第6章-实时洪水预分析课件.ppt

1、实时洪水预报实时洪水预报：在当前状况下，对将来某一时刻（预见期）水情状态进行预报。输入过程输入过程：当前时刻以前的实时水雨情信息（要求准确及时）采用方法采用方法：流域水文模拟相关的模型和方法；根据生产实际需要、实际系统状况重点要根据生产实际需要、实际系统状况重点要研究和考虑如下研究和考虑如下3方面的问题：方面的问题：洪水预报洪水预报；观测资料误差动态监控分析、系统观测资料误差动态监控分析、系统；系统遇不正常情况的系统遇不正常情况的修复与处理修复与处理。实时洪水预报建模实时洪水预报建模：对具体预报流域进行：对具体预报流域进行特征了解、建模特征值确定、资料准备和预报特征了解、建模特征值确定、资料准

2、备和预报建模四个环节过程。建模四个环节过程。2.1 流域基本特征流域基本特征一、气候特征：一、气候特征： 流域的气候与实时洪水预报建模关系十分密切，主要要了解流域的：流域的气候与实时洪水预报建模关系十分密切，主要要了解流域的：年平均雨量、年平均蒸发量、年平均径流系数；年平均雨量、年平均蒸发量、年平均径流系数；历史丰水年、历史枯水年；历史丰水年、历史枯水年；暴雨类型、暴雨的空间分布、暴雨中心位置、暴雨发生季节；暴雨类型、暴雨的空间分布、暴雨中心位置、暴雨发生季节；年平均气温、年最低气温、降雪情况、冬季封冻情况等。年平均气温、年最低气温、降雪情况、冬季封冻情况等。 这类特征是流域建模最重要的基本特

3、征，影响着流域产流结构、汇流这类特征是流域建模最重要的基本特征，影响着流域产流结构、汇流结构和站网及历史水文资料使用时期等的选择与确定。结构和站网及历史水文资料使用时期等的选择与确定。 二、洪水特征：二、洪水特征： 流域建模要了解的流域洪水特征，主要包括：流域建模要了解的流域洪水特征，主要包括：历史特大洪水发生年份、洪水发生频率；历史特大洪水发生年份、洪水发生频率；洪水预见期、洪水发生历时、洪水的涨落速率、洪峰与洪量大小、洪水过洪水预见期、洪水发生历时、洪水的涨落速率、洪峰与洪量大小、洪水过程特征的季节性变化；程特征的季节性变化；地下水水源比例情况、洪水径流系数；地下水水源比例情况、洪水径流系

4、数；洪水受人类活动的影响程度等。洪水受人类活动的影响程度等。洪水水文特征的了解为历史代表性洪水的选择、计算时段长确定、汇流结洪水水文特征的了解为历史代表性洪水的选择、计算时段长确定、汇流结构和汇流参数确定、预报时段数及整个模型结构的确定提供信息。构和汇流参数确定、预报时段数及整个模型结构的确定提供信息。三、植被、地貌与地质结构特征：三、植被、地貌与地质结构特征： 植被特征植被特征主要了解：流域植被覆盖率、季节性变化率、植被种类、植被主要了解：流域植被覆盖率、季节性变化率、植被种类、植被截流能力等。植被特征主要影响降雨截流、地下水比例、蒸发、产流和水截流能力等。植被特征主要影响降雨截流、地下水比

5、例、蒸发、产流和水流的流域调蓄作用等。流的流域调蓄作用等。 地貌特征地貌特征主要包括：流域形状、流域水系分布、河网密度、河流切割深主要包括：流域形状、流域水系分布、河网密度、河流切割深度、流域坡度、主干河流长度、流域水面分布与比例、流域地表粗糙度、度、流域坡度、主干河流长度、流域水面分布与比例、流域地表粗糙度、地表坑洼、水田旱地面积比例与流域水利工程等分布情况。地貌特征主要地表坑洼、水田旱地面积比例与流域水利工程等分布情况。地貌特征主要影响流域对水流的调蓄作用，农田和水利工程等人类活动也通过改变地貌影响流域对水流的调蓄作用，农田和水利工程等人类活动也通过改变地貌而影响流域产流。而影响流域产流。

6、 地质结构地质结构主要了解：流域岩石裂隙发育情况，是否有喀斯特地形、影响主要了解：流域岩石裂隙发育情况，是否有喀斯特地形、影响面积范围等；是否有泉水或地下河使得流域不闭合等情况。地质结构主要面积范围等；是否有泉水或地下河使得流域不闭合等情况。地质结构主要影响流域产流和水源比例及其流域对水流汇集的调蓄作用。影响流域产流和水源比例及其流域对水流汇集的调蓄作用。四、人类活动四、人类活动: 流域上的许多人类活动会影响水文规律，这包括：中小型水库、地表坑洼、流域上的许多人类活动会影响水文规律，这包括：中小型水库、地表坑洼、农业活动、水土保持措施、都市化进程、跨流域调水等。人类活动影响严重的农业活动、水土

7、保持措施、都市化进程、跨流域调水等。人类活动影响严重的流域，必须单独考虑模拟结构。流域，必须单独考虑模拟结构。 流域中的中小型水库、水塘等，遇长期干旱放水灌溉而泄空库容，遇洪水后流域中的中小型水库、水塘等，遇长期干旱放水灌溉而泄空库容，遇洪水后先拦蓄洪水，若长期降雨后洪水拦蓄不下又大量放水泄洪，这一减一加，常给先拦蓄洪水，若长期降雨后洪水拦蓄不下又大量放水泄洪，这一减一加，常给洪水带来大的变化。这些水利工程的规模，影响到流域产流参数或产流结构的洪水带来大的变化。这些水利工程的规模，影响到流域产流参数或产流结构的不同，水利工程建设时期不同也导致水文资料的不一致性。所以要了解这些水不同，水利工程建

8、设时期不同也导致水文资料的不一致性。所以要了解这些水利工程的控制流域面积、蓄水能力、流域分布位置、建设时期、管理方式等。利工程的控制流域面积、蓄水能力、流域分布位置、建设时期、管理方式等。 农业活动有作物类型、生长季节、作物种植面积占全流域的比例等。如我国农业活动有作物类型、生长季节、作物种植面积占全流域的比例等。如我国华南地区广种水稻，在有些水田面积比例大的流域，插秧季节由于水田插秧会华南地区广种水稻，在有些水田面积比例大的流域，插秧季节由于水田插秧会拦截一些径流，虽然水深一般只需拦截一些径流，虽然水深一般只需1020cm左右，但如果水田面积比例大，左右，但如果水田面积比例大，这拦截的水量也

9、是十分可观的。而在稻子成熟季节，稻田会排出剩余水。这导这拦截的水量也是十分可观的。而在稻子成熟季节，稻田会排出剩余水。这导致实测径流量偏离于天然量，进而导致实测与计算的差异。致实测径流量偏离于天然量，进而导致实测与计算的差异。 水土保持措施主要在黄河中游的黄土地区流域，其措施方法有许多，主要的水土保持措施主要在黄河中游的黄土地区流域，其措施方法有许多，主要的有淤地坝工程、植被工程措施、耕作方式措施等。这些工程措施不同程度的减有淤地坝工程、植被工程措施、耕作方式措施等。这些工程措施不同程度的减少了流出流域的水沙量。据文献少了流出流域的水沙量。据文献18研究，黄河中游流域，研究，黄河中游流域，90

10、年代由于水土保年代由于水土保持措施影响，流域径流比持措施影响，流域径流比50年代有十分显著的减少，影响大的流域达到了年代有十分显著的减少，影响大的流域达到了50%以上。以上。2.2 特征值确定特征值确定一、一、 预见期预见期：就是洪水能提前预测的时间，是指就是洪水能提前预测的时间，是指洪水的平均汇流时间。洪水的平均汇流时间。 实际中具体确定预见期的方法有：对于源头流域可实际中具体确定预见期的方法有：对于源头流域可把主要降雨结束到预报断面洪峰出现这个时间差作为洪把主要降雨结束到预报断面洪峰出现这个时间差作为洪水预见期；而区间流域洪水预报或河段洪水预报，当区水预见期；而区间流域洪水预报或河段洪水预

11、报，当区间来水对预报断面洪峰影响不大时，洪水预见期就等于间来水对预报断面洪峰影响不大时，洪水预见期就等于上下游断面间水流的传播时间。如果暴雨中心集中在区上下游断面间水流的传播时间。如果暴雨中心集中在区间（上断面没有形成有影响的洪水）流域，那么预见期间（上断面没有形成有影响的洪水）流域，那么预见期就接近于区间洪水主要降雨结束到下游预报断面洪峰出就接近于区间洪水主要降雨结束到下游预报断面洪峰出现这个时差。假如降雨空间分布较均匀，上断面和区间现这个时差。假如降雨空间分布较均匀，上断面和区间都形成了有影响的洪水，则情况就复杂些，其预见期通都形成了有影响的洪水，则情况就复杂些，其预见期通常取河段传播时间

12、和区间流域水流平均汇集时间的最小常取河段传播时间和区间流域水流平均汇集时间的最小值。值。 预见期可据历史洪水资料来分析确定。预见期可据历史洪水资料来分析确定。对于一对于一场洪水的预见期，可以据实测的流域平均降雨和场洪水的预见期，可以据实测的流域平均降雨和流量过程确定，如图流量过程确定，如图6-1。2.2 特征值确定特征值确定二、时段长二、时段长（或计算时段间隔）：洪水预报时段长确定，取决于流域洪水特征、（或计算时段间隔）：洪水预报时段长确定，取决于流域洪水特征、信息利用、资料和计算工具条件。信息利用、资料和计算工具条件。从洪水特征及信息利用角度考虑，时段长取得越短越好。短的时段可以完整的从洪水

13、特征及信息利用角度考虑，时段长取得越短越好。短的时段可以完整的反映洪水过程、可提供更多的洪水预报信息及少损失预见期等，但时段长取得反映洪水过程、可提供更多的洪水预报信息及少损失预见期等，但时段长取得过短将带来实时资料采集的困难和计算工具速度跟不上等问题。因此需要综合过短将带来实时资料采集的困难和计算工具速度跟不上等问题。因此需要综合两方面的因素，适当延长时段间隔，但至少要使洪水涨峰段有四个时段以上，两方面的因素，适当延长时段间隔，但至少要使洪水涨峰段有四个时段以上，否则时段太长，洪水形状、洪水特征不能充分反映，信息量太少给分析汇流参否则时段太长，洪水形状、洪水特征不能充分反映，信息量太少给分析

14、汇流参数（如单位线分析）和实时修正等带来困难。对于资料条件许可的流域，特别数（如单位线分析）和实时修正等带来困难。对于资料条件许可的流域，特别是有遥测自动采集系统的流域，时段长可适当取短些，在我国通常取是有遥测自动采集系统的流域，时段长可适当取短些，在我国通常取1小时，如小时，如果是小流域，也可取半小时。但如果是水库流域，一般不宜取时段间隔小于果是小流域，也可取半小时。但如果是水库流域，一般不宜取时段间隔小于1小小时。时。2.3 资料准备资料准备 模型参数率定的基本依据是历史水文资料，资料选择的好坏，直接影响模型参数率定的基本依据是历史水文资料，资料选择的好坏，直接影响到参数率定结果。据到参数

15、率定结果。据水文情报预报规范水文情报预报规范规定规定11：“洪水预报方案洪水预报方案（包括水库水文预报及水利水电工程施工期预报），要求使用（包括水库水文预报及水利水电工程施工期预报），要求使用不少于不少于10年的水文气象资料，其中应包括大、中、小水各种代年的水文气象资料，其中应包括大、中、小水各种代表性年份，并保证有足够代表性的场次洪水资料，湿润地区不表性年份，并保证有足够代表性的场次洪水资料，湿润地区不少于少于50次，干旱地区不少于次，干旱地区不少于25次，当资料不足时，应使用所次，当资料不足时，应使用所有洪水资料有洪水资料”。要强调的是这只是模型参数率定的最低要求。对于实时。要强调的是这只

16、是模型参数率定的最低要求。对于实时洪水预报系统模型参数率定的历史水文资料选择应从洪水预报系统模型参数率定的历史水文资料选择应从雨量站、日模资料和雨量站、日模资料和洪水资料洪水资料三方面来考虑。三方面来考虑。雨量站选择雨量站选择日模资料选择日模资料选择三三.洪水资料选择洪水资料选择2.4 预报建模预报建模 预报建模或称预报方案建立，预报建模或称预报方案建立，主要涉及：主要涉及：模型选择模型选择模型参数确定模型参数确定模型分析检验模型分析检验模型结构改进模型结构改进可由图可由图6-2流程图表示。流程图表示。Rudolf Emil KalmanRudolf Emil Kalman was born in Budapest, Hungary, on May 19, 1930. 模型空间：状态空间：复习题：复习题：1. 流域产流、汇流过程？2. 流域蒸散发与影响因素？常用计算公式类型？3. 蓄满产流与超渗产流机制及气候、地理与植被特征是什么？ 4. 蓄满产流模型？5. 超渗产流模型？6. 单位线定义？及常用推求方法？7. 单位线的基本假定是什么？ （会用单位线法推求流域出流过程）8. 马斯京根法各参数的意义及如何确定？9. 利用马斯京根法对河道流量进行演算。