水文预报课程设计报告.docx
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水文预报课程设计报告
《水文预报》
课程设计报告书
**大学*******学院
第一章基本任务
任务一:
根据已给数据资料及参数(本报告采用89-92年的历史数据),将流域作为整体:
(1)进行日模型产流量计算;
(2)比较计算年径流与实测年径流;
(3)通过误差分析,优选蒸发折算系数Kc;
(4)89~90年的历时数据作为率定参数,91~92年的数据作为模型检验。
任务二:
根据已给的设计暴雨资料和任务一率定的Kc,将流域作为整体进行如下计算:
(1)次洪产流量计算,划分水源;
(2)直接径流汇流,地下径流汇流的计算。
(3)采用2004年暴雨数据进行预报。
根据已给的资料、参数及做过的习题,自己编写程序,将流域作为整体进行产流量计算;将计算年径流与实测年径流进行比较。
第二章:
基本资料
1、流域概况
白盆珠水库位于广东省东江一级支流西枝江的上游,坝址以上集雨面积856km2。
流域地处粤东沿海的西部,海洋性气候显著,气候温和,雨量丰沛。
暴雨成因主要是锋面雨和台风雨,常受热带风暴影响。
降雨年际间变化大,年内分配不均,多年平均降雨量为1800mm,实测年最大降雨量为3417mm,汛期4~9月降雨量占年降雨量的81%左右:
径流系数0.5~0.7。
流域内地势平缓,土壤主要有黄壤和砂壤,具有明显的腐殖层,淀积层和母质土等层次结构,透水性好。
台地、丘陵多生长松、杉、樟等高大乔木;平原则以种植农作物和经济作物为主,植被良好。
流域上游有宝口水文站,流域面积553km2,占白盆珠水库坝址以上集雨面积的64.6%。
白盆珠水库有10年逐日入库流量资料、逐日蒸发资料和时段入库流量资料:
流域内有7个雨量站,其中宝口以上有4个。
雨量站分布较均匀.有10年逐日降水资料和时段降水资料;宝口水文站具有10年以上水位、流量资料;流域属山区性小流域且受到地形、地貌等下垫面条件影响,洪水陡涨缓落,汇流时间一般2—3h,有时更短;一次洪水总历时2~5d。
图2-1该地区水文站分布图
2、基本资料
(1)计算流域面积为553km2。
(2)流域内有四个雨量站,权重系数分别为0.33、0.14、0.33、0.20。
(3)资料文件名:
87-92data.xls,数据格式为:
T(i)Q(i)E(i)P1(i)P2(i)P3(i)P4(i)
3.计算参数
计算参数见表2-1。
计算年份
参数
初始张力水蓄量
1989—1990
Wm
Um
Lm
Dm
W
WU
WL
WD
140
20
60
60
110
10
40
60
B
C
Fc
Cg
0.3
0.16
24
0.978
Qg=55.3m3/s
第三章计算公式
1、蒸散发计算
根据流域特点,蒸散发计算采用的是三层蒸散发计算模式。
三层蒸发模式的具体计算如下:
1)当WU+P≥EP,
EU=Ep,EL=0,ED=0;
2)当WU+P EU=WU+P,EL=(EP-EU)×WL/WLM,ED=0; 3)当WU+P EU=WU+P,EL=C×(EP-EU),ED=0; 4)当WU+P EU=WU+P,EL=WL,ED=C×(EP-EU)-EL. 2、产流量计算 根据流域特点,产流量计算系根据蓄满产流理论得出的。 蓄满产流,即任一地点上,土壤含水量达田间持水量前,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。 a=WMM×(1-(1-W0/WM)^(1/(b+1)) PE>0,则产流;否则不产流。 产流时, 当PE+a≤WMM; R=PE+W-WM+WM×(1-(PE+a)/WMM)^(b+1) 当PE+a>WMM; R=PE+W-WM 3、水源划分 流域坡地上的降雨产流量因产流过程的条件和运动路径不同,受流域的调蓄作用不同,各径流成分在流量过程线上的反应是不一样的。 各水源分量如下: 1)当PE≤FC时: RS=0.0 RG=R 2)当PE>FC时: RG=FC*R/PE RS=R-RG 4、汇流计算 根据流域净雨和流域径流单位线,采用卷积的差分形式算出流域出口的流量过程。 计算公式: QS(I)=RS(I)×U QG(i)=CG×QG(i-1)+(1-CG)×RG(i)×U Q(I)=QS(I)+QG(I) 式中,U为单位转换系数, 第四章: 基本数据 任务一: 1.计算流域为白盆珠水库上游的宝口流域,流域面积553km2。 2.流域内有四个雨量站: 禾多布、马山、高潭、宝口,权中重分别为0.55、0.14、0.33、0.20。 3.资料数据格式为: T(i)Q(i)E(i)P1(i)P2(i)P3(i)P4(i) 4.计算参数: 计算 年份 参数 初始张力水蓄量 1989—1990 Wm Um Lm Dm W WU WL WD 140 20 60 60 110 10 40 60 B C IM Fc 0.3 0.16 0.002 24 任务二: 1、计算参数: WM=140,UM=20,LM=60,DM=60,IM=0.002,FC=11.0 W=140,WU=20,WL=60,WD=60 b=0.3,C=0.16,Cg=0.978,Qg=55.3 2、暴雨过程: 1989~1992年数据见文件89-92data.xls。 2004年暴雨过程数据见表4-1。 表4-12004年暴雨过程数据表 时间 蒸散发(mm) 降雨量(mm) 禾多布 马山 高潭 宝口 T(i) E(i) P1(i) P2(i) P3(i) P4(i) 2004-9-2312: 00 1.3 6.2 9.9 21.6 17.3 2004-9-2315: 00 1.3 7.6 16 20.6 12.6 2004-9-2318: 00 1.3 6.2 6.4 14.9 15.9 2004-9-2321: 00 1.3 8.8 17.2 29.4 18.5 2004-9-240: 00 1.2 25 34.8 35.3 24.6 2004-9-243: 00 0.9 29.9 29.2 43.9 37.8 2004-9-246: 00 0.9 38.6 24.8 46.9 33 2004-9-249: 00 0.9 6.9 7.5 6.1 12.3 2004-9-2412: 00 0.9 28.3 29.9 34.2 28.5 2004-9-2415: 00 0.9 25.6 42.7 39.8 75.4 2004-9-2418: 00 0.9 93.9 137.6 124 13.2 2004-9-2421: 00 0.9 85.3 90.8 85 75.9 2004-9-250: 00 0.8 51.5 47.7 49.2 38.5 2004-9-253: 00 1.1 39.8 70.3 42.1 97.7 2004-9-256: 00 1.1 43.2 47.3 61.5 45.9 2004-9-259: 00 1.1 20.5 13.3 15.8 13.1 2004-9-2512: 00 1.1 10.5 8 1.8 3.3 2004-9-2515: 00 1.1 7.4 8.4 7.6 10.9 2004-9-2518: 00 1.1 1.8 2.8 2.1 4.6 2004-9-2521: 00 1.1 0.2 0 0.3 0 2004-9-260: 00 1.2 0 0 0 0 2004-9-263: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-266: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-269: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-2612: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-2615: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-2618: 00 2.1 0 0 0 0 2004-9-2621: 00 2 0 0 0 0 用给定权重计算流域面平均雨量。 2、单位线 单位线过程(m3/s)为: 0,40,80,130,100,80,48,20,10,5,0 闰年按天数366,非闰年天数365。 流域蒸散发折算系数Kc优选原则: 计算的2年资料的Kc应相同并使得2年内每年的年径流相对误差尽可能不超过5%。 第五章: 结果评定及分析 水文预报结果的准确率与可信程度是衡量服务质量的前提,为了更好地为国家安全和国民经济建设服务,必须对水文预报结果的可靠性和有效性进行评定和检验。 然而,设计的模型结构与流域的实际产流过程和规律也不完全相符,预报误差是客观存在的,故应采用水文预报中结果评定方法进行评定模型,并且分析结果中误差产生的主要原因。 1、任务一: 日模型计算结果 图5-1当Kc=1.42时日模型计算结果 根据1989年数据资料,当流域蒸散发折算系数Kc=1.42时,1989年数据计算与实际的相对误差最小,为0.167%。 但是此时计算得出1990年数据的相对误差达约44.8%,故不适宜取1.42。 图5-2Kc=2.56时日模型计算结果 同理,当流域蒸散发折算系数Kc=2.56时,1990年数据计算的相对误差最小,为0.148%,但此时1989年计算的相对误差约39%,故也不适宜取2.56。 图5-3Kc=1.954时1989年、1990年日模型计算结果 对比两年的资料来率定参数Kc,误差较大。 虽然误差比较大,但经过计算机程序优选,计算得出使两者误差最接近时的流域蒸散发折算系数为Kc=1.954,结果显示出1989年和1990年数据的误差均约为21.6%,选择这样的流域蒸散发折算系数能使之具有较好的稳定性。 由图5-1、图5-2可知,当Kc增加或者减小时,其中一年误差虽然在减小,但是另一年的误差却会随之增加,故取Kc=1.954时,使结果具有良好的稳定性。 当取流域蒸散发折算系数Kc=1.954时,运用1991年和1992年资料进行检验,分别计算出的相对误差为34.8%和19.4%,可知造成此误差的主要原因有: 1、资料数据较少,不能适用于整体。 2、模型的构造与实际有一定的不符,造成误差。 但根据1989年和1990年资料进行率定时,取Kc=1.954时的稳定性较好,故最终选择1.954作为流域蒸散发折算系数。 任务二: 洪水预报 表5-1次洪计算成果表 时间 R(mm) Rs(mm) Rg(mm) 直接径流Qs(m3/s) 地下径流Qg(m3/s) 总流量Q(m3/s) 月 日 时 9 23 12 11.48 0.48 11.00 0 66.4747 66.4747 15 11.53 0.53 11.00 1.9192 77.4036 79.3228 18 8.50 0 8.50 5.9416 85.2744 91.2160 21 16.17 5.17 11.00 10.4438 95.7897 106.2335 24 24 27.35 16.35 11.00 32.3286 106.0736 138.4022 3 34.24 23.24 11.00 115.8716 116.1313 232.0029 6 36.53 25.53 11.00 297.5121 125.9677 423.4797 9 6.04 0 6.04 555.7828 130.0019 685.7848 12 28.75 17.75 11.00 712.7752 139.5332 852.3083 15 40.88 29.88 11.00 791.6823 148.8547 940.5370 18 92.05 81.05 11.00 791.8483 157.9712 949.8195 21 82.33 71.33 11.00 1147.7040 166.8871 1314.5910 25 24 46.05 35.05 11.00 1687.6870 175.6069 1863.2940 3 54.26 43.26 11.00 2287.8300 184.1349 2471.9650 6 48.20 37.20 11.00 2552.6630 192.4752 2745.1380 9 14.31 3.31 11.00 2503.9300 200.6320 2704.5620 12 3.69 0 3.69 2260.9340 200.3744 2461.3090 15 6.16 0 6.16 1766.3600 202.9014 1969.2610 18 0.45 0 0.45 1168.0410 198.9441 1366.9850 21 0 0 0 720.3411 194.5673 914.9084 26 24 0 0 0 362.3013 190.2868 552.5881 3 0 0 0 151.0854 186.1005 337.1859 6 0 0 0 65.4566 182.0063 247.4629 9 0 0 0 21.9134 178.0022 199.9156 12 0 0 0 1.6558 174.0861 175.7419 15 0 0 0 0 170.2562 170.2562 18 0 0 0 0 166.5106 166.5106 21 0 0 0 0 162.8474 162.8474 运用单位线法和出流系数法分别计算直接径流出流量和地下径流出流量,两者之和即为总的流量,具体结果见上表5-1。 将直接径流、地下径流出流过程和总流量过程绘制出洪水流量过程线,见下图5-4。 图5-4洪水流量过程线 第六章: 计算程序及说明 DimP(1To366)AsSingle'流域的平均降雨量 DimiAsInteger,P1(1To366)AsSingle,P2(1To366)AsSingle,P3(1To366)AsSingle,P4(1To366)AsSingle DimE0(1To366)AsSingle'流域的水面蒸发 DimEp(1To366)AsSingle'流域的蒸发能力 DimE(1To366)AsSingle'流域总的蒸发量 DimEU(1To366)AsSingle,EL(1To366)AsSingle,ED(1To366)AsSingle DimQ(1To366)AsSingle'流域实测径流 DimR(1To366)AsSingle'流域计算径流 DimRS(1To366)AsSingle,RG(1To366)AsSingle,PE(1To366)AsSingle DimW(1To367)AsSingle'流域总的蓄水量 DimWU(1To367)AsSingle,WL(1To367)AsSingle,WD(1To367)AsSingle,WMMAsSingle,a(1To367)AsSingle Consth1=0.33,h2=0.14,h3=0.33,h4=0.2'各雨量站的权重 ConstWm=140,Um=20,Lm=60,Dm=60 ConstB=0.3,C=0.16,IM=0.002 PrivateSubCommand1_Click()'任务一运用程序优选Kc DimsumQAsSingle,sumRAsSingle,sumR89(2000)AsSingle,sumQ89(2000)AsSingle,sumR90(2000)AsSingle,sumQ90(2000)AsSingle DimJD89(2000)AsSingle,XD89(2000)AsSingle,jAsInteger,JD90(2000)AsSingle,XD90(2000)AsSingle DimJDB(2000)AsSingle,XDB(2000)AsSingle,YAsSingle,minjAsInteger,MinAsSingle,Kc(2000)AsSingle ConstFc=24 Forj=1To2000'运用1989年资料率定 Kc(j)=0.9+0.001*j Open"C: \DocumentsandSettings\Administrator\桌面\水文预报\1989年资料.txt"ForInputAs#1 Fori=1To365'流域平均降雨量计算 Input#1,Q(i),E0(i),P1(i),P2(i),P3(i),P4(i) P(i)=0.33*P1(i)+0.14*P2(i)+0.33*P3(i)+0.2*P4(i) sumQ89(j)=sumQ89(j)+Q(i)*24*3.6/553 Nexti Close#1 W (1)=110: WU (1)=10: WL (1)=40: WD (1)=60'流域三层蒸发计算 W (1)=WU (1)+WL (1)+WD (1) WMM=Wm*(1+B) a (1)=WMM*(1-(1-(W (1)/Wm))^(1/(1+B))) Fori=1To365 Ep(i)=E0(i)*Kc(j) Nexti Fori=1To365 IfWU(i)+P(i)>=Ep(i)Then EU(i)=Ep(i) EL(i)=0 ED(i)=0 EndIf IfWU(i)+P(i) IfWL(i)>=C*LmThen EU(i)=WU(i)+P(i) EL(i)=(Ep(i)-EU(i))*WL(i)/Lm ED(i)=0 ElseIfWL(i) EU(i)=WU(i)+P(i) EL(i)=(Ep(i)-EU(i))*C ED(i)=0 ElseIfWL(i) EU(i)=WU(i)+P(i) EL(i)=WL(i) ED(i)=(Ep(i)-EU(i))*C-EL(i) EndIf EndIf E(i)=EU(i)+EL(i)+ED(i) PE(i)=P(i)-E(i)'流域产流计算 IfPE(i)>0Then'当产流时 IfPE(i)+a(i) R(i)=PE(i)+W(i)-Wm+Wm*(1-(PE(i)+a(i))/WMM)^(B+1) W(i+1)=W(i)+PE(i)-R(i) a(i+1)=PE(i)+a(i) ElseIfPE(i)+a(i)>=WMMThen R(i)=PE(i)+W(i)-Wm W(i+1)=Wm a(i+1)=WMM EndIf EndIf IfWU(i)+P(i)-EU(i)-R(i)<=UmThen WU(i+1)=WU(i)+P(i)-EU(i)-R(i) WL(i+1)=WL(i)-EL(i) WD(i+1)=WD(i)-ED(i) Else WU(i+1)=Um IfWL(i)-EL(i)+(WU(i)+P(i)-EU(i)-R(i)-Um)<=LmThen WL(i+1)=WL(i)-EL(i)+(WU(i)+P(i)-EU(i)-R(i)-Um) WD(i+1)=WD(i)-ED(i) Else WL(i+1)=Lm IfWD(i)-ED(i)+WL(i)-EL(i)+(WU(i)+P(i)-EU(i)-R(i)-Um)-Lm<=DmThen WD(i+1)=WD(i)-ED(i)+WL(i)-EL(i)+(WU(i)+P(i)-EU(i)-R(i)-Um)-Lm Else WD(i+1)=Dm EndIf EndIf EndIf IfPE(i)<=0Then'当不产流时 R(i)=0 W(i+1)=W(i)+PE(i) a(i+1)=WMM*(1-(1-W(i+1)/Wm)^(1/(1+B))) EndIf
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