报。要解决第一一个问题除除如何处理理主要影响响因素外外，还必须须考虑水位位流量关系对相相应水位的的影响，要解决第二二个问题必必须解决传播时间的的确定。是相应水位位（流量））在河段中中的传播时时间。它是是预报方案案的预见期期，取决于点波速和和河段长，，即。。其中反反映洪水水波变形的的速率，它它与断面平平均流速V有一定的关关系。；；在实际工作作中，常从从实测的上上、下游站站洪水过程程线中摘取取同位相的的特征点（峰、谷、、涨落率转转折点），，计算其在在上、下游游站先后出出现的时间间差，作为为相应流量的实际际传播时间间。对于运动波波，可建立立相应流量量与的的关系系。对于扩扩散波，可可以在此关关系中加入反映洪水水波变形的的主要因素素为参数，，建立三变变数的相关关图。它的的基本形式式为：当需要预报报水位时，，同样可以以建立上、、下游站经经验关系，，它的基本本形式为：：三、无支流流河段的相相应水位（（流量）预预报无支流河段段——是指上下游游两站之间间无较大支支流汇入，，并且区间间来水量与与上游来水量量的比值比比较小的河河段。（一）相应应洪峰水位位（流量））预报进行相应洪洪峰水位（（流量）预预报时所依依据的经验验相关关系系的基本形形式为：由此可以看看出，解决决相应洪峰峰水位（流流量）预报报的关键是是如何处理理洪水波变变形的内因和和外因对对相相应水位（（流量）的的影响。1、上、下游游站相应洪洪峰水位（（流量）关关系适用条件——洪水波变形形不显著（（即不不大）），区间入入流影响不不大（即较小），河河道断面稳稳定的河段段。此种情况的的洪水波近近似地属于于运动波。。此时相应水位（流量量）关系为为单一直线线（或曲线线）。制作预报方方案时就是是采用上、、下游站的实测的水水位（流量量）过程线线建立两变变数的相关关图，其经验相关关关系的形形式为：2、以下游站站同时水位位为参数的的上、下游游相应水位位（流量））关系（即下游站站同时水位参数法）在前面曾经经介绍过，，解决相应应洪峰水位位（流量））预报的关关键是如何何处理洪水水波变形的内内因和和外因。。目前前常用的方方法是用下下游同时水水位来来反映映它们的影响，建建立以下游游站同时水水位为参数数的三变数数的相关图图。其具体体形式为：：式中为为下游站同同时水位，，它是指与与河段上游游站t时刻水位同同时时出现的下游站水水位。那么么能否反映映、、的的影影响呢？下下面就介绍绍以下游站站同时水位位为参数的作作用。（1）反映洪水水波变形的的内因上下（2）反映洪水水波变形的的外因特点：用下下游同时水水位同时反反映洪水波变形的内内因和外因因的影响。。3、以上游站站水位（流流量）涨差差为参数的的上、下游游站相应水水位（流量量）关系（即涨差法法）上游站涨差差——是指上游站站在某一段段时间内的的水位（流流量）变化化值。涨水水为正，落水水为负。上上游站在一一定时间内内的水位（（流量）涨涨差，可以以表示为：：或从上图中可可以看出，，下游站的的与与、、有有关，，其关系式式的形式为为：特点：反反映映了洪水波波变形内因因的影响。。同时也也和和前面所讲讲的一样反反映了连续外外界条件变变化区间入入流等的作作用，即洪洪水波变形形的外因。。这样就将将洪水波变形的内内因和外因因分开来了了，物理概概念比较清清楚。上面所说的的上游站涨涨差是指在在传播时间间内的涨差差，但是如如果上、下下游站间距距过长，其洪洪峰传播时时间大于上上游站的涨涨洪历时，，则上游站站出现洪峰峰时，下游游站还未起涨，这这在陡涨陡陡落的山区区性河流中中是常见的的，这时可可以采用总涨差法。。值得指出的的是，从洪峰特征征点摘取的的传播时间间，常常精精度不高。。这一方面面是由于洪峰附附近水位的的变化甚小小，决定洪洪峰出现时时间的误差差较大，而而更重要的的是受到区间入流流的干扰使使摘取不准准，致使传传播时间曲曲线难以确确定。（二）洪水水水位（流流量）过程程预报关于洪水水水位（流量量）过程预预报所采用用的方法以以及常用的的参数基本本上和洪峰峰水位（流量量）预报方方法相同。。但是从洪洪水过程线线上摘取相相应水位（（流量）值值（除峰、谷、转转折点外））比较困难难，在实际际工作中常常采用以下下的方法。。1、洪波展开开法假定：洪水水波的展开开量与洪水水的涨（落落）水变幅幅成正比。。将上、下游游站洪水的总涨（落落）差作对对应等分，，上、下游游站的对应应等分点水水位即看作作为相应水水位，其时间差即即为传播时时间。据此此摘取的相相应水位与与传播时间间即可建立立预报曲线线。在实际工作作中，常以以河段平均均传播时间间来来摘取上上、下游站站的相应水水位，所建立的预报报方案的一一般形式为为：也可以用时时段水位涨涨差为参数数建立预报报方案，其其关系式为为：也可以将上上式中的时时段水位涨涨差换为时时段流量涨涨差建立预预报方案。。2、取常数数的方法四、有支流流河段的相相应水位（（流量）预预报对于两站之之间有较大大支流汇入入的河段，，如果支流流上有测站站可以控制制区间面积积的大部分来来水，那么么可以制作作有支流河河段的相应应水位（流流量）预报报方案。为为了简便，常假定干、、支流洪水水波互不干干扰，下游游站洪水过过程是由相相互独立的的上游站各各河洪水波传传进和叠加加而成。所以预报的的原理和方方法与无支支流河段相相同。（一）上游游合成流量量与下游站站相应水位位（流量））关系（即合成流流量法）合成流量法法——是将上游站站的流量，，按它们到到下游站的的传播时间间错开相加加，表示合成后后的流量同同时到达下下游站，从从而建立合合成流量与与下游站相相应水位（流量）的的相关图进进行预报，，其关系式式为：或合成流量法法的关键是是值值的确定定，在实际际工作中常常用的确定定方法有两两种：1、按上、下下游站实测测的断面流流速资料分分析计算波波速，，则2、试错法：：根据实测测资料假定定各个值值，，计算，，并并点绘～的的关系曲线线，若点据据比较密集集，所假定定的各个值值即为所求求，否则重新假定定值值，直直到满意为为止。也可在合成成流量相关关图中加入入下游同时时水位作参参数以反映映区间来水水量和值值的影响。即即式中的为为预预见期，合合成流量法法的预见期期取决于值值中中的最小值值。由于干干流来水量量往往大于于支流，实实际工作中中多以干流流的值值作为为预见期。。如果支流流的值值小于该该值值，求合合成流量时时支流的相相应流量还还需预报。。（二）以支支流水位为为参数的上上、下游站站相应水位位（流量））关系在有支流河河段上，常常取支流（（一般取其其中影响较较大的一、、二条支流流）的相应应水位（流量量）为参数数，其关系系式一般为为：第四节现现时校正正法现时校正法法——是指利用已已出现的预预报误差和和水情变化化趋势来校校正未来预预报值的方法。。用任何方法法预报任何何水文要素素都可以进进行现时校校正，这是是作业预报报的一种补充手手段，可以以提高预报报值的精度度，在实际际工作中是是常用。一、现时校校正的方法法AB现时校正最最简单的方方法是直接将已已出现的预预报误差移移用来确定定校正值的的，但是在实际际工作中一一般不这样样做。不论论是简单的的移用已出出现的误差差，还是人人为地修正正处理，这种校正都都是根据水水文现象变变化趋势具具有一定的的连续性，，因而误差差可以按趋趋势外延来来进行的。。二、现时校校正的途径径对预报值进进行现时校校正的途径径有三个方方面：1、改变原方方案，采用用另一个更更合理的方方案重新预预报。2、校正原方方案中的参参数，用校校正后的方方案重新预预报。3、对由原方方案所作出出的预报值值进行误差差校正。现时校正的的手段有，，而计计算机校正正是通过建建立预报模模型来进行的的。。所所谓谓预预报报模模型型就就是是对对预预报报方方案案选选配配数数学学方方程程，，用用以以描描述述各各要要素素之之间间的的定定量量关系系。。在进进行行人人工工校校正正时时，，除除了了改改变变方方案案外外，，不不论论第第二二或或第第三三种种途途径径，，都都是是根根据据当当时的的水水文文现现象象变变化化趋趋势势作作经经验验校校正正的的。。而而联联机机预预报报就就要要由由计计算算机机按按事事先先设设计计的的计计算程程序序来来进进行行的的。。相应应水水位位（（流流量量））法法是是求求解解不不稳稳定定流流水水力力要要素素的的一一种种简简化化方方法法。。相应应水水位位（流流量量））法法的的预预报报方方案案采采用用了了相相关关图图的的形形式式，，克克服服了了洪洪水水波波在在传传进进的的过过程程中中相相应应水位位（（流流量量））的的变变化化量量难难以以确确定定的的困困难难。。该方方法法的的优优点点：：使用用方方便便，，有有明明确确的的预预见期期，，当当用用于于外外界界条条件件变变化化较较小小的的河河段段时时（例例如如区区间间入入流流小小、、断断面面没没有有冲冲淤淤变变化、、没没有有变变动动回回水水影影响响）），，常取取得得良良好好的的效效果果。。该方方法法的的缺缺点点：：只着着眼眼于于洪洪水水波波上上某某些些特特征征点点在在传传进进中中的的变变化化，，用用大大量量实实测测资资料料的的统统计计相相关关形形式式来来表表示示其其变变化化规规律律，，不能能严严格格地地符符合合水水量量平平衡衡原原理理，，尤其其是是采采用用的的洪洪水水传传播播时时间间与与实实际际的的传传播播时时间间有有较较大大的的出出入入时时，，所所摘摘录录的的相相应应水水位位（（流流量量））就就失失去去了了原原来来相相应应的的意意义义。。为了了克克服服这这些些缺缺点点，，对于于受受附附加加比比降降影影响响的的扩扩散散波波，，就就可可以以用用求求解解不不稳稳定定流流水水力力要要素素的的另另一一种种简简易易方方法法———流量量演演算算法法。。第五五节节流流量量演演算算法法流量量演演算算法法———利用用河河段段中中的的蓄蓄泄泄关关系系与与水水量量平平衡衡原原理理，，将将上上游游站站的的流流量量过过程演演算算为为下下游游站站流流量量过过程程的的方方法法。。这种种方方法法实实际际上上是是用用水水量量平平衡衡方方程程式式代代替替连连续续方程程式式，，用用槽槽蓄蓄曲曲线线近近似似地地代代替替动动力力方方程程式式，，将将两两个个方方程程式式进进行行联联解解，，就就是是河河道道不稳稳定定流流的的一一种种简简解解法法。。一、、流流量量演演算算法法的的基基本本原原理理1、不不稳稳定定流流方方程程组组的的简简化化天然然河河道道的的洪洪水水波波运运动动属属于于缓缓变变不不稳稳定定流流，，要要得得到到洪洪水水波波在在某某一一瞬瞬时时的的水水力力要素素，，可可联联解解不不稳稳定定流流方方程程组组（（即即圣圣维维南南方方程程组组））。。求求解解此此方方程程组组的的方方法法有有水力力学途途径径，，进行行数数值值解解，，但但是是需需要要具具备备比比较较详详细细的的河河道道特特征征资资料料，，计计算算工工作作量量也也很很大。。在实实际际工工作作中中，，往往往往只只需需要要由由河河段段上上断断面面的的入入流流过过程程直直接接求求得得下下断断面面的的出出流流过程程，，而不不需需要要得得到到河河间间水水力力要要素素的的变变化化过过程程，，所所以以在在实实际际工工作作中中广广泛泛采采用用了了一一些简简化化的的方方法法，，称称为为水文文学学方方法法。。水文文学学方方法法应应用用到到至至今今已已发发展展成成为为系系统统分分析析的的方方法法。。所所谓谓系系统统分分析析法法就就是是将将所研研究究的的对对象象看看成成是是一一个个系系统统。。输入入系统统作作用用输出出所谓谓系系统统作作用用就就是是将将输输入入转转化化为为输输出出。。可以以将将河河段段看看成成是是一一个个系系统统，，其其输输入入为为河河段段的的入入流流，，而而输输出出即即为为河河段段的的出出流流，，这这个个系系统统的的作作用用就就是是将将入入流流过过程程转转化化为为出出流流过过程程。。2、河河段段的的水水量量平平衡衡方方程程在一一定定的的河河段段长长内内，，将将对对河河段段长长L进行行积积分分，，可可得得到到河河段段在在dt时间内内的的水水量量平平衡衡方方程程式式为为：：令入入流流量量、、出出流流量量在在时时间间内内呈呈线线性性变变化化，，将将上上式式写写成成河河段段在在有有限限时时段段内内的水水量量平平衡衡方方程程式式。。通过过逐逐时时段段的的求求解解此此方方程程组组就就可可以以将将上上断面面的的入入流流过过程程演演算算为为下下断断面面的的出出流流过过程程。。3、河河段段槽槽蓄蓄方方程程（（其其所所对对应应的的曲曲线线就就称称为为槽槽蓄蓄曲曲线线））河段段中中的的槽槽蓄蓄量量W应取取决决于于河河段段中中的的水水位位沿沿程程分分布布，，即即取取决决于于水水面面曲曲线线的的形形状，，而而水水位位与与流流量量之之间间存存在在着着一一定定的的关关系系，，所所以以如果果槽槽蓄蓄曲曲线线为为单单值值线线性性关关系系，，可可以以使使流流量量演演算算大大大大简简化化。。所所以以为为了了简简化化流流量演演算算，下面面的的关关键键是是如如何何将将槽槽蓄蓄曲曲线线处处理理成成单单值值线线性性关关系系。。4、槽槽蓄蓄曲曲线线的的分分析析在洪洪水水期期，，已已知知上上游游站站的的洪洪水水过过程程，，为为了了由由水水量量平平衡衡方方程程式式解解得得下下游游站站的的洪洪水过程，，就必须须建立形形式式的槽蓄蓄关系，，如果此此关系是是单值线线性的，，求解很方便便。但是是W除了与O有关以外外，还与与河段的的水面比比降有关关，所以以只建立立W与O的关系，，一般不不是单值值关系。。因此必必须对河河段的槽槽蓄曲线线进行分分析。当河道水水流处于于稳定流流状态时时，均均为单值值函数关关系。当河道水水流在不不稳定流流状态时时，由于于附加比比降的存存在和作作用不存在单单值关系系而是成成逆时针针绳套。。将上述两两条关系系曲线进进行组合合就可以以分析槽槽蓄曲线线的形式式了。根根据他们们的组合，此时时的槽蓄蓄曲线则则有三种种类型：：逆时针方方向的绳绳套、顺顺时针方方向的绳绳套、单单值关系。。在实际工工作中很很难遇到到单值关关系的槽槽蓄曲线线，但是是可以设设法使有有绳套的的槽蓄曲线线单值化化：改变河长长，调整整绳套的的变变幅，使使其与绳绳套的的变变幅相近，这这时的的关系系近似为为单值关关系，这这就是所所谓的特征河长长法。不改变河河长，而而是寻求求某一个个示储流流量Q/，该流量量又是入入流量I和出流量量O的函数，，使其与与W之间成单单值关系系，这就就是所谓谓的马斯京根根法。对于单值值化的槽槽蓄关系系，为了了计算、、应用简简便，又又常处理理成为线线性关系系。因此特征河河长的槽槽蓄方程程可处理理为；；而而马斯京京根法的的槽蓄方方程可处处理成为为,而。。当成成线性关关系时，，可使流流量演算算程序大大大简化化，而且且可以采采用联解水量平平衡方程程和槽蓄蓄方程的的方法，，求得流流量演算算公式。。二、特征征河长法法（简称称l法）1、特征河河长的概概念及公公式特征河长长——如果能找找到这样样一个河河长，在在其下断断面处，，由于水水位的变变化引起的流量量变化正正好与由由于水面面比降的的变化以以起的流流量变化化相互抵抵消，以以致河段段的槽蓄量与与其下断断面流量量呈单值值关系，，则称其其为特征征河长。。或使其槽槽蓄量与与下断面面流量之间间呈单值值关系的的河长。。通过引进进特征河河长的概概念，就就可以给给出槽蓄蓄曲线三三种形式式的存在在条件：：当L=l时，为单单值关系系；当L<l时为顺时时针绳套套；当L>l时为逆时时针绳套套。2、特征河河长的计计算书上P99页的表4—2中给出了了特征河河长的计计算实例例。3、流量演演算方法法（1）当实际际河长L=l时特征河长长流量演演算法是将河段段长度限限制为特特征河段段长，以以便利用用特征河河长具有单值关关系槽蓄蓄曲线的的特性。。若将加加以简化化，以线线性方程程表示为为：演算时若若计算时时段不不变，，则上式式变为：：采用此式式时可逐逐时段地地进行计计算，从从而可以以将上游游站的入入流过程程演算为为下游站的出流流过程。。（2）分段连连续演算算法分段连续续演算法法又称加—米汇流曲曲线法，因为它它最终是是利用河河段的汇流曲线线来进行流流量演算算。河槽汇流流曲线——当河段上上游站的的入流是是简单入入流时，，经过n个特征河河长的连续演算算，在下下游站所所形成的的出流过过程。如果能求求出河段段的汇流流曲线，，那么根根据线性汇流流系统的的线性假假定，由由均匀性原原理以及叠加性原原理就可以求求出任意意入流过过程所形成成的出流流过程。。苏联加里里宁与米米留柯夫夫推演了了河槽单单位线的的数学表表达式:设有河段段长L，L>l，将L划分成段段，如如,各段的传传播时间间均为。。当第一个个特征河河长的入入流为有有限时段段内内的的矩形入入流，，入流强强度为，，那么经过n个特征河河长的连连续演算算，可求求得最终终的出流流过程为为：当入流为为单位矩矩形入流流时（即即）），，那么上上式就变变为：为了计算算的方便便，取，，以m为时段数数，即，，则上式式可写为：当第一个个特征河河长的入入流为单单位瞬时时脉冲入入流时，，可推导导出瞬时时单位线线表达式为：：三、马斯斯京根法法（简称称M法）1、槽蓄方方程及演演算公式式该法有两两个假定定：假定一：：与W成线性关关系，即即，，式式中示示储流量量，它是是假定流流量沿程程为线性性变化的的（即水水面线为为直线））上、下下断面流流量的加加权平均均值。假定二：：与I、O成线性关关系，即即。。事实上，，对于任任意河段段长来说说，只有有稳定流流时槽蓄蓄量W才能与稳稳定流流流量成线性关系系。所以以本方法法的示储储流量应应该等于于稳定流流流量。。经推推导2、K、x和的的确定定由于马马斯京京根法法是对对不稳稳定流流方程程组的的线性性有限限差分分解，，因此此不但但要求求x、K为定值值，而而且要要求流流量在在时段段内内沿沿河长长是线线性变变化的的。的选择择应满满足两两个线线性条条件要符合合以上上两个个线性性条件件就必必须取取。。一般的的的的取值值应满满足:（1）根据据实测测流量量资料料采用用试算算法推推求K、x具体步步骤为为：假定不不同的的x值，由由上、、下游游站的的流量量资料料求出出相应应的值值，建立关关系线线，取取其中中最密密集于于一直直线时时的x值，量量取关关系线线的斜斜率，，从而得得K值。（（））（2）根据据特征征河长长来推推求加里宁宁在提提出特特征河河长的的概念念及计计算方方法以以后，，又推推导出出特征征河长长l与马斯斯京根法法参数数x的关系系。由相似似三角角形对对应边边成比比例得得：至于K值，可可近似似地采采用根根据河河段水水力特特征估估算波波速后后确定定洪水水传播播时间间即3、Q、x、K的物理理意义义/（1）物物理理意义义的分分析应是相相同槽槽蓄量量下的的稳定定流流流量。。（2）x的物理理意义义的分分析x的物理理意义义就是是反映映河槽槽调节节能力力的参参数，，其值值以0.5为上限限，其其值越越小则则河槽的的调节节作用用愈大大。（3）K的物理理意义义所以K的物理理意义义：稳稳定流流流量量在河河段上上的传传播时时间。。综上所所述，，要提提高马马斯京京根法法的计计算精精度，，必须须考虑虑x、K值的变变化。。4、分段段连续续流量量演算算法用马斯斯京根根法进进行流流量演演算时时，当当入流流过程程涨洪洪历时时较短短，而而洪水水传播播时间间K长的河河段，，无论论取取何何值，，都无无法满满足马马斯京京根法法的两两个线线性假假定，，此时时只能能将实际际河段段按分分成n段，对对各段段分别别采用用马斯斯京根根法进进行连连续流流量演演算，，从而将将上游游站的的入流流过程程演算算为下下游站站的出出流过过程。。①如果果已知知整个个河段段的L，x，K。则首首先根根据实实际情情况选选定计计算时时段，，②如果果有特特征河河长l而无整整个河河段的的K、x。根据据实际际情况况选定定计算算时段段，，（2）汇流流系数数的推推求汇流系系数——汇流曲曲线各各个时时段末末的纵纵坐标标所组组成的的一个个有序序系列列。1234n-1011.0t下游断断面出出流过过程0时段末末：m是时段段数，，n是河段段数1时段末末：2时段末末：m时段末末：用数学学归纳纳法可可将汇汇流系系数归归纳成成如下下公式式：（3）汇流流系数数的应应用有了汇汇流流系数数查用用表，，又确确定了了值值，，就可可以根根据演演算参参数，，查出相应应的汇汇流系系数，，而后后根据据入流流过程程求得得出流流过程程。方方法同同前，，所不同同的是是应该用各各个时时段末末的瞬瞬时入入流量量乘以以汇流流系数数。在前一一章介介绍了了如何何采用用相应水水位（（流量量）法法以及流量演演算法法进行河河段洪洪水预报。。这两种种方法法都是是根据据河段段上游游站已已出现现的水水情来来预报报下游游站未未来水水情的的方法。但是在在中、、小河河流，，预报报站的的上游游通常常没有有控制制河道道上游游来水水的水水文站站，所所以不能能应用用前面面的方方法来来进行行预报报，即即使有有水文文站，，但由由于径径流汇汇集比比较快快，用用河段洪洪水预预报方方法不不能满满足对对预见见期的的要求求，此此时如如果根根据预预报站站以上上流域域的降降雨量来来进行行预报报，就就可以以获得得较长长的预预见期期。另另外在在大流流域用用相应应水位位（流流量））法或流流量演演算法法作预预报，，也常常常遇遇到要要根据据降雨雨计算算区间间入流流的问问题。。所以以，降雨径流流预报报是一一种最最基本本、重重要的的预报报方法法，它它的理理论依依据就就是降降雨径径流形形成的的物理过过程，，预见见期就就是暴暴雨在在流域域上的的汇流流时间间。降雨径径流预预报分分为两两个部部分：：降雨雨经过过产流流计算算（扣扣损计计算））得到到净雨雨量及及其过程程——降雨产产流量量预报报；净雨过过程经经过汇汇流计计算推推求流流域出出口断断面的的径流流过程线——径流过过程线线预报报（流流域汇汇流预预报））。第三章章降降雨雨产流流量预预报这一章章实际际上就就是如何由由降雨雨量推推求产产流量量（径径流量量、净净雨量量），，就是是产流流计算的的问题题，即即为扣扣损计计算的的问题题。第一节节产产流流量计计算概概述流域产产流量量计算算实质质上是是一个个水量量平衡衡问题题，所所以其其主要要依据据是流流域的的水量量平衡方方程。。关于扣扣损的的方法法目前前比较较多，，不同同的扣扣损方方法就就形成成了不不同的的产流流计算算的方方法，就就构成成了不不同的的降雨雨径流流量预预报方方法。。预报途途径产流方方式第二节节产产流流方式式的论论证流域产产流方方式的的论证证途径径一般般有以以下几几个方方面：：一、流流量过过程线线分析析流域出出口断断面的的流量量过程程线是是气候候因素素和下下垫面面因素素综合合作用用的产产物，，所以以其形状状和特特征可可以反反映一一个流流域的的产流流特点点。为了定定量地地描述述洪水水过程程线的的对称称性，，常将将实测测的洪洪水过过程线线转化化为总总量为为1.0的比例例过程程线，，然后后用下下式计计算形形状不不对称称系数数：注意上述方方法只适用用于孤立洪洪水，对复复式洪水不不适用。二、气候、、地理和下下垫面特征征分析气候与产流流机制密切切相关，在气候湿润润地区，以以蓄满流为为主；在长长年气候干干燥地区，，以超渗产产流为主。。而气候的干干燥与湿润润又与流域域所处的地地理位置有有关。下垫面特征征包括土壤壤的机械物物理特征、、土层结构构、土壤含含水量、植植被、地形形、地下水水，它们对对产流方式式的影响在在水文学原原理中已介介绍过。三、综合分分析第三节降降雨径流流经验相关关图法降雨径流经经验相关图图法——根据实测的的雨洪资料料建立次降降雨量与次次径流量之之间的相关关图，然后后利用此降降雨径流相相关图进行行产流量预预报。次降雨径流流相关图——以每次降雨雨的流域面面平均降雨雨量为纵坐坐标，以它它所产生的径流量量为横坐标标，以影响响降雨产流流的主要因因素为参数数建立的一一种复相关关图。一、相关要要素的计算算（一）流域域次平均降降雨量的计计算——关键是次降降雨的划分分方法次降雨的划划分方法——从降雨过程程与实测洪洪水过程线线的配合图图上来划分分：如果降雨的的间隙引起起了洪水过过程线的明明显的涨落落变化，那那么应划分分为两次降降雨。（二）次洪洪径流量的的计算（对应于书书上P23页的第四节节内容）一次降雨所所形成的径径流量可以以由流域出出口断面处处的实测洪洪水过程线线来计算。。但是实测的的流量过程程线上，除除了包括本本次降雨所所形成的径径流量以外外（坡面流流、壤中流、浅层层地下径流流），往往往还包括前前期洪水未未退完的部部分水量以以及非本次次降雨所形成的深深层地下径径流（基流流）。所以以在计算由由本次降雨雨所形成的的径流深时时，必须将后两项项从流量过过程线中分分割掉。1、基流分割割基流——由深层地下下水补给河河槽的径流流量，一般般比较稳定定，所以一一个流域的的基流可以按按常数来处处理，用水水平线分割割。目前有有些地区也也有不分割割基流的情情况。2、前期径流流的分割ABCDEF基流前期径流要分割前期期径流量，，必须事先先分析流域域的退水规规律。退水规律常常采用下面面两种方法法来表示。。（1）相邻时段段流量相关关图法Qt绘制其对应应的相关图图，，可以将多多次退水过过程的线线点点绘到同一张图上上，并且纵纵横比例相相同。如果流域各各次退水曲曲线变化不不大，就可可以通过点点群中心或或下包线定定出一条标标准的退水曲曲线。如果果不能综合合成一条标标准退水