和规范和规范

1、第八章 设计年径流及径流随机模拟第一节 概述 一个年度内通过河流某断面的水量叫做该断面以上流域的年径流量。年度常采用水文年度。水文年度是根据径流的水文情态确定的，常把河流涨水的平均时刻作为元旦，长度与日历年相同。1 1、径流的年内变化、径流的年内变化 河川径流的主要来源为大气降水。降水在年内分配是不均匀的，有多雨季节和少雨季节，径流也随之呈现出丰水期（或洪水期）和枯水期。2 2、径流的年际变化、径流的年际变化 河川径流年与年之间的差异是很大的。可分为丰、中、枯三种年份。我们把年平均流量较大的那些年份称为丰水年，年平均流量较小的那些年份称为枯水年，年平均流量接近于多年平均值的那些年份称为中水年。

2、3 3、径流的多年变化、径流的多年变化 河川径流有丰水年组和枯水年组交替出现的变化规律。第一节 概述1 1、年径流分析计算的目的、年径流分析计算的目的 年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。推求不同保证率的年径流量及其分配过程，就是设计年径流分析计算的主要目的。第一节 概述2、设计保证率与工程规模、来水、用水的关系 设计保证率：水资源利用工程包括水库蓄水工程、供水工程、水力发电工程和航运工程等，其设计标准，用保证率表示，反映对水利资源利用的保证程度。 对于灌溉为主的工程，其保证率P式中TB为保证灌溉用水的年数，TN为统计的总年

3、数。 对于发电为主的工程，其保证率P=Tm/TM式中Tm为正常发电的时间，TM为统计的总时间，单位可取年、月、日、时等。设计保证率的确定是政策性很强的问题，定高了，对天然来水调节利用充分，用水保证率高，但需要的工程规模大，投资多，可能造成投资浪费；定低了，工程规模小，投资少，但对天然来水不能充分调节，用水保证程度低，可能造成水资源浪费。在设计中，设计保证率是根据国家规范及用水部分要求合理确定的。NBTT第二节 影响年经流的因素1 1、分析和研究影响年径流的因素的目的、分析和研究影响年径流的因素的目的 为了深刻认识年径流及其变化规律，就必须从物理成因方面去分析和研究影响年径流的因素，尤其在径流资

4、料短缺时，显得更为重要。当具有短期实测径流资料时，常常需要建立年径流量与有关因素之间的相关关系来展延年径流系列；当缺乏径流资料时，常用水文比拟法或等值线图法来推估年径流量，上述情况都要分析影响年径流的因素。第二节 影响年经流的因素1 1、气候因素对年径流的影响、气候因素对年径流的影响 气候因素对年径流的影响较大，决定河川径流的基本情态，是主导性影响因素。在气候因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度，随流域所在地区不同而有差异。2 2、流域下、流域下墊墊面因素对年径流的影响面因素对年径流的影响 流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的影响，一方

5、面表现在流域蓄水能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。第二节 影响年经流的因素3 3、人类活动对年径流的影响、人类活动对年径流的影响 人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的年径流量。 间接影响如修建水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地该梯田，浅耕改深耕，植树造林等农林措施，主要是通过改造下墊面的性质而影响年径流量。一般地说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流量减少。n 人类活动对年径流的影响，随着生产力的提高逐步增大，除了上述对量的影响外还对水质起着越来越大的

6、影响作用。第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算 所谓有长期实测径流资料，是指资料长度不小于规范规定的年数，即不应小于30年。如实测系列小于30年，应设法将系列加以延长。 一、资料审查 1 1、可靠性审查、可靠性审查 可靠性审查的目的是鉴别资料的真伪性，进行去伪存真的处理。审查的重点是政治动乱年代及大水年份的资料。第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算n2、一致性审查、一致性审查 n 应用数理统计法进行年径流的分析计算时，一个重要的前提是年径流系列应具有一致性。就是说组成该系列的流量资料，应是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。其中气候条件变化极为缓慢，一般可以不

7、加考虑。 人类活动影响下垫面的改变，有时却很显著，为影响资料一致性的主要因素，需要重点进行考虑。若发现资料一致性存在问题时，需要进行还原计算。还原计算就是估算影响一致性的因素，还原到天然状态的情况。第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算3、代表性审查、代表性审查年径流系列的代表性，是指该样本对总体的相似程度，若系列的代表性好，频率分析成果的精度较高，反之较低。 样本对总体的代表性高低，可通过对二者统计参数的比较加以判断。但总体通常是未知的，无法直接进行对比。只能通过类比的方法分析：找一个和本系列有物理成因联系的系列类比，进行合理性分析与判断。常用的方法如下：若参证系列中与本系列同期的短系列

8、统计参数与参证系列统计参数接近，则说明同期短系列对参证系列有较好的代表性，由此判断，本系列的代表性也较好。水文要素频率分析的通用方法，在前面已有详细阐述，此处重点针对年径流的特点，补充介绍一些应予注意的事项。1 1、年径流的年度选择、年径流的年度选择 日历年度：当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以后，应按逐年逐月统计其径流量，组成年径流系列和月径流系列。这些数据绝大部分可自水文年鉴上直接引用，但须注意水文年鉴上刊布的数字是按日历年分界的，即每年l-12月为一个完整的年份。 水文年度水文年度：在计算流域水量平衡关系时，最好采用水文年度。水文年度是根据径流的水文情态确

9、定的，常把河流涨水的平均时刻作为元旦，长度与日历年相同。 水利年度水利年度：在水资源利用工程中，为便于水资源的调度运用，常采用水利年度，有时亦称为调节年度。它不是从 1月份开始，而是将水库调节库容的最低点 ( 汛前某一月份，各地根据入汛的迟早具体确定 ) 作为一个水利年度的起始点，周而复始加以统计，建立起一个新的年径流系列。2 2、线型与参数估算、线型与参数估算 经验表明，我国大多数河流的年径流频率分析，可以采用P-型频率分布曲线，但规范同时指出，经分析论证亦可采用其他线型。 P-型年径流频率曲线有三个参数，其中均值( )一般直接采用矩法计算值；变差系数( )可先用矩法估算，并根据适线拟合最优

10、的准则进行调整；偏态系数( )一般不进行计算，而直接采用 的倍比，我国绝大多数河流可采用 2 3 。在进行频率适线和参数调整时，可侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。3 3、其他注意事项、其他注意事项（1）参数的定量应注意参照地区综合分析成果（2）历史枯水年径流的考证和引用 按所用资料不同，设计洪水的推求方法分为: l 由流量资料推求设计洪水; l 由暴雨资料推求设计洪水。 对于桥涵、堤防、调节性能小的水库,一般可只推求设计洪峰,如葛洲坝电站为低水头(设计水头H=18.6m)径流式电站,调节库容(15.8亿m)很小,只能起抬高水头的作用,故其泄洪闸以设计洪峰流量 (Qm=110000m/s)

11、 控制。对于大型水库,调节性能高,可以洪量控制, 即库容大小主要由洪水总量决定。如三峡水库,拦洪库容300.2亿m,龙羊峡总库容247亿m , 丹江总库容209亿m。一般水库都以峰和量同时控制。 第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算二、选 样选样就是在现有的洪水资料中选取样本系列,作为频率计算的依据。我国目前采用年最大值法选样，即每年只选一个最大洪峰流量及某一历时的最大洪量组成系列。 洪峰选样:洪峰选样比较容易，可以从水文年鉴上直接查得，从n年中选出每年的最大洪峰值组成系列； 洪量选样:则采用固定时段选取年最大值，固定时段一般为1d、3d、7d、15d、30d等。固定时段的年最大值需要经

12、过计算比较后选出。分别组成1d、3d、7d、15d、30d等系列。设计流域最长的时段根据其大洪水的情况而定。 第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算设计洪水过程线的推求: 典型洪水放大法： 即从实测洪水中选出和设计要求相近的洪水过程线作为典型, 然后按设计的峰和量将典型洪水过程线放大, 此法的关键是如何恰当地选择典型洪水和如何放大。 选择典型洪水的原则: 可能和不利 资料完整,精度较高,接近设计值的实测大洪水过程线; 具有较好的代表性,即在发生季节、地区组成、峰型、 主峰位置、洪水历时及峰、量关系能代表设计流域大洪水的特性; 选择对防洪不利的典型，具体地说，就是选峰高量大、主峰偏后的典型洪

13、水。 如水库下游有防洪要求,应考虑与下游洪水遭遇的不利典型。 第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算三、典型洪水过程线的放大方法 1、同倍比放大法、同倍比放大法用同一个倍比值遍乘典型洪水过程线的纵标，即得到设计洪水过程线。采用的倍比值分两种情况: (1) 按峰控制 例如典型洪水的洪峰为Qm，设计洪峰为Qmp，采用比例系数KQ=Qmp/Qm。 这种方法适用于洪峰流量起决定影响的工程，如桥梁、涵洞、堤防等，主要考虑能否宣泄洪峰流量，而与洪水总量关系不大。(2) 按量控制 令典型洪水总量为WT，设计洪水总量为WTp，比例系数Kw=WTp/WT，以Kw乘典型洪水过程线的每一纵高，即为设计洪水过程线

14、。对于洪量起决定影响的工程，如分洪区、排涝工程等，只考虑能容纳和排出多少水量，而与洪峰无多大关系，可用这种放大方法。同倍比放大,方法简单,计算工作量小,而且设计洪水过程线保持典型洪水过程线的形状，但在一般情况下，KQ和Kw不会相等，所以按峰控制放大后的洪量不一定等于设计洪量；而按量控制放大后的洪峰不一定等于设计洪峰。同倍比放大法示意图第三节 有较长资料时设计年径流频率分析计算2、同频率放大法在放大典型过程线时，若按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同的倍比，使放大后的过程线的洪峰及各种历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量。也就是说，放大后的过程线，其洪峰流量和各种历时的洪水总量都符合同一设计频率，

15、称为峰、量同频率放大，简称同频率放大。此法能适应多种防洪工程的特性，目前大、中型水库规划设计，主要采用此法。方法步骤:计算设计洪峰及各历时设计洪量:Qmp W1p W3p W7p W15p选择典型洪水,计算:Qm W1 W3 W7 W15计算典型洪水的峰和量时采用长包短, 以保证放大后的设计洪水过程线峰高量大,峰型集中 ,便于计算和放大。洪量的选样不要求长包短,是为了所取得的样本是真正的年最大值,符合独立随机选样要求,两者都是从安全角度出发的。计算放大倍比 洪峰的放大倍比 1天洪量的放大倍比 3天洪量的放大倍比 7天洪量的放大倍比 15天洪量的放大倍比 放大和修匀 放大步骤: 峰短历时洪量长历

16、时洪量 (即由里向外) 修匀原则: 水量平衡,使修匀后的洪水过程线的洪峰和各历时洪量都符合同一设计标准,设计成果受典型洪水影响较小。 方法优点: 求出来的过程线比较符合设计标准 方法缺点: 可能与原来的典型相差较远，甚至形状有时也不能符合自然界中河流洪水形成的规律。 改善方法: 尽量减少放大的层次，例如除洪峰和最长历时的洪量外，只取一种对调洪计算起直接控制作用的历时，称为控制历时，并依次按洪峰、控制历时和最长历时的洪量进行放大，以得到设计洪水过程线。 某水库千年一遇设计洪峰和各历时洪量计算成果如表1所示，用同频率法推求设计洪水过程线。经分析选定1991年8月的一次洪水为典型洪水，计算典型洪水的

17、洪峰和各历时洪量及放大倍比，结果见表1。依次进行逐时段放大，并修匀，最后得设计洪水过程线见表2和图1。 表表1 设计洪水和典型洪水特征值统计成果设计洪水和典型洪水特征值统计成果项 目 洪 峰（m3/s） 洪 量 (m3/s)h一 日三 日七 日P=0.1%的洪峰及各历时洪量10245 114000226800348720典型洪水的洪峰及各历时洪量490074718 121545159255起止时间6日8时6日2时-7日2时 5日8时-8日8时 4日8时-11日8时设计洪水洪量差 114000 112800121920典型洪水洪量差 747184682737710放大倍比2.091.532.41

18、3.23表表2 同频率放大法设计洪水过程线计算同频率放大法设计洪水过程线计算表表典型洪水过程线放大倍比K 设计洪水过 程 线（m3/s） 修匀后的设计洪 水过程线（m3/s） 月 日 时Q（m3/s）8 4 82683.23866866203753.231211 12115 85103.23/2.41 1647/1229 1440209152.41 220522056 21780 2.41/1.53 4290/2723 70108 49002.09/1.53 10245/74971024514 31501.53 482048202025831.53 3952 39527 21860 1.53/

19、2.412846/4483 3660810702.41 25792579208852.412133 21338 87272.41/3.23 1752/2348 205020 5763.23186018609 84113.2313281328203653.231179117910 83123.23 10081008202363.2376276211 82303.23743743图1 某水库P=0.1%设计洪水与典型洪水过程线第四节 有短期实测径流资料时设计年径流量的频率分析计算 短缺径流资料的情况可分为两种：一种是设计代表站只有短系列径流实测资料n30年，其长度不能满足规范的要求；另一种是设计断

20、面附近完全没有径流实测资料。对于前一种情况，工作重点是设法展延径流系列的长度；对于后一种情况，主要是利用年径流统计参数的地理分布规律，间接地进行年径流估算。第四节 有短期实测径流资料时设计年径流量的频率分析计算短期实测径流资料推求设计年径流的关键是展延年径流系列的长度。方法的实质是寻求与设计断面径流有密切关系的参证变量，通过建立相关关系，将设计断面年径流系列延长至规范要求的长度。当年径流系列适当延长以后，其年径流的分析方法与本章第二节所述完全一样。 本法的关键是展延年径流系列的长度。方法的实质是寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列的参证变量，通过设计断面年径流与其参证变量的相关关系，将

21、设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。当年径流系列适当延长以后，其频率分析方法与本章第二节所述完全一样。1 1、参证变量的选择、参证变量的选择 最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降水量。参证变量应具备下列条件：参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系。参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料。参证变量的系列较长，并有较好的代表性。 在水文计算中，通常作为参证变量的有径流量资料或降水量资料。（一）利用径流量资料展延系列 当设计站的上游或下游站有充分的实测年径流量时，往往可以利用上、下游站的年径流量资料来展延设计站的年径流量系列。一般可

22、以获得良好的效果。 当设计站上、下游无长期实测资料的测站时，经过分析，可利用自然地理条件相似的临近流域的年径流量作为参证变量。当同期实测年径流量资料系列过短，难以建立年径流量相关关系时，可以利用设计站与参证站月（季）径流量之间的相关关系来展延系列。月（季）径流量的相关关系一般不像年径流量的相关关系那样密切，要谨慎对待。 选好参证变量并建立相关图后，即可根据实测的参证变量，从相关图上查出设计站径流量对应值，从而把设计站系列展延到一定长度。也可通过相关方程式来展延系列。（二）利用降水量资料展延系列 当不能利用径流量资料来展延系列时，可以利用流域内或邻近地区的降水量资料来展延。年径流量与年降水量之间

23、存在密切的成因联系，一般可得到良好的结果。 当实测年径流量系列与年降水量系列同期资料较短时，也可用月降水量与月径流量之间的相关关系来展延年径流系列。但应注意，由于降水与相应的径流出现时间不同，月降水量与月径流量之间的关系一般较差，应慎重对待。（三）利用上下游站或邻近河流测站实测径流资料，延长设计断面的径流系列， 相关展延系列时必须注意的问题1 平行相关项数的多寡问题二 辗转相关问题三 假相关问题四 外延幅度问题五插补的项数问题缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算 在部分中小设计流域内，有时只有零星的径流观测资料，且无法延长其系列，甚至完全没有径流观测资料，则只能利用一些间接的方法，对其设计径流量进行估算。采用这类方法的前提是设计流域所在的区域内，有水文特征值的综合分析成果，或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。1、水文比拟法 水文比拟法是无资料流域移置相似流域的水文特征的常用方法，适用于年径流的分析估算。相似流域的选择应进行水文气象特征的分析比较。必要时应作修正。水文比拟法是无资料流域移置(经过修正)水文相似区内相似流域的实测水文特征的常用方法，特别适用于年径流的分析估算。 常用年径流移置的公式形式如下： 分别为设计流域和参证流域的多年平均流量，m3s； K1、K 2 分别为流域面积和年降水量的修正系数 1、参数等