洪水预报技术 主讲人 TEL QQ 1 主要内容 一 洪水预报的方法 二 湘潭市水情基本情况 三 典型洪水实例及分析 四 堰塞湖勘测与预报的相关知识 五 水文相关术语 2 洪水预报 floodforecast 是预测江湖未来洪水要素及其特征值的一门应用技术科学 作为防汛抗旱的耳目和参谋 它是在人类与洪水灾害斗争的长期实践中发展起来的 随着近代科学的进步 到20世纪30年代 洪水预报已成为水文学科的一个重要分支 它包括河道洪水预报 流域洪水预报 水库洪水预报等 现代洪水预报是根据前期和现时已出现的水文 气象等要素 对洪水的发生和变化过程作出定量 定时的科学预测 其主要预报项目有最高洪峰水位或流量 洪峰出现时间 洪水涨落过程 洪水总量等 1 洪水预报的定义 一 洪水预报的方法 3 洪水预报技术分传统洪水预报技术和现代洪水预报技术 传统洪水预报技术主要是相关图 谢尔曼单位线 马斯京根法 预报员趣称 老三篇 现代洪水预报技术主要是数学优化技术 如最小二乘法 LS RLS 系统数学模型技术 如线 非线性模型 流域水文模型 计算机技术 如图形交互技术 趣称 新三篇 几十年防洪减灾的实践已证明 洪水预报在防洪非工程措施中发挥了尚无法被替代的极重要的作用 洪水预报是防汛决策的科学依据 洪水预报是防洪非工程措施的重要内容之一 直接为防汛抢险 水资源合理利用与保护 水利工程建设和调度运用管理 及工农业的安全生产服务 4 2洪水预报方法 从降水到河道断面出流的水文物理过程 包括流域下渗 填洼 蒸散发 流域坡面汇流和河道汇流过程 是水文预报关注的对象 经过几十多年的研究与反复实践 我国目前已形成了一整套适用的预报 计算方法体系 随着现代系统理论向水文预报科学的渗透 引进了一大批处理线性系统的实时预报方法 经过实践检验证明 已成为水文预报的有效途径 5 河段洪水预报有演算法和经验相关法 演算法包括水文学方法和水力学方法 1 相应水位 流量 预报相应水位 流量 预报是根据天然河道洪水波运动原理 分析洪水波在运动过程中任一位相水位 相当于水位过程线上任一时刻水位 自上站传播至下站时的相应水位及其传播速度的变化规律 即研究河段上下游断面水位间和水位与传播速度之间的定量规律 建立相应水位间的相关关系 据此进行预报的一种简便方法 此方法实用于较大河流 且受水利工程影响较小河段 2 1河段洪水预报 6 相应水位是指河段上 下站同位相的水位 相应水位 流量 预报 简要地说就是用某时刻上站的水位 流量 预报一定时间 如传播时间 后下站的水位 流量 7 2 合成流量法根据上游水位断面的洪峰流量按传播时间进行叠加 再加区间产生的流量 进行合成 从而得出预报断面的洪峰流量 再根据预报断面的水位流量关系线推算水位 此方法实用于较大河流 且区间来水影响较小的河段 是目前我局应用较多预报方法 2 1河段洪水预报 8 流域产流预报有经验法和模型法 在模型法中根据流域地理和气候性有蓄满产流和超渗产流模型 南方地区一般使用蓄满产流模型 1 降雨径流相关图法降雨径流相关图是在成因分析的基础上 用每次流域平均雨量和 2 2流域降雨产流预报 相应产生的径流总量 以及影响他们的主要因素所建立起来的一种定量相关图 国内考虑相关图中主要影响因素的是前期影响雨量Pa 由于方法比较简单 又有一定的精度 在实际预报中应用比较广泛 经验相关图中常考虑的主要影响因素有前期影响雨量Pa 或W 季节 降雨历时 或雨强 雨型 暴雨中心位置等 可根据流域的具体情况加以选择 目前我局射埠水文站主要采用该方法进行预报 9 2 1降雨 P 径流 R 相关法 降雨径流相关示意图 10 2 蓄满产流方法湿润地区的产流方式符合蓄满产流规律 流域上某个点 或某个单元 的产流深可用水量平衡方程求出 R P E W M W0 上式是蓄满产流模型的基本方程 如果上述各项在流域上分布均匀 预报时只需求得W0 便可由已知的次洪雨量P和实际的蒸发E计算产流R 但实际流域上 存在着各项水文要素的不均匀性 其中 缺水量 W M W0 的不均匀是经常起作用的因素 引起这种不均匀的主要来源是流域下垫面的不均匀 如土壤厚度的不均匀 潜水位的不同等 2 2流域降雨产流预报 11 流域汇流就是研究流域地面径流 壤中流 地下径流如何汇集到出口断面的物理过程 流域汇流包括坡地和河网两个阶段 坡地汇流是指水体在坡面上运动 当流由坡面补给河槽 再沿河网继续运动就进入河网汇流阶段 河网汇流速度远大于坡地汇流 因此 地面径流汇流 除极小流域外 决定于河槽汇流阶段 地下径流汇流主要决定于坡地汇流阶段 流域汇流方法有单位线法 等流时线法 地貌单位线法等 我国新安江模型的汇流是采用的单位线 之后采用了带滞后的线性水库演算法 2 3流域径流过程预报 12 从20世纪60年代起 国内外研发了许多用于洪水预报的概念性水文模型 新安江模型是国内发展比较成熟和完善的模型之一 从20世纪70年代起国内开始逐步引进和应用国外的水文模型 例如 萨克拉门托模型 水箱模型 NAM模型以及TOPMODEL模型等 在生产中 近年来 部水文局建立了中国洪水预报模型 省水文局与河海大学共同研发了资水洪水预报模型 2 4流域水文模型 13 湘江又称湘水 是长江七大支流之一 地处北纬24 31 29 00 东经110 30 114 00 之间 源出广西临桂县海洋坪龙门界 沿途接纳各支流后于湘阴县濠河口汇入洞庭湖 全长856km 省内670Km 流域面积94660km2 省内85383km2 流域内地形呈西南高 东北低的走势 形成朝北开口的马蹄形地槽 1 湘江流域基本概况 二 湘潭市水情基本情况 14 双排水库 欧阳海水库 湘江流域大型水库在各大支流上分布有双牌 欧阳海 东江 酒埠江 水府庙等大型水库 七十八座中小型水库 15 东江水库 水府庙水库 16 大源渡航电枢纽 株洲航电枢纽 长沙综合枢纽 湘江梯级开发先后建成或正在建的水利工程有宋家州 近尾洲 大源渡 株洲 长沙航电枢纽等 17 湘江湘潭河段洪水出现时间一般分布在每年的4月至8月 个别年份的3月 9月 11月也出现大洪水 2 湘江湘潭河段洪水特征 二 湘潭市水情基本情况 18 2 湘江湘潭河段洪水特征 湘潭水文站历史实测洪水 19 2 湘江湘潭河段洪水特征 涟水湘乡水文站历史实测洪水 20 2 湘江湘潭河段洪水特征 涓水射埠水文站历史实测洪水 21 1994年6月11日至17日 流域平均降雨178mm 其中衡阳以上187mm 衡阳至湘潭之间160mm 在上游 江华 码市站最大日降雨148毫米 七天总降雨量达601毫米 1994年6月18日12时湘潭水文站出现洪峰 洪峰水位41 95米 洪峰流量20800m3 s 1 湘江1994年洪水 三 典型洪水实例及分析 22 6月22日至7月2日湘江湘潭以上流域面平均降雨251 5毫米 60 以上的站点降雨量超过200mm 7月3日4时 湘潭站出现洪峰 洪峰水位41 23米 洪峰流量19900m3 s 本次洪水形成复杂 洪峰水位高 高洪水位维持时间长 警戒水位 38m 以上维持时间达到183小时 2 湘江2017年洪水 三 典型洪水实例及分析 23 6月22日8时 7月2日8时涟水流域普降大到暴雨 涟水流域面平均降雨332 4mm 7月2日6时30分 涟水湘乡站出现历史实测最大洪水 洪峰水位49 54米 洪峰流量4750m3 s 3 涟水2017年洪水 三 典型洪水实例及分析 24 2016年6月15日2时至17时 涓水流域的面平均降水量为191 1mm 4 涓水2016年洪水 三 典型洪水实例及分析 2016年6月16日 涓水射埠站出现历史实测最大洪水 洪峰水位50 63米 洪峰流量1590m3 s 受涓水流域强降水影响 涓水射埠段出现了超历史实测最高水位的大洪水 25 堰塞湖是由火山熔岩流或由地震活动等原因引起山崩滑坡体等堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊 2008年5月12日四川汶川特大地震 造成北川部分地区被堰塞湖水淹没 地震形成了大面积堰塞湖泊 四 堰塞湖勘察与预报的相关知识 26 五 水文相关知识 27 五 水文相关知识 警戒水位 当水位继续上涨达到某一水位 防洪堤可能出现险情 此时防汛护堤人员应加强巡视 严加防守 随时准备投入抢险 这一水位即定为警戒水位 保证水位 堤防工程所能保证自身安全运行的水位 28