河海大学函授毕业设计报告淮河流域临淮关水文站中长期洪水预报方案的研制姓 名： 学 号： 专 业 水文与水资源工程 年 级： 指导老师： 二0一三年六月临淮关水文站中长期洪水预报方案的研制摘要：临淮关镇，属凤阳县标准建制镇，地处淮河中游，蚌埠市东部。全镇面积33.5平方公里，镇区面积达13平方公里。辖5个居委会，6个行政村。全镇总人口5万多人，农业人口近2万人，非农业人口集镇人口达31500人，耕地面积2万余亩。水资源是农业的命脉，利用气象水文信息，开展恭城的水文预报，特别是中长期水文预报，以利于防汛抗旱、水资源合理使用及调度，保障水电站的工程安全，保障人民群众生命财产安全，维持社会稳定持续发展，确实改善人民群众的生活水平，促进社会和谐发展，在防洪情势的基础上，提出了人与水和谐共处、完善加强防洪工程体系与非工程措施等防洪减灾的参考。通过用统计学方法结合气象学、水文学和中长期预报、计算机相关知识，对临淮关水位站的月平均水位，用多元回归法作出预报模型，并进行检验和评定。通过这次设计，学会了结合气象要素与水文要素等预报因子对所需各种水文预报要素进行中长期预报，并根据相关系数法挑选相关因子，通过编制计算机应用程序，计算出预报模型，根据误差分析结果，得到一些解决实际的方法和问题。关键词：中长期；洪水预报；多元回归；预报模型，检验，程序第一章 引言临淮关镇，属凤阳县标准建制镇，地处淮河中游，蚌埠市东部。全镇面积33.5平方公里，镇区面积达13平方公里。辖5个居委会，6个行政村。全镇总人口5万多人，农业人口近2万人，非农业人口集镇人口达31500人，耕地面积2万余亩。镇历史悠久，古称濠州，为历史通衢要地，是安徽省四大历史名镇之一，早在尧舜时期即为涂山氏国，以后历代统治者都在临淮建州设府，立郡置县，四九年国务院曾暂列为临淮市，五四年起临淮关镇定为国家标准建制镇。临淮镇有较多的人文景观、历史景点。如：庄子钓鱼的观鱼台；皇庙附近的戚继光点将台；古代建过连结淮河两岸的浮桥，烟锁浮桥为凤阳八景之一；唐玄宗在闻贤门内建过开元寺，寺内建有南华楼；入淮口上的广运桥；马滩街上的濠梁驿站；霸王城的雄风尤在。这些都记载着古濠梁辉煌的历史。临淮关镇地势是丘林北端和淮河南岸的平原地带，处在我国季风气候区，温暖带和亚热带的交汇区，四季分明，气候温和，年平均温度15度，年平均降雨量达900毫米以上，雨水充沛，紧邻淮河，水资源非常富足，临淮关镇地理位置优越，交通便利，京沪铁路、省道307线纵贯东西，蚌宁高速公路入口处仅离镇政府3公里，在省道307线门临路两旁投资办企业，有得天独厚条件。凤阳火车站设在镇内，可北上首都，南接金陵；临淮镇港口日吞吐货物近三千吨，上至华东重要商城蚌埠市，下可达江入海。临淮关镇不仅是凤阳县工、商业重镇，而且是沿淮水陆重要的交通枢纽。全镇有工业企业58家，规模工业企业12家；集镇面积同比增加8%；实现工业集中区面积15000亩；人口自然增长率控制在6。一、中长期水文预报定义中长期水文预报是指根据前期水文气象要素，用成因分析与数理统计方法，对未来较长时期的水文要素进行科学的预报。由中长期水文预报的定义可知，它与中长期天气预报，尤其是中长期降水预报，在预见期以及方法的思路和内容上十分相似。但是，中长期水文预报所要预报的内容，则与中长期天气预报不同；它主要预报水文要素如：流量、水位以及旱涝趋势等。二、前人工作与思路我国现代长期水文预报工作是由涂长望先生开创的。二十世纪三十年代，涂长望根据前期东亚大气活动中心的特征预测了长江的水旱状况；至五十年代，内蒙古自治区水文总站根据杨鉴初于51年提出的“历史演变法”制作了黄河的长期洪水预报。水电部水文局分析了高空气象因子对后期水文情势的影响，对华北地区中小河流的中期预报作了分析；1960年“长办”提出东亚大气环流的韵律研究及其在长期降水与水文预报上的应用；直到七十年代初，随着气象学、海洋学，统计数字和电子计算机技术的不断发展和水文气象资料的大量积累，我国中长期水文预报有了较大的发展。长江流域规划办公室自1975年以来，先后组织了沿江各省市及大专院校科和研机关，14次水文气象中长期预报会商讨论会；每次均收到近百篇学术论文先后出版了三期论文集，对全国中长期水文预报的发展，有极大的推动作用。现在，各大流域及各大中型水库也召开了类似的会议；通过论文选登、会商研讨等活动不仅促进了预报工作的广泛开展，而且使中长期水文预报的思路更加开阔，预报方法不断完善，大大推动了我国中长期水文预报的发展。目前中长期水文预报已成为水文领域中一支不可缺少的方面军，全国各水文部门已普遍开展了研究工作。由于中长期水文预报研究还是一门十分年青的学科，许多问题尚待进一步去探讨，特别是中长期水文过程的物理机制尚未完全搞清；所以，当前预报的准确率还不高，预报方法也很不成熟，许多问题还待今后进一步去摸索和研究。当前中长期水文预报大致可归纳为三条途径：1、天气学方法（又称天气图方法）根据大气环流的历史演变规律，由前期环流形势来预报未来水文要素的一类方法。这类方法大量应用大气环流资料寻找前期环流与水文要素之间的关系。2、统计学方法（1）多元分析：把水文要素作为预报对象，把前期各个影响因素作为预报因子，并把它们作为随机变量，进行统计分析，找出它们的相互关系，通过预报对象与前期预报因子之间的统计关系，用前期预报因子来预报未来水文要素的取值。主要有各种回归分析方法，判断分析方法和聚类分析方法等。（2）时间序列分析：把水文要素本身的历史变化作为一个随机序列，利用要素的历史变化规律，作外推预报。通常把水文要素作为一个离散化的平稳随机过程处理。常用方法有线性自回归模型（简称AR（P），P为模型的阶）；另外，随着科技发展，各种波谱分析方法也应运而生，并已在中期预报中得到应用。3、能量学方法 以维持大气运动能量来源为依据，找出某一水文要素与能量因素的相互关系，再利用前期能量因素（太阳能变化、海洋热能储放及其它）对未来水文情势作出预报。这类方法常用有日地关系分析，海气关系分析和地球宇宙物理因素分析等方法。三、工作思路和方法 水文气象的长期变化，受着各种因素诸如太阳活动、大气环流、海洋状况等的影响，其关系是相当复杂的。本设计预报手段，是找出物理意义比较明确的主要影响因素，使预报方案能建立在比较可靠的物理基础上。在挑选预报因子上，一般首先计算预报因子与预报对象的单相关系数来决定因子的取舍，然后通过线性回归分析方法进行综合，求出回归预报方程。1、查找资料，建立预报因子与预报对象数据库在安徽境内选取淮河流域淮河水系的临淮关站汛期平均水位、12月平均水位和4月平均水位作为预报对象。2、预报因子的挑选（1）预报因子的物理考察：分析预报对象与预报因子之间的物理联系，分析它们之间的因果关系，从大量因素中挑选出一批具有一定物理意义的因子，作为可能因子。主要从前期大气环流因素，前期太阳、宇宙、地球物理因素，前期海陆冷热源因素，前期地面水文气象因素等方面进行考察。（2）预报因子的统计考察：在因子的物理考察获得了大批可能因子的基础上，为使预报因子与预报对象之间具有较好的相关性，且要求各因子之间能互相独立，还必须对可能因子进行统计考察，从中挑选出一些有效因子。统计考察的方法常用检验两个随机变量之间是否显著的统计学方法。本预报分析采用单相关法挑选预报因子。3、建立预报方程根据线性回归模型，由挑选的预报因子用多元回归分析的方法建立不同月份的预报方程，并作回归效果检验。4、预报检验对预报方程的预报值及临淮关站实测资料系列进行对比分析，检验预报的可信度。主要技术路线见下图第二章 流域概况及资料处理一、流域概况淮河流域地处我国南北气候过渡带，淮河以北属暖温带区，淮河以南属北亚热带区，气候温和，年平均气温为11一16。气温变化由北向南，由沿海向内陆递增。极端最高气温达445，极端最低气温达-241。蒸发量甫小北大，年平均水面蒸发量为9001500mm，无霜期200240天。自古以来，淮河就是中国南北方的一自然分界线。淮河流域多年平均降水量约为920mm，其分布状况大致是由南向北递减，山区多于平原，沿海大于内陆。流域内有三个降水量高值区：一是伏牛山区，年平均降水量为1000mm以上；二是大别山区，超过1400mm；三是下游近海区，大于1000mm。流域北部降水量最少， 低于700mm。降水量年际变化较大，最大年雨量为最小年雨量的3 4倍。降水量的年内分配也极不均匀，汛期(69月)降水量占年降水量的50一80。产生淮河流域暴雨的天气系统为台风(包括台风倒槽)、涡切变、 南北向切变和冷式切变线，以前两种居多。在雨季前期，主要是涡切变型，后期则有台风参与。台风路径遍及全流域。暴雨走向与天气系统的移动大体一致，台风暴雨的中心移动与台风路径有关。冷峰暴雨多自西北向东南移动，低涡暴雨通常自西南向东北移动，随着南北气流交绥，切变线或锋面作南北向、东南-西北向摆动，暴雨中心也作相应移动。例如1954年7月几次大暴雨都是由低涡切变线造成的，暴雨首先出现在淮南山区，然后向西北方向 推进至洪汝河、沙颖河流域，再折向东移至淮北地区，最后在苏北地区消失。一次降水过程就遍及淮河全流域。由于暴雨移动方向接近河流方向，使得淮河流域容易造成洪涝灾害。三、河流水系淮河流域以废黄河为界，分淮河及沂沭泗河两大水系，流域面积分别为19万km2和8万km2，有大运河及淮沭新河贯通其间。淮河发源于河南省桐柏山，东流经豫、皖、苏三省，在三江营入长江，全长1000km，总落差200m。洪河口以上为上游，长360km，地面落差178m，流域面积306万km2；洪河口以下至洪泽湖出口中渡为中游，长490km，地面落差16m，中渡以上流域面积158万km2；中渡以下至三江营为下游入江水道，长150km，地面落差约7m，三江营以上流域面积为1646万km2。洪泽湖以下淮河下游的排水出路，除入江水道以外，还有苏北灌溉总渠和向新沂河相机分洪的淮沭新河。淮河上中游支流众多。南岸支流都发源于大别山区及江淮丘陵区，源短流急，流域面积在20007000km2的有白露河、史灌河、淠河、东淝河、池河。北岸支流主要有洪汝河、沙颖河、西淝河、涡河、从浚河、新汴河、奎濉河，其中除洪汝河、沙颍河上游有部分山丘区以外，其余都是平原排水河道，流域面积以沙颍河最大，近4万km2，其他支流都在300016000km2之间。淮河下游里运河以东，有射阳港、黄沙港、新洋港、斗龙港等滨海河道，承泄里下河及滨海地区的雨水，总流域面积为25万km2。沂沭泗河水系位于淮河流域东北部，大都属苏、鲁两省，由沂河、沭河、泗河组成，均发源于沂蒙山区。泗河流经南四湖，汇集蒙山西部 及湖西平原各支流后，经韩庄运河、中运河、骆马湖、新沂河于灌河口 燕尾港入海。沂河、沭河自沂蒙山区平行南下，沂河流至山东省临沂 市进入中下游平原，在江苏省邳县入骆马湖，由新沂河入海。沂河在刘家道口和江风口还有“分沂入沭”和邳分洪道，分别分沂河洪水入沭河和中运河。沭河在大官庄分新、老沭河，老沭河南流至新沂县入新沂河，新沭河东流经石梁河水库，至临洪口入海。沂沭泗水系流域面积大于1000km2的平原排水支流有东鱼河、洙赵新河、梁济运河等。该水系直接入海的河流15条，流域面积 16100km2。二、资料收集和处理1、资料收集模型编制依据的基本资料为水文预报毕业设计任务书中提供的1951年1月至199