水文学第四章2010

1、第 4 章,年径流及洪、枯径流,在一个年度内，通过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量。它可用年平均流量 （m3/s）、年径流深（mm）、年径流总量 （104m3或108m3）或年径流模数 m3/s/km2表示。,4.1 概述,年径流的多年变化,年径流的年内变化,设计年径流量,洪水：流域内的暴雨或大面积的降雨产生的大量地面水流，在短时期内汇入河槽，使河槽中的流量剧增，水位猛涨，河槽水流成波状下泄，这个时期的径流称为洪水。 春季洪水一般由融雪所造成 秋季洪水一般由暴雨所造成,防汛工程、排水工程、水工建筑物的顶部高程、桥梁和涵洞的结构都取决于设计洪水位和设计洪峰流量。,设计洪水,洪水特

2、征（三要素）：,枯水：河槽中在一定时期内的流量小于（或远小于）平均流量，这个时期的径流称为枯水。 枯水一般出现在冬、春季 枯水主要由流域内的地下水补给,给水工程、水电工程、灌溉工程、排污控制 都取决于设计枯水位和设计枯水流量。,设计枯水,枯水特征（三要素）：,径流的天然情势，往往工程目的与用水部门的需求有矛盾。 在水利工程的规划设计阶段，要分析工程规模、来水、用水、保证率四者间的关系，经过技术经济比较来确定工程规模。 设计标准由政府和管理部门确定。 设计保证率由用水部门确定。 工程的规模要依据来水与用水情况，经过分析计算由设计部门来确定。 设计保证率(设计标准)就是用水量在多年期间能够得到充分

3、满足的概率。,灌溉设计保证率是指设计灌溉用水量全部获得满足的年数占计算总年数的百分率。 水电站设计保证率是指水电站正常发电的保证程度，用电站正常发电总时段（年、月、旬或日）占计算总时段的百分率表示。,4.2 设计年径流 一、年径流的变化特点 1空间变化 丰水带、多水带、过渡带、少水带、干涸带 有明显的地区性 2年际变化 分丰水年、平水年、枯水年，有明显的随机性 3年内变化 分汛期、枯水期，也有明显的随机性,二、设计年径流系列的分析计算,根据年径流的随机特性，一般用水文统计的方法，即年径流频率曲线估计径流的年纪变化特征。 根据所拥有的实测资料系列的长短或有无，设计的方法有差别。,大致分三种情况：

4、 有长系列实测资料 有短系列实测资料 缺乏实测资料,三、有长期实测资料时设计年径流的计算,1 水文资料的审查 资料可靠性的分析 资料一致性的分析 资料的代表性分析,新的规范要求，有50年以上连续实测资料时，认为是具有长系列实测资料。 有长系列实测资料时，设计年径流大致有以下三个步骤：,资料可靠性的分析 （1）观测的方法、精度，流量计算的方法。 （2）水位观测的方法、精度，水位过程线有无反常情况。 （3）水位流量关系曲线的绘制及延长方法，历年水位流量关系曲线受河道变迁引起的变化情况。 （4）上、下游站的水量应符合水量平衡原则。,资料一致性的分析 水文系列资料的成因前后应一致。当水文系列资料的成因

5、前后不一致时，应该还原修正到天然状态的水平。,根据水量平衡原理，采用各种方法还原。 （1）分时段还原； （2）总量还原； （3）过程还原。,资料的代表性分析 资料的代表性: 是指样本的统计特性能否很好地反映总体的统计特性。 样本与总体的离差越小，代表性越好；样本与总体的离差越大，代表性越差。,A站：设计站，资料系列30年 B站：参证站，资料系列50年分布参数：A站： ，cvn=0.3,csn=2cvn B站： ，cvN=0.3,csN=2cvN,2 频率分析计算 计算经验频率 适线法确定年径流理论频率曲线 确定符合设计频率的各种设计年径流量,成果合理性分析 水量平衡原理 地区分布规律,三、有短

6、系列实测资料时设计年径流的计算,当资料系列不足时，必须进行资料系列的插补、展延才能进行设计年径流的计算。,1 利用参证站的径流资料展延 年资料或月资料,2 利用本站或参证站的降水资料展延 年资料或月资料,四、缺乏实测资料的设计年径流量计算,一、等值线图法 ： 在图上画出流域范围； 定出流域形心； 通过流域形心的等值线确定该流域的多年 平均年径流深。 二、水文比拟法: 直接移用（流域面积相差小于15%） 修正移用（降雨量、年（次）降雨径流）,4.3 设计年径流年内分配的分析计算,设计年径流年内分配的分析计算的目的： 进行径流调节，以丰补枯。,表示径流年内分配有两种形式： 水位（流量）过程线 水位

7、（流量）历时曲线,设计年径流年内分配 设计年径流量按代表年的月径流过程进行分配。常用的是同倍比法。用设计年径流量与代表年的年径流量的比值，即,有长系列实测资料年内分配的计算步骤为： 1.计算不同保证率（丰、平、枯）的设计年径流 2.选择代表年，求缩放倍比K 3.年内分配计算,P=10%的设计丰水年，按水量接近、分配不利（即汛期水量较丰）原则，选19751976年为丰水代表年。 P=50%的设计平水年，选取能反映汛期、枯季的起讫月份和汛、枯期水量百分比满足平均情况的年份，故选19601961年作为平水代表年。 P=90%的设计枯水年，与之具有相近枯水年年平均流量的实际年份有19711972年（Q

8、=7.24m3/s）、19641965年（Q=7.87 m3/s）、19591960年（Q=7.78 m3/s）、19631964年（Q=4.73 m3/s）4年。考虑分配不利，即枯水期水量较枯，选取19641965年作为枯水代表年，19711972年作比较用,求各种设计年径流的年内分配,求缩放比：,设计丰水年：,设计平水年：,设计枯水年：,缺乏实测资料年内分配的计算步骤为：,一、水文比拟法 1多年平均径流量（年径流均值）的计算 直接移用 修正移用 2年径流变差系数Cv的估算 3年径流量偏态系数Cs的估算,二 、等值线图法,1.设计标准: 水工建筑物的设计要考虑在发生大洪水时能够保证建筑物本身

9、的安全,以及下游地区和库区防洪的安全。这个被作为设计依据的洪水称为设计洪水。,工程设计规范中一般根据实测的水文资料，通过水文分析计算，求出各种设计频率下的水文特征值。与设计洪水的水文特征值对应的设计频率（或重现期）为设计标准。,4.4 设计洪水,2.正常运用洪水: 符合防洪设计标准的洪水称为设计洪水 ，也称正常运用的洪水 。这种洪水来临时水工建筑物的一切工作都要维持正常工作。 正常运用洪水是防护对象的防洪标准。,3.非常运用的洪水： 也称校核洪水，当这种洪水来临时，水工建筑物可以暂时停止运用，附属、临时建筑物允许暂时遭受破坏，但水库的主要建筑物如大坝、溢洪道等必须要确保安全。 非常运用的洪水是

10、防护对象的防洪标准。,4.设计洪水的计算方法,设计洪水的内容： 设计洪水包括： 1 一定频率的设计洪峰流量； 不同时段的设计洪水总量； 设计洪水过程线。 设计洪水的计算方法 ： (1)由流量资料推求设计洪水 ； (2)由暴雨资料推求设计洪水 ； (3)由经验公式推求设计洪水 ； (4)由水文气象资料推求设计洪水 。,5. 设计洪峰流量、设计洪水总量的推求,推求设计洪峰流量，就是根据某断面的实测和插补的洪峰流量资料及历史洪水调查资料，通过频率计算方法估计洪峰流量的总体频率曲线，并由此曲线推求指定频率的设计洪峰流量。,推求设计洪水总量，是将固定计算时段内的洪水总量，通过频率计算方法估计洪峰流量的总

11、体频率曲线，并由此曲线推求指定频率的设计洪水总量。,选样,选样的原则： 应满足样本独立、同分布的选样原则，采用“年最大值法 ”选样。 1 年最大洪峰流量 在水文年鉴上直接查用 2 年最大洪水总量 首先要决定控制历时（1天、3天、7天等）,然后用求面积的方法(梯形面积法、积分法或求积仪法)计算时段内洪水过程线所包围的面积，即为洪水总量。,资料的审查,可靠性 一致性 代表性,资料的插补延长,相关分析 移用,特大洪水的处理,(一)问题的提出 提高资料的代表性，如果考虑可靠的历史大洪水的流量数值和稀遇程度的资料，并在洪水频率计算中加以应用，这就使得上述的变动情况得到显著的改善，大大提高成果的精度。 特

12、大洪水的处理关键问题是重现期的确定和经验频率的计算 。,(二)洪水频率的确定 历史洪水发生的年月和排位顺序是由调查访问或查阅文献来确定 1 连序系列 ： 如果没有通过历史洪水的调查考证，没有把系列中的特大洪峰值提出来单独处理，而就实测的各项洪水系列（洪峰或洪量）值直接按大小顺序统一排位，各项洪蜂之间没有空位，由大到小排列是连序的，这样的样本就称为连序系列。,2 不连序系列 如果进行了历史洪水的调查考证，系列中若有特大洪水值，特大洪水值的重现期(N)必然大于实测序列年数n,而在N-n年内各年的洪水数值无法查的,它们之间存在一些空位。也就是说在特大洪峰值与其他各项洪峰值之间存在一些空位，由大到小是

13、不连序的，这样的样本称为不连序系列。,不连续系列的经验频率计算,第1种方法： 特大洪水的频率计算： 实测系列的频率计算：,不连续系列的经验频率计算,第2种方法： 特大洪水的频率计算： 实测系列的频率计算：,洪水频率计算,洪水频率计算和年径流频率计算基本相同。 1.参数估计： 矩法,2.配线时应予注意的几点：,(1) 使曲线上各段上下双方的点据或总离差大致平衡，而不宜过分迁就个别偏离较大的点据。 (2) 应着重于曲线上部分的较大洪水点据，而对下部点据的配合要求可以放宽。 (3) 不宜使曲线机械地通过最大洪水的点据从而脱离了点群的趋势，但也不宜脱离大洪水点据过远。 (4) 应考虑不同洪水特征的统计参数的变化趋势，以及各洪水特征的统计参数在地区上变化的规律。,设计洪峰流量、不同时段设计洪水总量的推求步骤,资料审查； 样本选取； 特大洪水处理； 频率曲线线型选择； 频率曲线参数估计； 推求设计洪峰、设计洪量； 计算设计洪水估计值的抽样误差； 成果的合理性检查,设计洪水过程线的推求,将典型洪水过程线加以放大，使放大后过程线中的某些要素(洪峰、时段洪量)达到设计要求，这样的过程线就叫做设计洪水过程线。,选择典型洪水过程线的原则：,(1) 选择峰高量大的洪水过程线作为典型； (2) 选择峰形比较集中，并且主峰靠后的过程线作为典型 。,放大方法