水文学第4章青岛理工大学

第四章年径流与洪、枯径流2023/2/51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2023/2/52§4—1概述一、概念1、年径流量——一年内通过河流某控制断面的流量，称此断面以上流域的年径流量。年径流量由洪水期和枯水期的水量组成2023/2/53表示径流的方法：年平均径流量Q年径流深度R年径流总量W年径流模数M2023/2/54（1）雨洪——由暴雨造成的洪水。（2）春汛——由春季融雪形成的洪水。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2023/2/553、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）。2023/2/56（1）年径流深度的多年平均值：可用R0

表示（2）当观测年

n足够大时，在气候和流域的下垫面趋于一个稳定因素都基本稳定的情况下，的值，此值即年正常径流量。2023/2/57（3）总体的年正常径流量——当观测资料项数无限大时，体的年正常径流量。可作总5、本章讨论主要内容径流量的年内分配径流量的年际变化设计枯水流量设计洪水流量2023/2/58二、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）。洪水径流量、枯水径流量、年径流量不可放在同一系列中作统计分析。注意2023/2/59岸边式取水构筑物2023/2/510§4—2设计年径流量设计年径流量——设计频率标准下的年径流量。设计年径流计算主要内容：设计年径流量的年内分配年径流变化特点及分析方法设计年径流量推算（有资料、缺乏资料、资料不足）2023/2/511一、年径流变化特点及分析方法随机性数理统计法一般应有20年以上的资料二、具有长期实测资料时设计年径流量推算分析方法特点1、径流资料的审查2、频率计算3、成果合理性分析三大步骤2023/2/5121、径流资料的审查水文资料的审查内容径流资料应满足可靠性一致性代表性2023/2/513——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）可靠性如：水量平衡法进行复核上下游水文资料对比2023/2/514（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例如：降雨洪水和融雪洪水的流量资料，因洪水成因不同，不可统计在一起。流域内自然条件或河道中水流情况有显著变化时，变化前后的资料不可统计在一起。2023/2/515（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，故应选择包含丰水年、枯水年的有代表性的样本。2023/2/5162、频率计算（1）方法：矩法与试错适线法相结合（2）要点：3>确定设计频率标准下的年径流量1>选择好统计参数2>试算合适的理论累积频率曲线2023/2/5171>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。枯水部分2>设计频率标准参照有关的手册。2023/2/5183、成果合理性分析自阅p93主要是对统计参数进行合理评价可借助水量平衡原理及地理分布规律进行2023/2/519三、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可利用降水资料作相关分析径流资料2023/2/520A、与设计断面位于同一河流的上、下游或邻近的流域。B、形成径流的气候因素和下垫面因素十分相似。参证站的选择条件2023/2/5211、利用年径流资料（或月径流资料）展延实测年数较短时1>利用年径流量之间的关系来展延方法：将参证站与设计站相同年份的资料绘成图表，找出关系。若点据过于散乱，可用相关计算法，最后进行频率分析。

2023/2/5222>利用月径流量之间的关系展延例：4—14—2在缺乏整年的实测资料，或实测年数很短时，可利用月径流量之间的关系展延。2023/2/5232、利用降水资料展延径流系列雨量丰沛地区干燥少雨地区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4—3一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4—42023/2/524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。具体方法有：算术平均法加权平均法（泰森多边形法）等雨量线法见第五章2023/2/525四、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：等值线图法水文比拟法2023/2/5261、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。——利用多年平均年径流量（年正常径流量）等值线图和年径流变差系数等值线图查算及（1）的推求：2023/2/5271>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2023/2/5282>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，可用面积加权法求正常年径流量。公式：4.3式fi

——相邻两等值线间的面积。Ri——对应于fi

的平均正常径流深度,可取两等值线的算数平均值。2023/2/529（2）Cv可查有关水文手册或等值线图注意流域面积对Cv

的影响对大、中流域可直接查。对较小流域需作适当的调整。对干旱地区：Cs<2Cv。一般可取Cs=2Cv。或查有关区域性水文手册。对湖泊率较大的河流：Cs>2Cv。（3）Cs的推求2023/2/5302、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2023/2/531（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：2023/2/532公式：=QSFSQCFC2>用流域面积修正原则：假定参证流域和设计流域的流速相等。略2023/2/533（3）移用参证流域的年降雨径流相关图例：图4—3、4—4（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2023/2/534§4—3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2023/2/535径流年内分配表示方法：流量过程线法流量历时曲线法后述日、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2023/2/5362、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90—95%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。2023/2/537二、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）2023/2/5382、代表年类型一般地：对于水力发电工程应选丰水、枯水、平水三个代表年；对于给水工程或农业灌溉可只选枯水年为代表年。所选择的代表年应满足一定的条件丰水年枯水年平水年2023/2/5393、设计年径流量的年内分配方法i=1，2，……，12。代表年已选定同倍比放大法:2023/2/540三、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。2023/2/541（1）流量历时曲线——表示年内等于或大于某流量的流量所持续时间的曲线。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2023/2/542←累积频率3>统计Q≥Qi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；2023/2/5432、应用QP(100%)30Qi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(Q≥Qi)=30%，表示大于或等于Qi的流量在全年出现的百分比为30%计：365×30%=109.5(天)流量历时曲线2023/2/544§4—4设计洪水流量及水位1、洪水——河中流量剧增，水位猛涨，具有一定危害性的大水。2、设计洪水——符合设计频率标准的洪水一、洪水及设计洪水2023/2/5453、设计洪水三要素洪水流量逐时变化情况设计洪峰流量设计洪水总量设计洪水过程线设计洪水要解决的问题2023/2/5464、应考虑的问题（1）容量较小的防洪水库：设计洪水只考虑设计洪水总量（2）有一定调节功能的较大水库：设计洪水考虑三要素（3）一级取水泵房，城市排洪，堤防工程：设计洪水取决于设计洪峰流量或洪水位。2023/2/5475、频率选择——可结合当地的经济实力，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。2023/2/548二、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2023/2/5493、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。2023/2/550三、设计洪水标准两种洪水频率设计标准自阅四、洪水资料的审查见p107资料应有一定的一致性可靠性代表性2023/2/551五、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。2023/2/552——如果实测洪水系列较短或缺测时，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2023/2/553（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：对小流域（F<100Km2）：n≥0.7对大、中型河流：n=0.5～0.72023/2/554（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。2023/2/555七、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2023/2/5562、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2023/2/5573>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:nNnNnN2023/2/558其中：n——连续观测年份；N——调查所及年份；（N—n—a1）——缺测年份；a1——n

年连续实测系列之外特大值的个数；an——n

年连续实测系列之内特大值的个数。此种洪峰流量实测系列是一个缺测的不连续系列，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。2023/2/5593、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。2023/2/560N＝Ｔ２－Ｔ１＋１（3）特大洪峰流量考证期N的确定Ｎ——含连续实测期n

的洪峰流量考证期其中：Ｔ２——连续n

年实测洪峰流量最后年代Ｔ１——调查、考证所及年代2023/2/561（4）含特大值系列的经验累积频率计算方法独立样本法统一样本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历史洪水资料较可靠时。2023/2/562方法一、独立样本法特大洪水经验频率一般洪水的经验频率可以将n年连续实测资料和Ｎ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。2023/2/563Ｎ——调查考证年；M=１，……ａn——连续实测系列的观测年数m——连续实测系列按从大到小排列的序号m=(L+1)，(L+2),……n。L——系列内特大值个数2023/2/564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2023/2/565其中：M——N年内特大系列排序，共有a个L——连续系列中特大值个数m——连续系列中，所有洪水排序

m=(L+1)，(L+2)，……n。

一般地，统一样本法比独立样本法计算的结果要小一些。第一种独立样本法较简单，且偏与安全，是常用的方法。2023/2/566例4—5：11960193541888318102n=26年N1=73年N2=151年2023/2/567序号年代流量独立样本法统一样本法采用11221232………n1960181018881935…………Q1Q2Q3Q4…………0.6581.3161.9747.4011.11……96.30.6581.3161.9745.749.51……96.080.661.321.977.4011.11……96.32023/2/568八、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∑∑+==--+=nliiajNjNXlnaNXNX11)(14—12式∑∑=+=---+--=ajnliNiNNjVNXXlnaNXXNXC1122])()[(1114—13式2023/2/569其中：Xi——一般值洪峰值。XNj——特大值洪峰值；ＣsN

——可由适线法确定。一般可按Ｃs=

（2—4）Ｃv。北方河流：Ｃs=

2Ｃv；南方河流：Ｃs=

4Ｃv；自阅2023/2/570资料短缺地区：0.5<Ｃv<1.0时：Ｃs

=

（2.5~3.5）Ｃv

；

Ｃv<0.5时：Ｃs

=

（３~4）Ｃv；Ｃv>1.0时：Ｃs

=

（2~3）Ｃv；*对大型或重要的中型工程，综合分析后，还可计算抽样误差值。*按上述方法初选Ｃs，再调整。自阅2023/2/5712、设计洪水频率计算的适线（1）尽可能的使曲线与经验点据结合（2）注意点据的精度，尽可能的使曲线与较可靠的点据结合。（3）注意曲线中、上部分较大洪水的点据，对特大值点据应适当给予照顾，但不应过于机械，而使曲线偏离大多的实测点群。2023/2/5723、设计成果合理分析（1）从上、下游及干流洪水的关系上进行分析。（2）从邻近河流洪水统计参数及设计值的地区分布进行分析。（3）将设计特大值与国内河流大洪水进行对比。2023/2/573§4—5设计枯水流量和水位（1）枯水径流——地面径流减小，河水主要依靠地下水补给的河川径流。——依地表水作取水水源时，一般取p=90～95%。（2）枯水径流设计频率选择自阅2023/2/574（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2023/2/575一、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