工程水文学-第7章 设计年径流分析_ppt课件

1、工程水文学工程水文学 (Engineering Hydrology)(Engineering Hydrology)安徽水电学院水文与水资源专业教研室安徽水电学院水文与水资源专业教研室二二一五年二月一日一五年二月一日二二一五年二月一日一五年二月一日一、年径流的变化特征 在一个年度内，经过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量，在一个年度内，经过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量，它可用年平均流量它可用年平均流量Q(m3/s)、年径流总量、年径流总量W(m3)、年径流深、年径流深R(mm)或年径流模数或年径流模数M(m3/s.km2)表示。表示。图1 某站年径流过程线一、年

2、径流的变化特征一、年径流的变化特征一、年径流的变化特征2019年我国的年径流深分布图年我国的年径流深分布图二、工程规模与来水、用水、保证率的关系 思索到工程规模大小与其投资的关系，因此必需分析工程规模、来水、用水、保证率四者之间的关系。 设计保证率即是设计规范，是指工程规划设计的既定目的不被破坏的年数占运用年数的百分比，它反映了水资源的利用程度。三、水文分析与计算的义务四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算设计年径流过程设计年径流过程四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算1、水文资料审查所谓审查是指鉴定实测年径流量系列的可靠性、一致性和代表性。 1资料可靠性的审查 审查检验方法、采集成果、

3、处置方法和处置成果等。 主要包括：水位资料审查、水位流量关系曲线的审查、水量平衡的审查。 2资料的一致性的审查 所谓资料的一致性是指组成系列的每个资料具有同一成因。不同成因的资料不得作为一个统计系列。 就年径流系列而言，它的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳定性上的。如一致性遭到破坏，可采用水量平衡法、降雨径流相关法进展修正复原。 3资料代表性的审查 水文计算成果的精度取决于样本对总体的代表性，代表性高，抽样误差就小。 样本代表性的高低可以用样本分布参数与总体分布参数的接近程度来评判。日历年日历年从每年的从每年的1 1月月1 1日日1212月月3131日为止；日为止；水文年水文年根据水文变

4、化规律对年进展划分，以根据水文变化规律对年进展划分，以每年汛期开场到下一年的枯水期终了为止；每年汛期开场到下一年的枯水期终了为止；水利年水利年以兴利为目的对年进展划分，从每年以兴利为目的对年进展划分，从每年水库蓄水开场到下一年的水库放空水终了为止。水库蓄水开场到下一年的水库放空水终了为止。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算2、设计年、月径流量系列的选取 1选取的步骤 1实测径流系列经过审查和分析后，按水利年陈列为一个新的年、月径流系列； 2从这个长系列中选出代表段的年月径流系列。代表段应包括有丰水年、平水年、枯水年，并且有一个或几个完好的调理周期；代表段的年径流量均值、离势系数应与长系列

5、的相近。 3用这个代表段的年、月径流量系列来预估未来工程运转期间的年、月径流量变化。这个代表段就是水利计算所要求的所谓“设计年、月径流量系列。 2长系列操作法或称时历法、综合法、长期年法 用设计年、月径流量系列来水和相应年月的用水量系列，逐年进展来水、用程度衡计算，求得逐年所需的库容值，然后用适线法作出库容曲线，查得相应的设计库容值Vp，用以确定工程规模。 知：1设计的历年逐月径流过程来水过程；2设计的历年逐月的用水过程。求设计水库的库容？ 解题步骤如下： 1经过水量平衡计算，求得逐年所需的库容值； 2将库容值由小到大陈列，计算各项的阅历频率，作出库容曲线； 3按设计要求规定一用水保证率P，查

6、得相应的设计库容值Vp，此即设计水库的兴利库容。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算3、实践代表年的年、月径流量 实践代表年法就是从实测年、月径流量系列中，选出一个或几个实践年作为设计代表年，用其年径流分配过程直接与相应的用水过程相配合而进展调理计算，求出调理库容，确定工程规模。 1对于灌溉工程常选出一个实践干旱年作为设计代表年。 2对于水电工程，可以从实践资料中选出能代表丰水年、平水年和枯水年三种分配特性的实践年分别作丰水年、平水年和枯水年的设计代表年。 挑选的原那么通常是设计代表年的各设计时段径流量分别接近设计要求的径流量。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算4、设计代表年的年、月

7、径流量计算及年内分配 设计代表年年径流量及年内分配的计算步骤为： 1根据审查分析后的长期实测径流量资料，按工程要求确定计算时段，对各种时段径流量进展频率计算，求出指定频率的各种时段的设计径流量； 2在实测径流量资料中，按一定的原那么选取代表年，对灌溉工程只选枯水年为代表年，对水电工程普通选丰水年、平水年、枯水年三个代表年； 3求设计时段径流量与代表年的时段径流量的比值，对代表年的径流过程按此比值进展缩放，即得设计的年径流过程线。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算 1设计时段径流量的计算 1计算时段确实定 计算时段是按工程要求来思索的。比如：设计灌溉工程，普通取灌溉期作为计算时段；设计水电

8、工程，采取枯水期或年作为计算时段。 2频率计算 当计算时段确定后，就可根据历年逐月径流量资料，统计时段径流量。 假设计算时段为年，那么按水文年或水利年统计年、月径流量。 SL278-2019规定，径流量计算根据的资料系列应在30年以上。 有了年径流量系列或时段径流量系列，即可推求指定频率的设计年径流量或指定频率的设计时段径流量。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算 配线时要思索全部阅历点据，如点据与曲线拟合不佳时，应偏重思索中、下部点据，适当照顾上部点据。 年径流频率计算中，Cs/Cv值按详细配线情况而定，普通可采用23。 3成果合理性分析 成果分析主要是对径流系列均值、离势系数、偏态系数

9、进展合理性审查，可经过影响要素的分析和径流的地理分布规律进展。 多年平均年径流量的检查。 年径流离势系数的检查。 年径流偏态系数的检查。四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算 2设计代表年径流量的年内分配计算 在水文计算中，普通采用缩放代表年径流过程线的方法来确定设计年径流量的年内分配。 1代表年的选择 从实测的历年径流过程线中选择代表年径流过程线，可按以下原那么进展： 选取年径流量接近于设计年径流量的代表年径流过程线； 选取对工程较不利的代表年径流过程线。对灌溉工程选取灌溉需水季节径流比较枯的年份，对水电工程那么选枯水期较长、径流又较枯的年份。 2径流年内分配计算 同倍比法用设计年水量与代

10、表年的年水量比值或用设计的供水期水量与代表年的供水期水量之比值，对整个代表年的月径流过程进展缩放，即得设计年内分配。 代,供,供供代,年,年年或QQKQQKpp四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算 同频率法的根本思想是使所求的设计年内分配的各个时段径流量的频率都同频率法的根本思想是使所求的设计年内分配的各个时段径流量的频率都能符合设计频率，可采用各时段不同倍比缩放代表年的逐月径流，以获得同频率能符合设计频率，可采用各时段不同倍比缩放代表年的逐月径流，以获得同频率的设计年内分配。详细计算步骤如下的设计年内分配。详细计算步骤如下: : 根据要求选定几个时段，如最小根据要求选定几个时段，如最小1

11、 1个月、最小个月、最小3 3个月、最小个月、最小6 6个月、全年个月、全年4 4个时段。个时段。 做各个时段的水量频率曲线，并求得设计频率的各个时段径流量，如最做各个时段的水量频率曲线，并求得设计频率的各个时段径流量，如最小小1 1个月的设计流量个月的设计流量Q1,p,Q1,p,最小最小3 3个月的设计流量个月的设计流量Q3,p,Q3,p,。 按选代表年的原那么选取代表年，在代表年的逐月径流过程上，统计最按选代表年的原那么选取代表年，在代表年的逐月径流过程上，统计最小小1 1个月的流量个月的流量Q1,Q1,代，延续最小代，延续最小3 3个月的流量个月的流量Q3,Q3,代，代，并要求长时段的水

12、量，并要求长时段的水量包含短时段的水量在内，即包含短时段的水量在内，即Q3,Q3,代应包含代应包含Q1,Q1,代，代， Q7, Q7,代应包含代应包含Q3,Q3,代，如不能包代，如不能包含，那么应另选代表年。含，那么应另选代表年。【运用算例7-1】P173四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算6、两点讨论 1设计年内分配 同频率法的计算时段不宜获得过多，普通选取23个时段。 2代表年选择 代表年分设计代表年和实践代表年。 前者多用于水电工程，后者多用于灌溉工程。五、具有短期实测径流资料时设计年径流计算 对具有短期实测径流资料的情况，必需设法展延年、月径流资料，以降低抽样误差，保证成果的可靠性

13、。在展延径流资料时，合理选择作为展延根据的参证站，必需留意以下几点： 1参证站的径流要与设计根据站的径流在成因上有亲密联络，这样才干保证相关关系有足够的精度； 2参证站的径流资料与设计根据站的径流资料应有一段相当长的平行观测期，以便建立可靠的相关关系； 3参证站必需具有足够长的实测资料，除用以建立相关关系的同期资料外，还要有用来展延设计根据站缺测年份的资料。五、具有短期实测径流资料时设计年径流计算1、利用径流资料展延1以临近站年径流量展延年径流量以临近站年径流量展延年径流量 当设计根据站实测年径流资料缺乏时，往往利用上下游站、干支流站或临近流域测站的长系列实测年径流量资料来建立相关关系，展延系

14、列。2以临近站月径流量展延年、月径流量以临近站月径流量展延年、月径流量 当不能建立年径流相关关系时，可以思索建立月径流关系，但其相关关系不同前者好，故运用时要对插补成果多作合理性分析。五、具有短期实测径流资料时设计年径流计算2、利用降雨资料展延1以年降雨径流相关展延年降雨量 以年为时段的闭合流域水量平衡方程： 对于潮湿地域，降雨与径流之间相关关系较好；对于干旱地域，降雨与径流之间关系微弱，很难定出相关线，插补的资料精度较低。年年年年-WEPR2以月降雨径流相关法展延年、月径流量系列 月降雨径流关系很差，定线困难，精度不高。【利用降雨资料展延径流资料】典型案例【利用降雨资料展延径流资料】典型案例

15、 知某流域年降雨量与年径流深的相关系数r0.95，根据它们的同期系列采用矩法计算得年降雨量均值x1078.8mm，变差系数Cvx0.5；年径流深均值y528.1mm，变差系数Cvy0.6。请根据下表所列雨量资料插补该流域19861991年径流深。6分 年 份198619871988198919901991年雨量(mm)895.41204.81190.0765.31022.11311.3年径流深插补展延表年径流深插补展延表2 2分分 年 份198619871988198919901991年雨量(mm)895.41204.81190.0765.31022.11311.3年径流插补值(mm)425.

16、7598.3590.1353.1496.4657.8解：解： 93.73558.0)8.1078(588.01.528)(558.08.10785.01.5286.095.0/xyxyxxRyyxCyCrrRxyvxvyxyxy五、具有短期实测径流资料时设计年径流计算3、相关展延系列时必需留意的问题 1平行观测项数的多寡问题 平行观测项数愈多，其相关关系愈可靠。用相关法展延系列资料时，要求设计变量与参证变量平行观测项数不得过少，普通应在1215项以上。 2辗转相关问题 用辗转相关，对展延的成果应作合理性的分析，并慎重运用。 3假相关问题 为防止假相关，应直接在原始变量之间寻求关系。 4外延幅度

17、问题 在实践运用相关线时，外延普通不宜超出实测资料范围以外太远。对于年径流量不宜展延超越实测变幅的50%。相关线反映的是平均情况下的定量关系，插补的项数以不超越实测值的项数为宜，最好不超越后者的一半。六、缺乏实测径流资料时设计年径流计算1、水文比较法 水文比较法就是将参证流域的径流资料特征参数、分析成果按要求有选择地移置到设计流域上来的一种方法。 该法的关键是选择恰当的参证流域。参证流域应具有较长的实测径流资料，主要影响要素与设计流域相近。然后将参证流域的年、月径流资料、径流特征参数和径流分析成果移置到设计流域上来。 1直接移置 假设设计和参证两流域的各种影响径流的要素非常类似，那么可将参证流

18、域的径流特征值、参数和分析成果，按设计要求有选择地直接移用到设计流域。 2修正移置 对于不能直接移置的，必需进展修正移置。一是要查明两流域上哪些要素的差别是显著的；二是如何根据要素的差别作定量修正。参证设计参证设计PPRR参证设计RR【水文比较法运用】典型案例【水文比较法运用】典型案例 知A流域面积58km2，多年平均雨量1120mm；B流域面积65km2，多年平均雨量1300mm。两流域特性类似。采用水文比较法将B流域设计年、月径流量见下表移置到A流域。9分 B流域设计年、月径流量m3/s月月份456789101112123年径流122232271814109754814解：解： BBBBB

19、AAAQQQFPFPQQPPQ769.0651300581120参参设设移置B流域径流量，如下表： 月份456789101112123年QB122232271814109754814QA9.216.924.620.813.810.87.76.95.43.83.16.210.8六、缺乏实测径流资料时设计年径流计算2、参数等值线图法 水文特征值主要指年径流量、时段径流量包括极值流量如洪峰流量或最小流量、年降雨量时段降雨量、最大1日、3日降雨量等。 水文特征值的统计参数主要是均值和Cv。 参数等值线图的作用： 参数等值线图是对某一水文特征值的频率计算成果进展合理性分析的重要工具；对中小型水电工程坝址

20、处无实测水文资料时，可直接利用参数等值线图进展地理插值，求得设计流域的统计参数，进而求得指定频率下的设计值。 1绘制水文特征值等值线图的根据和条件 气候要素：降水、蒸发、气温等，在地域上有渐变规律，是地理坐标的函数，普通称气候要素为分区性要素。 下垫面要素：主要是指土壤、植被、流域面积、河道坡度、河床下切深度等，在地域上的变化是不延续的、突变的，称之为非分区性要素。六、缺乏实测径流资料时设计年径流计算2、参数等值线图法2年径流统计特征参数均值和变差系数的等值线图 多年平均径流深的求解步骤： 1将设计流域地面分水线勾绘于等值线图中； 2假设穿过流域的各条等值线近似相互平行，那么流域重心出的径流深

21、即为该流域的多年平均径流深； 3反之，那么用面积加权法计算流域的多年平均径流深。 绘制年径流变差系数Cv等值线图的方法同多年平均径流深，按比例插出流域重心的Cv 值即可。 拟在某河流断面A处建坝，流域面积F=176 平方千米，知该地域多年平均径流深R等值线图和年径流量的离差系数Cv等值线图，试用参数等值线图法推求坝断面A处P=90%的设计年平均流量。2将流域多年平均径流深将流域多年平均径流深R转换成多年平均流量转换成多年平均流量3求坝址断面处设计年的平均流量求坝址断面处设计年的平均流量Q90% 由知的P=90%，Cv=0.39和Cs=2Cv，查P-曲线值表，得k90%=0.54。1线性插值法求流域多年径流深线性插值法求流域多年径流深R和相应的和相应的Cv值值 分别在多年平均径流深R和年径流量的离差系数Cv等值线图上绘出A断面以上流域范围，用线性插值法求该流域中心处的流域多年径流深R和相应的Cv值。解：六、缺乏实测径流资料时设计年径流计算3、缺乏实测资料时设计年径流计算 1由等值线图查得无资料流域的年径流统计参数均值、Cv，并采用Cs=2Cv。 2由知的设计频率查P-型的值表，求