设计径流量及内分配的分析计算

设计径流量及内分配的分析计算第一页，共二十三页，编辑于2023年，星期三1本节内容概述1.1相关概念回顾径流：沿流域地面和地下向河川、水库、湖泊、洼地等流动的水流。径流量：一定时段内通过河流某一断面的累积水量。年径流量：一个年度内，通过河流某一断面的累积水量。年度分类——日历年度、水文年度、水利年度日历年度：一般用于水文年鉴和水资源公报等；水文年度：一般用于流域水文资料整编、水量平衡计算等；水利年度：一般用于水利工程的兴利调节计算和优化调度等。保证率：工程运行过程中，达到工程规划设计目标的年数占工程运用总年数的百分比。第二页，共二十三页，编辑于2023年，星期三1.2水文分析计算的目的和任务在水利工程的规划设计阶段，工程的规模是由来水和用水两者之间矛盾的大小、以及希望解决矛盾的程度（设计保证率），经过技术经济比较来确定的。计算目的：为确定工程规模的大小提供来水资料。计算任务：推求不同保证率下的年径流量及其年内分配过程；在水利工程的规划设计中，依据设计要求、可利用水文资料样本长度、以及采用水利计算方法等的不同，要求提供的来水资料也有所不同，例如：对于无调节性能的引水工程——提供历年（或代表年）的逐日流量过程资料；对于有调节性能的蓄水工程——提供历年（或代表年）的逐月（或旬）流量过程资料，供水利计算使用。第三页，共二十三页，编辑于2023年，星期三设计长期年的年、月径流系列——长期年法（长系列操作法、时历法、综合法）；实际代表年的年、月径流量——实际代表年法；设计代表年的年、月径流量——设计代表年法。当具有长期实测径流资料时，水文分析计算的成果一般可分为以下三种类型：1.3

设计年径流的计算步骤第一步：基本资料的收集和审核（“三性”审查）；第二步：推求设计年径流量（频率计算）；第三步：确定年径流在年内的分配过程（年内分配计算）；第四步：成果合理性检查。第四页，共二十三页，编辑于2023年，星期三2

资料的“三性”审查2.1可靠性径流资料一般来自水文测验和摘自整编成果，可靠性审查主要包括以下内容：水文测验资料——审查测验方法和测验成果。包括检查水位和流量资料情况，并分析水位过程线形状，从而了解当时的观测质量，探讨有无不合理现象等；水文整编资料——审查整编方法和整编成果。包括检查水位—流量关系曲线绘制和延长的方法，分析历年水位—流量关系的变化情况等；水量平衡检查——用来评估径流资料的精度。根据水量平衡原理，下游站的径流量应等于上游站径流量加区间径流量，如不相等，分析原因。第五页，共二十三页，编辑于2023年，星期三2.2一致性一致性是指组成水文资料系列的每个观测值具有同一成因，对年径流量系列而言，一致性是指所在流域的气候条件和下垫面条件在观测期内比较稳定，无显著变化。气候条件调查分析——变化比较缓慢，可以认为相对稳定，但据相关研究，近年来气候对径流的变化已经比较显著。下垫面条件调查分析——不同区域的情况差别比较大，尤其在人口密集地区，下垫面受人类活动的影响非常大，例如流域内的水库、大型灌区、退耕还林、坡耕地的梯田改造等。实测径流的还原计算——如果径流过程受下垫面变化的影响显著而不具备一致性时，需要对实测径流资料进行还原计算。还原时要注意分析人类活动措施的不同发展时期和丰、平、枯水年还原水量的变化情况。还原方法：水量平衡法、降雨径流相关法第六页，共二十三页，编辑于2023年，星期三2.3代表性抽样误差用来衡量样本对总体代表性的高低，水文计算成果的精度取决于样本对总体的代表性。资料代表性的审查对衡量频率计算成果的精度有重要意义。代表性审查内容：样本分布参数与总体分布参数的接近程度2.3.1参证变量法参证变量的选取：设计变量与参证变量的时序变化具有同步性，并且参证变量的长系列具有较高的代表性；计算参证变量长、短系列的分布参数，参证变量的短系列所处时段与设计变量实测系列的时段相同；如果参证变量长、短系列的分布参数值大致接近，就可认为参证变量的短系列具有代表性，从而认为设计变量系列具有代表性。[叁证变量法举例]（此处略）第七页，共二十三页，编辑于2023年，星期三2.3.2历史调查法（成果论证法）调查历史上出现过的旱、涝现象，估算其等级和频率，然后与频率计算成果中同等级的旱、涝频率进行比较，如果比较接近，可认为所选取的径流资料具有代表性；分析流域气候特性（周期特性），如果实测径流资料恰好包括同一个水文周期，可认为所选取的径流资料具有代表性。3

设计年径流量及年内分配的分析计算3.1长期年法第一步：按水利年度排列为一个新的年、月径流长系列第二步：从新系列中选出代表段，代表段须满足以下三个条件：代表段中须包括有丰、平、枯水年；代表段中须包括一个或几个完整的调节周期；代有段中的年径流量均值、离势系数须与长系列的相近。第八页，共二十三页，编辑于2023年，星期三第三步：用代表段的年、月径流过程来代表未来工程运行期间的年、月径流量的变化过程。3.2实际代表年法优点：保证率的概念比较明确缺点：对水文资料要求较高、计算工作量大。一般应用于大型水利工程的规划设计实际代表年法是从实测年、月径流量系列中，选出一个实际的干旱年作为代表年，用其年径流的分配过程直接与该年的用水过程相配合而进行调节计算，从而求出调节库容，确定工程规模。选出的年份称为实际代表年，该年的年、月径流量就是实际代表年年、月径流量。优点：操作简单，直观明晰缺点：不一定符合设计保证率一般应用于灌溉工程的设计第九页，共二十三页，编辑于2023年，星期三3.3设计代表年法第一步：计算时段的确定水电工程——取枯水期或年灌溉工程——取灌溉期

第二步：频率计算及其成果的合理性分析统计出历年各个计算时段的径流量，并按大小次序排成一列，构成计算序列利用适线法，求得各个计算时段径流量的频率分布曲线，并分析频率曲线的均值、离势系数、偏态系数是否合理。第三步：设计时段径流量的计算根据频率曲线，运用第七章中的公式（7-28），结合附表1，即可推求出指定频率的设计年径流量，或指定频率的设计时段径流量；(7-28)………第十页，共二十三页，编辑于2023年，星期三从实测的历年径流过程线中选择代表年的径流过程线应依据以下原则：选取年径流量接近于设计年径流量的代表年径流过程线；实测年径流量接近设计年径流量的径流过程线不只一条时，应选取其中较为不利的，以使工程设计偏于安全。第四步：代表年的选取第五步：径流年内分配计算将设计时段径流量按代表年的月径流过程进行分配，有同倍比法和同频率法。同倍比法：用设计年水量与代表年的年水量比值K年或设计供水期水量与代表年供水期水量的比值K供对整个代表年的月径流过程线进缩放(1)………第十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期三同频率法：基本思想是使所求的设计年内分配的各个时段径流量都能符合设计频率，各时段径流量的缩放可采用不同的倍比。其步骤如下：根据设计要求选择几个计算时段（如最小3个月、最小5个月、年等三个时段）；作各个时段的水量频率曲线，并求得设计频率的各个计算时段的径流量（最小3个月的设计流量Q3,设、最小5个月设计径流量Q5,设、设计年径流量Q年,设）；按选代表年的原则选取代表年，在代表年的逐月径流过程中，统计出各个计算时段的径流量（最小3个月的径流量Q3,代、最小5个月的径流量Q5,代、年径流量Q年,设）(2)……………第十二页，共二十三页，编辑于2023年，星期三优点：对水文资料长度要求不高，保证率的概念明确，可提供不同设计保证率下的来水资料；缺点：同倍比法在计算时段和代表年的确定上存在困难；同频率法的年内分配会改变实际代表年的年内分配过程，须对年内分配计算结果做成因分析。广泛应用于水电工程的水利水能计算某水库的18年间的年、月径流量资料如下表所示，用水流量q=3m3/s，求该水库：4

计算实例供水保证率分别为P=10%、P=50%、P=90%的设计年径流量；最小3个月、最小5个月的设计时段径流量；用同频率法计算该水库的兴利调节库容。设计代表年法的优缺点：第十三页，共二十三页，编辑于2023年，星期三年份月平均流量(m3/s)年平均流量Q(m3/s)供水期T(月)供水期流量W[m3/（s·月）]所需库容3456789101112121958～195916.522.043.017.04.632.464.024.841.982.471.8721.611.936.322.681959～19607.258.6916.326.17.157.506.811.862.672.734.202.037.7837.261.741960～19618.2119.526.424.67.359.623.202.071.981.902.3513.210.048.303.701961～196214.717.719.830.45.204.879.103.463.422.922.481.629.6437.021.981962～196312.915.741.650.719.410.47.482.975.302.671.791.8014.436.262.741963～19643.204.987.1516.25.552.282.131.272.181.546.453.874.7359.405.601964～19659.9112.512.934.66.905.552.003.271.621.170.993.067.8759.055.951965～19663.9026.615.213.66.1213.44.2710.58.219.038.358.4810.40001966～19679.5229.013.525.425.43.582.672.231.932.761.415.3010.2511.04.001967～196813.017.833.243.010.53.581.671.571.821.421.212.3610.9610.17.901968～19699.4515.615.537.842.76.553.522.541.842.684.259.0012.637.061.941969～197012.211.533.925.012.77.303.654.963.182.353.883.5710.312.350.651970～197116.324.841.030.724.28.306.508.754.527.964.103.8015.10001971～19725.086.1024.322.83.403.454.922.791.761.302.238.767.2448.083.921972～19733.2811.737.116.410.219.25.754.414.535.598.478.8911.30001973～197415.438.541.657.431.75.866.564.552.591.631.765.2117.735.983.021974～19753.285.4811.817.114.414.33.843.694.675.166.2611.18.420001975～197622.437.158.023.910.612.46.268.517.307.543.125.5616.9000表8-2某水库历年逐月平均流量表第十四页，共二十三页，编辑于2023年，星期三解：年、月径流量资料的整理和分析（“三性”审查）；列表统计各时段径流量，统计结果如下表所示：年径流量系列最小3个月径流量系列最小5个月径流量系列1.982.471.876.321.862.672.737.262.071.981.905.952.922.481.627.022.671.791.806.261.272.181.544.991.621.170.993.78

8.219.038.3525.591.932.761.416.101.821.421.214.452.541.842.687.063.182.353.889.417.964.103.8015.861.761.302.235.294.414.535.5914.532.591.631.765.983.843.694.6712.207.543.125.5616.224.024.841.982.471.8715.181.862.672.734.202.0313.493.202.071.981.902.3511.503.463.422.922.481.6213.902.975.302.671.791.8014.532.282.131.272.181.549.402.003.271.621.170.999.05

4.2710.58.219.038.3540.362.672.231.932.761.4111.001.671.571.821.421.217.693.522.541.842.684.2514.834.963.182.353.883.5717.948.754.527.964.103.8029.134.922.791.761.302.2313.00

5.754.414.535.598.4728.754.552.591.631.765.2115.743.843.694.675.166.2623.628.517.307.543.125.5632.031958～195911.91959～19607.781960～196110.01961～19629.641962～196314.41963～19644.731964～19657.871965～196610.41966～196710.21967～196810.91968～196912.61969～197010.31970～197115.11971～19727.241972～197311.31973～197417.71974～19758.421975～197616.9第十五页，共二十三页，编辑于2023年，星期三对各个时段的径流量系列进行频率计算，成果如图1~图3及表8-3所示：图1第十六页，共二十三页，编辑于2023年，星期三图2第十七页，共二十三页，编辑于2023年，星期三图3第十八页，共二十三页，编辑于2023年，星期三参数计算时段均值CVCS/CVP=10%P=50%P=90%12个月131（10.97）0.322.0188(15.7)128(10.7)81.8(6.82)最小5个月18.00.472.029。3316。698.46最小3个月9.130.502.015。258。374.00表8-3某水库时段径流量频率计算成果（流量单位：m3/s）按主要控制时段的水量相近来选代表年。这里选1964~1965年作为枯水代表年；按照式（1）求各时段的缩放比K，以1964~1965代表年为例：(5)………(3)………(4)………第十九页，共二十三页，编辑于2023年，星期三计算设计枯水年年内分配。月年型345678910111212全年总量平均1964～1965年）Q月9.9112.5012.9034.606.905.552.003.271.621.170.993.0694.507.87缩放比K0.860.860.860.860.860.860.840.841.061.061.060.86设计枯水年Q月8.5010.711.129.75.924.761.692.761.721.241.052.6381.806.82表8-4某站同频率法P=90%设计枯水年年内分配计算表（流