关于洪水预报介绍

[拼音]：hongshui yubao

[外文]：flood forecasting

根据洪水形成和运动的规律，利用过去和现时水文气象资料，预测未来一定时段内的洪水情况。是水文预报中最重要的内容。一次洪水过程约数小时至数天，预见期较短，故常称短期洪水预报。洪水预报包括河道洪水预报、流域洪水预报、水库洪水预报等。主要预报项目有最高洪水位、流量、洪水过程、洪水总量等。在河道洪水预报中，最高洪水位和洪峰流量预报是河道防洪措施（加高河堤和分洪等）决策的依据。在水库洪水预报中，入库洪水总量、洪水过程和水库最高水位的预报是决策水库防洪调度方案的依据。流域洪水预报对保障城镇、工矿和农田的安全，提高河道洪水预报和水库洪水预报精度有重要作用。

河道洪水预报

指在汛期沿防汛河段的各指定断面处的洪水位和洪水流量预报。天然河道中的洪水，以洪水波（见河水运动）形态沿河道自上游向下游运动，各项洪水要素(洪水位和洪水流量等)先在河道上游断面出现，然后依次在下游各断面出现。因此，可利用河道中洪水波运动规律，由上游断面的洪水位和洪水流量，来预报下游断面的洪水位和洪水流量。根据洪水波的运动的不同研究方法，可得出各河道洪水预报的各种方法。常用的有相应水位（或相应流量）法和流量演算法。

洪水波上同一位相点（如起涨点、洪峰、波谷）通过河段上下断面时表现出的水位，彼此称相应水位，从上断面至下断面所经历的时间叫传播时间。建立相应水位与传播时间的经验关系，由上断面现时水位预报下断面未来时刻水位的河道洪水预报方法，称相应水位预报方法。图1为洪水波通过河段上下断面时的水位过程线，a与a′、b与b′、f与f′等分别为洪水波上同一位相点。ht和ht+τ分别为洪峰通过上断面和下断面时的水位，彼此称相应水位，τ 为洪峰从上断面传播到下断面经历的时间，称传播时间。应用历次洪水的相应水位和传播时间，可建立相应水位经验关系

ht+τ＝f(ht)

从而可由上断面t时刻水位ht（现时水位），预报下断面在未来t+τ时刻的水位tt+τ。传播时间τ 称天然预见期，扣除信息传递及处理时间τ′， 从发布预报到预报现象出现的有效预见期为τ-τ′。图2为长江某河段上、下断面洪峰水位及传播时间关系曲线。实际上，相应水位关系并不如此简单，而受到许多因素的影响。这些因素是：

（1）本次洪水起涨时刻的河槽蓄水量也称为河槽底水；

（2）河段区间的来水情况，例如预见期内的区间降雨和支流汇入水量；

（3）河床冲淤变化；

（4）下游河水的顶托；

（5）上游断面是几条支流的汇合处。这些因素从不同侧面改变洪水波在传播过程中的状态和传播速度。在建立相应水位关系时，应分析这些因素的主次，在相关图中引入适当参数，以提高预报精度。

当预报要素不是水位，而是流量时，可同样进行上述的分析和 *** 作，称为相应流量法。

指利用河段中的蓄泄关系和水量平衡原理，把上断面流量过程演算成下断面流量过程的方法。天然河道的洪水波运动属于渐变不稳定流，可用圣维南方程组描述。若用河段水量平衡方程和槽蓄方程分别代替圣维南方程组中的连续方程和运动方程，联立求解替代后的方程组，即可在已知上断面入流过程情况下计算出下断面出流过程，所以，流量演算实质是，以水文学途径近似求解圣维南方程组的方法。

某一河段中任一时刻的河槽蓄水量称为槽蓄量，它与该河段上、下断面的流量存在函数关系，称为蓄泄关系，蓄泄关系的解析形式称为槽蓄方程，几何形式称为槽蓄曲线。槽蓄方程的形式复杂多样，如何求得正确而简单的槽蓄方程表达式，是进行流量演算的关键。槽蓄方程的不同表达形式，形成了不同的流量演算方法。马斯金格姆（曾译“马斯京根”）法是常用的流量演算法之一，它是1935年在美国马斯金格姆河进行洪水演算时提出的，故名。马斯金格姆法采用的槽蓄方程为

W＝K[XQu+(1-X)Q1]

式中Qu、Q1 为计算河段上、下断面的流量；W为槽蓄量；X为无量纲数，称流量比重因素，表示在求槽蓄量时入流量与出流量的相对权重，在 0～0.5之间；K为蓄量常数，是槽蓄量与流量之比值，亦即槽蓄曲线的斜率，并具有时间因次，它近似等于洪水波通过计算河段的传播时间。马斯金格姆法流量计算公式为Q1，2＝C0Qu，2+ C1Qu，1+C2Q1，1式中下标1、2分别表示计算时段Δt的始末，

C0+C1+C2＝1。根据这个流量计算公式，在已知计算时段初上下断面流量和时段末上断面流量时，即可算出下断面在计算时段末的流量。当取计算时段Δt=2KX 时，C0＝0，可直接根据时段初上、下断面流量计算出时段末下断面流量。

在洪水预报中，单独使用流量演算法通常没有预见期，因为只有知道时段末的入流才能求得时段末的出流。所以，在实际预报工作中，常用河道分段连续演算，或用降雨径流预报，先推算出上断面入流过程，然后预报出下断面出流过程。河道分段连续演算的做法是，将预报河段划分成若干单元河段，每个单元河段中上述槽蓄方程成立，事先求出每个河段的X、K值和相应的C0、C1、C2数值，则可将上一断面的出流过程作为下一断面的入流过程，依次向下游作连续演算。

此外，还有Г.П.加里宁和П.И.米柳科夫于1957年提出的特征河长法，该法认为，当选取的计算河段长度等于某一特定长度 l（称特征河长）时，河段槽蓄量与下断面流量成线性关系，槽蓄方程为

W＝KlQ

式中Kl为常数，近似等于洪水波通过特征河长的传播时间。确定特征河长和Kl后，便可应用上式与河段水量平衡方程联立求解，进行流量演算。也可逐河段进行连续演算。

槽蓄方程中的K 值为常数时为线性函数，由此建立的流量演算法称为线性流量演算方法，马斯金格姆法和特征河长法均属此类。1955年中国《洪水预报方法》一书中已提出，K 在某些河段不是常数，并提出了按流量大小分段作线性处理的方法，即近似处理非线性流量演算法。应用流量演算法时，必须正确处理计算河段内的区间来水，它是保证演算精度的重要条件。

流域洪水预报

指根据径流形成的基本原理，直接从流域内当时的降雨，预报流域出口断面的洪水总量和洪水过程。前者称为径流量预报(亦称产流量预报)，后者称径流过程预报（亦称汇流预报）。天然预见期为流域内距出口断面最远点处的降雨流到出口断面所经历的时间，天然预见期的长短随流域而异。若能提前预报出本次降雨量及其时空分布，则预见期可延长。径流形成包括产流过程和汇流过程，但实际上它们在流域内是交错发生的、十分复杂的水文过程，为分析计算方便，通常将它们分为产流和汇流两个阶段，由产流过程预报径流量，由汇流过程预报径流过程。

一次降雨，经产流过程在流域出口断面产生的总水量，称为本次降雨的径流量，亦称净雨量或产流量。它包括地面径流、表层流和地下径流诸部分水量。降雨量与径流量之差称损失量。损失量大小视流域下垫面特征和各次降雨特征而异，客观地确定每次降雨的损失量是正确作出径流量预报的关键。

常用的降雨径流量预报方法有以下几类：

（1）降雨径流相关法，在成因分析与统计相关结合的基础上，用历次降雨量和它所产生的径流总量以及影响它们的主要因素，建立降雨径流相关图，根据现时雨量和有关参数，从相关图上直接预报出径流量。

（2）下渗曲线法，通过实际降雨量随时间的累积曲线和下渗量随时间累积曲线的比较，判断是否产流，并推求产流量。实际工作中，也采用分段取下渗率为常数，分割降雨过程而推求径流量，称初损后损法。

（3）应用流域产流计算模型，即根据产流的物理概念，建立相应的数学模型，以降雨为输入，输出便是预报的径流量。降雨径流相关图和下渗曲线也可视为一种产流计算模型。

净雨经流域汇流过程，在流域出口断面形成流量过程。由净雨推求流量过程的常用方法有：

（1）单位过程线法。

（2）等流时线法。这两种方法的缺点是：前者不能考虑降雨在流域面上分布不均匀和时间上的变化，把流域汇流视为集总的而不是分散的过程，因而不能反映不同时间和地点的净雨在到达流域出口断面过程中所受到的不同调蓄作用，把流域蓄泄关系视为线性的，而实际上往往是非线性的；后者把全部净雨量作为地面径流，并以刚体位移模拟洪水波运动，而流域实际流量过程是地面径流、表层流和地下径流等不同水源各自形成的出流过程的组合，而且按洪水波运动的规律向下游推进。这些缺点在较大流域尤为明显。为克服这些缺点，在实际预报计算中把流域划分为若干单元和演算河段，分单元进行产流和汇流计算，再自上而下逐段进行河段流量演算，并在计算中考虑不同水源和非线性问题，最后求出流域出口断面的总径流过程。这种方法也称为单元汇流计算法。

（3）流域汇流计算模型，即根据汇流的物理概念，建立相应的数学模型，使与产流计算模型相连接，以净雨为输入，输出便是预报的径流过程。单位过程线和等流时线也可视为一种汇流计算模型。

（4）水力学方法，把流域划分为坡面和河网，在一定边界条件和初始条件下，求解坡面和河网水流的运动方程和连续方程，得到流域出流过程，此法尚未普遍应用。

水库洪水预报

主要包括入库洪水总量、水库水位预报、洪水过程预报和水库施工期洪水预报。水库大小不同，条件各异，运用方式各有特点，因此水库洪水预报的要求和方法也不尽相同。

入库洪水预报

进入水库的洪水包括入库水文站以上流域的来水量、入库水文站至水库回水末端的区间来水量和水库水面直接承纳的降雨量。分别制作入库站以上流域和区间降雨径流预报方案，即可根据当时雨量预报出上游流域及区间的来水量和流量过程，两者相加并考虑库面直接降雨，即为所预报的入库洪水总量和洪水过程。在没有入库站的情况下，也可制作坝址以上全流域（包括水库）降雨径流预报方案，直接根据全流域降雨进行预报。

主要指坝前最高水位及出现时间的预报。水库水位预报可通过联立求解水库水量平衡方程和水库蓄泄方程作出。水库蓄泄方程指水库蓄水量与同时出库流量之间的函数关系。在较大的湖泊型水库，水面比降很小，水库蓄泄方程为单值函数，在河床式水库，水面倾斜，有一定水力坡度，形成楔形蓄水体，称动态库容，如图3。动态库容大小与入库流量有关。在有动态库容的情况下，水库蓄泄方程不再是出流量的单值函数，作水位预报时应当考虑动态库容的影响。

大型水库施工期长达数年，需根据不同施工阶段的要求作出洪水预报，以保证施工人员及器材的安全。在修筑围堰和导流建筑物阶段，需求预报施工河段上游及围堰前的水位和流量；截流施工阶段通常在枯水季，除对枯季中小洪水作出预报外，特别要预报截流时，过水口门(称龙口)上下游的流量、水位和流速，作为截流措施的依据;截流后水库进入边施工边蓄水阶段，要求预报水库水位和出库流量。此外，在整个施工期间，都要预报水工建筑物附近的料场和生活区的水位，以保证临时建筑物免于淹没。施工期洪水的预报方法与河道洪水预报和流域洪水预报方法基本相同，但需根据施工期间河道、水流改变情况和施工期具体要求作必要修正。

参考书目

1. 长江流域规划办公室主编：《水文预报方法》，水利电力出版社，北京，1979。
2. 华士乾、文康:论流域汇流的数学模型，《水利学报》，第5期，1～12页，第6期，1～13页，1980。