水文预课程设计任务及指导书.doc

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1、水文预报课程设计任务书西南大学资源环境学院水文与水资源工程水文预报课程设计指导书题目: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

2、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FcR关系作两水源划分。1.4汇流方案分型经验单位线作直接径流汇流方案。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。1.5预报模式预报模式见图1。流域平均降水量(泰森多边形法) 蒸发模型：产流方案水源划分： 直接径流汇流计算(经验单位线汇流)地下径流汇流计算(线性水库汇流) 前次洪水的退水流量本次降雨的流域出口断面流量流域出口断面的流量过程图1 预报模式示意图2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

3、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12m,最厚者约45m。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49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

4、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。图2 预报流域水系示意图3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。上犹江水库流域图。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。研究流域2场洪水的前期日降雨、日蒸发资料,表2。研究流域的14场洪水退水资料,表3。研究流域33场降雨径流(RW

5、0Pe)资料,表4。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(RW0Pe)关系曲线（按表5计算曲线节点、再点绘曲线）。部分洪水的分析成果表,见表6。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。根据表3的14场退水资料点绘Qtt退水线、观察流域退水规律。根据表3的退水资料点绘QtQt+1退水线图、在图上定出一条标准QtQt+1地下水退水线（QtQt+1外包线）；分析地下径流退水系数C（本流域0.98C0.99）。由标准QtQt+1退水线

6、制作标准Qtt退水线。由标准Qtt退水线计算QgRg关系并点绘关系线。4.1.2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。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。在洪水流量过程线上分割前、后期洪水径流（利用QgRg关系线分割）。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

7、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。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)。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(RW0Pe)方案，计算对应的次洪前期土壤蓄水量W0；本次

8、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。假定初步(RW0Pe)方案假定蓄满产流方案参数为WM=120mm、b=0.42，计算降雨径流(RW0Pe)关系曲线节点，填入表5。由表5点绘(RW0Pe)理论关系曲线图，把此曲线作为初步产流方案。根据表2数据按一层蒸发模型和水量平衡方程 （1） （2）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(RW0Pe)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产流方案调试点绘(RW0Pe)经验关系点在理论关系曲

9、线图上，由表4数据点绘降雨、径流(RW0Pe)经验点。观察降雨、径流经验关系点与假定的初步方案绘制的(RW0Pe)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(RW0Pe)理论关系曲线,直至(RW0Pe)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(RW0Pe)理论关系曲线得R计，按规范规定评定误差

10、。误差评定标准如下:点据合格标准 或 方案合格率 5水源划分本方案采用变动稳定下渗率FcR关系作两水源划分计算,即预报时使用时段净雨量R查FcR关系，得到后用于时段水源划分。制作时是建立代替FcR关系。采用18场洪水资料建立关系，必须计算计各场洪水的和；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、实划分计算按公式计算洪峰距直接径流中止点的时距，公式中的单位为km2,的单位为天数。将的单位换算为小时数，在流量过程线上按的小时数定出直接径流中止点B，如图3所示。按图示计算直接径流Rs、实则R

11、g、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计算次洪和次洪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)。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(忽略雨期蒸发量)。试算好后，则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。将两场洪水对应的数据补充在表6中，5.3试算关系线根据表6数据点绘关系点并试定一条初步的关系线。由67701、73728号洪水计算的各相应时段产流量Rt由初定的关系线查算各次洪水的时段值,再按公式Rg、计=逐时段计算地下径流量

12、Rg、计，则次洪直接径流计算值Rs、计=。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、计评定误差, 为合格点,若两次洪水点据均合格,则成功。否则，修正再计算评定，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 ；C是流域退水系数,可由流域地下水退水曲线分析。由马斯京根法演算公式取为0,可用水源划分计算的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

13、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。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Qtt。由斜线分割法分割地下径流，得直接径流流量过程线Qt,st。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。计算各场实测洪水过程对应的次雨过程Ptt。根据制作好的产流方案，由Ptt过程求出净雨过程Rtt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)。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

14、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R4mm时 .如果 P益、权0.5P , 用型单位线。 .如果 P益、权0.5P , 用型单位线。B.当R4mm时： 用型单位线。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。对67701、63728号洪水由产流方案计算出时段净雨量R，再用关系线由R查算,根据计算Rg、Rs。由地下径流汇流方案计算次洪地下径

15、流流量过程。由直接径流汇流方案计算次洪直接径流流量过程。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。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。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次洪预报误差评定对67701、63728号洪水按规范规定标准评定预报精度。洪峰QM预报精度评定标准:洪峰QM允许误差 洪水过程预报精度评定标准:洪水过程允许误差 洪峰QM滞时预报精度评定标准:洪峰QM滞时允许误差Tp30%；并以一个计算时段为下限。Tp指发布预报洪峰QM、预的时间至洪峰QM、实出现的时距。8应交成果设计报告：对设计的简要总结。

16、分析计算图表：设计过程中的各种分析计算图表。9附: 基本资料表表1-1 麟潭站67701号洪水降雨、流量过程资料日期流量时段降雨量年月日时P麟P丰P益67630215.0814.01413.01714.02019.014.53.77.12342.048.657.243.871222029.480.730.8577615.314.912.57101089004.96.35.7117000.41.21.8144503.97.47.517300203502327022206517081461112614116171022095.02380.03270.01453.04244.01439.05235.

17、01431.06230.0日期流量时段降雨量年月日时P麟P丰P益7362785522052282491.81.51.75490.51.32.686540.750.061.11126538.835.230.11470041.634.236.31711402.71.91.117:301210201020236532924155320826511230141961718020160231403021305123811811116141041710020982395712935908881185148417832082238022808781476表1-2 麟潭站73628号洪水降雨、流量过程资料表2

18、 两次洪水过程的日降雨、日蒸发资料6770173629日 期P麟(mm)P丰(mm)P益(mm)Em(mm)W0(mm)日 期P麟(mm)P丰(mm)P益(mm)Em(mm)W0(mm)年月日年月日676150004.7387361210.815.43.52.490160004.8130002.6170004.1140003.7180.21.40.64.2150.20.20.80.4191.20.91.14.616002.72.3200.1004.217000.34.2210.40.80.84.71814.426.212.63.42220.318.021.02.0197.82.55.03.42

19、33.73.65.32.4200004.5240005.2210003.8250005.4220004.026012.612.24.4230004.2273.08.90.82.324000.13.9280004.02521.29.28.94.4290004.7263.44.97.02.530122.7179.1111.24.42753.456.872.52.92883.171.167.50.7表3 设计流域14次洪水的退水过程资料 时段：t3小时 单位：m3/s时段数各次洪水的退水过程流量12345678910111213141300220224653250618231749818033341

20、2210167223020621541317650822753871482913201491313181185192320136372211427812825125211510941501591692651142471873572118232204819451331351452308820716232661062151777084.5611812313219877166147296210020314858767100114122180661461332758961811364669889105115160601261202555921641223564982951061405511711023

21、.4528814711632601075861001305210810022508413310630561169809412349989420.348811229928531263748811846908619.84678113922550135769821104485801944761048624471453658010442807618.342759681244515506277100407674184073897723.543164759749839717117.33871847422.341174657729537686916.53669807122391844546993356667

22、15.83568776821.237194352669034636515.23467746520.536204151648833606314.53366716220.2352140496285325961143265685919.834223847608432586013.53164665719.533.52337465883315659133063.5635619.233243545578231555812.5296361551932.5253444558131545712.12862.5605418.832263444548031535611.72762585318.531.52733.5

23、435279525511.32661.5565218.3312833435178515410.92561555118.130.52932435076505310.52460.553.55017.93030314249.575495210.12360524917.729.531304249744851504817.5293229.54248.5724750494717.328.53329487149484617.228.134704847451727.73569474627.33668464526.9376745.54426.53866454326.1396544.54225.84064.544

24、41.525.5416443.5414263.54340.5436342.5404462.54239.5456241.5394661.54138.6476140.538.24860.54037.8496039.537.45039375138.536.7523836.45336.15435.85535.55635.25734.9表4 降雨径流数据 单位：mm编号洪号PW0R实R查合格否编号洪号PW0R实R查合格否16640835.297.017.4197470438.2113.130.926762325.960.37.3207491340.585.217.637040161.7107.749.1

25、217550425.9112.021.347041723.9105.013.2227560519.9108.210.357041815.5105.011.9237560774.5111.066.167042050.5109.542.3247580850.5100.831.777050638.9112.434.82545.3101.327.387052444.9118.144.72669.3115.565.697080738.762.810.6277652715.599.510.1107151174.160.930.12864529115.869.067.4117191243.192.118.7

26、296460229.3117.124.5127242935.0110.225.2306462295.7102.388.0137250766.2109.957.0316551025.496.511.8147281987.274.242.4326552555.5100.136.31516.184.05.3336562617.5115.012.31675.671.428.834177352013.6115.010.735187461460.190.029.536注： 绝对误差 相对误差表5 降雨径流关系节点表 单位：mm W0RP01020304050607080901001101201020304

27、05060708090100110120130140150160170180编号洪号fc（mm/h）(mm/3h)编号洪号fc（mm/h）(mm/3h)1645291.56.610724291.79.72646021.912.811725072.311.83655100.710.012728191.77.54656260.86.1131.69.55675272.711.714746142.813.06676230.83.0152.310.47704011.046.116765272.711.78704200.866.7179705242.211.018表6 各次洪水的fc分析成果表表7 型、型

28、、型单位线分析成果 计算时段：t=3h 单位：10mm 型型型时段q时段q时段q0000001115175115227022429031953152318041104120412057059051006556706807437557658328418509239309401017102110351114111711311212121412281310131213251471410142015515915181641681615173177171218218618111921951910202204208211213217221223226231232235240242245251254261264271273281283290292302311321330使用条件：R4mm且 P益、权0.5 P使用条件：R4mm且 P益、权0.5 P使用条件：R4mm地下水退水过程计算表时 间mmmmmmmmmm/hmmm3/sm3/sm3/s月日时