降雨径流预报瞬时单位线推求分析
作者：田长涛
来源：《水能经济》2017年第03期
【摘要】降雨-径流型洪水预报目前普遍适用于中小流域，该预报方法主要是利用降雨径流汇流单位线法来预报流域出口断面洪水过程，是目前常用的较成熟预报方法之一。该方法依据历史洪水数据分析，总结归纳出各种类型的洪水单位线，鉴于目前存在的多种推求流域汇流单位线的方法，针对某次历史洪水并非所有方法都可以求出单位线，本文以瞬时单位线法为例，对实例洪水进行单位线推求分析，求得单位线满足使用条件，并对推求方法和注意事项提出了建议。中小流域洪水预报方法较多，本文仅对瞬时单位线推求作了简要论述，重点针对实践环节，文中结论仅供参考。
【关键词】降雨径流型洪水预报；河网汇流；瞬时单位过程线；径流过程；净雨量
1、流域汇流单位线法洪水预报简介
水文预报常用的方法有上下游相应水位（流量）法和降雨径流預报法。降雨径流预报法主要应用在流域预报断面上游无控制站，只能依靠上游降雨来预报断面洪水过程。这类预报步骤有产流和汇流两部分，产流指分析降雨在经过蒸发、下渗、截留损失后有多少净雨能够形成径流并进入河网；汇流指由降雨形成的径流在断面形成何种径流过程，该过程主要由径流历时、各时段流量和洪峰流量来表示。产流分析由事先根据各场次历史洪水计算的降雨和相应径流深相关点据图查得。汇流分析则需要利用流域汇流单位线来完成。
2、流域汇流单位线简介
我们将一次降雨过程形成的洪水按时间-流量关系画在图上，该线称为洪水过程线，只是该过程线由不同量级降雨形成。为了方便应用，将规定量级降雨（10mm单位）形成的径流过程线称为汇流单位线。单位线指标有峰值、洪峰滞时（指降雨历时中间点至洪峰的时距）、径流总历时、降雨（径流）时段。单位线时段取决于降雨资料时段，根据资料观测精度一般有6、12、24h等。应用单位线预报洪水时将实际降雨按与10mm净雨的倍比来计算径流过程。
3、瞬时单位线推求方法介绍
瞬时单位线洪水时段都是瞬时的，可以转换为任意时段，其对降雨时段没有要求，实用性强，主要参数为反应流域调节能力的n、k。计算公式为，实际应用时由实例洪水通过矩法算出。
4、实例应用分析
基于GIS的降雨径流预报方法分析 【摘要】降水径流的准确预测直接关系到该流域人民生活的各个方面，因此为了更好的满足降雨径流预报的需求，需要寻找高效的预测手段来对降雨径流进行预测。本文从GIS的降雨径流预报方法出发，分析了影响水文过程的各方面因素并阐述了对获得数据信息的预处理方法。提出了以遗传算法为基础结合GIS技术的神经网络模型，这种模型的应用有效的提高了信息预测的精度和效率。并且本文中也介绍了GIS降雨径流预报方法，通过对降雨信息的处理，有效的提高了降雨径流预报模型在计算机数据输入时精度，结合 GIS空间分析方法，对降雨区域的降雨径流进行数值模拟，从而得到了降水区域的径流量与影响系数之间的关系。 【关键词】降雨径流；地理信息系统（GIS）；预报方法 1.引言 GIS（Geographic Information System）即地理信息系统，是在地理空间的基础上，以信息科学和系统工程的理论知识为根本，利用计算机管理和分析地理数据，从而提供管理、决策等所需信息的技术系统。总而言之一句话，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。地理信息系统作为获取、存储、分析和管理地理空间数据的重要工具、技术和学科，近年来得到了广泛关注和迅猛发展。 最近的30年内，地理信息技术取得了十分显著的发展，在国土管理、农林牧业、邮电通讯、公共设施管理、资源的调查、军事公安、环境的评估、城市规划、灾害的预测、交通运输、水利电力、统计、商业金融等几乎所有领域都得到了广泛的应用[1]。 2.降雨径流的概述 所谓降雨径流就是由降雨形成的径流，这些径流通过地表或者是地下水流入河道，并向流域出口断面汇集。降雨径流会受到多种因素的制约，比若说是地形、地貌、植被、降水和土地的使用以及人类活动等，从这些种种因素我们可以看到径流的形成过程是非常复杂的。长时间以来，降雨径流的研究一直备受水文界的
第二章 降雨径流相关预报 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。 2.1 降雨径流相关图的形式 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里介绍国内普遍使用的产流量与降雨量和前期影响雨量三者的关系，即R P P a ~~相关图。 图2-1 降雨径流相关图 使用R P P a ~~关系曲线进行净雨量计算一般有两种处理途径：一种是根据洪水初期的a P 值，把时段雨量序列变成累积雨量序列，用累积雨量查出累积净雨，由累积净雨再转化成时段净雨量序列；另一种方法是根据时段降雨序列资料直接推求时段净雨序列。第一种方法的缺点是在整个洪水过程中，使用一条 R P ~曲线， 没有考虑洪水期中a P 的变化。而后者的不足是，当时段取的过小时，一般时段雨量不大，推求净雨时的查线计算易集中在曲线的下段。两种方法的结
果存在差别，至于何者更接近实际也很难断言。 2.2 前期影响雨量a P 的计算 A P 由前期雨量计算，也称前期影响雨量，是反映土壤湿度的参数。其计算公式为 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 )(11,,--+=t t a t a P P K P (2-1) 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则 1,,-=t a t a KP P (2-2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数，对于日模型而言，一般地取85.0≈K ；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。式(2-1)和(2-2)为连续计算式。由于 ?????????+=+=+=+=--+---------) ()()()(,1,33,2,22,1,11,,n t n t a n t a t t a t a t t a t a t t a t a P P K P P P K P P P K P P P K P (2-3) 将式(2-3)各行逐一代入得到 )(,33221,n t n t a n t t t t a P P K P K P K KP P -----+++++= (2-4) 式(2-4)为向前倒数n 天的一次计算式。一般取15天既可满足计算要求。 用m I 表示流域最大损失量，在数值上等于流域蓄水容量。以mm 表示，通常mm 100~60≈m I 。当计算的m a I P >时，则以m I 作a P 值计算，即认为，此后的降雨量P 不再补充初损量，全部形成径流R 。 当计算时段长h 24≠?t 时，土壤含水量衰减系数K 应该用下式换算 N KD K /1= (2-5) 式中：t N ?=/24，KD 为土壤含水量日衰减系数，K 为计算时段是t ?小时的土壤含水量衰减系数。
用Excel (电子表单程序) 作降雨径流预报 随州水文水资源勘测局：朱泽文 摘 要:具体介绍利用Excel 作降雨径流预报的计算的步骤,证明其精确、简易操作 关键词:Excel ; 单位线;预报出口断面径流过程 预报出口断面径流过程就是:根据流域已发生降雨过程通过计算,确定各项参数指标. 利用Excel 作出口断面径流过程演算,该方法有效地提高了预报工作效率,并使图表数据更清晰更精确直观。 1 降雨径流预报原理 根据发生降雨计算前期影响雨量Pa 它是反映土壤湿度的参数若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 )(11,,--+=t t a t a P P K P (1-1) 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则 1,,-=t a t a KP P (1-2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数，一般取85.0≈K ；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。式(1-1)和(1-2)为连续计算式。由于 ????? ?? ??+=+=+=+=--+---------) ()()() (,1,33,2,22,1,11,,n t n t a n t a t t a t a t t a t a t t a t a P P K P P P K P P P K P P P K P (1-3) 将式(1-3)各行逐一代入得到 )(,33221,n t n t a n t t t t a P P K P K P K KP P -----+++++= (1-4) 式(1-4)为向前倒数n 天的一次计算式。一般取15天既可满足计算要求。 有了流域平均降雨量P 、相应的前期影响雨量a P 值，即可根据绘制降雨径流相关图查算出本次降雨产生的径流量R 。降雨径流相关图见（图1）
降水 大气中的液态或固态水，在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象称为降水。降水的主要形式是降雨和降雪，前者为液态降水，后者为固态降水，其他的降水形式还有露、霜、雹等。凡日降水量达到和超过50mm的降水称为暴雨。暴雨又分为暴雨、大暴雨和特大暴雨三个等级。 小雨：12小时内降水量为0.1-4.9mm或24小时内降水量为0.1-9.9mm降雨。 中雨：12小时内降水量5.0～14.9mm或24小时内降水量10.0～24.9mm的降雨过程。 大雨：12小时内降水量15.0～29.9mm或24小时内降水量25.0～49.9mm的降雨过程。 暴雨：12小时内降水量30.0～69.9mm或24小时内降水量50.0～99.9mm的降雨过程。 大暴雨：12小时内降水量70.0～139.9mm或24小时内降水量100.0～249.9mm的降雨过程。 特大暴雨：12小时内降水量大于等于140.0mm或24小时内降水量大于等于250.0mm的降雨过程。 小雪：12小时内降雪量小于1.0mm(折合为融化后的雨水量，下同)或24小时内降雪量小于2.5mm的降雪过程。
中雪：12小时内降雪量1.0～3.0mm或24小时内降雪量2.5～5.0mm或积雪深度达3CM的降雪过程。 大雪：12小时内降雪量3.0～6.0mm或24小时内降雪量5.0～10.0mm或积雪深度达5CM的降雪过程。 暴雪：12小时内降雪量大于6.0mm或24小时内降雪量大于10.0mm或积雪深度达8CM的降雪过程。 一、降水要素 降水是水文循环的重要环节。在水文学中一般只讨论降水时空分布的表示方法和降水资料的整理及应用。描述降水的基本物理量（即降水的基本要素）介绍如下： （1）降水量（深）。降水量的概念是时段内（从某一时刻到其后的另一时刻）降落到地面上一定面积上的降水总量。按此定义，降水量应由体积度量，基本单位为m3。但传统上总是用单位面积的降水量即平均降水深（或降水深）度量降水量，单位多以mm计，量纲是长度。降水量一般用专门的雨量计测出降水的毫米数，如果仪器承接的是雪、雹等固态形式的降水，则一般将其溶化成水再进行测量，也用毫米数记录。但在进行水资源评价等考虑总水量时多用体积度量降水量。 降水多发生在大的面积上，但仪器观测的点位相对面积很微小，常作为几何的点看待，因此又有“面降水量”和“点降
雨水收集利用的总体规划及计算数据 根据《建筑与小区雨水利用工程技术规范》的规定：雨水储存设施的有效储水容积不易小于集水面重现期1—2年的日雨水设计径流总量扣除设计初期径流弃流量，本设计取一年。统计常州市年均降雨量1066.0mm，一年一遇日降雨量为46mm，本次设计水池容积计算取46mm。 1、车间二汇水面积为16752㎡，径流系数为0.9。 按照46mm降雨厚度计算，下垫面可收集雨水量为： W=10ΨH F （1.1）式中 W ——雨水储水池容积，m3 ； Ψ——雨量径流系数; H——设计日降雨量，mm/d ； F ——汇水面积，h㎡。 项目区域内一场降雨共收集雨水量为W： W＝16752×0.9×0.046＝693m3 按设计规范要求，屋面雨水初期弃流可采用2-3mm径流厚度，本方案取2mm。初期雨水弃流量为： W1=16752×0.9×0.002＝30m3 一场降雨实际可收集雨水量为： Q = W – W1 =693-30=663m3 2、车间一汇水面积为9725㎡，径流系数为0.9。 按照46mm降雨厚度计算，下垫面可收集雨水量为： W=10ΨH F （1.1）式中 W ——雨水储水池容积，m3 ； Ψ——雨量径流系数; H——设计日降雨量，mm/d ； F ——汇水面积，h㎡。 项目区域内一场降雨共收集雨水量为W： W＝9725×0.9×0.046＝402m3 按设计规范要求，屋面雨水初期弃流可采用2-3mm径流厚度，本方案取2mm。初期雨水弃流量为：
W1=9725×0.9×0.002＝17m3 一场降雨实际可收集雨水量为： Q = W – W1 =402-17=385m3 若同时收集车间一、二的屋面雨水，一次降雨约收集雨水1048m3。
水文预报重点总结 一、选择题 二、填空 三、简答 四、计算 五、综合分析 第2章 降雨产流量预报 1.降雨径流预报：研究流域内一次降雨将产生多少径流量、径流量的时程分配及径流成分的划分。 2. 3.两种产流方式特点和区别: 蓄满产流: 1）概念：在湿润及半湿润地区，植被较好，表土的下渗能力很强，一般的雨强难以超过。由于湿润，地下水位较高，包气带缺水量不大，易于被一次降雨所满足。这种产流方式的特点是降雨与总产流量的关系只决定于前期土湿，与雨强无关，叫做蓄满产流。单点产流公式： 2）基本原理：任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。 超渗产流: 1）概念：在我国干旱地区，特别在植被较差处，雨量稀少，地下水埋藏深，且包气带下部常为干。由于包气带缺水量大，一般降雨不可能使包气带达到田间持水量。但植被差，土质贫瘠，下渗能力低。产流的方式主要是雨强超过渗强而形成地面径流，成为超渗产流： 当 当 有些地区产流方式比较复杂，表现出过渡性，蓄满及超渗兼有。 2）基本原理：当PE<=F ，RS=0，当PE>=F ，RS=PE —F ，一般，干旱地区降雨强度大，历时短，E 可忽略，PE 可由P 代替。 超渗产流和蓄满产流区别： 4.蒸发关系概化： 流域蒸散发有：土壤蒸发E S (影响最大)、植物散发E PL 、水面蒸发E W 0() R P E WM W =---:,0;s g i f R i f R >=-=:0s g i f R R <==
流域蒸发影响因素：（1）气象要素：太阳辐射、气温、风速、湿度、水汽压等;（2）植被覆盖：覆盖率、植被种类、植被生长季节等;（3）地貌特征：水面、陆面、都市区、朝阳坡、背阴坡;（4）土质：沙地、粘土、土质空隙度等; （5）土湿 5.一层、三层蒸发模型： 一层蒸发模式：E S =E S (E P ，W) 三层蒸发模式： 上土层（EU, WU,WUM ）蒸发量：EU=E P 下土层（EL, WL,WLM ）蒸发量：EL=E P .WL/WLM 深土层（ED, WD,WDM ）蒸发量：ED=C.E P 土壤蒸发量：E=EU+EL+ED (同时刻相加） 1)当WU+P>=E P , EU=E p ,EL=0,ED=0; 2)当WU+P 白云致友汽车配件交易中心雨水径流控制 一、雨水径流量计算 建设前本项目占地面积47798m 2，下垫面主要为碎石路面、土路面和公共绿地。碎石路面占地面积12000m 2，土路面占地面积17198m 2，绿地占地面积18600m 2。 表1 建设前下垫面面积统计 建设前综合径流系数，计算公式如下： m ld ld kst kst fst fst S )F ()F ()F (''''''ψ?∑+ψ?∑+ψ?∑= ψ= 【12000x0.40+17198x0.29+18600x0.15】/47798=0.263 采用广州市暴雨强度公式，计算总公式： 750 .0)259.11() lg 438.01(427.3618++= t P q =357.5L/s.ha=0.357 L/s.m 2 1).设计重现期：P=5a 2).设计降雨历时：t=20min 3).地面综合径流系数：取Ψ=0.263 建设前雨水径流量为Q （jsq ），建设前没有雨水径流削减措施，因此Q d （jsq ）=0 Q （jsq ）= Q s （jsq ）-Q d （jsq ） =0.263x47798x0.357=4490L/s 式中：Q （jsq ）——建设前雨水径流量（L/s ）； Q s （jsq ）——建设前雨水设计流量（L/s ）； Q d （jsq ）——建设前雨水径流措施径流削减总量（L/s ）。 建设后下垫面主要为透水地面、绿地和不透水地面。透水性人行道、露天停车场、铺装地面面积8184m 2，绿地占地面积18600m 2，硬屋面硬化面积9500m 2，非渗透车道路面7000m 2。 （2）地表径流污染物 本产业转移园规划区内已开发的区域为华鸿铜业，面积为20公顷，未开发面积为 407.57公顷。 根据历史气象资料统计，园区所在区域多年平均降雨量为22l6mm，径流系数按《环境影响评价技术导则—地表水环境》（HJ/T 2.3-93）中表15的推荐值，硬化地面（道路路面、人工建筑物屋项等）的径流系数可取值 0.80，其它绿化地面（草地、植被地表等）的径流系数可取 0.18。地表径流量估算公式如下：Qm103C Q A（3-1）式中：Qm——降雨产生的路面水量，m3 /a； C——集水区径流系数； Q——集水区多年平均降雨量，mm； A——集水区地表面积，m2。 通过地表径流量估算公式计算，可得目前园区地表年径流量，见表3-18。 表3-18不同类型区域地表径流量 地表类型 已建成区 未建成区 合计地面面积（ha） 20.0 407.57 427.57径流系数 0.80 0.18 ——地表径流量（万m3/a） 35.46 160.44 195.90对于地表径流中水污染物浓度参数选取，可类比《面污染源管理与控制手册》（科学普及出版社广州分社），具体取值见表3-19。一般来说，面源污水大部分的污染物出现在降雨前15分钟初期的雨水中，假定降雨集中在一年中的150天，每天连续6小时的降雨，6小时降雨的前15分钟为初期降雨，计算得出一年中的初期降雨总径流量为 8.16万m3 /a。 表3-19不同类型区域地表径流中水污染物浓度参数单位： mg/L污染源 农田径流 xx径流BOD57 30COD 80 20～600总氮93～10总磷 0.02～ 0.6对于园区已建成区水中污染物的浓度可参考城市暴雨水，未开发区域可参考农业耕地雨水径流中水污染物的浓度，结合表3-19，计算本工业园区地表径流量，见表3-20。 表3-20工业园现状地表径流中主要水污染物排放负荷单位： t/a地表类型 已建成区 未开发区 合计初期雨水径流量 （万m3/a） 1.48 6.69 8.16BOD5 0.44 0.47 0.91COD 4.58 5.35 9.93总氮 0.10 0.60 0.70总磷 水文预报考试重点 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 .水文预报：根据已知的信息对未来一定时期内的水文状态做出定性或定量的预测。内容：洪水预报、旱情预报、估计径流预报、融雪径流预报、冰清预报。.实时洪水预报：指的是对将发生的未来洪水在实际时间进行预报，实际时间就是观测降雨即时进入数据库的时间。 .产流模式：蓄满、超渗产流。区别：超渗产流在一次洪水过程线中没有或者基本没有地下径流，而蓄满产流的地下径流比例大。1超渗产流：干旱和半干旱地区的地下水埋藏很深，包气带可达几十米甚至上百米，降水不易使包气带蓄满，下渗的水量一般不会产生地下径流。只有降水强度超过下渗率时才有地面径流产生，地下径流量RG很少。这种产流方式，称为超渗产流。原理：当PE<=F，RS=0，当PE>=F，RS=PE—F，一般，干旱地区，降雨强度大，历时短，E可忽略，PE可由P代替。2蓄满产流：又称超蓄产流。因降水使土壤包气带和饱水带基本饱和而产生径流的方式，是降雨径流的产流方式之一。原理：任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流；当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。 .下渗曲线制作：下渗能力随时间的变化过程线。以f(t)~t表示。下渗的水量用累积下渗量F随时间的增长曲线来表示。 .流域蓄水容量曲线：流域内各点包气带的蓄水容量是不同的，将各点包气带蓄水容量从小到大排列，以包气带达到田间持水量时的土壤含水量WM′为纵坐标，以流域内小于等于该WM′的面积占全流域的面积比α为横坐标，反映土壤缺水量空间分布的不均匀性。 .地表径流：一部分大气降水落到地面后，沿着斜坡形成漫流，注入河流，汇入海洋的水流。 4 设计年径流量的计算 4.1 正常年径流量的计算 在一个年度内，通过河川某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。河川径流在时间上的变化过程有一个以年为周期循环的特性，这样，我们就可以用年为单位分析每年的径流总量以及径流的年际与年内分配情况，掌握它们的变化规律，用于预估未来各种情况下的变化情势。 河川径流量是以降水为主的多因素综合影响的产物，表现为任一河流的任一断面上逐年的天然年径流量是各不相同的，有的年份水量一般，有的年份水量偏多，有的年份则水量偏少。年径流量的多年平均值称为多年平均径流量 多年平均径流量Q＝∑Q i/n ∑Q i各年的年径流量之和 n——年数。 在气候和下垫面基本稳定的条件下，随着观测年数的不断增加，多年平均年径流量Q 趋向于一个稳定数值，这个稳定数值称为正常年径流量。 显然，正常年径流量是反映河流在天然情况下所蕴藏的水资源，是河川径流的重要特征值。在气候及下垫面条件基本稳定的情况下，可以根据过去长期的实测年径流量，计算多年平均年径流量来代替正常年径流量。 但是正常年径流量的稳定性不能理解为不变性，因为流域内没有固定不变的因素。就气候和下垫面条件来说，也是随着地质年代的进展而变化，只不过这种变化非常缓慢，可以不用考虑，但是大规模的人类活动，特别是对下垫面条件的改变将使正常年径流量发生显著变化。 根据观测资料的长短或有无，正常年径流量的推算方法有三种：有长期实测资料，有短期实测资料和无实测资料。 4.1.1 有长期实测资料时正常年径流量的推算 有长期实测资料的含意是：实测系列足够长，具有一定的代表性，由它计算的多年平均值基本上趋于稳定。由于各个流域的特性不同，其平均值趋于稳定所需的时间也是不会相同。对于那些年径流的变差系数Cv变化较大的河流，所需观测系列要长一些，反之则短些。所谓代表性一般是指在观测系列中应包含有特大丰水年，特小枯水年及大致相同的丰水年群和枯水年群。 当满足以上条件时，可用算术平均法直接计算出正常年径流量。 Q=∑Q i/n n――为观测年数 Q i---为，某年的年径流量 此法的关键是分析资料的代表性，即在实测资料的系列中必须包含河川径流变化的各种特征值，同时还要同临近有更长观测资料的流域进行对比分析，进一步确定实测资料的代表性。 根据我国河流的特点和资料条件，一般具有二三十年以上可作为有长期资料处理。 4.1.2 有短期实测资料时正常年径流量的推算 短期实测资料是指一般仅有几年或十几年的实测资料，且资料的代表性较差。此时，如果利用算数平均法直接计算将会产生很大的误差，因此，计算前必须把资料系列延长，提高其代表性。 延长资料的方法，主要是通过相关分析，即通过建立年径流量与其密切相关的要素（称为参证变量）之间的相关关系，然后利用有较长观测系列的参证变量来展延研究变量年径流量的系列。 4.1.2.1参证变量的选择 展延观测资料系列的首要任务是选择恰当的参证变量，参证变量的好坏直接影响精度的高低。一般参证变量应具备以下三个条件： （1）参证变量与研究变量在成因上是有联系的。当需要借助其他流域资料时，参证流域与研究流域也需具备同一成因的共同基础）。 （2）参证变量的系列要比研究变量的系列长。 （3）参证变量与研究变量必须具有一定的同步系列，以便建立相关关系。 当有好几个参证变量可选时，可以选择与研究变量关系最好的作为首选参证变量，也可以同时选择好几个参证变量，建立研究变量与所选参证变量间的多元相关关系。总之，以研究成果精度的高低作为评判参证变量选择好坏的标准。 目前，水文上常用的参证变量是年径流量资料和年降水量资料。 4.1.2.2利用年径流资料展延插补资料系列 在研究流域附近有长期实测年径流量资料，或研究站的上、下游有长期实测年径流量资料的水文站。经分析，证明其径流形成条件相似后，可用两者的相关方程延长插补短期资料。 姓名： XXX 学号：XXXX 计算原理与方法 方法概述 在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。由分析计算得到的降雨量、流域蓄水量或前期影响雨量，按相关分析的方法，建立它们与径流深之间的相关图， 这些相关图反映了流域的产流规律。应用此相关图可以由降雨计算出相应的产流量。这种图一类是没有固定的数学模型，称之为经验的降雨径流相关图。 图1 降雨径流相关图 降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。这里采1.2制作方法 1.2.1前期影响雨量a P 的计算 A P 若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则 (11,,--+=t t a t a P P K P 若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则 1,,-=t a t a KP P (2) 式中：K 为土壤含水量衰减系数；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。 K 值可按下式计算： 1p E K WM =- (3) 1.2.2降雨径流相关图的绘制 根据计算出的流域平均降雨量P 和P 所产生的径流量R ，以及相应的前期影响雨量a P ，便可建立降雨径流相关图。由式),(a P P f R =建立起来的三变数降雨径流相关图的步骤如下： 根据已知模型参数b 、WM ，首先计算a 、WMM ，然后分别算出在不同的W 0（相应于Pa 按等差序列设定，如0、10、20、30、……、120mm ）和P 下的R 。 与流域蓄水量W 相对应的纵坐标a 为 1 1*[1(1)] + =--b W a WMM WM (4) 1= +WMM WM b (5) 当a P E WMM +-<时 1()()1b a P E R P E WM W WM WMM ++-?? =---+- ? ? ? (6) 当a P E WMM +-≥时 ()()R P E WM W =--- (7) 1.3实时预报方法 根据降雨过程及降雨开始时的a P ，首先累计各时段的降雨过程，在图上查出累计的净雨过程，然后将累计的净雨过程，两两相减，得到各时段的降雨所对应的时段净雨。若降雨开始时的a P 不在某一条等值线上，则用内插法查算。 由于在实时预报阶段要计算蒸发量E ，从而计算得到有效降雨量PE ，蒸发计算可采用一、二、三层蒸发模式计算法，本作业采用二层蒸发模式法，计算方法如下： 该模型把流域蓄水容量m W 分为上下二层，m WU 和m WL ，m W =m WU + m WL 。实际蓄水量也相应分为上下二层，t WU 和t WL ，t W =t WU +t WL 。并假定：下雨时，先补充上层缺水量，满足上层后再补充下层；蒸散发则先消耗上层的t WU ，蒸发完了再消耗下层的t WL 。上层按蒸散发能力蒸发，下层的蒸散发量假定与下层蓄水量成正比，即： 当t m t t E WU P ??≥+时 t t t t t m t EL EU E ,0EL ,E EU ??????+=== (8) 当t m t t E WU P ??<+时 流域地表径流系数的计算方法研究 摘要：径流系数是描述降雨和径流关系的重要参数 ,在雨洪控制利用系统的理论研究、 规划、 设计计算中应用广泛 ,在流域或区域的雨水径流总量、 径流峰流量、 流量过程线以及非点源污染物总量、 各设施规模的计算中也起着极其重要的作用。由于径流系数有着不同的含义,其相应的统计计算方法、适用条件、应用目的和取值不尽相同。而且要获得流域的径流系数通常是比较困难的，在一些特殊流域基本上很难获得能满足要求的径流实测资料，尤其在多年平均径流量的计算中实测数据资料往往相当缺乏，在这样的情况下有必要利用一些特殊的方法去满足工程建设对水文数据的需求。本文综合了大量的数据以及列举了多个例子，详细地介绍了不同情况下径流系数的推求方法，并在此基础上研究总结提出了过程中发现的一些问题和心得。 关键词：流域 径流量 降雨量 径流系数 一 引言 流域径流系数是指同一流域面积、同一时段内径流量与降水量的比值，以小数或百分数表示。计算式为：α＝R/P ，式中α为径流系数，R 为径流深度，P 为降水深度。α值变化于0～1之间，湿润地区α值大，干旱地区α值小。我国台湾地区河流年平均径流系数＞0.7，表明径流十分丰富；径流贫乏的海滦河平原，年平均径流系数仅有0.1。 根据计算时段的不同，可分为瞬时雨量径流系数、雨量径流系数、年径流系数、多年平均径流系数等。径流系数综合反映流域内自然地理要素对降水─径流关系的影响。 瞬时雨量径流系数是指某一特定的流域或汇水面上 ,降雨期间随时间变化的径流厚度和降雨厚度之间的瞬时变化关系 ,是一个动态的变量 ,这个意义上的径流系数就是瞬时雨量径流系数。雨量径流系数是指降雨时 ,在某一汇水面上产生的径流量 (厚度 )和降雨量 (厚度 )的比值 ,一般用于估计一场降雨在某一汇水区域内单位面积产生的平均径流厚度。年径流系数和多年平均径流系数反映了流域降雨厚度和径流厚度长时间的关系 ,是一个累积结果。在各种径流系数中应用较为广泛的是年径流系数和多年平均径流系数。径流系数的计算主要是要计算流域相应时间段内径流量与降雨量。 二 径流量的计算 （一） 年径流量的计算 流域年降雨次数为n 次，且每次降雨所产生的径流量均有实测数据资料，则流域的年径流量可按下式计算。 Q= ∑=n 1 i Qi （1） 式中 Q ——流域年径流总量（mm ）； Q i ——第i 次降雨产生的径流量（mm ）。 （二） 多年平均径流量的计算 1.有长期实测资料的多年平均径流量的计算 所谓的有长期实测资料，是指实际观测的年数n 在20年以上。它包括有丰、平、枯水年的观测资料，由它计算的径流量多年平均值基本上是稳定的。在这种情况下，可以由下式（2）计算径流量的多年平均值，以此值代表多年平均径流量，即： 降雨径流预报瞬时单位线推求分析 作者：田长涛 来源：《水能经济》2017年第03期 【摘要】降雨-径流型洪水预报目前普遍适用于中小流域，该预报方法主要是利用降雨径流汇流单位线法来预报流域出口断面洪水过程，是目前常用的较成熟预报方法之一。该方法依据历史洪水数据分析，总结归纳出各种类型的洪水单位线，鉴于目前存在的多种推求流域汇流单位线的方法，针对某次历史洪水并非所有方法都可以求出单位线，本文以瞬时单位线法为例，对实例洪水进行单位线推求分析，求得单位线满足使用条件，并对推求方法和注意事项提出了建议。中小流域洪水预报方法较多，本文仅对瞬时单位线推求作了简要论述，重点针对实践环节，文中结论仅供参考。 【关键词】降雨径流型洪水预报；河网汇流；瞬时单位过程线；径流过程；净雨量 1、流域汇流单位线法洪水预报简介 水文预报常用的方法有上下游相应水位（流量）法和降雨径流預报法。降雨径流预报法主要应用在流域预报断面上游无控制站，只能依靠上游降雨来预报断面洪水过程。这类预报步骤有产流和汇流两部分，产流指分析降雨在经过蒸发、下渗、截留损失后有多少净雨能够形成径流并进入河网；汇流指由降雨形成的径流在断面形成何种径流过程，该过程主要由径流历时、各时段流量和洪峰流量来表示。产流分析由事先根据各场次历史洪水计算的降雨和相应径流深相关点据图查得。汇流分析则需要利用流域汇流单位线来完成。 2、流域汇流单位线简介 我们将一次降雨过程形成的洪水按时间-流量关系画在图上，该线称为洪水过程线，只是该过程线由不同量级降雨形成。为了方便应用，将规定量级降雨（10mm单位）形成的径流过程线称为汇流单位线。单位线指标有峰值、洪峰滞时（指降雨历时中间点至洪峰的时距）、径流总历时、降雨（径流）时段。单位线时段取决于降雨资料时段，根据资料观测精度一般有6、12、24h等。应用单位线预报洪水时将实际降雨按与10mm净雨的倍比来计算径流过程。 3、瞬时单位线推求方法介绍 瞬时单位线洪水时段都是瞬时的，可以转换为任意时段，其对降雨时段没有要求，实用性强，主要参数为反应流域调节能力的n、k。计算公式为，实际应用时由实例洪水通过矩法算出。 4、实例应用分析 Jan. ,2019Vol. 41 NO. 1 2019年1月第41卷第1期小地下水Ground water 衡水市城区降水径流分析 张新潮，徐 佳，张爽娜 （河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水053000） ［摘要〕利用衡水市城区及周边站点降水、径流实麻观测资料，分析彩响城区径流的因素。计算得出城区不 同强度平均径流系数，次降水径流系数多在0.32以下，符合衡水市城区发展现状。根据城区计算的不同强度次降 水量、次径流深成果，分别绘制X 、Y 散点图，添加趋势线并显示公式，降水径流相关关系较好，呈线性关系，遂得出降 水径流P-R 线性方程式，可为城区防洪排涝提供预测预报服务。 ［关键词］衡水市城区；降水径流；系数；方程式 ［中图分类号］P333.6 ［文献标识码〕B ［文章编号］1004 - 1184（2019）01 -0173 -03 1衡水市城区雨污排放状况 河北省衡水市区分为主城区、路北区、河东区三大排水 区域。主城区主要通过胡堂排干渠排水，路北区主要通过班 曹店排干渠排水，河东区及南部新区主要通过京衡大街主管 道排入浚阳河，市区各排水分支管网通过截流最终进入市污 水处理厂处理。汛期雨水较大时，可通过东浚阳、北门口、前 进街等多处排涝闸提闸直接排水入淺阳河。 衡水市区工业废水和生活污水经污水处理厂处理后经闸 西干渠排入漫阳河，城市雨洪部分就近排入景观水体、坑塘 等，其余与污水处理厂处理后的污水排入浚阳河。濫阳河衡 水站位于溢阳河大西头枢纽以下400 m 处，衡水市排污水和 雨洪排水口均在该断面以上，淺阳河上游来水在侯庄枢纽以 上导入淺阳新河，所以衡水站控制来水全部为衡水市区排污 和城市雨洪。 2城区监测站点、资料选择及参数计算方法 衡水市城区及周边先后建有衡水湖、市水务局、水文局 等6处降水量站点，能够准确计算城区面降水量，漫阳河衡 水站为水文站，降水量、径流资料齐全，并能够完全控制市区 排污和城市雨洪，城区生活污水和生产废水排放比较稳定， 可以看作基流，衡水站洪水过程扣除基流（排污），即为衡水 市城区雨洪径流量。 2.1雨量站点选择及面雨量计算方法 根据研究区内及周边雨量站点的设站时间及控制范围， 选取对应的雨量站，并对产生次洪水的有效降水进行分析， 采用面积加权法、以点代面法计算次面平均降水量。 2.2次洪水过程选取原则 根据衡水站2004 -2017年洪水水文要素摘录表、降水 量摘录表，参考水位变化，选取雨洪对应关系良好的洪水过 程为原则，计算次地表径流深及次地表径流系数，其中去除 了一些基流量大或可能为上游排水的场次洪水过程。 2.3次洪水地表径流计算方法 城区次洪水地表径流量一般用径流深（R ）或径流系数 （a ）来表示，其关系表达式为： R = R itl - R? （ 1） a = R/P （2） 式中：R 为次洪水地表径流量（m m ） ；a 为次洪水地表径 流系数；P 为次面平均降水量（m m ）;R*为本次降水所形成的 基流（或污水）总量（mm ）； 2.4次洪水地表径流计算成果 从衡水站水文资料成果中，选取了测验和整编可靠，雨 洪对应关系良好的洪水过程计算地表径流深和径流系数。 共选取雨洪过程65次，其中，中小雨雨洪过程有22次、大雨 雨洪过程有19次、暴雨及大暴雨过程有24次。经计算，得 出衡水市城区次洪水地表径流系数成果，不同强度降水径流 系数中小雨平均为0.20,大雨平均为0.20,暴雨及大暴雨平 均为0. 24,综合平均降水径流系数为0. 21。 3降雨径流关系分析 3.1次降雨径流关系的建立与参数计算 根据研究区计算的次降水量、次径流深成果，在Excel 表 中绘制X 、Y 散点图，X 代表降水量、Y 代表径流量，添加趋势 线并显示公式⑴、显示R 平方值，此处R 为相关系数，以下用 r 代替。根据X 、Y 散点图呈现的关系，在趋势预测/回归分析 类型中分别选取指数、线性、对数、多项式和審函数进行趋势 线比较，最终选取曲线拟合较好，趋势线r 2较大的趋势预测/ 回归分析类型为最优⑵。 通过中小雨、大雨、暴雨及大暴雨的趋势线分析，发现多 项式拟合和线性拟合都较好，最终选取较为简单的线性关系 方程式,降水径流相关关系方程表达式为： R = aP + b 由于径流系数a = R/P,故a 与P 之间关系可以表示为： a = a + b/P 从Excel 表中绘制的中小雨、大雨、暴雨及大暴雨、综合 降雨散点图中，可以看出P~R 线性方程式及参数a 、b,以及 相关系数r 平方值。P~a 通过计算可得关系式。衡水市城 区降水径流相关图见图1?图4；具体P ?R 和P ?a 线性方 程式见表1。 ［收稿日期］2018 -09 -22 ［作者简介］张新潮（1974 -）,男，河北枣强人，高级工程师，主要从事水文水资源监测与评价工作。 173 降雨径流型洪水预报方法实例分析 降雨径流型洪水预报是目前中小河流普遍采用的预报方法，该方法受流域下垫面影响较大，流域下垫面种类、分布都对雨水下渗、蒸发产生直接影响。文章在传统流域汇流单位线理论基础上利用相关图和回归方程提出了部分产流复杂流域降雨径流预报方法。该方法基于洪水主要影响因素，实现手段简便，物理成因明确，手段符合理论要求，为提高流域洪水预报精度有一定参考借鉴作用。 标签：中小流域；下垫面；产汇流影响；相关图；预报模型 1 降雨径流预报介绍 针对某一流域，降雨须经过蒸发、下渗、坡地产流和河槽汇流几个阶段才能形成一次洪水过程，见图1。 图1 降雨产流过程简图 一次降雨形成径流可分为地面径流（图2中1、2部分）和地下径流（图2中3、4部分），地下径流分浅层和深层地下径流，深层地下径流由前期降雨形成。降雨径流预报法就是根据已知降雨情况来推求其产生的洪水过程。 2 降雨径流预报影响因素 自然地理、气象和土壤湿润程度是影响降雨在地面形成径流的主要因素。气象因素包括降雨量级、强度、降雨在时间和空间上的分布等；流域自然地理特性包括流域面积、植被覆盖率、土壤结构等；流域降雨前期土壤湿润情况是影响降雨产流的重要因素，因为其直接决定着下渗损失雨量的大小。上述影响因素成因复杂，均难以定量掌握。 3 示例流域介绍 永翠河流域位于伊春市带岭区，流域面积约677km2，河长67km。流域地貌属小兴安岭山地，植被良好，地下水丰富。流域为黑龙江省暴雨中心之一。流域位于黑龙江省多年冻土分区南部边缘，年内土壤11月结冻，第二年4月解冻。一些山地阴坡或塔头地带，年内始终存在小兴安岭岛状冻土，最大冻土深约2.5m，冻土总体分布自上游至下游面积、深度逐渐减小。流域冻土导致降雨下渗异常，透水较差，冻土融冻时吸收热量，抑制蒸发，实际蒸发小于正常蒸发，土壤含水量大于无冻土区。该区域因冻土存在使降雨下渗情况更加区域复杂化，难以用单一方法来预报其降雨产流过程。 4 预报方法介绍 流域下垫面影响因素复杂，其产汇流规律复杂多变，根据流域特性，采用降 流域降雨径流预报中土壤含水量计算分析 在降雨径流类型流域洪水预报工作中，降雨前期流域土壤含水量是个重要分析计算指标，其对预报成果精度起着重要作用。流域降雨前期土壤含水量计算涉及几个重要参数，即折减系数k、蒸发能力Em、流域降雨最大初损值Im，这些参数都需由具体流域实例数据分析求得。文章以西南岔河南岔站为例，对该流域的各项参数进行了实例计算分析，得到了该区域的经验参数范围，为流域洪水预报基础工作夯实了实践基础。 标签：西南岔河流域；降雨径流预报；土壤含水量；参数计算；经验参数范围 前言 在中小流域，由于流域面积较小，往往仅有一处流域出口控制站，在洪水预报时必须利用测站上游流域降雨来预报洪水，这种利用流域上游降雨来预报测站洪水的预报方法称为降雨径流预报。在利用流域降雨预报洪水径流时必须事先确定流域降雨前期的土壤含水量，以便根据不同土壤含水量来分析和计算径流过程，因为在相同的降雨量级时，流域前期土壤含水量不同，其产流量存在较大差异。不同流域之间因流域特性不同，其土壤蒸发和雨水下渗规律也不同，必须具体流域具体计算分析各自的土壤含水量参数。 1 流域平均前期土壤含水量参数计算方法介绍 在某次降雨前流域原有的土壤含水量称为前期土壤含水量。它的大小与本次降雨的下渗损失量直接有关，是影响降雨产流的主要因素。目前，实测的土壤含水量资料很少，且土壤含水量在流域上的分布规律也比较复杂，因此，还不能用直接的方法求得。通常是用雨量资料间接推算。这种方法只是求得一个反映前期土壤湿润情况的指标pa，又称前期影响雨量。计算流域逐日pa值公式如下： pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n （1） 式（1）中Pa.t—第t日的土壤含水量指标（mm）；pt-1、pt-2、pt-3、……pt-n—第t日，前一天、二天、…n天的日雨量（mm）；K—日折减系数，与土壤的蒸发能力有关；n—计算天数（d），一般取15-30天。因土壤含水量有一个饱和限度值，式（1）计算出的pa值必须规定一个最大限度，也称为最大初损值Im，因此计算流域土壤含水量pa值的前提是首先要求出折减系数K和最大初损值Im。 1.1 折减系数K值得确定 目前，根据土壤蒸发能力确定K值得方法如下：由Et=pa.t-pa.t+1=pa.t-Kpa.t=pa.t（1-K），可以得出K=1-（Et/pa.t），因土壤含水量达 《水文预报课程设计》 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》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) 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； 2) 熟悉降雨～径流相关图编制的完整过程； 3) 新安江两水源模型结构及产流参数率定方法； 4) 流域经验单位线的推求方法； 5) 洪水预报方案精度评定方法； 6) 利用预报方案进行实行洪水预报方法； 7) 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 i i P P α?=∑ (1) 其中i α为i 站的面积权重，i P 为i 站的实测降雨 4.12 各测站基本资料如表1、表2所示雨水径流控制方案15.12.24
地表径流计算
水文预报考试重点
设计年径流量的计算
降雨径流相关图模板
流域地表径流系数的计算方法研究
降雨径流预报瞬时单位线推求分析
衡水市城区降水径流分析
降雨径流型洪水预报方法实例分析
流域降雨径流预报中土壤含水量计算分析
水文预报课程设计
相关主题
文本预览