工程水文及水利计算-第8讲.ppt

1、工程水文和水利计算，门宝会可再生能源研究所，大纲，第1章导论第2章水循环和径流形成第3章水文数据的观测、收集和处理第4章水文统计基础知识第5章设计年径流和径流随机模拟(分3讲)第6章从流量数据计算洪水第7章流域产量， 对流计算(分4堂课)第8章暴雨资料设计洪水计算(分3堂课)第9章水文预报第10章水库效益调整计算(分2堂课)第11章水电站水能计算(分2堂课)第12章水库防洪计算(分2堂课)，第5章内容： 第五章设计年径流和径流随机模拟5-1概述5-2影响年径流的因素5-3设计年径流及其年分布与长期实测径流数据的分析计算5-4设计年径流及其年分布与短期实测径流数据的分析计算5-5设计年径流及其年

2、分布与无实测径流数据的分析计算5-6设计枯水流量的分析计算5-8径流随机模拟，5-4设计年径流及其年分布与短期实测径流数据的分析计算。 数据条件：当实测数据年数为n30时，表示长期实测数据；30n12时，有短期测量数据；当n12时，表示缺少测量数据。关键：延长径流系列的长度。本质：寻找与设计断面径流密切相关且观测系列较长的参考变量。通过设计断面年径流与其参考变量之间的相关性，将设计断面年径流系列适当扩展到规范要求的长度。频率分析方法与本书第四章中描述的方法完全相同，只是径流系列在当年进行了适当的扩展。1.参考变量的选择。最常用的参考变量有：设计断面水位、上下游站或邻近河流站的径流量、流域降水量

3、。参考变量应满足以下条件：参考变量与设计断面的径流成因密切相关。参考变量与设计断面径流之间有许多同步观测数据。参考变量系列很长，很有代表性。5-4利用短期实测径流资料分析计算设计年径流及其年分布，利用本站水位资料扩展年径流序列，有些站只观测水位，然后增加流量试验。根据水位与流量的关系，水位数据可以转化为径流数据。2，年径流系列的扩展，5-4，有短期实测径流资料时设计年径流及其年分布的分析计算，利用上下游站或邻近河流站的径流资料扩展设计断面的径流系列。同一河流的上下游水量之间存在有机联系，因此当实测径流数据距离设计断面的上下游不远时，它往往是一个很好的参考变量。当流域面积与设计流域面积相差不太大

4、时，同一水文气候区内相邻河流的径流资料也可作为参考变量。2.年径流序列的扩展；5.利用短期实测径流资料分析计算设计年径流量及其年分布；利用年降水量资料扩展设计断面年径流序列：径流是降水的产物。年径流量和年降水量之间往往有很好的相关性。在许多情况下，降水观测序列比径流观测序列长，因此降水序列常被用作扩展径流序列的参考变量。2，年径流系列的延伸，5-4，用短期实测径流资料分析计算设计年径流及其年分布，注意：(1)找出与物理原因的真实关系；(2)不要通过展示和转移建立关联；(3)不要过度扩展相关的线路扩展数据。2，年径流系列的扩展，5-4设计年径流及其年分布的分析计算前提：设计流域所在区域有水文特征

5、值的区域综合分析结果，或在水文相似区域有长径流系列的参考站可供使用。方法：用地理综合法间接计算年径流量的统计参数均值、Cv和Cs，然后计算满足设计保证率的年径流量，最后用同样的放大方法计算设计年径流量。常用方法：水文类比法、参数等值线图法和经验公式法。5-5在没有实测径流数据的情况下，设计年径流量及其年分布的分析和计算；1.水文类比法：一种在水文相似地区无资料的情况下，对流域实测水文特征值进行置换(修正后)的方法，特别适用于年径流量的分析和估算。当设计断面(设计站)无实测径流资料，但上下游或水文相似区域有实测水文资料时，可采用此方法估算设计年径流量。要点：参考站的径流特征值经适当修正后将用于设

6、计断面。5-5在没有实测径流数据的情况下，对设计年径流及其年分布进行分析和计算，并修改参数：流域面积和年平均降水量。多年平均年径流量、平均值和流域面积的计算是主要参数，它们应相互接近，一般不超过15；如果径流相似性好，上述限制可以适当放宽。当设计流域没有降水数据时，降水不能用作参数变量。1.水文类比法，5-5在没有实测径流资料的情况下，设计年径流量及其年分布的分析和计算，1。水文类比法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年径流量及其年分布，计算年平均径流量，Cv值，1。水文类比法，在没有实测径流资料的情况下，对设计年径流量及其年分布进行5-5次分析计算，Cs值一般不需要计算，因此采用

7、CS=23 kV，并移植设计结果。如果参考站的年径流分析结果可用，可使用以下公式将参考站的设计年径流直接转移到设计流域。下标p代表频率，其他符号的含义和以前一样。1.水文类比法，5-5。在没有实测径流资料的情况下，设计年径流量及其年分布的分析计算、设计结果的移植和水文模拟结果的准确性取决于设计流域和参考流域的相似性，特别是流域下垫面的情况比较接近。年内分布：直接移植典型年份或地区的综合年内分布过程。相同放大法：计算设计年径流分配过程。特点：对于较小的流域，由于实测水文资料的缺乏和等值线图应用的困难，水文比拟法具有很大的实用价值。1.水文类比法，5-5在没有实测径流资料的情况下，设计年径流量及其

8、年分布的分析和计算。原则上，等值线图能够反映水文特征值的地理分布规律。例如，中国年降雨量等值线图反映了年平均降雨量随地理坐标的变化。影响水文特征值的因素分类：当影响水文特征值的因素(如年径流深、年降雨量等。)主要是区域因素(如气候因素)，特征值随着地理坐标的不同而不断变化，利用这一特征可以在地图上绘制其等值线图；2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年径流量及其年分布，影响水文特征值的因素分类：当影响水文特征值的因素(如洪峰流量和特征水位等)时。)主要是非区域性因素(如流域面积和河床底切深度等)。)，特征值不随地理坐标连续变化，因此不可能使，原理，2，等值线图法，5-5设

9、计年径流量及其年分布的分析与计算在没有实测径流资料的情况下，封闭流域多年水平衡方程为：R0=P0-E0从上述公式可以看出，影响封闭流域多年平均年径流量的主要因素是气候因素，即多年平均降雨量和蒸发量。因为降雨量和蒸发量有地理分布规律，所以多年平均年径流量也是如此，所以我们可以画出多年平均年径流量深度的等值线图。原理，2，等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下，分析计算设计年径流量及其年分布，绘制多年平均年径流深等值线图。为了消除流域面积非区域性因素的影响，等值线图总是用径流深度(mm)或径流模数(升秒-1公里-2)来表示。绘制气候特征值(如降雨量、蒸发量)等值线图时，每个观测点都标注在图中

10、每个对应观测点的位置上。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年径流量及其年分布，绘制多年平均年径流量深度等值线图，并绘制点位置：将多年平均年径流量深度点在流域质心。质心：几条直线的交点，这些直线将盆地分成两个方向相等的部分。方法：将一些有实测资料的流域多年平均年径流深注入各流域的质心后，考虑降雨和地形特征绘制等值线，最后用大中型流域的资料进行校核和调整，并与多年平均年降雨量等值线图进行对比，消除不合理现象。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下，分析计算设计年径流及其年分布，应用多年平均年径流深度等值线图，通过质心插值：在小流域，通过流域的等值线很少，因此通过

11、流域质心的线性距离比例插值方法可以计算出流域的平均径流深度。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下，设计年径流及其年分布的分析计算，多年平均年径流深度等值线图，应用时，先画两条垂线穿过流域的长、短轴，其交点O大致位于流域的质心。通过O点画一条近似垂直于700毫米和800毫米两条等值线的直线，交点分别为A和B，则流域平均径流深度如下：2 .等值线图法；5-5。无实测径流资料时设计年径流量及其年分布的分析计算；多年平均年径流深度等值线图；应用；面积加权法：如果多个年径流深等值线穿过设计流域，可以用面积加权法计算流域平均径流深。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年

12、径流量及其年分布，多年平均年径流深等值线图，精度高，大流域：一般有长期实测资料，等值线图很少使用；中盆：精度普遍较高，具有很大的实用价值；小流域：误差很大，等值线图发现的径流深度可能太大。由于等值线图主要是根据中间流域的数据绘制的，从等值线图中找到的径流深度应该是小流域的径流完全流出时的径流，但是小流域并不是封闭的，河道也没有切割深，所以不可能收集到该流域形成的所有地下径流，也就是说，实际数据应该小于这个数字。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下，分析计算设计年径流量及其年分布，估算年径流量Cv值，年径流深Cv值，并绘制等值线图进行校核计算。该方法与年径流均值估算方法相似，但更简单

13、，即可以按比例插值盆地重心的Cv值。大流域：一般有长期实测数据，等值线图很少使用；中低音根据规范，一般可以使用Cs23Cv。2、等值线图法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年径流量及其年分布，区域综合年径流量，通常用经验公式表示。这种公式主要与年径流量的影响因素有关。例如，年径流平均值的经验公式有以下几种类型：b1、b2、n1、n2、M参数，这些参数是通过分析实测数据确定的，或者是根据现有的分析结果采用的。Cv和Cs也有区域综合成绩。3、经验公式法，5-5在没有实测径流资料的情况下分析计算设计年径流量及其年分布，与不同设计频率的年平均流量Qp也可以建立类似的关系，但其参数的量化也不

14、同。这种方法的精度一般低于等值线图法。然而，在流域初步规划过程中，需要快速估算流域地表水资源量和水力储量时，这是有实用价值的。3、经验公式法，5-5设计年径流量及其年分布的分析计算在没有实测径流资料的情况下，径流的分布过程不仅可以用流量过程来表示，还可以用流量历时曲线来表示。这种曲线是根据其时段内的流量值及其持续时间(或相对持续时间)绘制的，表现出径流分布的特征曲线。5-6流量历时曲线，根据多年实测日平均流量数据绘制多年综合日流量历时曲线，可以反映多年的流量历时。在工程设计中，有时需要绘制丰水年(或枯水年)的综合日流量历时曲线，该曲线是根据各丰水年(或枯水年)实测日平均流量数据绘制的。1.多年

15、综合日流量历时曲线，即所谓的丰水期(枯水期和灌溉期)综合日流量历时曲线，是根据历年丰水期(枯水期和灌溉期)实测日平均流量数据绘制的。5-6流量历时曲线，代表年日流量历时曲线，根据某年实测日平均流量数据绘制。曲线的纵坐标是日平均流量或其相对值(模数系数)，横坐标是持续天数或相对持续时间(占全年的百分比)。2。代表年日流量持续时间曲线。平均持续时间曲线以每年相同持续时间的平均日流量为纵坐标，其对应的持续时间为横坐标所画的曲线。3.平均日流量持续时间曲线，这是一条虚拟曲线。与综合历时曲线相比，上部较低，下部较高，中间与综合曲线大致吻合。5-6流量历时曲线，5-7设计枯水流量的分析计算，又称最小流量，

16、是河流径流的一种特殊形式。枯水流量往往制约着一个城市的发展规模、灌溉面积、通航能力和时间，也是决定水电站保证出力的重要因素。根据设计周期的长短，枯水流量可分为瞬时流量、日流量、旬流量、月流量和最小流量，其中日流量、旬流量和月最小流量与水资源利用项目的规划设计关系最大。时段枯水流量和时段径流的分析方法没有本质区别，主要是采样方法不同。时段径流在时间序列中通常是固定的，而枯水流量被选为其一年中的最小值，这在时间序列中是可变的。此外，在一些具体的环节上也存在一些差异。当设计代表站有一长串实测径流数据时，可根据年最小抽样原则选择一年的最小径流量，形成一个样本序列。低流量通常用小于或等于径流的概率来表示，它与年最大抽样概率p有一个q-p关系。因此，当序列排队时，它们是从小到大排列的。此外，年枯水流量频率曲线的绘制与周期径流频率曲线的绘制基本相同，通常采用P型频率曲线进行拟合。右图是一个水文站不同时段的枯水流量频率曲线示例。1.用测量法计算枯水流量让系列中的所有项目都为n，其中非零项目的数量为k，零项目的数量为nk。首先，将k项的非零数据视为一个独立的序列，用一般方法得到其频率曲线。然后，通过以下转换可以获得所有系列的频率曲线。转换关系如下：1 .用实测水文资料计算枯水流量，5-7。设计枯水流量的分析与计算。在低水流频率曲线上，两端P20和P90