河道洪水演算

调洪演算报告调洪演算报告引言•调洪演算是指通过数学模型和算法分析，对河流流量进行优化分配的过程。

•本报告旨在对调洪演算进行全面的介绍和分析，以便更好地了解其原理和应用。

调洪演算原理1.调洪演算依赖于河流流量和水位的监测数据。

2.利用数学模型和算法，对不同流量条件下的水位变化进行模拟。

3.通过分析模拟结果，确定合理的水流分配方案，以实现最佳的调洪效果。

调洪演算过程1.收集河流监测数据，包括流量和水位等信息。

2.建立数学模型，以描述河流水文过程。

3.基于已有数据和模型，编制调洪演算程序。

4.运行程序，进行模拟计算，得出不同水位下的流量分布。

5.分析模拟结果，评估调洪效果，并对结果进行优化调整。

6.输出调洪方案，以供实际操作和决策参考。

调洪演算应用•调洪演算多用于水库调度、防洪管理和水资源规划等领域。

•可通过调洪演算，优化水库蓄水、泄洪和供水计划，以最大程度减少洪水的危害。

•调洪演算也可用于设计洪水防护工程，提高防洪能力。

调洪演算技术挑战1.数据不确定性：准确的监测数据对调洪演算至关重要，但由于数据获取限制和不确定性，可能影响模拟结果的可靠性。

2.模型精度：构建准确的数学模型需要考虑多种因素，如河道特性、地形地貌等，提高模型精度是调洪演算的一个挑战。

3.运算效率：调洪演算涉及大量的数学计算，需要高效的算法和计算工具，以满足实时计算和决策的需求。

结论•调洪演算作为一种重要的水文调控方法，可以通过数学模型和算法，对河流流量进行优化分配，以实现最佳的调洪效果。

•但在应用过程中，需要解决数据不确定性、模型精度和运算效率等技术挑战。

•通过不断改进和创新，调洪演算技术的发展将为水文调控和防洪管理提供更有效的支持。

调洪演算未来发展趋势•数据采集技术的进步：随着监测设备和传感器技术的不断创新，数据采集的准确性和实时性将得到大幅提升，为调洪演算提供更可靠的数据支持。

•模型建立与优化：通过集成不同类型的数据和考虑更多的参数，将模型的精度逐步提高，更准确地模拟河流的水文过程，改进调洪方案。

第五章 河道洪水演算及实时洪水预报河道洪水演算，是以河槽洪水波运动理论为基础，由河段上游断面的水位、流量过程预报下游断面的水位、流量过程。

本文着重介绍马斯京根洪水演算方法以及简化的水力学方法。

5.1 马斯京根演算法马斯京根演算法是美国麦卡锡(G . T. McCarthy)于1938年在美国马斯京根河上使用的流量演算方法。

经过几十年的应用和发展，已形成了许多不同的应用形式。

下面介绍主要的演算形式。

该法将河段水流圣维南方程组中的连续方程简化为水量平衡方程，把动力方程简化为马斯京根法的河槽蓄泄方程，对简化的方程组联解，得到演算方程。

5.1.1 基本原理该法的基本原理，就是根据入流和起始条件，通过逐时段求解河段的水量平衡方程和槽泄方程，计算出流过程。

在无区间入流情况下，河段某一时段的水量平衡方程为122121)(21)(21W W t O O t I I -=∆+-∆+ (5-1) 式中：1I 、2I 分别为时段初、末的河段入流量；1O 、2O 分别为时段初、末的河段出流量；1W 、2W 分别为时段初、末的河段蓄量。

河段蓄水量与泄流量关系的蓄泄方程，一般可概括为)(O f W = (5-2)式中：O 为河段任一流量O 对应的槽蓄量。

根据建立蓄泄方程的方法不同，流量演算法可分为马斯京根法、特征河长发等。

马斯京根法就是按照马斯京根蓄泄方程建立的流量演算方法。

5.1.2 马斯京根流量演算方程马斯京根蓄泄方程可写为Q K O x xI K W '=-+=])1([ (5-3)式中：K 为蓄量参数，也是稳定流情况下的河段传播时间；x 称为流量比重因子；Q '为示储流量。

联立求解式(5-2)和(5-3)，得到马斯京根流量演算公式为1211202O C I C I C O ++= (5-4)其中：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧∆+-∆--=∆+-+∆=∆+--∆=t Kx K t Kx K C t Kx K Kx t C t Kx K Kx t C 5.05.05.05.05.05.0210 (5-5) 1210=++C C C (5-6)式中：0C 、1C 和2C 为马斯京根洪水演算方法的演算系数，，都是K 、x 和t ∆的函数。

河道洪水演算流域上的降水在流域出口断面形成一次洪水过程，它在继续流向下游的流动过程中，洪水过程线的形状会发生不断的变化。

如果比较天然河道上、下断面的流量过程线，在没有区间入流的情况下，下断面的洪峰流量将低于上断面的洪峰流量；下断面的洪水过程的总历时将大于上断面的总历时；下断面的洪水在上涨过程中，会有一部分流量增长率大于上断面。

即是说，洪水在向下游演进的过程中，洪水过程线的形状，将发生展开和扭曲，如图3－21所示。

水力学的观点认为：在河流的断面内各个水质点的流速各不相同而且随断面上流量的变化而变化。

在上断面流量上涨过程中，各水流质点的流速在不断增大，下断面流量和水流质点的流速也在不断上涨。

当上断面出现洪峰流量时，上断面各水流质点的流速达到最大值。

由于上断面各水流质点不可能同时到达下断面，故下断面的洪峰流量必然低于上断面的洪峰流量。

在涨洪阶段，由于各水流质点流速在加大，沿程都有部分水质点赶超上前一时段的水流质点，因此在涨洪段，下断面洪水上涨过程中的增加率要大于上断面，即峰前部分将发生扭曲（如图3－2１），但下断面流量绝对值都小于同时刻的上断面流量。

在落洪阶段，由于断面各水流质点的流速逐渐减小，沿程都有部分水质点落在后面，因而下断面的落洪历时将加大。

但在下断面落洪期间，其流量一定大于同时刻上断面的流量。

即是认为在涨洪阶段，由于断面平均流速逐渐加大，后面的洪水逐渐向前赶，因而产生涨洪段的扭曲现象，落洪阶段，断面平均流速逐渐减小，后面的洪水断面逐渐拖后，因而拖长了洪水总历时。

马斯京根法流量演算此法是1938年用于马斯京根（Muskingin）河上的流量演算法。

这一方法在国内外的流量演算中曾获得广泛的应用。

对于一个河段来说，流量Q与河段的蓄水量S之间有着固定的关系，流量和河槽蓄水量之间的关系称为槽蓄曲线，槽蓄曲线反映河段的水力学特性。

涨洪时河槽蓄水量大于稳定流时槽蓄量，落洪时河槽蓄水量小于稳定流时的槽蓄量，因此，在非稳定流的状态下，槽蓄量S和下游断面的流量间不是单值的对应关系。

河道系统治理设计洪水计算分析摘要：在河道治理防洪设计过程中，设计洪水计算是必不可少的，其结果为河道断面尺寸拟定、建筑物布置、岸坡防护等各项参数的确定提供依据，洪水分析成果的合理性对整个项目影响甚大。

不同于水库设计洪水计的计算，河道系统治理需要对一条河从河源至入河口的整条河道进行分析。

由于河道水面线的推求一般采用河道分段恒定非均匀流方法，河道的设计流量相应地根据沿流程支流汇入的情况分段给出，汇总各段河道的设计流量得到整条河的设计流量。

本次以清水河设计洪水分析计算为例，分析计算河道设计流量和水面线的计算步骤、方法及成果。

关键词：河道;系统治理;设计洪水;水面线引言清水河流域无长系列的流量及降雨资料，因此无法直接推求河道设计洪水，本次分析流域特点及情况，采用经地方刊布的洪水计算办法进行间接计算。

1、流域划分及流域参数根据清水河流域及支流情况，将清水河分为水库、余家河渡槽、枣木河口及清水河口四个节点，并根据流域1:10000地形图及实测流域1:1000地形图分析计算各节点流域参数。

经分析水库坝址以上流域面积 5.4km2；水库至余家河渡槽区间流域面积37.4km2；水库至枣木河口流域面积73.0km2；支流枣木河流域面积67.2km2；清水河口以上流域面积145.6km2。

2、设计洪水分析根据《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》以及流域参数查图及表格确定流域1h及24h时段点雨量均值及Cv、Cs，以及模比系数Kp及点面折减系数等，由此推求流域设计面暴雨量。

本次工程流域属于江淮地区浅山～丘陵区，利用该办法计算面净雨量时，应扣除相应损失量。

成果见表1。

表1清水河洪水计算主要参数成果表分析河道流域内水工建筑物情况，河道上游建有一座小1型水库，故河道洪水主要由两部分组成，分别为：①水库下泄洪水；②河道自身区间汇水，包括干流汇水及其支流枣木河汇水。

因此需对水库调洪后的下泄流量及河道自身区间流量分别进行分析计算，之后对成果进行叠加方得最终洪水流量。

马斯京根法总结马斯京根法洪水演算总结河道洪水演算的方法很多，主要分为两类，一是以圣维南方程组为基础的水力学方法；另一类是以水量平衡方程和槽蓄方程为基础的水文学方法。

水力学方法物理意义明确，但是需要详细的河道形态、糙率、比降资料。

水文学方法重点考虑水文要素之间的联系，能很好模拟洪水在河道内的主要特征，简单实用，可操作性强。

水文学的河道洪水演进方法主要有：马斯京根法、线性回归法、汇流系数法、特征河长法、滞后演算法等，其中以马斯京根法应用最为广泛。

马斯京根法计算简单、快捷，对河道地形和糙率资料要求低，在一般的河道洪水演算中效果较好。

马斯京根法可分为线性和非线性两类，求解的参数估计方法包括试算法、最小二乘法、矩法、最小面积法和遗传算法等。

1．线性回归法基于水文学方法和线性汇流叠加原理，建立了河段下断面某日演算流量与上断面多日流量的相关关系:1,1,1,11()nS S S S S S S S t i t i tt t i Q Q L W R α++++-==--+∑ (1) 11n i i α==∑ (2)式中：t S Q 为s 断面t 时段断面平均流量3/m s ；i=0,1,…,n 为系数个数；iα为线性组合系数；,1t S S L +为河段损失流量3/m s ；,1tS S W +为河段区间饮水流量3/m s ；,1t S S R +为河段区间加水流量3/m s 。

上述枯水流量演算方程的实质是建立河段下断面流量与上断面若干历史时刻流量以及河段引水、损失等因子间的多元线性关系，系数i α反映了对枯水流量演进规律的定量描述，式(2)为河段水量平衡约束方程。

线性回归法的基本原理是在保证河段水量平衡的条件下，建立演算河段下断面出流与上断面各日入流过程的相关关系。

通过优化，能充分反映河段演进规律的演算系数。

2．汇流系数法汇流系数法的实质是基于马斯京根线性运动波方程，根据上断面的入流过程(上边界条件)和T=0时刻的流量沿程分布(初始条件)，通过连续应用运动波演算方程推求下断面的出流过程。

设计洪水计算1、设计洪水根据《XX省中小流域暴雨洪水设计手册》(1984.6)、《防洪标准》（GB50201-1994），本工程为防洪设计标准按2-50年一遇防洪标准设计。

本次设计河道汇流面积小于10km2，本工程河段设计洪水采用设计暴雨由推理公式计算。

2、设计暴雨规划流域附近有，XX有XX站1953年～1960年实测年最大24小时暴雨量，望江楼站1961年～1963年实测年最大24小时暴雨量，XX站1964年～1985年实测年最大24小时暴雨量，XX站1986年～1997年实测最大24小时暴雨量资料。

组成一个连续系列。

经审查，该连续系列长达45年。

具有较好的代表性，其一致性和可靠性也较好，用于频率分析计算满足规范要求。

根据45年实测连续系列，采用目估适线法拟定P—Ⅲ型曲线，求得XX（XX）站年最大24小时暴雨系列的统计参数，参数为：H24=117mm Cv=0.5 Cs=3.5Cv由于该气象站缺乏短历时暴雨资料，本次计算同时查算了2006年出版的《XX 省暴雨统计参数等值线图册》，二者成果较为接近。

经综合分析，本次计算采用《XX省暴雨统计参数等值线图册》成果，见表2.4-1。

表2.4-1 XX驿区设计暴雨成果表按照《XX省中小流域暴雨洪水计算手册》（以下简称《手册》）推理公式法推求设计洪水。

1）流域特征值流域特征值F、L、J在五万分之一航测图上量取，成果见表2.4-2。

表2.4.2各河道流量计算成果表2）设计暴雨量本次计算设计暴雨成果采用《XX省暴雨统计参数等值线图册》成果，见表2-4-2。

3）设计洪峰根据流域设计暴雨成果，采用《XX省中小流域暴雨洪水手册》中推理公式法推求设计洪水。

基本公式：Q=0.278ψ（s/τn）F式中：Q—最大流量，m3/s；ψ—洪峰径流系数；s—暴雨雨力，mm/h；τ—流域汇流时间，h；n—暴雨公式指数；F—流域面积，km2。

根据流域下垫面条件和《XX省中小流域暴雨洪水手册》区划，选取产汇流参数计算公式如下：流域产流参数：属盆地丘陵区，计算式如下：μ=4.8F-0.19；Cv=0.18；Cs=3.5Cv流域汇流参数：属盆地丘陵区，计算式如下：θ=1～30时，m=0.40θ0.204θ=30～300时，m=0.092θ0.636式中：θ—流域特征参数，θ=L/（J1/3F1/4）；L—河长，km；J—比降，‰；F—流域面积，km2。