水文预报课程设计

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学 号：

学 院：水利与环境学院

班 级：

指导老师： 时 间：2013.1.23

《水文预报课程设计》

《水文预报课程设计》说明书

1、设计目的

1、流域水文模型的用途：洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部分，是提高预

报精度和增长预见期的关键技术。对水资源可持续利用：流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。对水环境和生态系统保护：流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。流域水文模型还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水资源和水环境影响的有效工具。本次课程设计的目的是通过一个具体的降雨～径流预报方案的制作，使学生了解生产单位对预报任务的要求。

2、通过课程设计，要求掌握如下内容： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

流域综合退水曲线、地下水退水曲线的制作以及次洪分割方法； 熟悉降雨～径流相关图编制的完整过程； 新安江两水源模型结构及产流参数率定方法； 流域经验单位线的推求方法； 洪水预报方案精度评定方法； 利用预报方案进行实行洪水预报方法；

利用马斯京根分段连续演算法进行长河段洪水演进预报。

2、设计基本资料

该流域集水面积1884.6km2，干流河长约273km。流域气候温湿，年降雨量在1700毫左右。地下水位较高，且随季节变幅小，因次，一般情况下，土壤含水量较大。

根据流域自然地理条件情况和气候条件，以及洪水流量过程线分析，可知流域产流规律符合湿润地区的蓄满产流模型特征。采用降雨径流相关图制作流域蓄满产流方案，用二层蒸发模型计算蒸发，水源划分考虑两水源划分。

3、课程设计资料

1. 一场历史洪水的流量过程，相应的各雨量站（3个雨量站）时段雨量与权重（时段长为3h） 2. 洪水的前期日降雨量，日最大蒸发量资料（历史洪水与实时预报洪水） 3. XX场洪水的退税过程

4. 部分场次洪水降雨、径流特征值成果表 5. 干流河段的马斯京根参数及分段数（3段）

4、产流计算

4.1 面平均雨量计算 4.11 计算方法

泰森多边形法

其中i为i站的面积权重，Pi为i站的实测降雨 4.12 各测站基本资料如表1、表2所示

PPii

(1)

表1 各测站降雨量 单位:mm

A站降雨 18.18181818 90.90909091 168.1818182 45.45454545 36.36363636

B站降雨 8.510638298 42.55319149 78.72340426 21.27659574 17.0212766

C站降雨 12.90322581 64.51612903 119.3548387 32.25806452 25.80645161

表2 各测站权重

A站权重 0.22

B站权重 0.47

C站权重 0.31

4.13 计算步骤

将表1、表2中数据代入公式(1)中并使其结果除以3即得面平均降雨量如表3所示

表3 面平均雨量 单位:mm

流域面雨量

4.00 20.00 37.00 10.00 8.00

再由实测洪水过程可画出流量过程线如图1

图1 实测洪水流量过程线

4.2 次洪分割

4.21 计算流域平均消退系数Cgg

由最小二乘法公式 Cg



Q

i1

ni1

n

i,1

Qi,2

(2)

2i,1

Q

算得Cg=0.837(从流量开始消退时算起)

同理可算得地下水消退系数Cgg=0.746(从退水开始算起) 4.22 划分水源

由地下水退水过程线不变的规律，结合实测洪水过程(无后续洪水)和实测洪水过程可画出图

2

图2 分割复式洪水

再由洪峰(如此题中的683.91)与Cg的乘积的递推，算出一系列的Q值，用径流深计算公式可累加出一系列的R值，即得蓄泻关系曲线，如图3

图3 蓄泻关系曲线

用图3可查出此场洪水对应的Re末和Re初值，则由公式

QQ2n1

R03.6tQi1/ARe末Re初 (2)

2i2

算得R039.637mm

再算得RS34.814mm RG4.832mm 另附以下几张图表

表4 地面与地下流量过程 单位:mm

Q 1.7571 1.9518 17.3571 117.0003 361.8473 620.1595 683.9124 666.2792 558.2343 430.3991 315.2504 235.7673 168.2515 112.7568 62.1171 38.8994

Qg 1.7571 4.2332 6.7094 9.1856 11.6612 14.1379 16.6140 19.0902 21.5663 24.0425 26.5187 28.9948 31.4710 33.9471 36.4233 38.8994

Qs 0 0.8572 10.6477 107.8146 350.1856 606.0216 667.2984 647.1887 536.6681 406.3565 288.7317 206.7724 136.7805 78.8096 25.6938 0

图5 流域平均退水曲线

QQ2n1

R03.6tQi1/ARe末Re初 (2)

2i2

算得R039.637mm

再算得RS34.814mm RG4.832mm 另附以下几张图表

表4 地面与地下流量过程 单位:mm

Q 1.7571 1.9518 17.3571 117.0003 361.8473 620.1595 683.9124 666.2792 558.2343 430.3991 315.2504 235.7673 168.2515 112.7568 62.1171 38.8994

Qg 1.7571 4.2332 6.7094 9.1856 11.6612 14.1379 16.6140 19.0902 21.5663 24.0425 26.5187 28.9948 31.4710 33.9471 36.4233 38.8994

Qs 0 0.8572 10.6477 107.8146 350.1856 606.0216 667.2984 647.1887 536.6681 406.3565 288.7317 206.7724 136.7805 78.8096 25.6938 0

图5 流域平均退水曲线

图6 地下水退水曲线

表5 蓄泻关系曲线表 单位:m3/s

Q 0.00068891 0.00072262 0.00075798 0.00079508 0.00083399 0.0008748 0.00091762 0.00096252 0.00100963

R 0.00000236 0.00000721 0.00001229 0.00001762 0.00002321 0.00002907 0.00003522 0.00004168 0.00004844

图7 相邻时段流量关系图

4.3 流域初始土壤蓄水量的计算 4.31 前期影响雨量Pa的计算

k1

Ep

(3) WM

Pa,t1k(PtPa,t) (4) 4.32 计算实例

已知资料见表6

表6 Pa基本数据 单位:mm

日降雨量 1.4 0 5.9 1.9 0.7

Pa 60

蒸发能力 9.7

WM 80

Pa,t+1 53.95525 47.41318 46.84895 42.83814 38.25914

4.4 降雨径流相关图制作及误差检验 4.41 计算原理：

（1）流域蓄满产流模型计算公式

RPEWWMWM(1

PEab1

)(aPEWMM)WMM

(aPEWMM)

(5) (6)

RPEWWM

（2）蒸发计算（两层蒸发模式）

PWUEPEUEPEEUELEP

PWUEPEUWUEEUEL

EL0

(7)

EL(EP-EU)WLLM

(8)

表7 降雨径流相关表 单位:mm

W0 P \ a 0 2.7875 10 15.75 20 21.575 30 40 50 52.5 57.3625 60 66.15 70 72.9375 81.25 80 90 100 110.000 120.000 130.000 140.000

0 0 0 0.01212 0.15846 0.39826 0.64862 0.75764 1.4958 2.73081 4.39211 4.87954 5.91606 6.52935 8.10818 9.20978 10.1134 12.9982 12.5311 16.6527 21.9032 30.000 40.000 50.000 60.000

10 10.1638 0 0.10381 0.49578 0.94089 1.34905 1.51796 2.59071 4.25936 6.40489 7.02318 8.32778 9.09493 11.0603 12.4279 13.5498 17.151 16.5645 21.8387 30 40.000 50.000 60.000 70.000

20 20.695677

0 0.2060671 0.873091 1.549526 2.1364135 2.3733851 3.8290544 6.0016437 8.7230367 9.4999044 11.134169 12.093885 14.556409 16.280051 17.705627 22.425269 21.633086

30 40 50.000 60.000 70.000 80.000

30 31.6747 0 0.32223 1.30347 2.24635 3.04064 3.35697 5.26353 8.04337 11.4852 12.467 14.5397 15.7648 18.9586 21.2713 23.2865 31.25 30 40 50 60.000 70.000 80.000 90.000

38.25914 41.15998 -7.1E-15 0.43239 1.713695 2.913684 3.910063 4.304224 6.659053 10.06335 14.29346 15.51396 18.13038 19.71786 24.40914 28.25914 31.19664 39.50914 38.25914 48.25914 58.25914 68.259 78.259 88.259 98.259

40 43.21656 -7.1E-15 0.457702 1.808288 3.068082 4.111797 4.524275 6.985688 10.54252 14.97618 16.26221 19.04014 20.75181 26.15 30 32.9375 41.25 40 50 60 70.000 80.000 90.000 100.000

50 55.506258

0 0.6221349 2.4264865 4.0830814 5.444911 5.9815807 9.1807722 13.86103 20.138794 22.5 27.3625 30 36.15 40 42.9375 51.25 50 60 70 80.000 90.000 100.000 110.000

60 68.879817

0 0.835937 3.2432283 5.4464816 7.263802 7.9834773 12.35853 20 30 32.5 37.3625 40 46.15 50 52.9375 61.25 60 70 80 90.000 100.000 110.000 120.000

63.1 73.3425 -7.1E-15 0.919062 3.566412 5.996761 8.013052 8.816008 13.81252 23.1 33.1 35.6 40.4625 43.1 49.25 53.1 56.0375 64.35 63.1 73.1 83.1 93.100 103.100 113.100 123.100

70 84.11941 7.11E-15 1.158914 4.528131 7.704987 10.48246 11.67635 20 30 40 42.5 47.3625 50 56.15 60 62.9375 71.25 70 80 90 100.000 110.000 120.000 130.000

80 106.4 0 2.7875 10 15.75 20 21.575 30 40 50 52.5 57.3625 60 66.15 70 72.9375 81.25 80 90 100 110.000 120 130.000 140.000

图8 降雨径流相关图

4.4.2 误差检验

用其他场次PE～R关系查降雨径流相关图，校核是否合格并算出合格率与等级，见表8

表8 径流深校核 单位：mm

Pa 15.2 有效降雨PE

45.7 次洪径流深 10.36973824 演算径流深 6.452868934

许可误差

3 实际误差 3.916869311 合格否 否 合格率 0.88 等级 甲级 48.8 58.2 43.9 25.2 46 81.5 40.1 113.3 45.3 66 35.7 64.7 10 71.9 29.8 76.2 44.4 114.2 44.9 81.9 51 65.9 80 101.7 10.7 37.6 52.4 100.5 42.7 74.7 39.6 150 27.8 60.5 38 94.9 52.4 85.1 47.9 46.7 11.5 109.4 56.4 10 44.7

18.9

29.95190859 2.406251416 46.96073863 71.16978066 31.99972577 27.56503271 10.51539884 31.84636564 77.20418345 44.8442484 38.72889177 103.827372 4.762956997 68.49763184 35.32604807 106.9960346 13.56898305 50.55374053 58.77736748 19.71769713 40.1479979 4.5795851 6.657111634

27 6.160410485

47.5 71.55914295

31.3 20.70111833 13.14539778

26 78.6 46.8 36.9 101.7 3.923568862

72.9 37.4 109.6 15.10650626

52.9 57.5 16.68307565

40.9 2.916876906 4.380469246

5.990381719

3 9.392147726 14.23395613 6.399945153 5.513006542

3 6.369273129 15.44083669 8.96884968 7.745778353

20 3 13.69952637 7.065209614

20 2.71379661 10.11074811 11.7554735 3.943539427 8.029599579

3 3

2.951908594 -3.75415907 -0.53926137 -0.3893623 0.699725765 6.863914379 -2.62999893 5.846365644 -1.39581655 -1.9557516 1.828891765 2.127372048 0.839388135 -4.40236816 -2.07395193 -2.60396537 -1.53752321 -2.34625947 1.277367482 3.034621487 -0.7520021 1.662708194 2.276642387

是 否 是 是 是 否 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是

5、汇流计算

5.1、fc的试算 5.1.1试算方法

RG

PEiFC

fC

Ri

(9) PEi

Ri

(10) PEi

RS5.1.2 试算实例 (1) 基本数据如表9

PEiFC

PEifC

表9 单位:mm

再

假

设

fC2.79mm/h

，则有

fC4.823/(0.15510.20610.38630.71451)1.9592.79mm/h

故fC1.959mm/h 划分时段净雨如表10所示

表10 划分地面及地下净流深 单位:mm

Rg 0.30 0.40 0.76 1.40 1.96

Rs 0.13 3.47 13.07 4.88 4.83

5.2 计算单位线(试错法) 5.2.1 演算实例如表11所示

表11 科林法试算表 单位:m3/s

再用调整的单位线计算地面流量，比较预测与实际值间的误差大小。 5.2.2 用计算出的单位线推出地面流量如表12所示

表12 用计算出的单位线推出地面流量 净雨量ri(mm) 0.128554 3.468165 13.06942 4.879217 4.828756

调整后单位线UH(mm)

35.158 169.867 270.76 240.297 227.166 185.911 132.823 82.074 67.727 44.749 0

0.128554

0 0.451972 2.183716 3.480741 3.089126 2.920321 2.389969 1.707499 1.055098 0.870661 0.575268

3.468165

0 12.19337 58.91268 93.90404 83.33896 78.78492 64.477 46.06521 28.46462 23.48884 15.51969

13.06942

0 45.94946 222.0063 353.8675 314.0542 296.8927 242.9748 173.5919 107.2659 88.51524 58.48434

4.879217

0 17.15435 82.88179 132.1097 117.2461 110.8392 90.71001 64.80722 40.04568 33.04547 21.83401

4.828756

0 16.97694 82.02463 130.7434 116.0336 109.6929 89.77189 64.13699 39.63153 32.70372 21.6082 0

Qs(m3/s)

0 35.60997 184.2441 379.1029 576.4508 767.1516 795.2744 743.8897 599.0419 471.0571 330.6582 208.2176 131.1613 54.53772 21.6082 0

Qg1 Qg2 Qg3 Qg4 Qg5 Qg6 Qg7 Qg8 Qg9 Qg10 Qg11 Qg12 Qg13 Qg14 Qg15 Qg16 Qg17 Qg18 Qg19 Qg20

0 11.23017 23.30145 45.36054 85.58246 136.2697 101.7006 75.90103 56.64635 42.27622 31.55153 23.54749 17.57393 13.11575 9.788527 7.305359 5.452125 4.069022 3.036787 2.26641

总径流Q(m3/s) 0 35.60997 184.2441 379.1029 587.681 790.453 840.6349 829.4722 735.3116 572.7577 406.5592 264.864 173.4376 86.08925 45.15569 17.57393 13.11575 9.788527 7.305359 5.452125 4.069022 3.036787 2.26641

两者拟合曲线图9所示

图9 预报与实测径流拟合情况

从上图可以看出两条流量过程线形状大致相同，峰现时间也一致，虽然峰值差距较大，但并不影响整体洪水预报，故此单位线还算吻合。

5.3 实时洪水预报 5.3.1 基本数据表13

表13 基本数据

Pa 63.1

时段1雨量(mm)

16

时段2雨量(mm)

37

时段3雨量(mm)

29

蒸发能力(mm/h)

2

马斯京根k

9

马斯京根x

0.45

用降雨径流相关图可得表14

表15 时段净雨的计算 单位:mm 时段雨量ri(mm)

16 37 29

Ep 0.25 0.25 0.25

PE 15.75 36.75 28.75

累积PE 15.75 52.5 81.25

累积R 5.996760769

35.6 64.35

时段净雨ri 5.99676077 29.6032392 28.75

ri/PE 0.380747 0.80553 1

再根据前面所求的fC1.959mm/h分割时段净雨，得表15

表15 划分地面地下径流 单位:mm

Rg 0.745883 1.578034 1.959

Rs 5.250877953 28.02520534 26.791

5.3.2 地面径流量预报得表16

表16 计算地面径流量 净雨(mm) 5.2509 28.0252 26.7910

修正后单位线qi(m3/s)

0 35.158 169.867 270.76 240.297 227.166 185.911 132.823 82.074 67.727 44.749 0

5.2509mm的径流量(m3/s)

0 18.461 89.195 142.173 126.177 119.282 97.620 69.744 43.096 35.563 23.497 0.000

28.0252mm的径流量(m3/s)

0 98.531 476.056 758.810 673.437 636.637 521.019 372.239 230.014 189.806 125.410 0

26.791mm的径流量(m3/s)

0 94.192 455.091 725.393 643.780 608.600 498.074 355.846 219.884 181.447 119.887 0

地面径流量(m3/s)

0 18.461 187.726 712.420 1340.078 1518.112 1378.037 1199.364 913.409 621.423 433.188 306.857 119.887 0

5.3.3 计算地下径流量

由地下径流量计算公式

Qg2RG(1KKG)UQg1KKG (11)

0.746 3 RGCgg

其中

得出地下径流演算表如表17

F(km2)

(12) U

3.6th

表17 地下径流演算表 单位:m3/s

地下径流量 Qg1= Qg2= Qg3= Qg4= Qg5= Qg6= Qg7= Qg8= Qg9= Qg10= Qg11= Qg12= Qg13= Qg14= Qg15= Qg16= Qg17= Qg18=

0 27.569 78.901 131.293 97.986 73.129 54.578 40.732 30.399 22.688 16.932 12.637 9.431 7.039 5.253 3.920 2.926 2.184

再累积地面与地下径流量得断面径流量见表18(注意地下径流量较地面径流量滞后4个时段)

表18 断面径流量计算表 单位:m3/s

总径流(上断面)Qt

0 18.46103671 187.7261055 712.4203247 1340.078161 1545.68135 1456.938145 1330.656553 1011.395796 694.5518557 487.7654933 347.5896561 150.2862865 22.68751729 16.93211508 12.63675163 9.431042196 7.038561767 5.253009235 3.920418253 2.925880879 2.183639184 1.629690437 1.216268209 0.90772353

5.4 应用马斯京根法进行河道洪水演算 5.4.1 基本资料表19

表19 k，x值

马斯京根k

马斯京根x

9 0.45

由公式

得出xl0.35，n3，t3h 查表知其河段汇流系数表，见表20

表20 河段汇流系数表 汇流系数Pm

0.002

0.039

0.229

0.491

0.181

0.046

0.010

0.002

1n12x

22

Kllxl

(13)

5.4.2 河道演算实例

由上表可根据马斯京根法演算下断面河道流量，见表21

表21 马斯京根法推流下段面流量 单位:m3/s

总径流(上断面)Qt

0 18.46103671 187.7261055 712.4203247 1340.078161 1545.68135 1456.938145 1330.656553 1011.395796 694.5518557 487.7654933 347.5896561 150.2862865 22.68751729 16.93211508 12.63675163 9.431042196 7.038561767 5.253009235 3.920418253 2.925880879 2.183639184 1.629690437 1.216268209 0.90772353 0.677450912 0.505594184

汇流系数Pm

0.002 0.039 0.229 0.491 0.181 0.046 0.010 0.002

Q1 0 0 0 0 0 0 0 0

Q2 0.036922 0.71998 4.227577 9.064369 3.341448 0.849208 0.18461 0.036922

Q3 0.375452 7.321318 42.98928 92.17352 33.97843 8.635401 1.877261 0.375452

Q4 1.424841 27.78439 163.1443 349.7984 128.9481 32.77133 7.124203 1.424841

Q5 2.680156 52.26305 306.8779 657.9784 242.5541 61.6436 13.40078 2.680156

Q6 3.091363 60.28157 353.961 758.9295 279.7683 71.10134 15.45681 3.091363

Q7 2.913876 56.82059 333.6388 715.3566 263.7058 67.01915 14.56938 2.913876

Q8 2.661313 51.89561 304.7204 653.3524 240.8488 61.2102 13.30657 2.661313

Q9 2.022792 39.44444 231.6096 496.5953 183.0626 46.52421 10.11396 2.022792

Q10 1.389104 27.08752 159.0524 341.025 125.7139 31.94939 6.945519 1.389104

Q11 0.975531 19.02285 111.6983 239.4929 88.28555 22.43721 4.877655 0.975531

Q12 0.695179 13.556 79.59803 170.6665 62.91373 15.98912 3.475897 0.695179

Q13 0.300573 5.861165 34.41556 73.79057 27.20182 6.913169 1.502863 0.300573

Q14 0.045375 0.884813 5.195441 11.13957 4.106441 1.043626 0.226875 0.045375

Q15 0.033864 0.660352 3.877454 8.313669 3.064713 0.778877 0.169321 0.033864

Q16 0.025274 0.492833 2.893816 6.204645 2.287252 0.581291 0.126368 0.025274

Q17 0.018862 0.367811 2.159709 4.630642 1.707019 0.433828 0.09431 0.018862

Q18 0.014077 0.274504 1.611831 3.455934 1.27398 0.323774 0.070386 0.014077

Q19 0.010506 0.204867 1.202939 2.579228 0.950795 0.241638 0.05253 0.010506

Q20 0.007841 0.152896 0.897776 1.924925 0.709596 0.180339 0.039204 0.007841

总径流(下段面)Qt

0 0.036922073 1.095432643 12.97373617 82.51819616 314.0136308 754.6993601 1209.189397 1423.72644 1409.822095 1262.657827 1001.370705 728.513413 513.455963 339.0109689 173.9908847 64.98642143 27.06040976 14.95574444 10.04875764 7.314774652 5.345042682 3.3190778 1.040481831 0.246946456 0.049710201 0.007840837

5.4.3

校核预报及误差评定

首先拟合实际流量与模拟流量，如图10

图10 实际流量与模拟流量的拟合

由《水文情报预报规范》统计洪峰流量、洪水总量、峰现时间是否合格。其中，洪峰预报许可误差以实测洪峰流量的20％作为许可误差。峰现时间及洪峰滞时允许误差应小于涨洪历时的30％，并以三小时或一个计算时段为下限。如表22及23所示。

表22 洪峰流量评定 单位：m3/s

实测洪峰流量Q1 1367.683141

洪峰预报流量Q2 1423.72644

许可误差 273.5366283

实际误差 56.0433

是否合格

是

表23 峰现时间评定 实测峰现时间(时段数)

8

演算峰现时间(时段数)

9

洪水滞后(时段数)

1

允许误差 2.1

是否合格

是

作出相应的时段降雨与模拟降雨图，见图11

图11 时段降雨与模拟净雨相关图

6、课程设计的总结与心得

做到这里，课程设计也快结束了。虽然从开始做到现在结束只用4天，但真的感觉像用了4年。由于之前觉得很简单，会很快的搞定，就一直拖着没做。直到做的时候方才觉得要考虑的东西挺多，又着急回去，心情很烦躁，时间又紧，就通宵地做，大概这四天总共休息时间不超过20小时，所有的一切都是自己一个字一个字敲上去的，在其中遇到了许多麻烦，比如某个地方想不起来思路或排版有问题，这时候就体现团体合作精神了。有的地方反反复复的修改，还是感觉不行，那种滋味真的很难受。其实个人觉得此次课程设计不仅仅涉及《水文预报》等专业知识，还能反应出一个人的心性，那种对待困难的做法，对待某些问题的特殊见解。总之一句，此次课程设计让我体会到了过程的艰辛，当然，最重要的还是从中学到了许多知识。

姓

名：

学 号：

学 院：水利与环境学院

班 级：

指导老师： 时 间：2013.1.23

《水文预报课程设计》

《水文预报课程设计》说明书

1、设计目的

1、流域水文模型的用途：洪水预报方案是现代实时洪水预报调度系统的核心部分，是提高预

报精度和增长预见期的关键技术。对水资源可持续利用：流域水文模型是水资源评价、开发、利用和管理的理论基础。对水环境和生态系统保护：流域水文模型是构建面污染模型和生态评价模型的主要平台。流域水文模型还是分析研究气候变化和人类活动对洪水、水资源和水环境影响的有效工具。本次课程设计的目的是通过一个具体的降雨～径流预报方案的制作，使学生了解生产单位对预报任务的要求。

2、通过课程设计，要求掌握如下内容： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

流域综合退水曲线、地下水退水曲线的制作以及次洪分割方法； 熟悉降雨～径流相关图编制的完整过程； 新安江两水源模型结构及产流参数率定方法； 流域经验单位线的推求方法； 洪水预报方案精度评定方法； 利用预报方案进行实行洪水预报方法；

利用马斯京根分段连续演算法进行长河段洪水演进预报。

2、设计基本资料

该流域集水面积1884.6km2，干流河长约273km。流域气候温湿，年降雨量在1700毫左右。地下水位较高，且随季节变幅小，因次，一般情况下，土壤含水量较大。

根据流域自然地理条件情况和气候条件，以及洪水流量过程线分析，可知流域产流规律符合湿润地区的蓄满产流模型特征。采用降雨径流相关图制作流域蓄满产流方案，用二层蒸发模型计算蒸发，水源划分考虑两水源划分。

3、课程设计资料

1. 一场历史洪水的流量过程，相应的各雨量站（3个雨量站）时段雨量与权重（时段长为3h） 2. 洪水的前期日降雨量，日最大蒸发量资料（历史洪水与实时预报洪水） 3. XX场洪水的退税过程

4. 部分场次洪水降雨、径流特征值成果表 5. 干流河段的马斯京根参数及分段数（3段）

4、产流计算

4.1 面平均雨量计算 4.11 计算方法

泰森多边形法

其中i为i站的面积权重，Pi为i站的实测降雨 4.12 各测站基本资料如表1、表2所示

PPii

(1)

表1 各测站降雨量 单位:mm

A站降雨 18.18181818 90.90909091 168.1818182 45.45454545 36.36363636

B站降雨 8.510638298 42.55319149 78.72340426 21.27659574 17.0212766

C站降雨 12.90322581 64.51612903 119.3548387 32.25806452 25.80645161

表2 各测站权重

A站权重 0.22

B站权重 0.47

C站权重 0.31

4.13 计算步骤

将表1、表2中数据代入公式(1)中并使其结果除以3即得面平均降雨量如表3所示

表3 面平均雨量 单位:mm

流域面雨量

4.00 20.00 37.00 10.00 8.00

再由实测洪水过程可画出流量过程线如图1

图1 实测洪水流量过程线

4.2 次洪分割

4.21 计算流域平均消退系数Cgg

由最小二乘法公式 Cg



Q

i1

ni1

n

i,1

Qi,2

(2)

2i,1

Q

算得Cg=0.837(从流量开始消退时算起)

同理可算得地下水消退系数Cgg=0.746(从退水开始算起) 4.22 划分水源

由地下水退水过程线不变的规律，结合实测洪水过程(无后续洪水)和实测洪水过程可画出图

2

图2 分割复式洪水

再由洪峰(如此题中的683.91)与Cg的乘积的递推，算出一系列的Q值，用径流深计算公式可累加出一系列的R值，即得蓄泻关系曲线，如图3

图3 蓄泻关系曲线

用图3可查出此场洪水对应的Re末和Re初值，则由公式

QQ2n1

R03.6tQi1/ARe末Re初 (2)

2i2

算得R039.637mm

再算得RS34.814mm RG4.832mm 另附以下几张图表

表4 地面与地下流量过程 单位:mm

Q 1.7571 1.9518 17.3571 117.0003 361.8473 620.1595 683.9124 666.2792 558.2343 430.3991 315.2504 235.7673 168.2515 112.7568 62.1171 38.8994

Qg 1.7571 4.2332 6.7094 9.1856 11.6612 14.1379 16.6140 19.0902 21.5663 24.0425 26.5187 28.9948 31.4710 33.9471 36.4233 38.8994

Qs 0 0.8572 10.6477 107.8146 350.1856 606.0216 667.2984 647.1887 536.6681 406.3565 288.7317 206.7724 136.7805 78.8096 25.6938 0

图5 流域平均退水曲线

QQ2n1

R03.6tQi1/ARe末Re初 (2)

2i2

算得R039.637mm

再算得RS34.814mm RG4.832mm 另附以下几张图表

表4 地面与地下流量过程 单位:mm

Q 1.7571 1.9518 17.3571 117.0003 361.8473 620.1595 683.9124 666.2792 558.2343 430.3991 315.2504 235.7673 168.2515 112.7568 62.1171 38.8994

Qg 1.7571 4.2332 6.7094 9.1856 11.6612 14.1379 16.6140 19.0902 21.5663 24.0425 26.5187 28.9948 31.4710 33.9471 36.4233 38.8994

Qs 0 0.8572 10.6477 107.8146 350.1856 606.0216 667.2984 647.1887 536.6681 406.3565 288.7317 206.7724 136.7805 78.8096 25.6938 0

图5 流域平均退水曲线

图6 地下水退水曲线

表5 蓄泻关系曲线表 单位:m3/s

Q 0.00068891 0.00072262 0.00075798 0.00079508 0.00083399 0.0008748 0.00091762 0.00096252 0.00100963

R 0.00000236 0.00000721 0.00001229 0.00001762 0.00002321 0.00002907 0.00003522 0.00004168 0.00004844

图7 相邻时段流量关系图

4.3 流域初始土壤蓄水量的计算 4.31 前期影响雨量Pa的计算

k1

Ep

(3) WM

Pa,t1k(PtPa,t) (4) 4.32 计算实例

已知资料见表6

表6 Pa基本数据 单位:mm

日降雨量 1.4 0 5.9 1.9 0.7

Pa 60

蒸发能力 9.7

WM 80

Pa,t+1 53.95525 47.41318 46.84895 42.83814 38.25914

4.4 降雨径流相关图制作及误差检验 4.41 计算原理：

（1）流域蓄满产流模型计算公式

RPEWWMWM(1

PEab1

)(aPEWMM)WMM

(aPEWMM)

(5) (6)

RPEWWM

（2）蒸发计算（两层蒸发模式）

PWUEPEUEPEEUELEP

PWUEPEUWUEEUEL

EL0

(7)

EL(EP-EU)WLLM

(8)

表7 降雨径流相关表 单位:mm

W0 P \ a 0 2.7875 10 15.75 20 21.575 30 40 50 52.5 57.3625 60 66.15 70 72.9375 81.25 80 90 100 110.000 120.000 130.000 140.000

0 0 0 0.01212 0.15846 0.39826 0.64862 0.75764 1.4958 2.73081 4.39211 4.87954 5.91606 6.52935 8.10818 9.20978 10.1134 12.9982 12.5311 16.6527 21.9032 30.000 40.000 50.000 60.000

10 10.1638 0 0.10381 0.49578 0.94089 1.34905 1.51796 2.59071 4.25936 6.40489 7.02318 8.32778 9.09493 11.0603 12.4279 13.5498 17.151 16.5645 21.8387 30 40.000 50.000 60.000 70.000

20 20.695677

0 0.2060671 0.873091 1.549526 2.1364135 2.3733851 3.8290544 6.0016437 8.7230367 9.4999044 11.134169 12.093885 14.556409 16.280051 17.705627 22.425269 21.633086

30 40 50.000 60.000 70.000 80.000

30 31.6747 0 0.32223 1.30347 2.24635 3.04064 3.35697 5.26353 8.04337 11.4852 12.467 14.5397 15.7648 18.9586 21.2713 23.2865 31.25 30 40 50 60.000 70.000 80.000 90.000

38.25914 41.15998 -7.1E-15 0.43239 1.713695 2.913684 3.910063 4.304224 6.659053 10.06335 14.29346 15.51396 18.13038 19.71786 24.40914 28.25914 31.19664 39.50914 38.25914 48.25914 58.25914 68.259 78.259 88.259 98.259

40 43.21656 -7.1E-15 0.457702 1.808288 3.068082 4.111797 4.524275 6.985688 10.54252 14.97618 16.26221 19.04014 20.75181 26.15 30 32.9375 41.25 40 50 60 70.000 80.000 90.000 100.000

50 55.506258

0 0.6221349 2.4264865 4.0830814 5.444911 5.9815807 9.1807722 13.86103 20.138794 22.5 27.3625 30 36.15 40 42.9375 51.25 50 60 70 80.000 90.000 100.000 110.000

60 68.879817

0 0.835937 3.2432283 5.4464816 7.263802 7.9834773 12.35853 20 30 32.5 37.3625 40 46.15 50 52.9375 61.25 60 70 80 90.000 100.000 110.000 120.000

63.1 73.3425 -7.1E-15 0.919062 3.566412 5.996761 8.013052 8.816008 13.81252 23.1 33.1 35.6 40.4625 43.1 49.25 53.1 56.0375 64.35 63.1 73.1 83.1 93.100 103.100 113.100 123.100

70 84.11941 7.11E-15 1.158914 4.528131 7.704987 10.48246 11.67635 20 30 40 42.5 47.3625 50 56.15 60 62.9375 71.25 70 80 90 100.000 110.000 120.000 130.000

80 106.4 0 2.7875 10 15.75 20 21.575 30 40 50 52.5 57.3625 60 66.15 70 72.9375 81.25 80 90 100 110.000 120 130.000 140.000

图8 降雨径流相关图

4.4.2 误差检验

用其他场次PE～R关系查降雨径流相关图，校核是否合格并算出合格率与等级，见表8

表8 径流深校核 单位：mm

Pa 15.2 有效降雨PE

45.7 次洪径流深 10.36973824 演算径流深 6.452868934

许可误差

3 实际误差 3.916869311 合格否 否 合格率 0.88 等级 甲级 48.8 58.2 43.9 25.2 46 81.5 40.1 113.3 45.3 66 35.7 64.7 10 71.9 29.8 76.2 44.4 114.2 44.9 81.9 51 65.9 80 101.7 10.7 37.6 52.4 100.5 42.7 74.7 39.6 150 27.8 60.5 38 94.9 52.4 85.1 47.9 46.7 11.5 109.4 56.4 10 44.7

18.9

29.95190859 2.406251416 46.96073863 71.16978066 31.99972577 27.56503271 10.51539884 31.84636564 77.20418345 44.8442484 38.72889177 103.827372 4.762956997 68.49763184 35.32604807 106.9960346 13.56898305 50.55374053 58.77736748 19.71769713 40.1479979 4.5795851 6.657111634

27 6.160410485

47.5 71.55914295

31.3 20.70111833 13.14539778

26 78.6 46.8 36.9 101.7 3.923568862

72.9 37.4 109.6 15.10650626

52.9 57.5 16.68307565

40.9 2.916876906 4.380469246

5.990381719

3 9.392147726 14.23395613 6.399945153 5.513006542

3 6.369273129 15.44083669 8.96884968 7.745778353

20 3 13.69952637 7.065209614

20 2.71379661 10.11074811 11.7554735 3.943539427 8.029599579

3 3

2.951908594 -3.75415907 -0.53926137 -0.3893623 0.699725765 6.863914379 -2.62999893 5.846365644 -1.39581655 -1.9557516 1.828891765 2.127372048 0.839388135 -4.40236816 -2.07395193 -2.60396537 -1.53752321 -2.34625947 1.277367482 3.034621487 -0.7520021 1.662708194 2.276642387

是 否 是 是 是 否 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是

5、汇流计算

5.1、fc的试算 5.1.1试算方法

RG

PEiFC

fC

Ri

(9) PEi

Ri

(10) PEi

RS5.1.2 试算实例 (1) 基本数据如表9

PEiFC

PEifC

表9 单位:mm

再

假

设

fC2.79mm/h

，则有

fC4.823/(0.15510.20610.38630.71451)1.9592.79mm/h

故fC1.959mm/h 划分时段净雨如表10所示

表10 划分地面及地下净流深 单位:mm

Rg 0.30 0.40 0.76 1.40 1.96

Rs 0.13 3.47 13.07 4.88 4.83

5.2 计算单位线(试错法) 5.2.1 演算实例如表11所示

表11 科林法试算表 单位:m3/s

再用调整的单位线计算地面流量，比较预测与实际值间的误差大小。 5.2.2 用计算出的单位线推出地面流量如表12所示

表12 用计算出的单位线推出地面流量 净雨量ri(mm) 0.128554 3.468165 13.06942 4.879217 4.828756

调整后单位线UH(mm)

35.158 169.867 270.76 240.297 227.166 185.911 132.823 82.074 67.727 44.749 0

0.128554

0 0.451972 2.183716 3.480741 3.089126 2.920321 2.389969 1.707499 1.055098 0.870661 0.575268

3.468165

0 12.19337 58.91268 93.90404 83.33896 78.78492 64.477 46.06521 28.46462 23.48884 15.51969

13.06942

0 45.94946 222.0063 353.8675 314.0542 296.8927 242.9748 173.5919 107.2659 88.51524 58.48434

4.879217

0 17.15435 82.88179 132.1097 117.2461 110.8392 90.71001 64.80722 40.04568 33.04547 21.83401

4.828756

0 16.97694 82.02463 130.7434 116.0336 109.6929 89.77189 64.13699 39.63153 32.70372 21.6082 0

Qs(m3/s)

0 35.60997 184.2441 379.1029 576.4508 767.1516 795.2744 743.8897 599.0419 471.0571 330.6582 208.2176 131.1613 54.53772 21.6082 0

Qg1 Qg2 Qg3 Qg4 Qg5 Qg6 Qg7 Qg8 Qg9 Qg10 Qg11 Qg12 Qg13 Qg14 Qg15 Qg16 Qg17 Qg18 Qg19 Qg20

0 11.23017 23.30145 45.36054 85.58246 136.2697 101.7006 75.90103 56.64635 42.27622 31.55153 23.54749 17.57393 13.11575 9.788527 7.305359 5.452125 4.069022 3.036787 2.26641

总径流Q(m3/s) 0 35.60997 184.2441 379.1029 587.681 790.453 840.6349 829.4722 735.3116 572.7577 406.5592 264.864 173.4376 86.08925 45.15569 17.57393 13.11575 9.788527 7.305359 5.452125 4.069022 3.036787 2.26641

两者拟合曲线图9所示

图9 预报与实测径流拟合情况

从上图可以看出两条流量过程线形状大致相同，峰现时间也一致，虽然峰值差距较大，但并不影响整体洪水预报，故此单位线还算吻合。

5.3 实时洪水预报 5.3.1 基本数据表13

表13 基本数据

Pa 63.1

时段1雨量(mm)

16

时段2雨量(mm)

37

时段3雨量(mm)

29

蒸发能力(mm/h)

2

马斯京根k

9

马斯京根x

0.45

用降雨径流相关图可得表14

表15 时段净雨的计算 单位:mm 时段雨量ri(mm)

16 37 29

Ep 0.25 0.25 0.25

PE 15.75 36.75 28.75

累积PE 15.75 52.5 81.25

累积R 5.996760769

35.6 64.35

时段净雨ri 5.99676077 29.6032392 28.75

ri/PE 0.380747 0.80553 1

再根据前面所求的fC1.959mm/h分割时段净雨，得表15

表15 划分地面地下径流 单位:mm

Rg 0.745883 1.578034 1.959

Rs 5.250877953 28.02520534 26.791

5.3.2 地面径流量预报得表16

表16 计算地面径流量 净雨(mm) 5.2509 28.0252 26.7910

修正后单位线qi(m3/s)

0 35.158 169.867 270.76 240.297 227.166 185.911 132.823 82.074 67.727 44.749 0

5.2509mm的径流量(m3/s)

0 18.461 89.195 142.173 126.177 119.282 97.620 69.744 43.096 35.563 23.497 0.000

28.0252mm的径流量(m3/s)

0 98.531 476.056 758.810 673.437 636.637 521.019 372.239 230.014 189.806 125.410 0

26.791mm的径流量(m3/s)

0 94.192 455.091 725.393 643.780 608.600 498.074 355.846 219.884 181.447 119.887 0

地面径流量(m3/s)

0 18.461 187.726 712.420 1340.078 1518.112 1378.037 1199.364 913.409 621.423 433.188 306.857 119.887 0

5.3.3 计算地下径流量

由地下径流量计算公式

Qg2RG(1KKG)UQg1KKG (11)

0.746 3 RGCgg

其中

得出地下径流演算表如表17

F(km2)

(12) U

3.6th

表17 地下径流演算表 单位:m3/s

地下径流量 Qg1= Qg2= Qg3= Qg4= Qg5= Qg6= Qg7= Qg8= Qg9= Qg10= Qg11= Qg12= Qg13= Qg14= Qg15= Qg16= Qg17= Qg18=

0 27.569 78.901 131.293 97.986 73.129 54.578 40.732 30.399 22.688 16.932 12.637 9.431 7.039 5.253 3.920 2.926 2.184

再累积地面与地下径流量得断面径流量见表18(注意地下径流量较地面径流量滞后4个时段)

表18 断面径流量计算表 单位:m3/s

总径流(上断面)Qt

0 18.46103671 187.7261055 712.4203247 1340.078161 1545.68135 1456.938145 1330.656553 1011.395796 694.5518557 487.7654933 347.5896561 150.2862865 22.68751729 16.93211508 12.63675163 9.431042196 7.038561767 5.253009235 3.920418253 2.925880879 2.183639184 1.629690437 1.216268209 0.90772353

5.4 应用马斯京根法进行河道洪水演算 5.4.1 基本资料表19

表19 k，x值

马斯京根k

马斯京根x

9 0.45

由公式

得出xl0.35，n3，t3h 查表知其河段汇流系数表，见表20

表20 河段汇流系数表 汇流系数Pm

0.002

0.039

0.229

0.491

0.181

0.046

0.010

0.002

1n12x

22

Kllxl

(13)

5.4.2 河道演算实例

由上表可根据马斯京根法演算下断面河道流量，见表21

表21 马斯京根法推流下段面流量 单位:m3/s

总径流(上断面)Qt

0 18.46103671 187.7261055 712.4203247 1340.078161 1545.68135 1456.938145 1330.656553 1011.395796 694.5518557 487.7654933 347.5896561 150.2862865 22.68751729 16.93211508 12.63675163 9.431042196 7.038561767 5.253009235 3.920418253 2.925880879 2.183639184 1.629690437 1.216268209 0.90772353 0.677450912 0.505594184

汇流系数Pm

0.002 0.039 0.229 0.491 0.181 0.046 0.010 0.002

Q1 0 0 0 0 0 0 0 0

Q2 0.036922 0.71998 4.227577 9.064369 3.341448 0.849208 0.18461 0.036922

Q3 0.375452 7.321318 42.98928 92.17352 33.97843 8.635401 1.877261 0.375452

Q4 1.424841 27.78439 163.1443 349.7984 128.9481 32.77133 7.124203 1.424841

Q5 2.680156 52.26305 306.8779 657.9784 242.5541 61.6436 13.40078 2.680156

Q6 3.091363 60.28157 353.961 758.9295 279.7683 71.10134 15.45681 3.091363

Q7 2.913876 56.82059 333.6388 715.3566 263.7058 67.01915 14.56938 2.913876

Q8 2.661313 51.89561 304.7204 653.3524 240.8488 61.2102 13.30657 2.661313

Q9 2.022792 39.44444 231.6096 496.5953 183.0626 46.52421 10.11396 2.022792

Q10 1.389104 27.08752 159.0524 341.025 125.7139 31.94939 6.945519 1.389104

Q11 0.975531 19.02285 111.6983 239.4929 88.28555 22.43721 4.877655 0.975531

Q12 0.695179 13.556 79.59803 170.6665 62.91373 15.98912 3.475897 0.695179

Q13 0.300573 5.861165 34.41556 73.79057 27.20182 6.913169 1.502863 0.300573

Q14 0.045375 0.884813 5.195441 11.13957 4.106441 1.043626 0.226875 0.045375

Q15 0.033864 0.660352 3.877454 8.313669 3.064713 0.778877 0.169321 0.033864

Q16 0.025274 0.492833 2.893816 6.204645 2.287252 0.581291 0.126368 0.025274

Q17 0.018862 0.367811 2.159709 4.630642 1.707019 0.433828 0.09431 0.018862

Q18 0.014077 0.274504 1.611831 3.455934 1.27398 0.323774 0.070386 0.014077

Q19 0.010506 0.204867 1.202939 2.579228 0.950795 0.241638 0.05253 0.010506

Q20 0.007841 0.152896 0.897776 1.924925 0.709596 0.180339 0.039204 0.007841

总径流(下段面)Qt

0 0.036922073 1.095432643 12.97373617 82.51819616 314.0136308 754.6993601 1209.189397 1423.72644 1409.822095 1262.657827 1001.370705 728.513413 513.455963 339.0109689 173.9908847 64.98642143 27.06040976 14.95574444 10.04875764 7.314774652 5.345042682 3.3190778 1.040481831 0.246946456 0.049710201 0.007840837

5.4.3

校核预报及误差评定

首先拟合实际流量与模拟流量，如图10

图10 实际流量与模拟流量的拟合

由《水文情报预报规范》统计洪峰流量、洪水总量、峰现时间是否合格。其中，洪峰预报许可误差以实测洪峰流量的20％作为许可误差。峰现时间及洪峰滞时允许误差应小于涨洪历时的30％，并以三小时或一个计算时段为下限。如表22及23所示。

表22 洪峰流量评定 单位：m3/s

实测洪峰流量Q1 1367.683141

洪峰预报流量Q2 1423.72644

许可误差 273.5366283

实际误差 56.0433

是否合格

是

表23 峰现时间评定 实测峰现时间(时段数)

8

演算峰现时间(时段数)

9

洪水滞后(时段数)

1

允许误差 2.1

是否合格

是

作出相应的时段降雨与模拟降雨图，见图11

图11 时段降雨与模拟净雨相关图

6、课程设计的总结与心得

做到这里，课程设计也快结束了。虽然从开始做到现在结束只用4天，但真的感觉像用了4年。由于之前觉得很简单，会很快的搞定，就一直拖着没做。直到做的时候方才觉得要考虑的东西挺多，又着急回去，心情很烦躁，时间又紧，就通宵地做，大概这四天总共休息时间不超过20小时，所有的一切都是自己一个字一个字敲上去的，在其中遇到了许多麻烦，比如某个地方想不起来思路或排版有问题，这时候就体现团体合作精神了。有的地方反反复复的修改，还是感觉不行，那种滋味真的很难受。其实个人觉得此次课程设计不仅仅涉及《水文预报》等专业知识，还能反应出一个人的心性，那种对待困难的做法，对待某些问题的特殊见解。总之一句，此次课程设计让我体会到了过程的艰辛，当然，最重要的还是从中学到了许多知识。