水文学(第四章)

'1水文学Hydrology汤婕安徽农业大学资源与环境学院2013.5 2第四章年径流分析与计算第一节概述：年径流变化及其影响因素第二节设计年径流量第三节径流的年内分配 3第一节概述：年径流变化及其影响因素内容提要：年径流与年径流量径流的年际变化和年内变化径流变化的影响因素年径流分析计算的目的和内容 4一、径流与年径流在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。径流量的表示方法：（1）径流总量W(m3)：（2）时段平均流量(m3／s)（3）流域径流深R(mm)（4）流域径流模数M（L/s﹒km2）Q 5径流总量与平均流量的关系为：式中－计算时段。根据工程设计的需要，可分别采用年、季或月，则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。 6年径流的年度选择日历年度：即每年1-12月为一个完整的年份。整编刊布的水文资料如《水文年鉴》上刊布的数据是按日历年分界的.水文年度：在水文计算中，年径流通常是按照水文年度统计的。一个水文年度内的径流应该是该水文年度的降水所产生的。一般以水库供水期末所在月的月末作为划分一年的分界点。 7二、径流的年内变化和年际变化1、径流的年内变化（年内分配）丰水期（或洪水期，汛期）枯水期（非汛期）我国河流径流年内变化特点：洪水发生在夏秋季，主要由流域内的暴雨造成，而枯水期则出现在干旱少雨的冬春季节，枯水径流主要靠流域内的地下水补给。 82、径流的年际变化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平水年，年径流的年际变化带有明显的随机性。 9三、影响年径流的因素1.分析和研究影响年径流的因素的目的2.气候因素对年径流的影响3.流域下垫面因素对年径流的影响4.人类活动对年径流的影响直接影响间接影响 10四、年径流分析计算的目的和内容1、年径流分析计算的目的推求不同保证率的年径流量及其分配过程2、年径流分析计算的内容(1)基本资料信息的搜集和复查(2)年径流量的频率分析计算(3)提供设计年径流的时程分配(4)对分析成果进行合理性检查 11第二节设计年径流量一、有较长资料时设计年径流频率分析计算二、资料不足情况下设计年径流频率分析计算三、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算 12内容提要：（一）径流资料的审查（二）年径流的频率计算（三）成果合理性分析一、有较长资料时设计年径流频率分析计算 13(一)径流资料的审查可靠性一致性：还原计算3.代表性:（1）进行年径流的周期性分析（2）与更长系列参证变量进行比较（二）年径流的频率计算（三）成果合理性分析 14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。二、资料不足情况下设计年径流频率分析计算 151、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：①参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系。②参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料。③参证变量的系列较长，并有较好的代表性。 16（1）利用参证站（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2、年径流系列的展延方法：利用设计站与参证站相同年份流量之间的关系来展延，实际工作中多用年径流模数M或年径流深度R进行相关分析，一般先进行图解分析，点绘相关图，目估定出平均关系曲线。如果点据相当分散，可采用相关计算以确定回归方程。求出设计站径流展延系列后，再进行频率分析。 17甲站与乙站年径流量相关图 18说明：如果缺少整年的实测资料，或实测年数很短，在绘制相关图时难以定线，可考虑利用月径流量或季径流量之间的关系来展延系列。例题【例题4.1】【例题4.2】 19（2）利用年降水资料延长设计断面的年径流系列某站年降雨径流相关图 20三、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算通过间接的办法求得年径流的统计参数值（，Cv，Cs），然后通过年径流的理论频率曲线法求得制定频率的设计年径流量。 21等值线图法水文比拟法径流系数法经验公式法水文查勘法 221、参数等值线图法把相同数值的点连接起来的线叫等值线。在地图上把观测到的水文特征值标记出来，然后把相同数值的各点连成等值线，即可构成该特征值的等值线图。水文特征值的等值线图表示水文特征值的地理分布规律。 23由于径流量的多寡与流域面积的大小有直接关系，为了消除这项影响，多年平均年径流量等值线图一般以径流深或径流模数为度量单位。 24应用等值线图推求多年平均年径流深时，先在图上勾绘出研究流域的分水线，再找出流域的形心，然后根据等值线内插读出形心处的多年平均年径流深值。如果流域面积较大或地形复杂，等值线分布不均匀，也可用加权平均法推算。 25（1）年径流均值的估算用面积加权法求流域平均径流深Ri--分块面积的平均径流深，mm；Ai--分块面积，km2；R--流域平均径流深，mm。大流域 26用直线内插法求流域平均径流在小流域中，流域内通过的等值线很少，甚至没有一条等值线通过，可按通过流域形心的直线距离比例内插法，计算流域平均径流深。 27等值线图法一般对大流域查算的结果精度高一些。对于小流域，因小流域可能不闭合和河槽下切不深，不能汇集全部地下径流，所以使用等值线图有可能导致结果偏大或偏小。因此，小流域应用参数等值线图时，一般应进行实地调查，分析论证数据的合理性，并结合具体条件加以适当修正。 28年径流深均值确定以后，可通过下列关系确定年径流量：W＝KRA式中W--年径流量，m3R--年径流深，mm；A--流域面积，km2；K--单位换算系数，采用上述各单位时，K＝1000。 29（2）年径流Cv值的估算年径流深的Cv值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均值估算方法类似… 30（3）年径流Cs值的估算年径流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照规范规定，一般可采用Cs＝2～3Cv。在确定了年径流的均值、Cv，Cs后，便可借助于查用P-Ⅲ型频率曲线表，绘制出年径流的频率曲线，确定设计频率的年径流值。 312、水文比拟法与研究流域有相似自然地理特征的流域称为相似流域（即参证流域）。水文比拟法就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。 321）直接移用径流深或径流模数2）用降雨量修正径流深3）移用参证流域的年降雨径流相关图4）移用参证流域的次降雨径流相关图5）年径流的Cv值可以直接采用，一般无须进行修正，并取用Cs＝2～3Cv。 333、径流系数法即利用年降雨量的多年平均值乘以径流系数推求多年平均径流量。可由下式计算之：W＝1000×α×P×F式中W——多年平均径流总量，m3α——该地区年径流系数；P——研究地区多年平均降雨量（mm）；F——研究流域的集水面积（km2）。本方法计算成果的准确程度取决于径流系数，如所选径流系数精度较高可获比较正确的结果。 344、经验公式法年径流的地区综合，也常以经验公式表示。这类公式主要是与年径流影响因素建立关系。5.水文查勘法为满足工程设计或规划的需要，为慎重起见一般不只用一种方法计算，往往运用几种方法推算的成果相互验证，以保计算成果的精度。 35第三节径流的年内分配一、概述（一）径流的年内分配及其表示1．径流的年内分配2．径流的年内分配的表示方法1）流量过程线2）流量（水位）历时曲线（二）设计年径流时程分配与工程规模的关系 36二、有长期实测资料时设计年径流量年内分配的确定（一）设计代表年法（二）全系列法（三）实际代表年法（四）虚拟年法 37（一）设计代表年法设计代表年法的实质是在长系列径流资料中选择一个典型的年内分配过程，并按此典型计算设计年径流量的年内分配。 381、代表年（典型年）的选择从实测径流资料中选择某一年（称为典型年）的年内分配作为典型,其选择原则有二：（1）选取年径流量与设计值相接近的实际年份作为典型年（2）选取对工程较为不利的年份作为典型年 392、设计年径流年内分配的计算将设计年径流量按典型年的月径流过程进行分配。常用的是同倍比法。K=Q年设/Q年典或K=W年设/W年典K称为缩放倍比。然后以K分别乘典型年各月的径流量，就得到设计年径流的年内分配。【例4.3】 40三、缺乏长期实测资料时设计年径流量年内分配的确定采用水文比拟法推求:即将水文相似区内参证站各种代表年的径流分配过程，经修正后移用于设计流域。先求出参证站各月的径流分配比，遍乘设计站的年径流，即得设计年径流的时程分配。月径流分配比按下式推求：式中αi--参证站第i月的径流分配比，％；yi--参证站第i月的径流量，m3；Y--参证站年径流量，m3。'