水文学第4章青岛理工大学ppt课件

1、2021/1/30,1,2021/1/30,2,掌握实测资料充分及不充分时，河川水文问题的 处理方法，即流量的计算，径流的年内分配问题,重点,2021/1/30,3,41 概述,一、概念,年径流量由洪水期和 枯水期的水量组成,2021/1/30,4,表示径流的方法,2021/1/30,5,2、洪水径流,指河中流量激增，水位猛涨，并超过基本 河槽，具有一定危害性的大水,特点： 具有随 机性,2021/1/30,6,3、枯水径流,指地面径流减少，河水主要靠地下 水补给时的河川径流,4、年正常径流量,年径流量的多年平均值（即多年平均径流量,2021/1/30,7,1）年径流深度的多年平均值,可用R0

2、 表示,2021/1/30,8,3）总体的年正常径流量,5、本章讨论主要内容,2021/1/30,9,二、研究径流量与洪、 枯径流量的目的,1、预测洪水对运行中的水工建筑物所造成的危害； 2、预测取水工程所能受到的枯水影响； 3、根据年径流量的变化，确定合理的取水形式。 如建水库塘堰等水利设施进行调节时，应分析径流 的年际变化及年内分配（即某一年径流量在年内逐 时（月、季）的流量大小分配情况,2021/1/30,10,岸边式取水构筑物,2021/1/30,11,42 设计年径流量,设计年径流计算主要内容,2021/1/30,12,一、年径流变化特点及分析方法,一般应有 20年以上 的资料,二、

3、具有长期实测资料时设计年径流量推算,2021/1/30,13,1、径流资料的审查,水文资料的审查内容,2021/1/30,14,系列中的每一个数据必须具有一定的可靠 性，以保证统计结果的正确性。为此，应对 水文资料逐一检查、相互核对,1）可靠性,2021/1/30,15,2）一致性,在统计计算中，同一系列的所有资料必须 是同一类和同一条件下产生的,性质不同的资料不能 统计在一起计算,2021/1/30,16,3）代表性,水文统计法是利用样本资料来推算总体 的参数值，故样本必须具有一定的代表性,例如： 资料过短时，很可能处在丰水年或枯水年连续出现的时期，从而使计算结果偏大或偏小，故应选择包含丰水

4、年、枯水年的有代表性的样本,2021/1/30,17,2、频率计算,1）方法,矩法与试错适线法相结合,2021/1/30,18,1 适线时应注意 p 50%部分与经验点据的符合情况,3）注意,3* 以水库或蓄水池进行径流调节时，设计频率标准 一般为90-95%。具体可视工程的要求而定,2 设计频率标准参照有关的手册,2021/1/30,19,3、成果合理性分析,自阅 p93,2021/1/30,20,三、资料不足时设计年径流量的推算,可利用参证站同期实 测资料作相关分析,2021/1/30,21,参证站的选择条件,2021/1/30,22,1、利用年径流资料（或月径流资料）展延,实测年数较短时

5、,1利用年径流量之间的关系来展延,2021/1/30,23,2利用月径流量之间的关系展延,例：41 42,2021/1/30,24,2、利用降水资料展延径流系列,当缺乏具有长期资料的参证站时，可考虑此法,一般降雨和径流关系比较密切，可将年降雨资料作为参证站直接进行展延 如图43,一般降雨和径流关系不密切，可将各年汛期降雨资料占全年降雨量比例作为参考进行展延 如图44,2021/1/30,25,注：作为参证站的雨量站点必须能代表流域平均情况，当 有多个雨量点时，应据相应的方法计算其平均雨量,见第五章,2021/1/30,26,四、缺乏实测资料时年径流量的推算,缺乏实测径流资料或虽有短期资料但无法

6、展延时，可借助于频率曲线估算设计年径流量，而三个统计参数可用以下方法推求,2021/1/30,27,1、等值线图法,在闭合流域内，正常年径流量主要与流域内的降水量和蒸发量有关，后两者在区域上有一定的规律性分布，故可将正常径流等值线绘制在地图上。各地区及大流域的水文手册均有此等值线图，可直接查有关图表,2021/1/30,28,1平原地区较小流域,先勾画出流域面积，确定面积的重心位置，然后用内插法找出重心处的等值线数值，此值便可作为流域出口处正常年径流量,方法,适用于等值线分布均匀时,2021/1/30,29,2平原地区较大河流或山川河流,由于面积较大，往往有许多等值线，且分布不 均匀时，可用面

7、积加权法求正常年径流量,公式,4.3式,f i 相邻两等值线间的面积。 R i对应于 f i 的平均正常径流深度, 可取两等值线的算数平均值,2021/1/30,30,2）C v可查有关水文手册或等值线图,注意流域面积 对C v 的影响,3）C s的推求,2021/1/30,31,2、水文比拟法,即将参证流域的水文资料移植到设计流域的方法,1）直接移用径流深度,降雨量基本相同时,一般用于设计站与 参证站的流域面积 不超过15%的情况,2021/1/30,32,2）将参证站的参数进行修正,设计流域与参证流域降雨情况有差别时,1用降雨量修正,原则：假定参证流域和设计流域的径流系数相等,公式,202

8、1/1/30,33,略,2021/1/30,34,3）移用参证流域的年降雨径流相关图,例：图43、 44,4）移用参证流域的次降雨径流相关图,据参证流域每次的降雨和径流资料绘制而成,2021/1/30,35,43 设计年径流量的年内分配,一、径流的年内分配,河川径流量在一年内的变化过程 称作径流的年内分配,1、设计年径流量的年内分配,指设计频率标准下的年径流量年内的变化过程,2021/1/30,36,径流年内分配表示方法,日、旬、月、季平均流量过程线,流量过程线 一年内径流随时间的变化过程,2021/1/30,37,2、意义,由于我国的气候受季风影响较大，径流年内分配很不均匀，夏丰冬枯，往往需

9、要采取工程措施以丰养枯，才能满足需要。这就需要预估设计年径流量的年内分配情况，以根据实际用水量确定水库或蓄水池的调节容量,当需水过程一定时，所需要的调节容量便由径流的年内分配决 定。在給水工程中，若以水库或蓄水池进行径流调节，一般可利用 设计频率为9095%的不同设计频率的年径流量及最不利的年内分 配进行设计,2021/1/30,38,二、有长期实测径流资料时的设计年径流量年内分配,确定设计年径流量年内分配，在规化中小 型工程时，大多采用代表年法,1、代表年法,从实测的资料中选取某一年的年内径流分配作模 型，设计年径流量年内分配按此模型计算，即代 表年法,此选定的模型年即代表年（也称典型年,2

10、021/1/30,39,2、代表年类型,所选择的代 表年应满足 一定的条件,2021/1/30,40,3、设计年径流量的年内分配方法,i =1，2，12,代表年已选定,2021/1/30,41,三、缺乏实测资料时设计年径流量年内分配计算,自学,一般可采用水文比拟法，选好参证流域，典型 年，利用一定的百分比即可推求设计年径流量的年 内分配,2021/1/30,42,1、绘制,四、日流量历时曲线的绘制和应用,2）方法,1 选定典型年,若为取水工程应选定枯水年作 典型年,2021/1/30,43,累积频率,3 统计Q Q i累积出现的天数，且以占全年的百分比表示,4 绘制Q p 关系曲线,5 还可作

11、成月流量历时曲线，或某一时期日流量历时曲线,2 将典型年的所有资料从大到小排列，分成几组，统计 每组流量出现的次数,2021/1/30,44,2、应用,可根据历时曲线很容易的查得某一流量的持续 时间或占全年的百分比（即天数,例：p(QQ i) =30%，表示大于或等于Q i 的流量在全年出现的 百分比为30,计：36530%=109.5(天,流量历 时曲线,2021/1/30,45,44 设计洪水流量及水位,一、洪水及设计洪水,2021/1/30,46,3、设计洪水三要素,洪水流量逐时变化情况,2021/1/30,47,4、应考虑的问题,2021/1/30,48,5、频率选择,可结合当地的经济

12、实力，工程等级， 查有关手册确定,6、工程意义,为防止水工建筑物遭洪水侵袭，可在设计 规划时充分考虑洪水所能带来的危害，采 取合理的措施，保证工程安全,2021/1/30,49,二、推求设计洪水的方法,1、有流量资料时，由流量资料推求设计洪水,利用数理统计法，即：把洪峰流量，洪水 总量作为随机变量，通过频率分析与计算，确 定设计洪峰流量或洪水总量,2、有暴雨资料时，由暴雨资料推求设计洪水,详见第六章,2021/1/30,50,3、暴雨、洪水资料都缺乏时，利用各地经验公式及水 文图册估算,第五章 第五节,见第六章,4、由水文气象资料推求设计洪水,水文气象法先分析天气形势和统计风速、露 点、降水等

13、气象资料，从而推求可能的最大 降雨；然后再经产流与汇流计算，求出可能的最大洪水,不管是何种方法，都要在工程所在断面的附近进行洪水 调查，其成果可用来参与计算，也可作为分析论证的依据,2021/1/30,51,三、设计洪水标准,自阅,四、洪水资料的审查,见p107,2021/1/30,52,五、洪水资料的选样,超大值法,超定量法,年最大值法,从每年的实测资料中选取一个最大值 组成样本系列,数据必须是同一 因素下产生的,将每年的实测资料从大到小排列，从中选取S 个最大值组成样本系列,在每年的实测资料中，选取超过某一标准值 的全部数据组成样本系列,2021/1/30,53,如果实测洪水系列较短或缺测

14、时，可进行插补 或延长,六、洪水资料的插补和延长,1、上、下游站或邻近流域站资料的移用,1）若设计站与参证站的流域面积相差 3%，无 分、滞洪时，可直接移用,方法,2021/1/30,54,2）若设计站与参证站的流域面积相差 15%，流域 内暴雨分布均匀时，可进行以下修正,2021/1/30,55,3）若设计断面上、下游不远处均有观测资料， 可利用内插法,按流域 面积,2、利用洪峰、洪水量关系插补或延长,利用本站或邻站同次洪水的洪峰和洪量的相关关系， 或洪峰流量相关关系进行插补；也可利用暴雨资料插补,3、利用本流域暴雨径流关系插补或延长,流域有较长的雨量资料时， 可利用此法,2021/1/30

15、,56,七、特大洪水资料的处理,1、特大洪水及其重要性,1）特大洪水是指历史上曾经发生过的，或近 期观测到的，比其它一般洪水大 得多的洪水,2）意义通过对特大洪水的适当处理，可以 增加设计洪水的可靠性，使工程更 安全,一般 2洪峰流量即可认为是特大洪水,2021/1/30,57,2、实测洪峰流量系列两类问题,1）连续实测系列有连续的实测洪峰流量记录,设计洪峰流量可按适线法选配 合适的理论累积频率曲线求得,2）有特大值的不连续实测系列系列不连续,2021/1/30,58,3几个在内几个在外,1特大值在系列之外,2特大值在系列之内,2021/1/30,59,其中,此种洪峰流量实测系列是一个缺测的不

16、连续系列， 所以经验频率和统计参数都应按不连续系列计算，不能 按连续系列计算,2021/1/30,60,3、含特大洪峰流量系列的频率计算方法,1）一个没有特大洪水的系列，按大小排列后，可 认为是逐渐变化的，一般为连续系列,2）一个有特大洪水的系列，按大小排列后，在 特大洪水项与一般洪水项 之间有明显的差 别，故一般称不连续系列,2021/1/30,61,N,3）特大洪峰流量考证期N的确定,2021/1/30,62,4）含特大值系列的经验累积频率计算方法,把不连续系列分成几个连续系列计算（一般洪水，特大 洪水分开计算）。适用于水文站观测资料代表性较好时,将资料当作一个整体看待。适用于调查及考证的

17、历史洪水资料较可靠时,2021/1/30,63,方法一、独立样本法,可以将n年连续实测资料和年内的特大洪峰 流量组成的系列看作是两个独立的样本，故经验累 积频率可分别计算,2021/1/30,64,2021/1/30,65,方法二、统一样本法,特大洪水经验频率,一般洪水的经验频率,4.11式,2021/1/30,66,其中,2021/1/30,67,例 45,2021/1/30,68,2021/1/30,69,八、设计洪峰流量（或水位）的计算,1、不连续系列统计参数计算,主要是统计参数计算,2021/1/30,70,其中,自阅,2021/1/30,71,资料短缺地区,自阅,2021/1/30,

18、72,2、设计洪水频率计算的适线,2021/1/30,73,3、设计成果合理分析,2021/1/30,74,45 设计枯水流量和水位,自阅,2021/1/30,75,3）表示枯水径流的几个特征值,1 年最小流量每年的最小日流量,2 年正常最小流量年最小日流量的多年平均值,4 正常最小月平均流量月平均最小流量多年平均值,3 月平均最小流量每年月平均流量最小值,2021/1/30,76,一、影响枯水径流的因素,1、气候因素通过自然地理及地质因素，对最小流量产 生间接影响,2、河床下切深度决定了地下水的供应范围,3、水利化措施修堤、筑坝均会减小下游地面径流， 甚至于出现断流,如自然地理特征决定着流域对水量的调蓄作 用，对最小流量的形成与变化有巨大的作用,2021/1/30,77,二、有实测径流资料时枯水径流的推算,1、资料的审查,2、频率分析法,2021/1/30,78,注意,2021/1/30,79,3、历时曲线法,收集历年实测日平均流量（或水位）过程线,据收集到的资料作曲线,2021/1/30,80,三、资料短缺时枯水径流的推算方法