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考虑水利工程影响的水库洪水预报方案研究——以清河水库、门楼水库为例

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究思路

2 模型选择及改进

2.1 引言

2.2 小水利工程影响分析及处理方法

2.3 相关模型改进

2.4 模型参数优选

2.5 小结

3 门楼水库洪水预报研究

3.1 引言

3.2 流域概况及资料分析

3.3 TOPMODEL模型构建及结果分析

3.4 HEC-HMS模型构建及结果分析

3.5 相关模型对比分析

3.6 小结

4 清河水库洪水预报研究

4.1 引言

4.2 清河水库流域概况

4.3 大伙房（DHF）和TOPMODEL模型构建及结果分析

4.4 HEC-HMS模型构建及结果分析

4.5 相关模型对比分析

4.6 小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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摘要

洪水预报作为防洪非工程措施的重要组成部分，是水库调度过程中最主要的的依据，要，很多区域在流域内修建了大量小型水库、塘坝等涉水工程，改变了流域下垫面情况，影响了流域降雨径流的水文规律。随着时间的推移，人类活动日益频繁，流域洪水预报方案精度不断下降，已不能为水库调度提供准确的预报信息，严重威胁到流域的防洪安全。本文以门楼水库和清河水库为背景，在大伙房模型、TOPMODEL模型及HEC-HMS流域水文模型原结构的基础上对模型进行改进，并分别用以制定考虑水利工程影响作用的洪水预报方案。
　　在研究国内外发展现状的基础上，结合流域工程现状，主要研究内容和成果如下：
　　（1）通过分析得到流域内大量水利工程对洪水的影响主要表现为拦蓄和调节作用。本文采用三种方法考虑水利工程对流域产流的影响作用：方法1，用一座虚拟水库替代水库群的拦蓄作用；方法2，对小水库进行单元化处理，即将每个小型水库控制的区域划分为一个子流域；方法3，根据流域特性将全流域分成若干子流域，将位于同一子流域内的水利工程聚合为一个水库。并采用参数的动态变化来反映小型水利工程对汇流的影响。根据模型特性，分别在大伙房模型和TOPMODEL原模型结构的基础上在产流中增加水利工程影响模块；详细阐述了在HEC-HMS模型中加入聚合水库后进行洪水预报的具体思路。
　　（2）门楼水库洪水预报方案研究，将改进后TOPMODEL和HMS-HEC模型应用于门楼水库，并将模拟结果与改进后的大伙房模型结果进行对比分析。结果表明，①利用改进后的TOPMODEL模型用两种方式考虑流域内水利工程的影响，洪水预报方案精度明显提高。产流模拟和汇流模拟中率定期与检验期的合格率皆在80％以上，能较好地反映水利工程对流域径流的影响。②使用HEC-HMS进行洪水模拟，产流模拟中率定期的合格率为77％，验证期的为80％，汇流模拟中率定期合格率为88％，验证期为78％，洪水预报方案仅为乙级水平。③从产流模拟精度、汇流模拟精度、大洪水的拟合度三个方湎对比分析相关模型的模拟结果，改进后的大伙房模型更适用于门楼水库洪水预报，能为门楼水库调度提供可靠依据。
　　（3）清河水库洪水预报方案研究，将改进后TOPMODEL和大伙房模型（DHF）、HEC-HMS模型应用于清河水库，并对模拟结果进行分析。结果表明，①在不考虑水利工程影响时，利用原大伙房模型和TOPMODEL模拟清河水库流域内的历史洪水，其产流结果较好，但汇流结果拟合效果很差，大伙房模型中有8场不合格，TOPOMDEL模型中有10场不合格,流域内水利工程对径流的调节作用明显。②利用改进后的两个模型进行洪水模拟，产流合格率相比于之前没有明显的提高，但汇流精度提高明显，两模型率定期与检验期的合格率皆不低于80％；且改进后的大伙房模型相比于TOPMODEL模型表现出更好的适用性，在制定清河水库洪水预报方案时可首选大伙房模型。③在HEC-HMS模型中加入虚拟水库对清河水库的22场洪水进行模拟。产汇流合格率都很低，不适用于清河流域的洪水模拟，经分析更适用于降雨历时短、起峰快的山区洪水预警。
　　（4）从模拟结果可看出，集总式流域水文模型 DHF模型表现出更好的模拟效果。现有分布式流域水文模型由于现阶段降雨、蒸发、地形等数据精度的限制，无法考证子流域模拟结果的准确性。所以有时具有分布式属性的流域水文模型的模拟结果并不理想。总之，制定洪水预报方案时，现有降雨、蒸发、地形数据等资料的空间尺度应是选择流域水文模型的重要因素。

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