洪水预报与水库防洪调度洪水预报与水库防洪调度主要内容主要内容 1 1、洪水预报的定义洪水预报的定义 2 2、洪水预报技术的发展洪水预报技术的发展 3 3、洪水预报方法及原理洪水预报方法及原理 4 4、影响洪水预报精度的主要因素影响洪水预报精度的主要因素 5 5、防洪调度防洪调度1.洪水预报的定义 水文预报（hydrological forecast）根据前期和现时的水文、气象等信息，对未来一定时段内水文情势作出的定性或定量预测。水文预报是应用水文学的一个分支，是一项重要的水利基本工作和防洪非工程措施，直接为水资源合理利用与保护、水利工程建设与管理，以及工农业生产服务。水文预报按预见期的长短，分为短、中、长期预报。按预报对象分为：洪水预报。主要预报暴雨洪水、融雪洪水的洪峰水位（或流量）、洪峰出现时间、洪水涨落过程和洪水总量等。枯季径流预报。主要预报枯季径流量、最低水位及其出现时间。墒情预报。分析土壤水分的动态变化，预报农作物生长所需的墒情。地下水位预报。分析地下水动态变化。预报地下水蓄量及水位升降等。冰情预报。主要预报流凌、封冻、解冻、冰厚、冰坝、开河等多种冰情的发生发展过程。融雪径流预报。分析计算融雪产生的总水量及洪水变化过程。台风暴潮预报。包括风暴潮增水及最高潮位变化等。水质预报。包括水质状况及稀释自净能力的分析计算和预测等。洪水预报（flood forecast）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 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，洪水预报是防汛决策的科学依据，洪水预报是洪水预报是防洪非工程措施防洪非工程措施的重要内容之一，直接为的重要内容之一，直接为防汛防汛抢险、抢险、水资源水资源合理利用与保护、合理利用与保护、水利工程水利工程建设和调度运用建设和调度运用管理，及管理，及工农业工农业的安全生产服务。的安全生产服务。2 洪水预报方法及原理 目前，我省流域的洪水预报主要采取三种方法：第一种是降雨径流相关法，第二种是相应水位(流量)预报法，第三种是利用洪水预报模型预报。不论“新三篇”技术，还是“老三篇”技术，都已融入这三种预报方法之中，且在四水预报中得到了广泛的应用。2.洪水预报方法及原理 降雨径流预报是根据次洪降雨量预报流域出流断面的流量过程。方法的依据是降雨径流形成过程。预见期取决于雨水汇集到出流断面的汇流时间，所以预见期比河段预报要长些，这一点在中小河流上特别重要。此外，在宜于发布河段预报的大河上，也常存在着处理区间降雨入流的问题。随着电子计算机的运用，考虑流域面上的不均匀性的分布参数模型已得到广泛应用，小流域的降雨径流预报是模型的基础。因此，从降雨预报流量过程已成为一种基本的预报手段。我国在50年代初开始应用P-R相关图，也不断作出了改进。该方法主要应用于流域支流预报和区间预报。降雨(P)径流(R)相关法一般采取P（降雨量）、Pa（前期影响雨量指标）、R（径流深）三变数相关线，用它来表示R=f（P，Pa）的函数关系。在足够多的实测点据基础上，相关图能反映流域的不同降雨和流域特性。2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理编制降雨径流相关方案时必须注意以下几点：一是消退系数K值的确定：消退系数K值计算:按公式 K=1-E日m/Im；E日m为112月日最大蒸散发能力平均值，经综合考虑多种方法，取流域最大初损Im为120mm。不同月取不同K值，同月取同一个K值。经试算，确立K值。如沅水流域各月消退系数K值参见下表。2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 沅水流域各月消退系数沅水流域各月消退系数K K值值 (Im=120mm)月份月份一一二二三三四四五五六六七七八八九九十十十一十一十二十二K值值0.9800.9720.9620.9540.9480.9430.9360.9360.9430.9640.9730.9782.洪水预报方法及原理又如浦市以上流域各月消退系数K值：2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 浦市以上流域各月消退系数浦市以上流域各月消退系数K K值值 (Im=130mm)月份月份一一二二三三四四五五六六七七八八九九十十十一十一十二十二K K晴晴0.9750.9750.9720.9720.9660.9660.9580.9580.9560.9560.9550.9550.9540.9540.9540.9540.9580.9580.9620.9620.9650.9650.9700.970K K阴阴0.9860.9860.9830.9830.9800.9800.9760.9760.9730.9730.9700.9700.9680.9680.9680.9680.9720.9720.9770.9770.9800.9800.9840.984K K均均0.9810.9810.9780.9780.9730.9730.9670.9670.9650.9650.9630.9630.9610.9610.9610.9610.9650.9650.9700.9700.9730.9730.9770.9772.洪水预报方法及原理 二是前期影响雨量（Pa值）的计算：Pa由前期雨量计算，也称前期影响雨量，为土壤湿度的指标，计算公式如下：Pa,t+1=K(Pt+Pa,t)如t日无雨，则Pa,t+1=K Pa,t 三是流域平均雨量计算：采用所预报流域的报汛雨量站，按泰森多边形权重法或算术平均法计算流域平均雨量。2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理 四是次洪径流深简单计算：次洪径流深简单计算公式为：R=Qt/A R-次洪径流深（mm）-单位换算系数(3.6)Q-各时段次洪流量和(秒立米)t-时段长（h）A-流域面积（km2）2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理 五是降雨径流相关图的建立：降雨径流经验相关图是在成因分析与统计相关的基础上，用每次降雨的流域平均雨量（P）和相应产生的径流深（R）以及影响它们的主要因素（Pa）所建立起来的一种经验相关图。制作降雨径流经验相关图时，选用流域足够场次的大、中、小洪水，计算次洪流域平均雨量、次洪径流深，按上式连续计算前期影响雨量，得到次洪起始Pa值，点绘降雨径流经验相关R=f(P,Pa)图。如下图：2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理降雨径流相关示意图降雨径流相关示意图 2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理 汇流采用经验单位线方法（如1小时、3小时、6小时单位线）。它与API产流模型一起构成完整的产汇流模型系统。分析单位线时采用试错法；根据流域暴雨特点，按暴雨中心的不同位置，将流域单位线综合分类。方案程序化时，系统可依据每一时段的降雨中心位置，变动挑选单位线类型，再推求出预报断面流量过程线。2.1 2.1 降雨降雨(P)(P)径流径流(R)(R)相关法相关法 2.洪水预报方法及原理 相应水位(流量)预报方法是根据上、下游断面相应水位(流量)间和水位(流量)与传播速度之间的定量规律，建立相应关系，以此来进行预报的方法。相应水位(流量)预报方法是目前较广泛采用的一种简易、实用而古老的水文预报方法，它根据河道洪水波运动原理，分析洪水波上任一位相的水位(流量)沿河道传播过程中在水位(流量)值与传播速度上的变化规律。相应水位(流量)预报方法按其特性可分两大类，即相应水位(流量)法和合成流量法。相应水位(流量)法主要用于无支流或支流量较小的河段，合成流量法主要用于支流量较大的河段。2.2 2.2 相应水位相应水位(流量流量)预报法预报法2.洪水预报方法及原理 断面上水位的变化是由流经断面的流量的变化引起的。在外界条件不变情况下研究相应水位关系，实质上是研究形成该水位的流量在河段传播过程中的变化规律，包括流量值和传播速度两个方面，通常称此流量为相应流量或传播流量。设河段长为L，t时刻上游站的流量为Q上，t，下游站的相应流量为Q下，t+，传播时间为。若河段无旁侧入流，则相应流量关系是:Q下，t+=Q上，tQL 式中QL是河段洪水波展开量,它是流量和附加比降的函数。若河段有旁侧入流，则相应流量关系是:Q下，t+=Q上，tQLq t+式中q t+是旁侧入流在下游站t+时刻形成的流量。上式就是相应水位(流量)预报方法的基本关系式。2.2 2.2 相应水位相应水位(流量流量)预报法预报法2.洪水预报方法及原理2.2 2.2 相应水位相应水位(流量流量)预报法预报法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）2.洪水预报方法及原理 自然界中的水文现象是由众多因素相互作用的复杂过程，水文现象虽然发生在地表范围内，但与大气圈、地壳圈、生物圈都有着密切的关系，属于综合性的自然现象。至今人们还不可能对所有水文现象的有关要素进行实际观测，不能用严格的物理定律来描述水文现象各要素间的因果关系，尚有许多问题未解决，严格的水文规律有待探求。随着人们对水文现象及其各要素之间因果关系认识水平的不断提高和研究的深入，人们将复杂水文现象加以概化，即忽略次要的与随机的因素，保留主要因素和具有基本规律的部分，据此建立具有一定物理意义的数学物理模型，并在计算机上实现，这种仿水文现象称之为“水文模拟”。被模拟的水文现象称为原型，模拟则是对原型的种种数学物理和逻辑的概化。所以说，水文模拟首先就是要研制一个水文模型。近年来，伴随着水文理论的发展和高新技术在水文学科领域的广泛应用，为水文模拟（流域水文模型）提供了重要的理论和技术支撑。2.3 2.3 洪水预报模型洪水预报模型2.洪水预报方法及原理 1)1)洪水预报模型的基本原理洪水预报模型的基本原理2.3 2.3 洪水预报模型洪水预报模型 水文模型是研究水文规律的一种工具，是模拟水文现象原型的一种数学结构。所谓模拟，就是用系统分析的观点与方法，在分析水文要素的特征、相互影响和作用过程的基础上，鉴别出主要的影响因素和主要的过程，并用数学关系和逻辑表达式来概化和描述。随着对水文规律研究的深入和描述水文过程方法的不断改进，水文模拟技术已逐渐成为水文科学的一个重要组成部分。流域水文模型可分为物理模型、概念性模型和系统（黑箱）模型三大类，在实时洪水预报中，概念性模型和系统模型应用较多，效果最好。2.洪水预报方法及原理 1)1)洪水预报模型的基本原理洪水预报模型的基本原理2.3 2.3 洪水预报模型洪水预报模型 流域水文模型是把流域看成为一个完整的系统，对系统中的水文动态作出全面的分析，根据各水文要素相互联系制约的物理规律，用数学方式描述主要的水文过程与主要影响因素的关系，形成全流域的水量平衡科学计算系统。根据我省各流域的地理及水文气象特征，通过分析，在流域预报调度系统中预报方案主要选用新安江模型。新安江模型是准分布式模型，把全流