（水文學(xué)及水資源專業(yè)論文）大流域洪水預(yù)報實時校正研究.pdf

摘要 洪水預(yù)報是防洪調(diào)度決策的主要依據(jù)，是防洪減災(zāi)工作中的一項重要的非工 程措施。大流域因其空間范圍覆蓋廣、支流眾多的特性，如何對其進行高精度的 洪水預(yù)報一直是比較難的問題。對大流域預(yù)報結(jié)果進行實時校正是提高預(yù)報精度 的有效手段之一。 本文在地理信息系統(tǒng)平臺上完成了流域信息的提取、水文模型對象解析和流 域概化，并在此基礎(chǔ)上將大流域劃分為不同級別的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間由低級到 高級逐級計算；研究了流域拓撲關(guān)系，各子系統(tǒng)內(nèi)部根據(jù)該關(guān)系解決了對象最優(yōu) 演算次序的問題，構(gòu)建了洪水預(yù)報方案。對現(xiàn)階段主要的實時校正方法進行了比 較，得出使用誤差自回歸和最小二乘在線估計耦合的白適應(yīng)實時校正方法可以對 洪水預(yù)報結(jié)果進行有效校正。最后將洪水預(yù)報方案與實時校正模型結(jié)合，提出了 大流域的洪水預(yù)報實時校正方案。 將本文研究的成果應(yīng)用于水文業(yè)務(wù)中，效果較好，洪水預(yù)報精度有了較大提 高，是一種簡便實用的洪水預(yù)報實時校正方法。 關(guān)鍵字：大流域、拓撲關(guān)系、實時校正、預(yù)報方案 a b s t r a c t f l o o df o r e c a s t i n gi sm a i nd 印e n d e n c eo ff l o o dc o n n d l l i n ga n dd e c i s i o n ，i ti s c o n s i d e r e da sa i l i l p o r t a 毗 n o n s t n l c t u i _ a lm e a s u r eo nt h ef l o o dc o n t r o la 1 1 d m i t i g a t i o n h o wt o f o r e c a s ti t sn o o dw i 伽h i g hp r e c i s i o na l w a y si sad i m c u l t p r o b l e m ，f o rl a r g eb a s 協(xié)sc h a r a c t e ro fw i d ec o v e r i n ga r e aa n dn 砌e r o u sb r a n c h e s r e a l t i l n ec o r r e c tt l l el a 唱eb a s i n sf o r e c a s 血gr e s u l ti so n eo f 也ee 療b c t i v ew a y st o i m p r o v e t h ef b r e c a s t i n gp r e c i s i o n t h ep a p e ra c c o i n p l i s hb a s i ni n f b r m a t i o nc o l l e “o n ，b y d r o l o g yo b j e c t sp a r s ea n d b a s i l l sg e n e r a l i z a t i o no ng i sp l a t f o r i i l ，f l r s t l ya 1 1 do nm eb a s e ，i tc o m p 咖e n t a l i z e s l a r g eb a s i nt od i “e v e ls u b s y s t e m ，a n dc o m p u t e 矗o mb a s et oa d v a n c eb e 觚e e n e a c hs u b s y s t e m ；i ts t l l d yb a s i n st o p o l o g yr c l a t i o n ，s o l v et h ep r o b l e mo f o b j e c t sb e s t f i g u r eo r d e ra c c o r d j n gt ot h er e l a t i o nb m r e e i le a c hs u b s y s t e m ，c o n s t n 】c tp r o j e c to f n o o df o r c c a s t i n g i tc o m p a r e st 圭l em a i na c t i l a lr e a l t i m ec o r r e c t i o nm e t h o d sa n d 丘n d t h a ta d o p tt h em e t b o do fe r r o ra i i 【o r e 鏟e s s i o nc o m b i i l e 州也a t t e n u a t i o nm e m o r y l e a s t 。s q u a r e sc a ne 丘b c t i v e l yc o r r e c tn o o df o r e c a s t i n g sr e s m t l a s t l y ，i tc o m b i n en o o d f o r e c a s t h l gp r o j e nw i 廿1r e a l t i m ec o 玎e 嘶o nm o d e lt op u tf o l 刪n l ep r o j e c to ff l o o d f b r e c a s t i n g sr e a l t i m ec o r r e c t i o nf o rl a r g eb a s i n t h es m d yp r o d u c t j o no ft h ep a p e ri sa p p l i e dt oh y d i - o l o g yc a l lg e tg o o dr e s u l t ， a n dn o o df o r e c a s t i i l g sp r e c i s i o ni sm u c hi i l l p r o v e d ，s oi ti sa 1 1a p p l i e dm e t h o df o r n o o df o r e c a s t i n g sr e a l t i m ec o r r e c t i o n k e yw b r d s ：i a 唱eb a s i n ，t o p o i o 時r e j a t i o n ，r e a i t i m ec o n c t i o n ，f b r e c a s tp r o j e c t 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明： 本人所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作 及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工 作的同事對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并 表示了謝意。如不實，本人負全部責(zé)任。 論文作者( 簽名) ： 塑! 匹盞 學(xué)位論文使用授權(quán)說明 2 0 0 6 年6 月6 日 河海大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、中國學(xué)術(shù) 期刊( 光盤版) 電子雜志社有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件或 電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子 文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外， 允許論文被查閱和借閱。論文全部或部分內(nèi)容的公布( 包括刊登) 授權(quán) 河海大學(xué)研究生院辦理。 論文作者( 簽名) ： 盤，絲： 2 0 0 6 年6 月6 日 第一章緒論 1 1 問題的提出 第一章緒論 我國地域遼闊、河流眾多、地形復(fù)雜。由于受季風(fēng)和河流地理分布的影響， 我國是一個水旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的國家。在與洪水斗爭的長期實踐中，人們逐漸認 識到采用防洪措施可以減少洪水的災(zāi)害損失。防洪措施通常分為兩大類【l 】：工程 措施和非工程措施。非工程措施一般包括：加強防洪設(shè)施管理，提高防洪設(shè)施的 防洪能力；建立健全通訊系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)；改進和發(fā)展洪水預(yù)報技術(shù)，提高防洪 調(diào)度水平等。其中改進洪水預(yù)報方法、提高預(yù)報精度、實施洪水預(yù)報調(diào)度是非工 程措施中最行之有效的辦法之一【2 】d 水文預(yù)報是研究和運用水文變化規(guī)律，揭示和預(yù)測未來水文要素變化的一門 應(yīng)用學(xué)科。水文預(yù)報能夠為防汛抗旱、水庫的施工和調(diào)度管理、水資源的有效利 用提供極為重要的依據(jù)。隨著科技的發(fā)展，人民生活的需要，國家開始興建很多 大型水利工程，要保證這些工程高效的運轉(zhuǎn)，精確的水文預(yù)報是必不可少的。這 種預(yù)報一般涉及到上萬甚至幾十萬平方公里的大流域，考慮到大流域測站多、資 料情況參差不齊的特點，要能夠得到比較好的預(yù)報結(jié)果，必須對資料稀缺大流域 的預(yù)報方法進行研究。 本文正是針對這一問題展開討論，在分析大流域特征的基礎(chǔ)上，探求一種簡 單實用的預(yù)報方法，對預(yù)報結(jié)果進行實時校正，并將其實際應(yīng)用在三峽入庫站流 量預(yù)報會商系統(tǒng)中。 1 2 國內(nèi)外發(fā)展與研究現(xiàn)狀 1 2 1 大流域預(yù)報模型的發(fā)展 現(xiàn)階段在小流域上的水文預(yù)報研究相對較多，對于大流域的研究相對較少。 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 早期的大流域預(yù)報主要是采用降雨徑流相關(guān)的方法來預(yù)報的。1 9 7 8 年格雷克提 出，在徑流變化有明顯季節(jié)性特征的流域，把前幾年( 率定期) 的同一時期的實 測流量的平均值，作為簡單的季節(jié)性預(yù)報值，要比用性能較好的降雨徑流模型得 出的預(yù)報值好得多1 3 】。這一理論的提出為后人提出大流域徑流預(yù)報混合模型奠定 了基礎(chǔ)。1 9 8 3 年，j e n a s h 在格雷克等人研究的基礎(chǔ)上，把降雨徑流模擬的 概念與純粹的季節(jié)性預(yù)報方法結(jié)合起來，得到了更好的預(yù)報結(jié)果 3 。他的研究成 果表明，利用混合模型求得的結(jié)果要比單獨用季節(jié)性預(yù)報模型或用較完善的降雨 徑流模型求得的結(jié)果好得多。因此，這類模型對具有明顯季節(jié)性特征的大流域可 能是很有用的1 3 。 1 9 9 1 年梁庚辰等人提出多輸入一單輸出線性擾動模型及其識別方法在匯流 方面的應(yīng)用，并在中國長江上的兩個不同的河段與一個支流流域上進行了驗證。 結(jié)果表明，這兩類模型在河道匯流演算中都能給出很高的精度。對輸入、輸出關(guān) 系復(fù)雜的大流域，線性擾動模型能夠做出比簡單線性模型好得多的預(yù)報 4 l 。1 9 9 5 年何少華在此基礎(chǔ)上將多個水文系統(tǒng)模型在大流域匯流演進計算中進行了應(yīng)用。 系統(tǒng)模型較之概念性模型具有使用資料少、求解簡便、可用嚴格的數(shù)字方法優(yōu)化 出多個輸入的脈沖響應(yīng)的優(yōu)點1 5 j 。然而系統(tǒng)模型忽略了水文預(yù)報的物理意義，以 數(shù)學(xué)方法進行計算，結(jié)果可能會導(dǎo)致很大的誤差，甚至不符合預(yù)報結(jié)果的物理意 義。 2 0 0 4 年，李致家等人提出大流域的洪水預(yù)報和洪水調(diào)度管理需要采用水文 學(xué)與水力學(xué)、確定性與隨機性模型相結(jié)合的綜合方法【6 】。對于降雨一徑流模型通 常采用新安江模型和經(jīng)驗預(yù)報方案進行流域流量過程預(yù)報；對于無資料的區(qū)間流 域，采用水文模型進行流量預(yù)報。河道洪水演進采用一維或者二維非恒定流水力 學(xué)計算方法。同時將這些確定性模型結(jié)合卡爾曼濾波或最小二乘遞推模型等數(shù)學(xué) 方法進行校正。這一理論雖然比較全面的概括出大流域預(yù)報的基本方法，但是由 于大流域資料的不完整性，方法的復(fù)雜性以及預(yù)報人員經(jīng)驗的差異，真正將這些 方法完全應(yīng)用于生產(chǎn)項目中難度很大。 隨著地理信息系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，近年來大流域預(yù)報研究又出現(xiàn)了一些新方 法。2 0 0 3 年陳利群等人提出運用d e m 數(shù)據(jù)和s w 盯模型對大尺度流域預(yù)報研究 2 第一章緒論 【7 1 ；劉昌明等人運用c 3 l 模型對大尺度資料稀缺地區(qū)水文模擬進行研究【8 】。 這些方法雖然能夠解決一些問題，但是在使用中難度仍然很大。國內(nèi)運用s w 舡 模型主要是靠軟件來實現(xiàn)的，二次開發(fā)空間小，難以用于水情預(yù)報會商系統(tǒng)中： v i c 一3 l 模型對流域植被、土壤資料情況要求較高，這在現(xiàn)階段在很多大流域也 是難以實現(xiàn)的。 總之，國內(nèi)外對于大流域洪水預(yù)報的研究較少，對于幾十萬平方公里流域洪 水預(yù)報的研究更少，大多數(shù)研究僅僅停留在理論階段，沒有一種比較簡單實用的 方法能夠真正用在大流域的預(yù)報中。 1 2 2 實時洪水校正模型 水文模型將復(fù)雜的水文過程加以概化成數(shù)學(xué)物理方程薺在計算機上實現(xiàn)，這 樣整個流域的產(chǎn)匯流問題就歸結(jié)為模型結(jié)構(gòu)與模型參數(shù)問題。當(dāng)流域的結(jié)構(gòu)和參 數(shù)確定后，系統(tǒng)就完全確定了，就能把任何輸入過程確定地轉(zhuǎn)化成輸出過程。從 這點來看，水文模型有它獨特的優(yōu)點【9 。但預(yù)報模型在實際的應(yīng)用中有時預(yù)報精 度并不理想。這就要求在預(yù)報中加上校正模型，對預(yù)報結(jié)果進行校正以獲得更高 的精度。 實時洪水預(yù)報包括水文資料的實時傳輸、水文資料的實時檢索、水文資料的 實時插補、模型的預(yù)報以及實時校正【1 0 。洪水預(yù)報實時校正方法大體上可以分為 兩類：預(yù)報與校正模型合一，一般的黑箱模型都是這樣，如c l s 模型：預(yù)報與校正 模型耦合：如先用水文學(xué)模型或者水力學(xué)模型預(yù)報，而后采用誤差自回歸等方法 進行實時校正。實時校正方法主要與所選用的預(yù)報模型有關(guān)。更確切地說，主要 與預(yù)報模型的“數(shù)學(xué)表達形式”及“算法”有關(guān)。對線性系統(tǒng)模型已有許多卓有 成效的實時校正模型，如卡爾曼濾波、遞推最小二乘法、誤差自回歸模型等。 河海大學(xué)碩士論文大流域洪水預(yù)報實時校正研究 1 3 本文研究內(nèi)容 針對目前大部分的方法尚處于理論研究階段，對資料要求較高的情況，本文 主要從生產(chǎn)需要出發(fā)，將理論與實際很好的結(jié)合起來，在前人研究的基礎(chǔ)上對大 流域洪水預(yù)報實時校正作進一步研究，以期能夠找到一些簡單實用的方法。 本文將研究解決以下兩方面的問題： ( 1 ) 大流域預(yù)報建模的問題 大流域由于支流眾多，計算有著嚴格的順序，各水文模型對象的集成是建立 洪水預(yù)報方案的關(guān)鍵所在。如何解決好模型之間數(shù)據(jù)的傳遞，提高系統(tǒng)運行的效 率也是亟待解決的問題。目前國內(nèi)外的研究還沒有提出一個方便、有效的模型系 統(tǒng)集成的辦法。研究一種方便的模型系統(tǒng)集成辦法具有重要意義。 ( 2 ) 大流域洪水預(yù)報實時校正的問題 要對洪水未來的變化趨勢做出準(zhǔn)確的預(yù)報，對預(yù)報結(jié)果實時校正是必不可少 的。當(dāng)前實時校正的方法很多，也取得了不錯的效果，但是這些方法多數(shù)只是對 于某一個小流域進行的。僅僅對大流域中一個小流域校正，其影響可能是微不足 道的。大流域中還有很多支流，這些支流的校正結(jié)果對于最終出口斷面可能是有 影響的，必須探求一種方法能全面考慮大流域洪水預(yù)報實時校正的問題。本文這 些做了詳盡的研究比較工作，力求能找到一種便捷準(zhǔn)確的能夠?qū)θ饔蜻M行實時 校正以獲得滿意精度的方法。 本文第一章為總論，第二、三章為并列關(guān)系，在第二章使用d e m 進行了產(chǎn)匯 流分區(qū)和進行流域拓撲關(guān)系的確定，在第三章選擇了實時校正模型并確定了模型 的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，第四章運用這兩章的結(jié)果進行了流域預(yù)報校正方案構(gòu)建。 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 第二章流域拓撲關(guān)系的確定 在流域水文模擬中，為了考慮降雨空間分布不均的影響及流域下墊面水文特 性的空間差異，常常采用分散式水文模型。即將預(yù)報流域適當(dāng)?shù)胤殖啥鄠€單元流 域，在各單元流域上進行產(chǎn)匯流計算，再將各單元流域的出流過程演算到流域出 口斷面( 預(yù)報流域控制站) ，疊加后作為其流量預(yù)報過程。但是在具體實施過程中， 大流域中各單元面積的計算是有嚴格順序的，要先進行坡面產(chǎn)匯流計算，再進行 河道匯流計算，只有確定了流域的拓撲關(guān)系，才能構(gòu)建流域預(yù)報方案，高效的進 行大流域預(yù)報計算。 為了確定流域拓撲關(guān)系，首先要提取流域下墊面信息，合理劃分單元面積， 對流域中的眾多研究對象進行水文解析。這樣才能將大流域中的眾多對象劃分為 點對象、線對象和面對象，利用線對象的鏈接方式確定流域拓撲關(guān)系。 2 1 流域下墊面信息提取 在過去，流域下墊面信息的提取一般是采用人工方式進行流域信息的提取， 操作費時費力而且精度得不到保證。隨著數(shù)字地球概念的提出，各種以數(shù)字形式 表達高程、土壤、土地利用、地質(zhì)等信息的數(shù)據(jù)應(yīng)運而生。這些數(shù)據(jù)是用一個任 意坐標(biāo)場中大量選擇的已知x ，y ，z 的坐標(biāo)點對連續(xù)地面做一個簡單的統(tǒng)計來 表示地理信息的。當(dāng)描述的地面特性是高程z 時，這種由x ，y 水平坐標(biāo)系統(tǒng)來 描述的高程空間分布的數(shù)字地形模型稱作數(shù)字高程模型( d i g i t a le l c v a t i o n m o d e l ，縮寫為d e m ) 。作為地球空間框架數(shù)據(jù)的基本內(nèi)容和其它各種地理信息 的載體，d e m 是各種地學(xué)分析的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，也是g i s 的基本內(nèi)容。d e m 具 有很大的實用價值，可對地形進行詳細的描述，推求各種地形特征值。 俗話說水往低處走，不管是流域坡面上的產(chǎn)匯流過程，還是河道洪水波的演 進過程，都遵循著這一規(guī)律。因此，在重力作用下，地形對徑流的產(chǎn)生與運動， 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 起著決定性的作用。所以說，d e m 數(shù)據(jù)的普及為水文學(xué)的發(fā)展提供了新的數(shù)據(jù) 源，地理信息系統(tǒng)的發(fā)展與普及為水文學(xué)的發(fā)展提供了新的平臺“】。 利用地理信息系統(tǒng)軟件空間分析的功能，以數(shù)字高程模型為基礎(chǔ)，可以使流 域信息的提取更為方便、快捷。 2 1 1d e m 預(yù)處理 由于受高程數(shù)據(jù)采集誤差( 或d e m 生成過程中的插值誤差) 及d e m 格網(wǎng) 大小的影響，會使d e m 中出現(xiàn)坑( 或稱洼地) ，即某一網(wǎng)格或一組網(wǎng)格四周所 有網(wǎng)格都高于這一網(wǎng)格或這一組網(wǎng)格。在這種情況下，坑周圍的網(wǎng)格方向?qū)⒍贾?向坑，在流水網(wǎng)中造成斷點，這意味著有些徑流不能流出流域出口地面，從而造 成計算結(jié)果的不合理。為此，需對d e m 進行預(yù)處理，對原始的d e m 進行填洼 處理。 2 1 2 流域流水網(wǎng)的推求 地形對流域匯流過程起著決定性作用。根據(jù)d e m 數(shù)據(jù)，對匯流過程進行描 述的最好方法是流域流水網(wǎng)【1 2 1 。每個網(wǎng)格上的徑流，將流向相鄰網(wǎng)格中高度相 對較低的網(wǎng)格，據(jù)此可確定各網(wǎng)格的方向。將各網(wǎng)格方向首尾相連，即為流域流 水網(wǎng)。b e v e n 和幻r l ，b y 【1 習(xí)和w h a n o n 1 4 】都對排水網(wǎng)做了完整的定義。流水網(wǎng)可詳 細描述流域的徑流匯流過程。 目前，利用數(shù)字高程模型模擬流域地形、水系、集水面積、坡度等信息的方 法很多，很多軟件也提供了這一功能。本文采用血c g i s 軟件作為推求流水網(wǎng)的 主要工具。圖2 1 是利用d e m 數(shù)據(jù)，采用時c g i s 軟件生成的本文研究區(qū)域水系 圖。任何一種方法導(dǎo)出的流水網(wǎng)，由于種種原因，可能存在錯誤或誤差。特別在 平原地區(qū)，由于地形差別不大，這些誤差和錯誤將導(dǎo)致生成的河網(wǎng)不能很好的代 表真實河網(wǎng)。因此，在流水網(wǎng)生成后，需對流水網(wǎng)進行合理性檢驗。只有合理可 靠的流水網(wǎng)，才能以此為依據(jù)，進行空間分析。模擬河網(wǎng)與藍線河網(wǎng)( 真實河網(wǎng)) 擬合程度的好壞，是檢驗流水網(wǎng)合理可靠的有效手段之一。圖2 2 是長江中上游 6 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 流域1 ：2 5 萬藍線水系圖分布圖，與圖2 1 相對比可看出，模擬河網(wǎng)達到了較好的 擬合精度，能基本反映藍線水系。為了更詳細的對比分析，圖2 3 中顯示了模擬 河網(wǎng)與l ：2 5 萬藍線河網(wǎng)的對比圖。 圖2 1 采用a r c g i s 軟件生成的流域水系圖 圖2 - 2 流域藍線水系圖 河海大學(xué)碩士論文大流域洪水預(yù)報實時校正研究 圖2 3 模擬河網(wǎng)與1 ：2 5 萬藍線河網(wǎng)對比圖 由于受d e m 精度影響，一般情況下，高山丘陵地區(qū)地勢起伏跌宕，利用 d e m 數(shù)據(jù)可以很好的模擬藍線河網(wǎng)，達到了較高的精度，可以用于進一步的空 間分析。而平原地區(qū)效果有可能差些，能否用于進一步的分析還要進行詳細的 對照工作。 2 1 3 流域產(chǎn)匯流分區(qū)的建立 利用舡c g i s 軟件能方便地按自然流域進行單元面積的劃分【1 5 】，在流域流水 網(wǎng)生成后，只要給定集水面積的值，軟件能自動按流域分水嶺進行單元面積的劃 分。 但是軟件在生成單元面積時，設(shè)置的集水面積值是對整個流域的，不能對流 域的某一區(qū)域單獨設(shè)置集水面積值，從而使整個流域上的單元面積大小都相差不 大。但在實際的情況中，如果流域中的某一區(qū)域控制站較密，那么相應(yīng)的單元面 積數(shù)可以多點，就要將劃分好的單元面積進行進一步的細分；但如果控制站較疏， 那么相應(yīng)的可以人工合并單元面積，增大單元面積面積。無論使用什么方法導(dǎo)出 的流水網(wǎng)，由于d e m 數(shù)據(jù)本身的精度以及軟件自身的問題，可能導(dǎo)致在流水網(wǎng) 基礎(chǔ)之上生成的單元面積也存在同樣的問題。在實際的應(yīng)用過程中，要在地理信 息的平臺上，加以人工分析，根據(jù)藍線河網(wǎng)校對劃分的單元面積，以保證單元面 第二壹大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 積和分水嶺地劃分正確。 圖2 q 流域單元面積分布圖 圖2 4 是利用流水網(wǎng)生成單元面積，再進行人工校對后得到的流域單元面積 分布圖，其空間范圍是從長江干流金沙江龍街站以下至干流寸灘站，包括烏江流 域、嘉陵江流域、岷江流域、沱江流域、金沙江下游、長江上游干流區(qū)。 在建立產(chǎn)匯流分區(qū)的時候，仍需同時考慮藍線河網(wǎng)和生成河網(wǎng)，有時還需參 考紙質(zhì)的流域圖，進行分析，考慮單元面積的劃歸。產(chǎn)匯流分區(qū)分為兩種類型： 小流域和區(qū)間流域。小流域是指沒有上游來水，主要用降雨徑流模型計算坡面產(chǎn) 流和匯流的區(qū)域；區(qū)間流域指以上游來水為主，主要用河道演算模型計算河網(wǎng)匯 流的區(qū)域。對于區(qū)間流域，劃分時還需要考慮到河道測站的影響，盡量將上下游 兩個水文( 水位) 站之間的區(qū)域劃分在一個產(chǎn)匯流分區(qū)內(nèi)。這樣做主要是為了更 多的利用流域內(nèi)的水位流量信息，達到更好的預(yù)報校正效果。圖2 5 是流域產(chǎn)匯 流分區(qū)的分布圖，在這一區(qū)域，一共劃分了5 3 個產(chǎn)匯流分區(qū)，包括2 0 個小流域 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 和3 3 個區(qū)間流域。 2 2 流域可視化構(gòu)模 圖2 5 流域產(chǎn)匯流分區(qū)分布圖 流域產(chǎn)匯流分區(qū)中有些分區(qū)需要采用降雨徑流模型，有些分區(qū)中包含大的河 流，有上下斷面的流量資料可以利用，還需要采用河道演算模型。流域可視化構(gòu) 模就是要在地理信息的平臺上根據(jù)采用模型的不同將流域中的研究對象抽象為 一個個點、線、面，對這些點、線、面賦予不同的屬性。如雨量站可以抽象為點， 河道可以抽象為線，產(chǎn)匯流分區(qū)可以抽象為面。這樣整個流域就可以抽象成一張 概化圖，對不同的對象可以采用不同的模型，達到高效率的預(yù)報。對這些對象賦 予屬性就可以將概化圖以表格的形勢儲存在數(shù)據(jù)庫中，方便使用。如何將這些分 1 0 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 區(qū)根據(jù)其采用模型類型不同劃分不同對象，對象應(yīng)該包括哪些屬性，模型參數(shù)怎 么確定，正是本節(jié)需要研究的問題。 2 2 1 相關(guān)水文模型介紹 水文預(yù)報模型一般分為確定性模型和隨機模型，確定性模型又分為概念性模 型和黑箱模型。概念性模型是由描述流域降雨徑流形成的數(shù)學(xué)函數(shù)構(gòu)成的一種數(shù) 學(xué)物理模型，物理意義清晰，嚴格滿足流域水量平衡原理【m ，但需要率定的參 數(shù)較多；黑箱模型只關(guān)心模擬結(jié)果的精度，不考慮輸入輸出之間的因果關(guān)系。在 過去的二三十年里概念性流域水文模型得到了長足的發(fā)展，在生產(chǎn)實踐中，也得 到了廣泛的應(yīng)用。我國趙人俊教授提出的新安江模型就是流域水文模型的一種， 新安江模型是分散型模型，它把全流域分成很多單元面積，對每個單元面積的出 流過程相加，得出單元面積的出口流量過程，再進行出口斷面以下的河道洪水演 算，求得流域出口的流量過程【1 7 】。 新安江模型總體結(jié)構(gòu)可分成三個部分，產(chǎn)流計算、分水源和匯流。三者基本 上是相互獨立的。由降雨、蒸發(fā)和土壤含水量，計算出徑流量；采用自由水蓄水 量模擬的方法，將徑流量分成地表水、壤中流和地下水三種水源；由于三種水源 匯流過程中所通過的介質(zhì)不同，具有不同的匯流特性，匯流過程可為三個階段， 單元面積內(nèi)坡面匯流、單元面積內(nèi)河網(wǎng)匯流、單元面積出口至流域出口斷面的河 道匯流。不同的匯流過程，采用不同的模擬方法。瓤安江模型的產(chǎn)流部分為蓄滿 產(chǎn)流模型，蒸發(fā)采用的是三層蒸發(fā)模型，河道洪水演算采用的是馬斯京根河道演 算法的線性解。 在集水面積較大的河段，其上游斷面的來水量常比區(qū)間入流量大，所以在大 流域的洪水預(yù)報中，河道流量演算是比較重要的環(huán)節(jié)。河道流量演算模型的成功 與否，關(guān)系到各單元流域洪水波演進規(guī)律( 傳播歷時及變形) 的模擬，組合結(jié)果決 定著出口斷面流量過程的所有位相，對整體預(yù)報方案的性能起到至關(guān)重要的作用 1 踟。多數(shù)大流域區(qū)間來水量比較小，所以本文主要對河道流量演算方法進行了 深入研究。 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 流量演算法是在圣維南方程組進行簡化的基礎(chǔ)之上，利用河段的水量平衡原 理和蓄泄關(guān)系把河段上游斷面的入流過程演化成下游斷面的出流量過程的方法。 換言之，該法是用以計算河槽調(diào)蓄作用對洪水波形狀與運動的影響 馴。這種方 法河段短期洪水預(yù)報和河道洪水分析計算中都被廣泛采用。我國水文預(yù)報中常用 的流量演算法有特征河長法、馬斯京根法等，根據(jù)長江水利委員會多年長江水文 預(yù)報中心的作業(yè)預(yù)報實踐經(jīng)驗，常規(guī)洪水預(yù)報方案采用馬斯京根河道演算法比較 合理。 馬斯京干法是美國一個叫麥卡錫( g t m a c a n h y ) 的人于1 9 3 8 年提出的一 種河道流量的演算方法，由于最先使用于美國的馬斯京干河而得名。 馬斯京干法認為槽蓄量方程的表達式為： 令 則 礦= 足 訂+ ( 1 一x ) 0 q = 訂+ ( 1 一x ) 0 矽= k d 式中 q 為示儲流量( m 3 s ) 為槽蓄流量關(guān)系曲線的坡度( a ) x 為流量比重因素( 無因次) 再結(jié)合水量平衡方程： ；( ，。+ ，：) 出一；( 0 1 + o ：) m ：一形 式中 j ，、j ：計算時段始、末的河段入流量( m 3 s ) 0 l 、0 2 計算時段始、末的河段出流量( 聊3 s ) 可以推導(dǎo)出馬斯京干法的計算公式 d 2 = c o ，2 + c l ，1 + c 2d 1 ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 其中參數(shù)c 。、c 。、c ：的計算公式如下，下式中的五，z 的意義同上。 c 0 = 攀筍 一 o 5 r + 缸 l ，1 一一 v c ，：莖二壘二! ：型 v v = k 一 ( x + 0 5 r c o + c 1 + c 2 = 1 對于有區(qū)間入流的情況，可將水量平衡方程改為： ( 2 2 6 ) ；( ，。+ l ) 出一；( d 1 + o ：洫+ ；( g ：一吼) = 一 ( 2 2 7 ) 槽蓄方程中的示儲流量公式可改為 q = 訂+ ( 1 一x ) 0 + g 其中g(shù) 區(qū)間入流。 式( 2 2 7 ) 就是馬斯京干槽蓄曲線方程式。 ( 2 2 8 ) 根據(jù)式( 2 2 7 ) 、( 2 2 8 ) 可以推導(dǎo)出有區(qū)間入流的馬斯京干法計算 公式如下： d 2 = c o ，2 + c 1 ，1 + c 2d 1 + c 3 9 】+ c j 9 2 c 。= 攀筍 c 。= 攀筍 c ，：莖二壘二! ：絲 c ，：墨! ：絲 c 。= 攀 v ：r 一腳+ ns r 1 3 ( 2 2 9 ) ( 2 2 1 0 ) 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 馬斯京干法的基本出發(fā)點就是引用“示儲流量”q 、與蓄量礦成單一線性關(guān) 系，而q 則是入流，和出流q 的函數(shù)。 經(jīng)過幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，馬斯京干法已形成許多不同的應(yīng)用形式，主要 由分段馬法、變參數(shù)馬法、非線性馬法和分層馬法等【2 m 。 ( 1 ) 分段馬法。為了避免出現(xiàn)負出流等不合理現(xiàn)象，保證上、下斷面的流 量在計算時段內(nèi)里線性變化和在任何時刻流量在河段內(nèi)沿程呈線性變化，一般要 求出“。1 9 6 2 年趙人俊教授提出了馬斯京干法分段連續(xù)演算法。 該方法將演算河段分成n 個子河段，每個子河段的參數(shù)丘。，z 。與未分河段 時的參數(shù)k ，x 的關(guān)系為 弘等 x 。= 三一等( ，一：x ) 分段連續(xù)演算的每段推流公式仍是( 2 2 9 ) 和( 2 2 一l o ) ，但式( 2 2 9 ) 中的足和工必須用分段后的也，x 。代替。 ( 2 ) 變參數(shù)馬法。由于河道水力特性的非線性，不同數(shù)量級的洪水傳播時 間和洪峰流量的衰減程度也不一樣。為解決這一問題，可以通過計算大量的歷史 洪水，求出x = 廠( j 。) 、k = 廠( ，。) ，并取= 肼7 1 ( k f ) ( 式中，l 為入流站 洪峰流量，i n t 為取整函數(shù)) 計算時是根據(jù)上游站的洪峰流量選用本次洪水的參 數(shù)足、x ，然后再用分段馬法進行推流。 變參數(shù)馬法是利用k 、x 和n 與入流洪峰，。的關(guān)系來處理河道水力特性非 線性問題。實質(zhì)上，除了當(dāng)x = 0 ( 水庫) 時，k 是入流的函數(shù)之外，大多數(shù)情 況下，足和x 都不僅是入流量的函數(shù)，而且也是出流量的函數(shù)。換句話說。出流 量是前期入流的函數(shù)。我們經(jīng)常遇到，在同一河段上，一些同量級的洪水( 洪峰 流量相當(dāng)) ，到達下游斷面的傳播時間和洪峰衰減程度大不相同，主要原因就在 于此。但在一般情況下，點出的k ，。和x j 。關(guān)系比較散亂，而且在使用時 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 由于洪水量級參數(shù)的不同，會導(dǎo)致洪水上下波動，不符合洪水預(yù)報的物理過程。 ( 3 ) 非線性馬法。該法要求丘、x 與示儲流量p 。關(guān)系能夠呈非線性的關(guān)系 來表示，一般情況下要找到符合這種情況的河道才能使用該方法。 ( 4 ) 分層馬法。該法是根據(jù)河道斷面特性，確定出分層數(shù)目，然后把入流 過程進行分層。演算是否需要分層，分層多少和各層參數(shù)的確定，一般是根據(jù)河 道特性和實測流量過程線分析確定的。 這四種方法中，分段馬法和變參數(shù)馬法使用最為普遍。大流域在計算過程 中節(jié)點眾多，節(jié)點與節(jié)點之間距離較長，節(jié)點之間的河段采用分段馬斯京根法進 行演算比較合理?？紤]到變參數(shù)馬法會引起流量波動，而且可能引起水量不平衡 的問題，本文在計算時主要采用分段馬斯京根河道演算法。 在預(yù)報時還要考慮到計算時段長的選擇，即系統(tǒng)進行預(yù)報的時間間隔。對 于大流域計算時段長，宜短不宜長，在我國濕潤地區(qū)一般取1 小時，北方取0 5 小時或者更短一些。 2 2 2 水文模型對象分析 水文模型是對流域上發(fā)生的水文過程進行模擬所建立的數(shù)學(xué)模型，對于復(fù)雜 流域，如何將各水文模型應(yīng)用對象集成才是建立洪水預(yù)報方案的關(guān)鍵所在。各水 文模型對象的集成首先要從地理空問角度和水文角度對水文模型對象進行解析， 分析研究各個模型對象的屬性和方法，進而完成水文模型類的抽象。 對象的地理解析是指在地理信息系統(tǒng)平臺上，將流域在地理空間上抽象概化 成為點、線、面的集合體【2 2 1 ，并賦與相應(yīng)的屬性。通過對水文模型對象的分析 后，可以將其抽象成為點對象( 測站、水量交匯點) 、線對象( 河段) 和面對象 ( 產(chǎn)匯流分區(qū)) ，這些對象都有其相應(yīng)的屬性。如點對象一般指測站，屬性為站 名、站碼、經(jīng)度、緯度等；線對象一般指河道，屬性有河段名稱、河段長度、上 下游名稱等；面對象一般指產(chǎn)匯流分區(qū)，屬性有分區(qū)名、分區(qū)代碼、分區(qū)面積( 真 實流域面積) 等。 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 對象的水文解析是指結(jié)合水文模型應(yīng)用實際，進一步擴充水文模型對象屬 性，其中較為關(guān)鍵的是分析流域水文特性，大致確定水文模型對象的模型參數(shù)屬 性。點對象除了其空間地理屬性外，還有其水文屬性，包括站碼的確定、站類甄 別等；線對象也有其水文屬性，如對于河道匯流模型中的馬斯京根法模型，其對 應(yīng)的模型對象是河段，那么此河段就要增加其河道演算的參數(shù)屬性：子河段數(shù)、 河段平均匯流時間、河段流量比重系數(shù)等；面對象的屬性相對復(fù)雜，如新安江模 型是一個分散性模型，考慮分散性，那么就應(yīng)該在產(chǎn)匯流分區(qū)中繼續(xù)進行單元面 積的劃分?，F(xiàn)在對單元面積的劃分比較合理的一種方式是按自然流域進行劃分， 這部分在前一節(jié)已經(jīng)有過詳細介紹。流域產(chǎn)匯流模型就是對每個單元面積進行計 算，得出單元面積出口的流量過程，再進行出口以下的河道匯流過程，得出至流 域出口的流量過程。將所有單元面積至流域出口的流量過程疊加，就求得了流域 出口的總出流過程。每個單元面積進行產(chǎn)匯流計算，所需的水文屬性包括：單元 面積的“外界”輸入( 面雨量與蒸發(fā)量) ，單元面積的面積、單元面積出口至流 域出口的匯流路徑長度，單元面積產(chǎn)匯流模型參數(shù)。 綜合上述對象解析過程，并結(jié)合流域洪水預(yù)報系統(tǒng)實際，進一步運用抽象、 聚類、分解等信息建模方法，可先將水文模型對象主要分為三大基本類：測站、 水量交匯點類、河段類、產(chǎn)匯流分區(qū)類。這些類的屬性確定后就完成了水文模型 的類抽象，這樣洪水預(yù)報方案的構(gòu)建將變得非常容易，以水文模型對象概化某一 流域的過程，僅僅是結(jié)合該流域的水文模型類的實例化過程。 2 2 3 資料稀缺地區(qū)參數(shù)確定方法研究 在模型對象水文分析過程中，最重要的是分析流域水文特性，大致確定水文 模型對象的模型參數(shù)屬性。無論是線對象還是面對象，都有一些模型參數(shù)需要確 定，由于采用的是概念性水文模型，參數(shù)具有明確的物理意義，一般并不難求出。 但是在資料比較少的地區(qū)，其參數(shù)的確定方法還是需要進行一些研究工作的。 新安江模型參數(shù)簡單，調(diào)試起來比較方便，對于資料稀缺地區(qū)新安江模型參 數(shù)確定方法，井立陽吲已經(jīng)經(jīng)過詳細研究，這里不再贅述。 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 由于大流域上游斷面的來水量常比區(qū)間入流量大，所以在洪水預(yù)報中河道演 算的精度如何直接關(guān)系到預(yù)報結(jié)果的精度。馬斯京根法方程中僅有兩個參數(shù)，工 表示上下游斷面流量在槽蓄量中的相對權(quán)重，反映楔蓄對流量演算的作用，槽蓄 作用大，x ?。环粗?，x 就大。丘為蓄量常數(shù)。 對于k 的性質(zhì)和范圍，大家的看法一般是一致的，在實際分段馬法計算中， f 五。 而對于z 的本質(zhì)和數(shù)值變化范圍，水文工作者的看法卻不一致。按照 y e v j e v i c h 和b 鋤e s ( 1 9 7 0 ) 的說法，參數(shù)x 與模擬河段出口斷面處流量的差別有關(guān)， 它是通過測驗河段的波形獲得，原則上隨著不同類型的波面不同。c 1 】i l g e ( 1 9 6 9 ) 提出應(yīng)工從o o 5 的范圍選擇。d o o g e ( 1 9 7 3 ) 提出他同意x 取負值的觀點。在 實際應(yīng)用中，x 取負值并沒有與任何條件下傳遞函數(shù)或模型脈沖相應(yīng)相矛盾，可 允許x 的變動范圍為x o 5 【2 4 】。 我們再從水力學(xué)的公式來看，由水力學(xué)求x 的公式 ? ”x - 一瓦 式中x 河道水面線的形狀系數(shù) ，特征河長( k m ) 上河長( k m ) 當(dāng)水面線為直線時z 。一三，一般在計算時_ 就取；特征河長f 和實際的河 長工均為正值，所以x 的取值范圍在( 一。，o 5 ) 。 求和x 值的方法很多，早期的方法比較麻煩，一般采用試算法，即由實測 入出流過程逐時段摘錄朋i 口0 的值，然后計算時段內(nèi)蓄水變量形和各時刻的槽 蓄量職假定不同的x 值，按公式( 2 2 8 ) 計算q ，并與同時刻的點礦值點 繪關(guān)系圖，當(dāng)漲洪段與落洪段基本合攏成一單一線，即求得需要的x ，眉= 9 。 出。實際工作中可以取多場洪水資料，分別按以上步驟求出k 和x ， 然后進行分析和綜合歸納，求出所需要的五和z 。但是有些河段，不論x 怎么取 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 值，矽q 關(guān)系呈“8 ”字形，而不是單一線；有些河段的q 關(guān)系雖然呈單 一線，但是為曲線。試算法計算比較復(fù)雜，效率不高，且不容易編制參數(shù)自動計 算的計算機程序，本文不予采用。 通過水力學(xué)方法，也可以計算x 。某一特征河長的河段，其下斷面流量0 與 該河段槽蓄水量呈單值關(guān)系，即具有水庫型性質(zhì)。 特征河長的計算公式是口5 ： z = 要c 務(wù) 實際運用是采用上式的有限差形式 7 d 0r z 、 仁百。麗。 式中0 0 下斷面流量 鼠比降 ( 等) 。水位流量關(guān)系曲線坡度 該方法對于x 的推求理論性是比較強的，利用式( 2 2 1 3 ) 計算時，需要 河段上下斷面的水位流量關(guān)系，但是在大流域中，河道節(jié)點眾多，資料往往難以 查找齊全，所以在最終確定x 值時，很多河段利用特征河長計算的工值只能給后 面參數(shù)值的確定提供一個參考。 翟家瑞在常用水文預(yù)報算法和計算程序一書中給出的求一次洪水參數(shù)k 和x 的計算公式為【2 0 】： n 0 ( 一q ) ”一 ，5 i p 一 ( ，。一0 ) 2 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 ，出喜q 【善( 1 一哆) + ：( i q ) 出q 【( 1 一哆) + 去( ，一q ) 1 k = _ l _ _ = 一 【x ( 一q ) + d f 2 這個公式比較容易編制程序，使用起來也比較方便，但是在本文研究使用時， 用它求得的參數(shù)值并不理想，很多斷面的計算結(jié)果不符合其物理意義。 近年來由于計算機的普及，越來越多的數(shù)學(xué)方法被引用進水文專業(yè)，最小二 乘估計法就是其中的一種，其原理簡單介紹如下： 洪水預(yù)報中使用的線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型有差分方程、響應(yīng)函數(shù)、狀態(tài)空間等形 式，但歸結(jié)到參數(shù)估計實施的時候，一般可將它們轉(zhuǎn)化為通用的線性方程組的形 式，即： 式中：中v 為系統(tǒng)輸入矩陣，n 維；z 為系統(tǒng)輸出變量，維；占為系統(tǒng) 參數(shù)向量，”維；維模型噪聲向量，維。 確定估計參數(shù)結(jié)果“最優(yōu)”的最小二乘準(zhǔn)則為：用估計的參數(shù)還原計算系統(tǒng) 的輸出估計值與已知值的誤差平方和達到最小。相應(yīng)的估計參數(shù)芻就稱為最小二 乘估計值。 最小二乘估計準(zhǔn)則的目標(biāo)函數(shù)記為： e 田 根據(jù)最小二乘準(zhǔn)則，式( 2 2 一1 7 ) ，可以推導(dǎo)出模型式( 2 2 1 6 ) 的參 數(shù)計算公式： 式( 2 2 一1 8 ) 稱為( 2 2 1 6 ) 的正規(guī)方程組或者法方程組，容易求出它 的解向量各計算公式為： 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 目= ( 西；中) 。中品z v 這就是( 2 2 1 6 ) 參數(shù)的最小二乘估計計算公式。 根據(jù)實測資料，就可以利用以上方法求得最小二乘的系統(tǒng)輸入矩陣。最小二 乘法具有收斂性，當(dāng)使用有限的樣本數(shù)的觀測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)參數(shù)進行估計時，參數(shù) 的估計值日隨樣本數(shù)的增大而逐漸接近( 收斂) 于系統(tǒng)的真實參數(shù)。 本文應(yīng)用實測的出入流流量列出矛盾方程，將最小二乘估計的原理用于世和 x 的求解。 根據(jù)公式( 2 2 1 1 ) 和( 2 2 1 3 ) 可以推導(dǎo)出以下公式： ( 半一半肛啦( l 圳+ ( 1 叫( 0 2 劃 ( 2 十2 0 ) 將( 2 2 2 0 ) 展開，得： ( 半一半皿制卜聃硼叫( 0 2 _ d 1 ) ( 2 2 _ 2 1 ) 令( 2 2 2 1 ) 中 y = ( 生筍一魚等) 出，蜀= 厶也，五= 0 2 - d j ，口- 缸，毋= 即卅 得：y = b l 蜀+ 島尥 ( 2 2 2 2 ) 根據(jù)一場洪水過程資料可以列出很多這樣的方程，組成一個矛盾方程組，利 用最小二乘法估計參數(shù)鼠和島，然后再求解二元一次方程組就可以求得k 和x 。 然后對多場洪水分別求得k 和z ，進行綜合分析最終確定其值。對于大部分的流 域，這一方法取得了較好的效果。 2 3 流域拓撲關(guān)系 防洪決策支持系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵技術(shù)就是如何將相對獨立的各個模型集成 在一個大的系統(tǒng)內(nèi)進行整體計算，如何解決好模型之間數(shù)據(jù)的傳遞，提高系統(tǒng)運 行的效率。目前國內(nèi)外的研究還沒有提出一個方便、有效的模型系統(tǒng)集成的辦法。 第二章大流域單元面積劃分和拓撲關(guān)系的確定 研究一種方便的模型系統(tǒng)集成辦法具有重要意義。 各模型對象的集成，也就是各模型對象問的鏈接問題。只有搞清楚各水文模 型對象間是如何鏈接的、對象間是如何傳遞數(shù)據(jù)的、對象的計算順序又如何等問 題才能將一個個分散的、獨立的水文模型對象組成有機的整體，才能構(gòu)建流域洪 水預(yù)報方案。水文模型對象的鏈接就涉及到了對象之間的拓撲關(guān)系。因此只要建 立好水文模型對象問的拓撲關(guān)系，那么就可以解決復(fù)雜流域洪水預(yù)報方案中的水 文模型對象集成問題【l l 】。 2 3 1 流域拓撲關(guān)系中的對象 為了計算更為方便，在采用模型計算時，首先要對流域進行概化，使得復(fù)雜 流域被抽象成為點、線、面對象的集合。對象的類型主要有產(chǎn)匯流分區(qū)( 面) 、 河段( 線) 、測站( 點) 、水量交匯點( 點) 。不同類型的對象，使用的計算模 型是不同的，如產(chǎn)匯流分區(qū)對象采用產(chǎn)匯流模型，可以是新安江模型、水箱模型 等：河段對象采用水文學(xué)或水力學(xué)河道演算模型，如馬斯京根法、一維非恒定流 法等。流域的概化圖中可以采用對象符號的形式表現(xiàn)，這里用p 代表產(chǎn)匯流分區(qū) 對象：r 代表河段對象，采用水文學(xué)或水力學(xué)方法進行河道演算；s 代表測站對象， n 代表水量交匯點對象，圖例如圖2 9 。 圖2 9 對象類型圖例 2 3 2 對象鏈接方式 流域內(nèi)各個對象之間的鏈接模式大致可分為三種：串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)( 既有 串連又有并聯(lián)) 。對于某些簡單流域，對象鏈接可能僅是串聯(lián)，而對于復(fù)雜流域， 一般各種鏈接模式都存在。圖2 1 0 表示了流域單元對象( p ) 、河段對象( r ) 、 河海大學(xué)碩士論文一大流域洪水預(yù)報實時校正研究 測站對象( s ) 、水量交匯點對象( n ) 之間的鏈接關(guān)系，各對象符號的意義同前， 箭頭方向表示水流方向。 圖2 1 0 各對象類型的鏈接模式 圖中各子圖表示意義如下： 串聯(lián)1 所表示的流域是產(chǎn)匯流分區(qū)( p ) ，是洪水產(chǎn)生的源節(jié)點，沒有上游來 水，產(chǎn)流后通過河道匯流流向出口控制測站；串聯(lián)2 所表示的是干流河道的洪水 演進過程的概化。s 1 測站斷面的輸入為上游來水，經(jīng)過r 1 河段的河道演算，到達 s 2 測站，再經(jīng)過r 2 河段的河道演算，到達s 3 測站斷面，這種河系連續(xù)洪水演算過 程同樣也是串聯(lián)模式；并聯(lián)所表示的是有支流的河道洪水演進過程。p 對象進行 完產(chǎn)匯流計算后，在n 處作為集中入流加入河道演算，這種有多個對象作為輸入 的稱之為并聯(lián)模式；混聯(lián)所表示的是有多條支流的河道洪水演進過程，是一個復(fù) 雜的演進過程。在于流河道上，s 1 測站斷面的輸入為上游來水，經(jīng)r 3 河段的河道 演算，到達s 3 測站斷面，在演算過程中，有支流匯入( 匯入的方式有集中入流與 旁側(cè)入流，還有更復(fù)雜的既有匯流又有分流) ，s l 測站斷面的輸入是上游來水， 經(jīng)r 1 河段的河道演算，在n 1 交匯點入干流河道，那么對于n 1 交匯點其有兩個對象 的輸入，為并聯(lián)模式，同樣n 2 交匯點也為并聯(lián)模式，但干流河道的鏈接模式又為 第二章大流域單元面積劃分