水文预报复习资料

第一章绪论1、水文预报的概念根据水文现象客观规律，利用实测水文气象资料，应用一定原理、技术和方法，对水文要素（或其特征值）的未来状况进行预测。

2、何为水文预报(1)降雨后发生了什么？根据已知的信息对未来一定时期内水文状态作出定性或定量的预测。

已知信息：水文状态：(2)水文预报的内涵与实质？以水文水资源学科基本理论与方法为基础，紧密结合生产实际，构建具体的预报方法/ 预报方案/预报调度系统，服务于生产实际。

水文预报水文气象资料：降水、蒸发、气温、水位、流量、冰情等原理：气象学、水文学、水力学等技术:遥测、遥感、计算机、现代通信技术、GPS等方法:成因分析法、统计相关法、系统分析法预见期:预报发布时刻与预报要素出现时刻之间的时距预见期的长短随预报项目、预报条件（依据的资料）和技术水平不同而异。

预见期与精度间关系:预见期增长，影响因素增多，偶然性加大，使得预报精度降低水文预报的内容流域或区域性洪水与旱情预测水体封冻开冻状况及冰凌冰情预测积雪及冰川融雪径流预报水利水电工程施工期预报水工程运行期水文要素预报河道沿程水文要素变化预报水文预报研究层面发生变化传统水文：包括水文测验水文预报水文计算现代水文：包括水资源水环境水生态水文预报的服务层面发生变化1、传统水文预报向现代实时洪水预报调度系统延伸2、防洪减灾向水资源评价开发利用和管理延伸3、水文模型向面污染模型和生态评价模型延伸人类活动对流域水文情态/水文预报的影响：1、人类活动改变了自然面貌，从而改变了陆面的水文情态2、中国具有世界上最强烈的人类活动，水文预报自然受到最强烈的人类活动影响3、人类对流域环境过度和无序的干扰，破坏了水文气象资料的一致性和代表性气候变化对水文情态/水文预报的影响：1、对工业、农业、生态环境和人们生活产生影响2、全球水文循环加剧并对区域水资源和水文预报产生一定的影响3、易造成极端水文异常事件的发生，导致洪水和干旱的频率与强度增加，准确做出预报更加困难4、防洪安全、水资源安全、水工程安全和水生态环境安全问题对预报提出更高要求1998年长江大洪水特点1、全流域性的大洪水2、洪水次数多：8次洪峰3、洪水量级大：百年一遇4、洪峰水位高：多次超历史最高5、洪水持续时间长6、洪水发生早，来势猛2003年淮河洪水特点：1、降雨历时集中,强度大,分布范围广2、干支流洪水并发,暴雨洪水组合恶劣3、洪水涨势猛,水位高,持续时间长4、流量和洪量大水文预报的分类1、按预见期的长短短期预报中长期预报长期预报超长期预报2、按预报内容洪水预报枯水预报冰情预报台风风暴潮预报沙量预报3、按预报范围或水体河道洪水预报河口水文预报流域水文预报区域水文预报水库水文预报湖泊水文预报短期预报：要由水文要素做出的预报，预见期一般为数小时至数天，包括河道洪水预报和流域降雨径流预报、水库水文预报等中长期预报：包括气象预报性质在内的水文预报，预见期在2～5天以上，10～15天以内，汛期洪水总量预报，枯季月径流量预报，年径流量预报，旱涝趋势预报。

长期预报：利用河流水文要素自身的长期演变统计规律，或利用影响河流水文要素长期演变的某些气象（大气平均环流）、天文（太阳黑子数）等物理因子，对径流趋势作出预报或估计，预见期在15天以上，1年之内超长期预报：一般指大河或较大范围内连续丰水年或连续枯水年的趋势预测。

预见期在1年以上洪水预报：预报河流、水库、湖泊汛期的洪水位、洪水流量和洪水过程枯水预报：预报枯季水位、流量和河网蓄水量冰情预报：对河流、湖泊、水库封冻日期、冰厚、解冻日期和流冰的预报台风风暴潮预报：台风风暴潮：在入海河口段（或沿海地区），由于海水随台风向海岸迅速推移积聚，或沿河口上溯而造成的强烈增水现象。

预报包括最高水位，涌浪等项目。

沙量预报：包括流域产沙量，水流含沙量和河流、水库冲淤变化等预报。

河道洪水预报：对河道中指定断面处的洪水位、洪水流量、枯水位、枯水流量和河道冰情等预报流域水文预报：对流域上融雪、降雨产生的水量和在流域出口处形成的流量过程的预报水库水文预报：大型水库预报内容：入库流量，库水位，水库施工期的水情和水库为防洪、防凌、发电等所需的水文预报；中小型水库预报内容：一次洪水的最高库水位、最大泄流量及其出现时间。

区域水文预报：一般用于中小河流，根据水文条件相似地区内的各河流共同的洪水和退水规律，统一发布全区洪水预报或枯季径流预报湖泊水文预报：与大型水库水文预报相似河口水文预报:河口：河流与海洋的交接过渡地区。

河口区上界是海洋作用和影响最终消失的地方，下界是河流作用与影响最终消失之处,通常情况下，河口区仅指枯季大潮时咸水所及之地至洪水小潮时咸水所及之地这一河段,对河口段的水位、流量预报和台风暴潮预报.水文预报的方法:经验和半经验方法、水文模型方法、统计预报方法经验和半经验方法:根据水文现象形成和演变的基本规律，充分分析历史资料，建立预报要素与前期水文气象因子之间的经验关系（如相关图、经验公式等），再利用该经验关系进行预报.水文模型方法:根据预报要素形成和演变的物理机制与影响因素的关系，建立水文模型，再把现时水文气象信息输入模型，进行预报统计预报方法：根据概率论和数理统计的原理和方法，从大量历史水文、气象资料中寻求水文要素演变的随机现象，建立数学模型进行预报，统计预报方法多用于长期水文预报，统计预报方法有两类：多元分析法；时间序列分析法。

多元分析法：把预报对象作为随机变量，运用回归分析、判别分析等方法对影响因子进行筛选，建立预报方程进行预测时间序列分析法：把预报对象作为离散化的时间序列随机过程，应用自回归等随机模型进行预测。

水文预报工作程序：Step1 制作预报方案对水文预报要素进行预测计算的一整套计算方法。

Step2 进行作业预报水文气象信息接收→用预报方案计算预报对象的大小及出现时间→信息发布水文预报意义：1、洪水预报根据洪水预报提供的信息，在洪水到来之前，作好防汛、抢险的准备，有计划地采取蓄洪、分洪措施。

2、枯水预报 枯季径流预报为农业、水运、枯季发电和城市供水等部门提供信息，为及时做好抗旱准备，制定枯季用水计划提供水文依据 3、水库水文预报。

水文预报，能使防洪库容和兴利库容有效结合起来，实现水库（或水库群）优化调度，充分发挥水库效益 4、水利工程施工期洪水预报 水文预报是制订施工计划、保障工程安全度汛的重要依据。

水文预报面临的机遇与挑战：研究防洪减灾安全的关键技术 研究水资源安全的关键技术 研究水生态安全的关键技术 研究水工程安全的关键技术先进的水文预报方式：实时联机水文预报 水文预报的一种技术。

利用遥测系统收集流域内雨量、水位等信息，将其输入计算机进行同步数据处理，做出水文预报；信息的收集、传递、数据处理、预报几乎是同时进行的，增长了有效预见期；利用迅速反馈的信息（误差），可对预报进行实时校正，提高预报精度。

第二章 流域产流降水蒸发蒸腾坡面流壤中流下渗冠层截留河流基流降雨冠层截留地表调蓄土壤调蓄地下调蓄蒸散发河网调蓄径流从定量上研究降雨形成径流的原理和计算方法，包括流域的产流计算和汇流计算产流计算：研究流域上降雨扣除植物截留、填洼、蒸发、下渗等损失，形成净雨量（包括坡面流、壤中流和基流）的计算方法；汇流计算：研究净雨沿地面和地下汇入河网，并沿河网汇集形成流域出口断面径流径流形成过程：由降雨（或融雪）开始，到水流汇集至河流出口断面处的整个物理过程，称为径流形成过程产流过程：是流域上各种径流成分的生成过程，也就是流域下垫面对降雨的再分配过程 汇流过程 ：是流域上各种径流成分从它产生的地点向流域出口断面的汇集过程净雨量与径流量：二者值相等，但物理意义不一样产流方案与汇流方案产流方案主要确定降雨量、土壤水含量、径流量的关系。

汇流方案主要是根据降雨和径流量推求净雨量与流域出口流量的关系无大的跨流域引水工程：R 引=0无大的其他影响流域蓄水量增减的因素：R 其他=0将冠层截留、填洼与土壤蓄水合并R=P-E-WP-WS- ΔW±R交±R引±R其他Rt=Pt-Et+Wt-Wt+1 Wt, Wt+1分别为t时刻和t+1时刻土壤蓄水量产流机制流域植被分布、土壤质地和类型等空间变异性很大，使得尽管对单个水文过程（降雨、入渗、饱和及非饱和土壤水分运动等）研究相对比较成熟，但如何把这些理论加以综合来解释流域产流机制的理论尚未取得令人满意的结果。

根据流域的自然地理和气候特征，对复杂的流域产流物理过程进行必要的概化描述，是建立数学模型的前提流域产流过程就是水分经过流域下垫面（包括地面和包气带）作用之后对降水的再分配的过程。

因此，不同的下垫面条件对应不同的流域产流机制，从而进一步影响到整个流域径流发展的过程也不相同超渗产流蓄满产流蓄满产流：包气带土壤含水量达到田间持水量（蓄水容量,Wm）的产流情况。

当土壤蓄满后，降雨入渗到土壤中的部分将形成地下径流（Rg）；降雨超过入渗强度（fc）的部分形成地表径流（Rs）。

总径流量：R=Rg+Rs。

水量平衡平衡方程：R=P-E-(Wm-W0)蓄满产流超渗产流超渗产流是指降雨强度过大，导致降雨强度超过下渗率，未渗入土壤的水量, 便形成地表径流的产流过程反映产流机制差异的特征1、水文：流量过程、径流系数2、气候：年降雨量、流域土壤缺水量3、地理与下垫面：土壤特性、植被条件土壤蓄水容量天然情况下是常数。

对于包气带不厚且雨量充沛的地区，可选取久旱不雨后一次降雨量较大的资料进行计算。

蒸发与影响因素的概化流域蒸散发因素：土壤蒸发ES(影响最大植物散发Epl 水面蒸发EW 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）土湿蒸发能力：是在当日气象条件下流域蒸发量的上限，可以根据蒸发折算系数计算水面(器皿)蒸发与流域蒸发能力的区别：（1）水面(器皿)蒸发的水体是整体的，系敞开式（2）流域蒸发是不完整的，与周围环境热交换条件也与水面蒸发不同EP＝KC*E0流域蒸散发：流域上不同蒸发面（水面、裸土、岩石、植被等）的蒸发和散发总称为流域蒸散发。

（一般，流域内水面占的比重不大，所以土壤蒸发是流域蒸散发决定性部分。

土壤蒸发过程：第一阶段：θ≥θc1蒸发主要发生在土壤表层，表层土壤因蒸发而减少的水量通过毛管作用由下层得到充分补充，主要取决于气象因素，蒸发量等于流域蒸发能力第二阶段：θc2<θ<θc1E继续，θ减小，上层土壤毛管水开始断裂，随着θ减小，毛管水断裂程度越来越严重，下层对上层供水速率变慢，蒸发受土壤含水率和气象因素影响第三阶段：θ≤θc2毛管输送水分完全破坏，只能以膜状水或气态水形式移动，速度慢，数量小，E小而稳定，取决于气象因素和地下水的埋深地面径流特点：运动速度快、流程短、受到调蓄作用小；形成流量过程陡涨陡落，涨洪和洪峰附近流量过程主体部分地下径流特点：运动速度慢、流程长、受到调蓄作用大、汇流时间长；洪水退水尾部主体部分，常延续至后续洪水过程中第六节蓄满产流流域产流量及其组成超渗地面径流饱和地面径流壤中水径流地下水径流基本产流模式蓄满产流超渗产流蓄满产流降雨满足流域土壤缺水量之前，所有的降水均不形成产流量；流域土壤缺水量满足之后，后续所有的降水均形成产流量流域土壤缺水量为流域土壤田间持水量与雨前土壤实际含水量的差值湿润地区流域气候水文特点;1、气候湿润，多年平均降水量>1000mm,2、洪水过程线陡长缓落，地面径流和地下径流均占一定比例3.多年平均径流系数大于0.4。