《工程水文学》第5章设计年径流

'工程水文学武汉大学水利水电学院 第五章设计年径流第一节设计年径流分析计算的目的和内容在一定时段内，通过河流某断面的累积水量称为径流量W（m3）；也可以用时段平均流量Q（m3/s）或流域径流深R（mm）来表示。径流量与流量之间的关系：年径流（△T=年）季径流（△T=季）月径流（△T=月） 一、径流特性1.径流季节分配丰水期和枯水期、汛期和非汛期2.径流的地区分布丰水带、少水带3.径流的周期性丰水期和枯水期交替出现（一年内）连续丰水年和连续枯水年交替出现 二、年径流分析计算的目的和内容（一）目的：设计年径流是衡量过程规模和确定水资源利用程度的重要指标。设计保证率（p）：水资源利用工程的设计标准，反映了水资源的利用程度，即工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比。例如，灌溉设计保证率表示设计灌溉用水量全部满足的年数占工程运用总年数的百分比。破坏率（q）：分析枯水期和最小流量时用p=1-q （a）与（b）的年平均流量Q及需水量过程QR均相等而径流年内分配过程不同，所需库容也有差别（V’>V）。如果有20年的年径流资料和用水资料，就可以求出20个大小不同的库容（V1、V2、V3、...、Vn），用多大的库容来设计水库呢？库容大，保证率高，投资大；库容小，投资少，但保证率低。 感觉的基本规律1）感受性和感觉阈限（1）绝对感受性与绝对阈限（2）差别感受性与差别阈限韦伯定律：ΔR/R=K（3）感觉阈限在营销中的应用（4）阈下感觉 2）感觉适应感觉的适应：刺激物对感受器持续作用，使感觉器官的敏感性发生变化的现象。3）感觉对比：同一感觉器官在接受不同刺激时会产生感觉的对比现象。 （二）年径流分析计算的内容：1.基本资料信息的搜集和复查2.年径流频率分析计算3.提供设计年径流的时程分配4.枯水流量分析5.成果合理性检验 第二节有较长资料时设计年径流频率分析计算实测年径流系列不小于20年。一、资料“三性”审查可靠性测验和整编的正确性一致性资料是否来自同一气候、下垫面条件和同一测站。人类活动的影响最显著。代表性样本接近总体的程度，即样本系列的大小，一般系列越长，代表性越好。 分析资料的代表性：1.进行年径流的周期性分析分析资料的丰水段（年组）、平水段、枯水段的分布。2.与更长系列参证变量进行比 二、年径流的频率分析1.选择日历年、水利年度2.线型与参数估计一般是PⅢ型，但经过论证也可采用其他线型x、Cv用矩法估计，Cs=2～3Cv侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。3.其他注意事项（1）参数的定量应注意地区综合分析成果（2）历史枯水年径流的考证和引用 第三节短缺资料时设计年径流频率分析计算1.设计代表站只有短系列径流实测资料（n<20）设法展延径流系列的长度。2.设计断面附近完全没有径流实测资料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。 一、有较短年径流系列时设计年径流频率分析方法关键：展延年径流系列。方法：建立设计断面年径流与参证变量（有较长观测系列）的相关关系，来适当展延设计断面年径流系列至规范要求长度。常用的参证变量：设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降雨量等。 参证变量应具备的条件：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； （一）利用本站的水位资料延长年径流系列水位——流量关系（二）利用上下游站或邻近站实测径流资料，延长设计断面的径流资料 （三）利用年降雨资料延长设计断面的年径流系列利用降雨（具有较长的观测系列）与径流的良好关系。一般应用流域面平均雨量。（四）注意事项1.尽量避免远距离测验资料的辗转相关C参→C2→C1→C设2.系列外延的幅度不宜过大，一般控制在不超过实测系列的50%。 二、缺乏实测径流资料时设计年径流的估算方法：间接方法估算设计径流量前提：设计流域所在区域内，有水文特征值（例如年径流深均值、Cv、Cs等）的综合分析成果（等值线图），或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。 （一）参数等值线图法1.年径流均值的估算利用年径流深等值线图。 2.年径流Cv值的估算查Cv值等值线，按比例内插流域重心的Cv值。3.年径流Cs值的估算Cs=2～3Cv年径流均值+Cv+Cs+PⅢ型曲线表，绘制年径流频率曲线，确定设计频率的年径流值。 （二）经验公式法建立年径流与其影响因素之间的关系。例如，多年径流均值的经验公式（三）水文比拟法用于无资料流域移置（经过修正）水文相似区内相似流域的实测水文特征要点：将参证站的径流特征值，经过适当修正后移用于设计断面。进行修正的参变量：流域面积和多年平均降雨量 三、流量历时曲线的绘制流量历时曲线是累积径流发生时间的曲线，表示等于或超过某一流量的时间百分数 第四节设计年径流的时程分配河川径流的时程分配，一般是按其各月的径流分配比来表示。 一、代表年法按比例缩放代表年径流过程（一）代表年的选择（1）流量相近原则：选择与设计年径流量大小相近的年。（2）对工程不利的原则：比如供水期径流较小的年份。（3）根据丰平枯（如p=20%、50%、80%或p=25%、50%、75%）不同年份，以及不同的任务选择代表年。 （二）年径流时程分配计算K=Wp/W实K=Qp/Q实用系数K遍乘代表年各月的实测径流过程，即得设计年径流的按月时程分配。二、虚拟年法三、全系列法四、水文比拟法 设计年径流：Q90%=106m3/s，Q50%=152m3/s，Q10%=210m3/s代表年：1961～1962、1967～1968、1972～1973（枯水年90%）（丰水年10%）（平水年50%） 缩放系数K：90%的枯水年：K=106/104=1.0250%的平水年：K=152/150=1.0110%的丰水年：K=210/200=1.05 第五节年际连续枯水段径流分析服务对象：大型蓄水工程，特别是具有多年调节性能的大型水库工程。年际连续枯水段：设计断面连续多年发生年径流偏枯的现象。（1）某一连续枯水段的重现期？（2）频率曲线？ 一、连续枯水段的定义与选样1.连续枯水段的定义以年径流系列的均值进行界定，凡低于年径流均值的年份，均作为枯水年份。连续发生几个枯水年份，称枯水段。2.连续枯水段选择将全部年径流系列N年中长度为n（n=2、3、4年、...，根据工程设计需要而定）的连续枯水段一一选出，组成一个新系列。径流变量： 二、连续枯水段的重现期考证当选出的连续枯水段系列的最小项在量级上比较突出，为连续特枯段时，就需对其出现的重现期进行考证。方法：1.历史资料考证法2.树木年轮法3.随机模拟法 第七节设计枯水流量分析计算枯水流量亦称最小流量。按设计时段的长短，枯水流量又可分为瞬时、日、旬、月、......最小流量。枯水流量的选样是取一年中的最小值，在时序上是变动的。 一、有实测水文资料时的枯水流量计算按年最小选样原则，选取一年中最小的时段径流量，组成样本系列。枯水流量常采用不足概率q，即以小于和等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的概率p有q=1-p的关系。因此在系列排队时按由小到大排列。当枯水径流系列（n项）中有k项为非零时（n-k项为零），首先对k项非零系列求频率曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为：P设=（k/n）P非 一、有实测水文资料时的枯水流量计算按年最小选样原则，选取一年中最小的时段径流量，组成样本系列。枯水流量常采用不足概率q，即以小于和等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的概率p有q=1-p的关系。因此在系列排队时按由小到大排列。当枯水径流系列（n项）中有k项为非零时（n-k项为零），首先对k项非零系列求频率曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为：P设=（k/n）P非 二、短缺水文资料时的枯水流量计算借助于参证站延长系列或成果移置。由于枯水流量比固定时段径流时程变化更稳定，即使只有少数几年资料，也可建立较好的相关关系。甚至可以直接移用参证站的频率分析结果，经相关分析，转化为本站的相应频率的设计枯水流量。此外，还可以实测一个枯水季的流量过程，临时进行资料的补充收集工作。'