水文预课程设计指示书

水文预报课程设计指示书水文预报课程设计1水文预报课程设计指示书题目:制作江西省上犹江水库干流入库站的降雨～径流预报方案1方案采用的技术途径1.1蒸散发方案采用一层蒸散发模式。1.2产流方案根据流域的自然地理情况和气候条件,以及洪水流量过程线的分析,可知流域产流规律符合湿润地区的蓄满产流特征。采用蓄满产流的降雨径流相关图形式表达方案。用一层蒸发模型计算蒸发。计算时段为3小时。蓄满产流方案可由流域蓄水容量曲线表达，曲线共有两个参数：[1]流域蓄水容量WM；[2]流域蓄水容量曲线指数b。根据“水文学原理”或“水文预报”知识，流域蓄水容量曲线的参数确定后，可将流域蓄水容量曲线转化为蓄满产流的降雨径流相关图。因此，蓄满产流的产流方案也可用蓄满产流的降雨径流相关图表达。1.3水源划分采用变动稳定下渗率Fc～R关系作两水源划分。1.4汇流方案⑴分型经验单位线作直接径流汇流方案。⑵采用矩形入流的马斯京根线性水库演算作地下径流汇流方案。水文预报课程设计21.5预报模式预报模式见图1。图1预报模式示意图直接径流汇流计算tsQ,(经验单位线汇流)本次降雨的流域出口断面流量tQ地下径流汇流计算tgQ,(线性水库汇流)水源划分：gtsctgcstgcRRRFPeRRFPeRRRFPe;:0;:产流方案),(0WPefR蒸发模型：ttMtMtEPPeWWEE;,0流域平均降水量(泰森多边形法)前次洪水的退水流量前Q流域出口断面的流量过程计Q水文预报课程设计32流域概况上犹江发源于湖南省汝城县诸广山的东南麓，干流称为古亭水。上犹江水库位于江西省上犹县，水库建于古亭水之上。水库入库站——麟潭站控制面积1067km2，干流河长93km。流域地貌属低山丘陵区，以低山分布为主，相对高差多在500m左右。上游部分地区分布有原始森林,森林植被以松树、杉树、竹类为主，灌木次之；山间盆地种植农作物，流域植被率在80%以上。土壤多为红色砂壤土,间有亚粘土层。山坡残积坡积一般厚度为1～2m,最厚者约4～5m。在山麓坡积层与基岩接触面上，或河流下切至接触部位时，常有泉水出露、涌水量较大者可达每秒数升左右。流域气候温暖湿润，年降雨量为1700mm左右。汛期4～9月降雨量约占全年降雨量的73%左右；冬季有降雪，但量不大。地下水位一般较高,且季节性变幅较小,因此,一般情况下，土壤含水量较大。洪水流量过程线极不对称，涨洪历时仅数小时至十多小时,而洪水退水历时可达数日至十余日。洪水退水尾部的底水与起涨点比较明显抬高,说明洪水期潜水和壤中流补给十分丰富。上犹江水库江犹上上犹县崇义县汝城县图2预报流域水系示意图水文预报课程设计43基本资料本次设计要求同学系统掌握方案制作的每一步计算过程,每一步计算过程仅计算部分资料,而对方案制作过程中的大量资料重复计算工作则由教师直接给出计算结果。⑴上犹江水库流域图。⑵研究流域2场降雨～径流原始资料。67701号洪水流量过程及时段雨量摘录资料,表1-1。73628号洪水流量过程及时段雨量摘录资料,表1-2。⑶研究流域2场洪水的前期日降雨、日蒸发资料,表2。⑷研究流域的14场洪水退水资料,表3。⑸研究流域33场降雨～径流(R～W0～Pe)资料,表4。⑹根据湿润地区流域蓄满产流方案参数经验数据范围，假定方案参数WM=120mm、b=0.42，由此制作降雨、径流(R～W0～Pe)关系曲线（按表5计算曲线节点、再点绘曲线）。⑺部分洪水的主△～RFC分析成果表,见表6。⑻分型单位线成果表,见表7。4流域产流方案制作步骤4.1降雨径流经验关系点的计算4.1.1退水曲线制作根据收集的14场退水资料制作退水曲线。⑴根据表3的14场退水资料点绘Qt～t退水线、观察流域退水规律。⑵根据表3的退水资料点绘Qt～Qt+1退水线图、在图上定出一条标准Qt～Qt+1地下水退水线（Qt～Qt+1外包线）；分析地下径流退水系数C（本流域0.98C0.99）。⑶由标准Qt～Qt+1退水线制作标准Qt～t退水线。⑷由标准Qt～t退水线计算Qg～Rg关系并点绘关系线。水文预报课程设计54.1.2次洪量划分计算根据收集的35场洪水制作产流方案，首先计算各场洪水次洪量R实；本次方案制作由教师计算33场洪水的R实，成果列于表4。同学计算2场洪水的R实，成果加入表4。⑴用表1-1和表1-2的次洪流量资料点绘67701、73728号洪水流量过程线。⑵在洪水流量过程线上分割前、后期洪水径流（利用Qg～Rg关系线分割）。⑶计算本次洪水径流总量R实（依据洪水流量过程线前、后期洪水径流分割点）。4.1.3次雨的面平均雨量计算根据收集的35场洪水制作产流方案，还应由各场洪水对应的次雨原始资料(3个雨量站资料)计算对应的次雨面平均雨量P；本次方案制作由教师计算33场洪水对应的P，成果列于表4。同学计算2场洪水的对应的P，成果加入表4。⑴在流域图上用泰森多边形推求各雨量站权重系数(由于以前做过作业,故这项工作略去,由教师直接给出结果,K益=0.41、K丰=0.42、K麟=0.17)。⑵按表1-1和表1-2的次雨时段雨量资料,用泰森多边形权重系数计算67701、73728号洪水的流域平均次雨量P。4.1.4次洪的前期土壤蓄水量（初始土壤蓄水量）W0计算根据收集的35场洪水制作产流方案，还应由各场洪水对应的前期降雨和蒸发原始资料(3个雨量站资料，1个蒸发站资料)以及假定的初步(R～W0～Pe)方案，计算对应的次洪前期土壤蓄水量W0；本次方案制作由教师计算33场洪水对应的W0，成果列于表4。同学计算2场洪水的对应的W0，成果加入表4。⑴假定初步(R～W0～Pe)方案假定蓄满产流方案参数为WM=120mm、b=0.42，计算降雨径流(R～W0～Pe)关系曲线节点，填入表5。由表5点绘(R～W0～Pe)理论关系曲线图，把此曲线作为初步产流方案。⑵根据表2数据按一层蒸发模型和水量平衡方程tMtMtWWEE,0（1）tttttREPWW,01,0（2）水文预报课程设计6逐日计算流域蒸发量和土壤蓄水量。一般提前次洪15日推算,起算日土壤蓄水量数值视当时降雨径流情况经验取定。Rt由初步产流方案(R～W0～Pe)理论关系曲线查算。逐日推算W0至次洪对应的次雨起始时刻。4.2产流方案调试⑴点绘(R～W0～Pe)经验关系点在理论关系曲线图上，由表4数据点绘降雨、径流(R～W0～Pe)经验点。⑵观察降雨、径流经验关系点与假定的初步方案绘制的(R～W0～Pe)理论关系曲线配合情况；如配合良好,则假定的初步方案成功，否则，调整方案参数重新计算各次洪水的W0,再重绘(R～W0～Pe)理论关系曲线,直至(R～W0～Pe)理论关系曲线与经验关系点配合良好为止（合格率最高）。本次方案由教师根据33场暴雨洪水资料调试好的蓄满产流参数为WM=120mm；b=0.42。本次设计要求同学根据调试好的参数用式（1）和（2）计算67701、63728两场洪水的W0。4.3产流方案误差评定由次雨量P（忽略雨期蒸发）查(R～W0～Pe)理论关系曲线得R计，按规范规定评定误差。误差评定标准如下:点据合格标准mmRRRR20%20R实计实实计且；或3RRmm计实方案合格率总点据次数合格点据次数5水源划分本方案采用变动稳定下渗率Fc～R关系作两水源划分计算,即预报时使用时段净雨量R查Fc～R关系，得到CF后用于时段水源划分。制作时是建立主△～RFC代替Fc～R关系。采用18场洪水资料建立主△～RFC关系，必须计算计各场洪水的CF和水文预报课程设计7主△R；本次方案制作由教师计算16场洪水，成果列于表6。同学计算2场洪水，成果加入表6。以下步骤是建立主△～RFC关系的过程。5.1次洪实测地下径流Rg、实和直接径流Rs、实划分计算⑴按公式2.08.0FN计算洪峰距直接径流中止点的时距，公式中F的单位为km2,N的单位为天数。⑵将N的单位换算为小时数，在流量过程线上按N的小时数定出直接径流中止点B，如图3所示。⑶按图示计算直接径流Rs、实则Rg、实=R实-Rs、实。图3地下径流Rg、实和直接径流Rs、实划分示意图5.2计算次洪CF和次洪主△R⑴用制作好的产流方案，根据67701、73728号洪水的时段雨量△Pt查算两场洪水对应的时段产流量△Rt(忽略雨期蒸发量)。⑵按教材P76表3-12（P38表2-12）的计算方法试算两场洪水对应的CF(忽略雨期蒸发量)。试算好CF后，则主△R就是有直接径流产生的那些时段的净雨量按产流面积的加权平均值。将两场洪水对应的主△、RFC数据补充在表6中，水文预报课程设计85.3试算主△～RFC关系线⑴根据表6数据点绘主△～RFC关系点并试定一条初步的主△～RFC关系线。⑵由67701、73728号洪水计算的各相应时段产流量△Rt由初定的主△～RFC关系线查算各次洪水的时段CF值,再按公式△Rg、计=PRtFtc△△△逐时段计算地下径流量△Rg、计，则次洪直接径流计算值Rs、计=)(、计、计△△△gsRRR。⑶由67701、63728号洪水分割的直接径流量Rs、实与计算的直接径流量Rs、计评定主△～RFC误差,%20、实、计ssRR为合格点,若两次洪水点据均合格,则主△～RFC成功。否则，修正主△～RFC再计算评定，直至满足精度要求。6流域汇流方案制作步骤6.1制作地下径流汇流方案采用马斯京根线性水库演算法作地下径流汇流方案。取CKxln1;0；C是流域退水系数,ttQQC1可由流域地下水退水曲线分析。由马斯京根法演算公式,.11,,10,.11,2,02,0,2,2()22gtgtgtgtgtgtgtgtgtIIQCICICQCCQCRUCQtKtKCtKtCC5.05.0;5.05.0210取0,gQ为0,可用水源划分计算的tgR,演算出次洪地下径流过程。6.2制作直接径流汇流方案直接径流汇流方案采用经验单位线。由于单位线分析工作量较大，设计学时有限,考虑同学在课程中已经做过单位线分析，本次设计省略单位线分析工作,由教师直接给出单位线分析成果供直接径流汇流计算使用。这里只列出制作步骤。水文预报课程设计9⑴选用峰后无雨的若干场实测洪水过程资料，点绘各场洪水过程线Qt～t。⑵由斜线分割法分割地下径流，得直接径流流量过程线Qt,s～t。⑶按计算时段△t间隔，在直接径流流量过程线上摘录直接径流流量值Qt。。⑷计算各场实测洪水过程对应的次雨过程△Pt～t。。⑸根据制作好的产流方案，由△Pt～t过程求出净雨过程△Rt～t过程；用试错法分析各次洪水的经验单位线(见教材P105表4-1)。⑹经验单位线的综合:如果各场实测洪水过程分析所得单位线相差不大，则综合成一条单位线作直接径流汇流方案；否则，应考虑影响汇流的主要因素后进行分类综合，得出数条分型单位线作直接径流汇流方案。本次教师给出单位线分析成果为3条分型单位线，各时段汇流计算按时段净雨量△R和降雨量△P的下述条件选用单位线:A.当△R≥4mm时Ⅰ.如果△P益、权＜0.5△P,用Ⅰ型单位线。Ⅱ.如果△P益、权≥0.5△P,用Ⅱ型单位线。B.当△R＜4mm时：用Ⅲ型单位线。各型单位线成果见表7。（△P益、权指益将站雨量△P益乘该站面积权重系数）7汇流方案校核预报及误差评定7.1校核预报应对制作汇流方案的全部实测洪水过程进行校核预报，由于课程时间所限，本次设计仅校核67701、63728号两场洪水过程。⑴对67701、63728号洪水由产流方案计算出时段净雨量△R，再用主△～RFC关系线由△R查算CF,根据CF计算△Rg、△Rs。⑵由地下径流汇流方案计算次洪地下径流流量过程。⑶由直接径流汇流方案计算次洪直接径流流量过程。⑷由次洪起涨流量Q0利用标准退水曲线计算前期洪水退水流量过程。⑸次洪地下径流流量过程、次洪直接径流流量过程、前期洪水退水流量过程叠加得出预报流量过程。水文预报课程设计10⑹将实测流量过程和预报流量过程绘制在同一图上比较。7.2次洪预报