山职院工程水文及水资源教案05径流分析

授课时间年月日第周星期第节课题§5径流分析5.1概述5.2径流资料的“三性”审查，径流资料的还原，人类活动对生态环境的影响和修复学时2教学目的理解年径流的特点及影响，弄清流分析的主要任务理解径流资料的“三性”审查和还原计算的方法3、理解人类活动影响下的水生态环境修复概念和思路教学重点和难点重点：径流分析的主要任务；人类活动对生态环境的影响和修复难点：人类活动对生态环境的影响和修复课型单一课教学方法讲授、启发、例证教具教学过QQ来水过程，q用水过程，V水库供水Q(q)(m3/s)汛期枯期汛期枯期Q(q)(m3/s)(a)(b)图5－1 径流年内分配不同对库容影响示意图一、教学思路1、从水利水电工程规模的制约因素、制约因素的确定思路讲授本章的主要任务。从流域的资料条件出发讲授设计年径流计算的总体思路。2、从水文统计的基本要求、工程设计的精度和安全出发讲授径流资料“三性”审查的目的意义和方法。3、从水量平衡入手讲授还原计算的方法。对于各分项的计算重点是概念和思路。4、从工程设施对水生态系统形成了不同程度的胁迫入手，讲授人类活动对生态环境的影响和修复。二、教学内容具体设计（一）径流量知识复习、年径流规律认识、年径流——来水与用水部门用水的矛盾，设计年径流计算的任务。1、年径流概念、水文年、水利年概念在一个年度内，通过河流某断面的水量，叫做该断面以上的年径流量。水文年度以水文现象的循环规律来划分。水利年度是以水库蓄泄周期来划分的。举例说明。年径流的影响因素作为思考题留给学生。2、年径流的自然变化情势与用水部门间的矛盾教学过程３、径流分析的任务（1）设计的长期年、月径流系列；（2）代表年的年径流量及其年内分配。对此，在实际工作中，经常遇到具有长期实测径流资料、具有短期实测径流资料和缺乏实测径流资料三种情况。（二）径流资料“三性”审查和还原计算1、代表性和可靠性只做扼要复习2、径流资料的一致性和还原计算资料的一致性，是指样本资料前后是否是在同一条件下产生。在水文分析当中，样本一致性的好坏主要表现为人类活动对水文过程的影响上，集中体现在人类活动对流域下垫面条件的改变上。水量平衡法径流量还原计算方法：W天然=W实测+W还原 =W实测+W灌+W工+W库损+W蓄+W引+W分 式中W天然——还原后天然水量； W实测——水文站实测水量；W灌——灌溉用水量（灌区在水文站以上时用净灌溉水量，当灌区在水文站以下时，用毛灌溉水量，具体数值根据灌区用水资料确定）； W工——工业净用水量； W蓄——水库蓄水量的变化量（蓄水增加为正，减少为负）； W库损——水库蒸发、渗漏损失水量； W引——跨流域引水量（引出为正，引入为负）； W分——河道分洪水量（分出为正，分入为负）。对众多中小型水利工程和面上的水土保持措施的影响，则可通过试验资料或工程前后资料的双比分析来确定工程措施的影响，并对资料做适当的还原计算。但由于中小型工程量多，分布广，建成时间早晚不一，因此在实际工作中还原计算比较复杂，应参考有关书籍。（三）水生态环境修复防洪、发电、灌溉、供水及航运等水利工程，为人类社会带来了巨大的利益。但是，由于忽视了水生态系统健康的需求，这些工程设施对水生态系统形成了不同程度的胁迫。胁迫主要来源于两个方面：由于筑坝和筑堤造成的水环境的非连续性；由于自然水环境的人工改造形成的渠道化。1、水生态环境修复的概念水生态环境修复是指使用综合方法，使水环境恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能。它需要掌握破坏水生态系统结构和功能或阻止其恢复的自然或人为因素，调查水生态系统的结构和功能的变化，以及对生态系统有影响的物理、化学和生物过程。2、国内外水生态环境修复技术现状（1）国外水生态环境修复技术现状简介《世界水论坛会议》、《国际大坝会议》、《国际水利学会议》。（2）国内水生态环境修复技术现状从2001年开始，连续组织了几次规模比较大的调水工程，博斯腾湖向塔里木河输水、引岳济淀、黑河调水到居延海、珠江压咸补淡应急调水等，为保护水生态系统，促进人与自然和谐相处做了有益探索。2004年8月，水利部印发了《关于水生态系统保护与修复的若干意见》。教学过程各流域机构和地方对水生态系统的保护与修复工作逐渐展开。3、水生态环境修复技术研究方向（1）流域水生态系统状况分析及发展趋势预测（2）与水生态环境友好的水利水电工程技术（3）流域水环境保护与生态建设规划（4）流域水污染控制及水生态环境修复的技术与管理 4、水生态环境修复措施（1）要尊重科学，遵循自然规律；尊重市场，遵循经济规律；尊重群众，尊重人民群众的创造精神（2）要妥善处理生态、生产和生活三者之间的关系（3）坚持人与自然和谐共处的理念，充分发挥水生态自我修复能力，加快植被恢复，加强植被保护（4）突出水土保持的综合性（四）小结让学生回答重现期的概念并举例说明，然后总结。（五）布置作业布置作业5-1某流域下游有一个较大的湖泊与河流连通，后经人工围垦湖面缩小很多。试定性地分析围垦措施对正常年径流量、径流年际变化和年内变化有何影响？补充教学内容教学总结授课时间年月日第周星期第节课题§5径流分析5.3资料充分时设计年径流的分析计算学时2教学目的1、掌握有长期实测径流资料时设计年径流量计算2、理解设计年径流量合理性分析思路3、掌握同倍比计算法，理解同频率计算法教学重点和难点重点：有长期实测径流资料时设计年径流量计算；同倍比计算法难点：同频率计算法；设计年径流量合理性分析思路课型单一课教学方法讲授、启发、推理、举例教具教学过程一、教学思路1、从解决来水和用水矛盾出发说明径流分析的时段、时间“长度”，进而讲授设计代表年的长期年、月径流量系列的选取。2、以和年降水量频率计算对比的方式讲授年径流频率计算的方法。3、从径流的统计规律、径流的成因出发讲授设计径流量成果的合理性。4、直接讲授设计代表年的年、月径流量的计算思路。5、从对设计年径流年内分配计算的思路的描述引导学生思考如何“缩放”典型年内分配过程。6、从“缩放”要达到的目的启发学生解决的办法，最后自然找出“同倍比法”的计算过程。7、从同倍比法的“本质”出发引导学生回答其问题，从而引出“同频率法”，并启发学生找出解决问题的方法。对于两种“缩放”办法，注意“计算时段”的确定。二、教学内容具体设计（一）内容复习、导入新课让学生描述本章主要要解决的问题，然后总结并导入新课。（二）设计代表年的长期年、月径流量系列的选取通过对径流资料的审查和分析，可以获得一份具有可靠性、一致性和代表性的历年逐月径流量资料，然后将它按水利年度重新排列，并以列表形式给出，作为要求提供的设计的长期年、月径流量系列。它是以过去历年实测的年、月径流量作为未来工程运行期间的来水资料。表5-1某河某断面历年逐月平均流量（m3/s）月份678910111212345年平均1961~196214927816817612272.050.043.628.041.456.065.01041962~196315222932314419184.035.829.425.125.150.089.5115┆┆┆┆┆┆┆┆┆┆┆┆┆┆（三）设计代表年的年、月径流量的计算1、设计年径流量及设计时段径流量的计算（1）确定计算时段在确定设计代表年的径流量时，一般要求年径流量及一些计算时段的径流量达到指定的设计保证率，因此在对年径流量进行频率计算时，常需对其他时段的径教学过程流量也进行计算。（2）频率计算方法同第四章。这里要注意的是除了年径流量以外，其他时段径流量的统计。（3）成果合理性检查1）所求年及其他各时段径流量频率曲线在实用范围内不得相交。即要求同一频率的设计值，长时段的要大于短时段的，否则应修改频率曲线。2）各时段的径流量统计参数在时间上能协调。即均值随时段的增长而加大，Cv值一般随时段的增长有递减的趋势。3）所求统计参数与上下游、干支流、邻近河流的同时段统计参数进行对比分析，在地区上应符合一般规律，即流量的均值随流域面积的增大而增大，Cv值一般随流域面积的增大有减小的趋势。如不符，应结合资料情况和流域特点进行深入分析，找出原因。4）可将年径流量统计参数与流域平均年降水量统计参数进行对比。即年径流量的均值应小于流域平均降水量的均值；而一般以降雨补给为主的河流，年径流量的Cv值应大于年降水量的Cv值。2、设计年径流量年内分配的计算径流量年内分配计算多采用缩放典型年径流过程的方法，具体分同倍比法和同频率法两种。（1）典型年的选择1）典型年的年径流量和调节供水期的径流量应接近于设计年径流量。2）当满足此条件的典型年不只一个时，应选取其中较为不利的，使工程设计偏于安全的典型年。如对灌溉工程，应选取灌溉需水季节径流比较枯的年份；对水电工程，则选取枯水期较长，径流又较枯的年份。（2）设计年径流量年内分配的计算1）同倍比法 以KY值乘典型年的逐月平均流量，即得设计年径流量过程。2）同频率法最小1个月的倍比 最小3个月其余两个月的倍比 最小5个月其余两个月的倍比 全年其余7个月的倍比 3、举例某河某断面有1961～1980年共20年的逐月径流资料（资料略），现拟在该断面处兴建水力发电站，需要求出频率为90%的设计枯水年流量年内分配，频率为10%的设计丰水年流量年内分配。解（1）根据径流分配特性和水力计算要求，取6月至次年5月为水利年度。将原有径流资料按水利年度重新统计为19年资料（略）。教学过程（2）根据19年年平均流量系列，通过频率计算，求得频率为90%、10%的设计年流量为Q90%=106m3/s，Q10%=210m3/s。（3）根据19年逐月径流系列分别建立最大1个月、最大3个月、最小1个月、最小3个月径流量系列。（4）根据选择典型年的原则，分别选出1961～1962年和1967～1968年的流量过程线为90%枯水年和10%丰水年的典型流量过程线。（5）用同倍比法将各个典型年过程线缩放成设计流量过程线。（6）用同频率法将各个典型年过程线缩放成设计流量过程线。（四）小结设计年、月径流量系列的分析计算，对水文资料（包括用水资料）要求较高，必须提供设计年、月径流过程系列（也包括用水过程系列）。在作中小型水库规划设计时，一般不具备上述条件，另一方面，在规划、初设阶段，需要从大量的方案比较中优选方案，计算工作量也大。为了简化计算，在规划设计中小型水利工程时，广泛采用代表年法。（五）布置作业布置作业5-2设计年径流量和设计年内内分配计算补充教学内容教学总结授课时间年月日第周星期第节课题§5径流分析5.4短期和缺乏资料设计年径流的分析5.5枯水径流学时2教学目的1、理解资料的插补延长，能找出有长期实测径流资料与短期实测径流资料时设计年径流计算的异同2、掌握缺乏实测径流资料时设计年径流计算3、了解枯水径流教学重点和难点重点：资料插补延长的目的意义；缺乏实测径流资料时设计年径流计算难点：等值线图的绘制课型单一课教学方法讲授、对比、启发教具教学过程一、教学思路1、从相关分析法入手引入资料插补延长的方法。重点讲授资料插补延长问题的性质，不注重方法本身。2、从年径流深的地区变化出发讲授绘制多年平均年径流深、年径流变差系数等值线图的可能性，从而引出本次课的讲授内容。3、从等值线绘制的一般方法讲授此处等值线的特点。4、从等值线绘制所用资料的特点出发讲授等值线应用及应用过程中问题和一般处理方法。5、对枯水径流的内容只说明问题的关键和思路二、教学内容具体设计（一）内容复习、导入新课让学生回答径流资料充分时径流的分析方法，让后总结。如果资料条件不具备该如何处理？引入新课。（二）有短期实测径流资料时设计年径流计算1、问题提出解决资料不足时的计算问题，径流资料的插补展延是个关键问题。2、插补展延年、月径流量系列的方法（1）利用径流量资料展延系列的方法（2）利用降水量资料展延系列的方法资料展延的具体应用通过习题由学生自己完成，这里主要讲授资料展延的思路。一旦资料系列延长后满足频率计算的要求，下面的过程和前同。（三）缺乏资料情况下设计年径流量的计算1、多年平均年径流量的估算利用多年平均年径流深等值线法。任一测流断面的径流量（以深度或模数计）是由断面以上流域面积上各点的径流汇集而成。它不是测流断面处的数值，而是流域的平均值。所以，在绘制多年平均年径流量等值线图时，不能将它点绘在测流断面处，而应该点绘在多年平均年径流量最接近于流域平均值的那一点。教学过程按上述原则，将各中等流域的多年平均年径流量（以深度或模数计），标记在各该流域的形心或平均高程处，并考虑各种自然地理因素（特别是气候、地形）的特点，勾绘等值线，然后用大流域站的资料加以校核调整，并和多年平均降雨量等值线图对照，消除不合理现象，构成适当比例的图形，以便应用。用等值线图推求无资料流域的多年平均年径流量时，须先在图上圈出设计断面以上的流域范围，然后定出流域面积的形心。若流域面积较小，且等值线分布均匀，通过形心处的等值线数值即可作为流域的多年平均年径流量。若无等值线通过形心，则以线性内插求得。如流域面积较大，或等值线的分布不均匀时，则采用各等值线间部分面积为权重的加权平均法来计算流域的多年平均年径流量。对于中等流域，多年平均年径流等值线图有很大的实用意义，它的精度一般也较高。对于小流域，等值线图的误差可能很大，实际应用时，要加以修正。２、年径流量变差系数的估算利用年径流量CV等值线图法。在一定程度上，也可用等值线图来表示年径流量CV值在地区上的变化规律。因此，可以应用年径流量CV等值线图来估算无实测资料时流域年径流量的CV值。年径流量CV等值线图的绘制方法和使用方法，都与多年平均年径流量等值线图相似。应该指出，CV等值线图的精度一般较低，特别是用于小流域时，误差可能较大（一般偏小）。这是因为影响年径流量变化因素除气候因素外，还有一些非分区性的自然地理因素，后者在小流域上更为突出。从图上查出CV值后，有时尚需修正。3、年径流量偏态系数CS的估算当缺乏实测径流资料时，年径流量CS值一般通过CS与CV的比值定出。根据水文比拟法可以将参证站CS与CV的比值直接移用或作适当的修正。在实际工作中，常采用CS=2CV。（四）设计径流年内分配的计算求得上述三个统计参数后，根据指定的设计频率，查P-III型曲线模比系数KP值表确定KP，然后按公式Qp=KpQ，就可计算出设计年径流量Qp。当设计流域缺乏实测径流资料时，广泛使用比拟法来推求设计年径流量的年内分配，即直接移用参证流域各种典型年的各月径流分配比乘以设计年径流量即得设计年内分