《水文预报》教学大纲

Hydrological Forecasting

课程编码：21A43001 学分： 2.0 课程类别：专业课（必修课）

计划学时：32 其中讲课：32 实验或实践：0 上机：0

适用专业：水文与水资源工程

推荐教材：包为民著，《水文预报》（第4版），中国水利水电出版社，2014年。

课程的教学目的与任务

本课程的教学目的是使学生在已学习过的水文学原理和水文统计课程的基础上，通过对流域产汇流、河道流量演算等基础理论知识的学习；提高学生对水文模型在实时洪水预报中的重要性的认识；进一步加深学生对水文预报在生产实际中应用的理解，为学生从事水文相关工作、研究和进入研究生学习打下基础。通过本课程的学习，应使学生掌握流域产汇流的基本原理和基本方法；掌握相应水位法、特征河长法和马斯京根法进行河道流量验收；熟悉水文模型的基本原理，掌握新安江水文模型的模型结构；熟悉实时洪水预报的预报步骤及误差修正方法，并对水文预报结果进行精度评定。

课程的基本要求

1、使学生了解流域产汇流和河道流量演算的基本知识；通过对水文模型结构的讲解分析，使学生掌握水文预报的基础理论知识，理解水文模型在水文预报中的重要作用。

2、通过课堂讲解、讨论和学生课下阅读、思考，使学生在掌握水文预报基础知识的基础上，对水文模型、实时洪水预报等方面的一些问题能有一定的独立思考能力。

3、要求学生在学完本课程后，能独立地运用水文预报的基础知识进行河道流量演算；学会应用新安江流域水文模型进行水文预报工作。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议

第一章 绪论 建议学时：1

[教学目的与要求] 掌握水文预报的概念，了解水文预报在防汛抗旱中的作用，了解水文预报的研究历史与现状，理解水文预报的研究思路及常用方法。

[教学重点与难点] 水文预报的概念及方法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 水文预报概念

第二节 水文预报的作用

第三节 水文预报的研究现状

第四节 水文预报研究思路与方法

第二章 流域产流 建议学时：6

[教学目的与要求] 掌握流域产流量计算的水量平衡方程，掌握地面径流与地下径流的概念与区别，理解两种产流方式的区别，掌握土壤蒸发的影响因素与三个阶段，理解流域蒸发的三层蒸发计算模式，理解退水指数方程，了解次洪径流深的计算方法，了解径流成分划分方法，了解降雨径流相关图的建立方法与应用，掌握蓄满产流和超渗产流的概念及计算方法，了解下渗曲线的原理和制作方法，了解混合产流的两种计算方法。

[教学重点与难点] 地面径流与地下径流的概念与区别，流域蒸发的三层计算模型，超渗产流和蓄满产流的概念、计算方法和区别。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 概述

一、流域产流量计算的水量平衡方程

二、闭合流域的水量平衡方程

第二节 产流机制分析

一、流量过程线分析

二、气候、地理和下垫面特征分析

三、综合分析

第三节 流域蒸发

一、蒸发与影响因素概化

二、蒸发能力的确定

三、水面蒸发量估计

四、流域蒸发量推求

第四节 实测径流分析

一、退水曲线分析

二、次洪径流深计算

三、径流成分划分

第五节 降雨径流经验相关法

一、降雨径流相关图的建立

二、降雨径流相关图讨论

三、降雨径流相关图的应用与发展

第六节 蓄满产流

一、蓄满产流关系

二、水源划分

三、产流量计算模型建立

第七节 超渗产流

一、超渗产流模型原理

二、下渗曲线

三、下渗曲线的制作

第八节 混合产流

第三章 流域汇流 建议学时：7

[教学目的与要求] 理解流域汇流的两个阶段，掌握单位线的定义与基本假定，理解时段单位线推求的准备工作，学会采用分析法和试错法推求时段单位线，理解瞬时单位线的定义与计算方法，掌握不同时段单位线的转换方法，学会由瞬时单位线推求时段单位线的方法，掌握等流时线的定义，了解克拉克法和地貌瞬时单位线的理论基础及公式。

[教学重点与难点] 单位线的定义与基本假定，推求时段单位线的方法，瞬时单位线的计算方法，不同时段单位线的转换方法，瞬时单位线推求时段单位线的方法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 概述

第二节 单位线

一、单位线的定义

二、单位线的推求

三、单位线的转换

第三节 等流时线法

一、基本概念和公式

二、克拉克法

第四节 地貌瞬时单位线法

一、概述

二、地貌瞬时单位线的理论基础

三、地貌瞬时单位线公式

第四章 河道流量演算与洪水预报 建议学时：6

[教学目的与要求] 理解圣维南方程式及其简化，理解水量平衡方程和槽蓄方程，掌握槽蓄曲线的意义，掌握特征河长的定义及计算公式，理解采用特征河长法进行流量演算的方法，学会特征河长的计算方法，掌握马斯京根法的槽蓄方程、流量演算公式并学会流量演算方法，掌握马斯京根法几个参数的物理意义及确定方法，理解马斯京根分段流量演算法和非线性流量演算法，掌握相应水位法的基本原理，理解相应水位法的几种计算方法，理解合成流量法，学会有支流、分流河段的流量演算。

[教学重点与难点] 圣维南方程式及其简化，特征河长法，相应水位法，马斯京根法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 流量演算法的基本原理

一、圣维南方程组及其简化

二、水量平衡方程和槽蓄方程

第二节 特征河长法

一、特征河长及其槽蓄方程

二、流量演算方法

三、参数推求

第三节 马斯京根法

一、基本原理和概念

二、参数的物理意义、参数和演算时段的确定

三、马斯京根分段流量演算法

四、马斯京根法非线性流量演算

第四节 河道相应水位（流量）预报

一、概述

二、相应水位（流量）法

三、合成流量法

第五节 有支流、分流河段的流量演算

一、基本概念

二、有支流河段的流量演算

三、有分流河段的流量演算

第六节 水力学的河道洪水演算方法

第五章 流域水文模型 建议学时：6

[教学目的与要求] 掌握水文模型的概念、分类，了解水文模型的发展历史，掌握新安江水文模型的模型结构、模型计算，了解新安江水文模型中的水文参数及意义，掌握新安江水文模型的适用条件，了解萨克拉门托模型和水箱模型的模型结构，理解分布式水文模型的模型特点及参数确定方法，了解分布式水文模型研究中存在的问题，理解流域水文模型的建模思路及模型检验方法。

[教学重点与难点] 水文模型分类，新安江水文模型的模型结构、模型计算方法。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 流域水文模型概论

一、水文模型概述

二、水文模型分类

三、水文模型的研究与发展

第二节 概念性流域水文模型

一、新安江流域水文模型

二、萨克拉门托流域水文模型

三、水箱模型

第三节 分布式流域水文模型

一、模型理论与技术支撑

二、模型特点

三、模型研究中的问题

四、模型参数确定

第四节 流域水文模型研究与检验

一、建模思路

二、模型检验

第六章 实时洪水预报 建议学时：4

[教学目的与要求] 理解实时洪水预报的建模步骤，了解实时洪水预报误差修正的方法-自回归修正和卡尔门滤波，了解实时作业预报中存在的问题及处理方法。

[教学重点与难点] 实时洪水预报的建模步骤，自回归修正，卡尔门滤波。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 概论

第二节 实时洪水预报建模

一、流域基本特征

二、特征值确定

三、资料准备

四、预报建模

第三节 实时洪水预报误差修正

一、概述

二、自回归修正

三、卡尔门滤波

第四节 实时作业预报与问题处理

一、洪水预见期延长

二、中间变量估计

三、雨量资料问题处理

四、流量资料误差

五、水库入库流量预报及考核指标问题

第十章 水文预报结果评定 建议学时：2

[教学目的与要求] 了解水文预报误差产生的原因，了解水文预报精度评定和检验的目的与方法，了解洪水预报精度评定的内容，理解精度评定的指标。

[教学重点与难点] 洪水预报精度评定的内容和指标。

[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节 预报误差原因分析

第二节 评定和检验的目的与方法

一、评定和检验目的

二、评定和检验方法

第三节 洪水预报结果评定

一、编制方案资料要求

二、精度评定

撰稿人：武玮 审核人：桑国庆