第三章 設(shè)計年徑流分析計算

1、第三章第三章 設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配水利電力學(xué)院主要內(nèi)容具有長期實測資料的設(shè)計年徑流的計算設(shè)計年徑流設(shè)計年徑流具有短期實測資料的設(shè)計年徑流的計算缺乏實測資料的設(shè)計年徑流的計算設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配分析計算第一節(jié) 概述一、年徑流的特性一、年徑流的特性年徑流的定義：在一個年度內(nèi)，通過河流出口斷面的水量，叫做該斷面以上流域的年徑流量。可用年平均流量、年徑流深、年徑流總量或年徑流模數(shù)表示。單位分別是什么？單位分別是什么？特性：特性：1、年徑流具有大致以年為周期的汛期與枯季交替變化的規(guī)律、年徑流具有大致以年為周期的汛期與枯季交替變化的規(guī)律2、年徑流在年際間變化很大、年徑流在年際間變化

2、很大3、年徑流量在多年變化中有豐水年組和枯水年組交替出現(xiàn)的、年徑流量在多年變化中有豐水年組和枯水年組交替出現(xiàn)的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。二、工程規(guī)模與來水、用水、保證率的關(guān)系二、工程規(guī)模與來水、用水、保證率的關(guān)系 年徑流量的自然變化情勢往往與用水部門的需水有矛盾。為了按時按量地滿足用水部門的需水要求，必須興建水利工程（水庫等），對天然徑流加以人工調(diào)節(jié)，按用水要求泄放。各項水利工程的規(guī)模如何確定？各項水利工程的規(guī)模如何確定？以確定灌溉水庫的興利庫容為例說明。以確定灌溉水庫的興利庫容為例說明。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12流量(1) 豐水年來水、用水豐水年來水、用水 1 2 3 4 5

3、6 7 8 9 10 11 12流流量量(2) 枯水年來水、用水枯水年來水、用水 在規(guī)劃設(shè)計階段，水利工程的規(guī)模是由來水、用在規(guī)劃設(shè)計階段，水利工程的規(guī)模是由來水、用水矛盾的大小和希望解決矛盾的水矛盾的大小和希望解決矛盾的程度（設(shè)計保證率）程度（設(shè)計保證率）來決來決定的，即在規(guī)劃設(shè)計階段要分析定的，即在規(guī)劃設(shè)計階段要分析工程規(guī)模、來水、用工程規(guī)模、來水、用水、保證率水、保證率四者之間的關(guān)系，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定四者之間的關(guān)系，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定工程規(guī)模。工程規(guī)模。三、水文計算任務(wù)三、水文計算任務(wù) 設(shè)計年徑流量是指相應(yīng)于設(shè)計保證率的年徑流量。設(shè)計保設(shè)計年徑流量是指相應(yīng)于設(shè)計保證率的年徑流量

4、。設(shè)計保證率需根據(jù)各用水部門的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定。證率需根據(jù)各用水部門的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定。 計算的具體任務(wù)是計算的具體任務(wù)是：分析研究年徑流量的年際變化和年內(nèi)分：分析研究年徑流量的年際變化和年內(nèi)分配規(guī)律，提供工程設(shè)計的主要依據(jù)配規(guī)律，提供工程設(shè)計的主要依據(jù)-來水資料。來水資料。第二節(jié) 影響年徑流量的因素研究影響年徑流量的因素，可從流域水量平衡方程式著手。研究影響年徑流量的因素，可從流域水量平衡方程式著手。以年為時段的流域水量平衡方程式：以年為時段的流域水量平衡方程式：RPEuW 徑流量徑流量降雨量降雨量蒸發(fā)量蒸發(fā)量交交換換水水量量蓄水變化量蓄水變化量氣候因素氣候因素下墊面因素下墊面因素人類活動影響人類活

5、動影響思考：當(dāng)流域為思考：當(dāng)流域為閉合流域時，哪閉合流域時，哪一項為零？一項為零？（一）（一） 氣候因素對年徑流的影響氣候因素對年徑流的影響 在濕潤地區(qū)，降水量較大，大部分形成了徑流，年徑流系數(shù)在濕潤地區(qū)，降水量較大，大部分形成了徑流，年徑流系數(shù)較大，年降水量與年徑流量之間具有較密切的關(guān)系，降水量對年較大，年降水量與年徑流量之間具有較密切的關(guān)系，降水量對年徑流量起著決定性作用，蒸發(fā)作用相對較??；徑流量起著決定性作用，蒸發(fā)作用相對較小； 在干旱地區(qū)？在干旱地區(qū)？（二）（二） 下墊面因素對年徑流的影響下墊面因素對年徑流的影響地形、植被、土壤、地質(zhì)、湖泊、沼澤、流域大小等。地形、植被、土壤、地質(zhì)、湖

6、泊、沼澤、流域大小等。（三）（三） 人類活動因素對年徑流的影響人類活動因素對年徑流的影響跨流域引水、修建水庫、塘壩、旱田改水田等?？缌饔蛞?、修建水庫、塘壩、旱田改水田等。第二節(jié) 影響年徑流量的因素第三節(jié) 具有長期實測資料時設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配分析計算設(shè)計年徑流量的計算包括：實測年徑流量資料的審查和設(shè)計年徑流量的推求。一、水文資料的審查一、水文資料的審查可靠性可靠性水位資料水位資料水位流量關(guān)系水位流量關(guān)系水量平衡水量平衡一致性一致性氣候條件氣候條件下墊面條件下墊面條件代表性代表性樣本與總體樣本與總體代表性的接代表性的接近程度近程度二、設(shè)計年、月徑流系列的選取二、設(shè)計年、月徑流系列的選取幾個概

7、念幾個概念日歷年日歷年水文年：從每年的汛期開始到下一年的枯水期結(jié)束為止。水文年：從每年的汛期開始到下一年的枯水期結(jié)束為止。水利年：以水庫蓄水開始至第二年水庫放空為止。水利年：以水庫蓄水開始至第二年水庫放空為止。 實測徑流系列經(jīng)過審查和分析后，再按水利年度排列為一個實測徑流系列經(jīng)過審查和分析后，再按水利年度排列為一個新的年、月徑流系列后，從這個系列中選出代表段。代表段中應(yīng)新的年、月徑流系列后，從這個系列中選出代表段。代表段中應(yīng)包括有豐、平、枯水年。包括有豐、平、枯水年。三、實際代表年年、月徑流的選取三、實際代表年年、月徑流的選取 實際代表年法就是從實測年、月徑流量系列中，選出一個實際的干旱年作為

8、代表年，用其年徑流分配過程直接與該年的用水過程相配合而進(jìn)行調(diào)節(jié)計算，求出調(diào)節(jié)庫容，確定工程規(guī)模。實際代表年法在小型灌溉工程的設(shè)計中應(yīng)用較廣。實際代表年法在小型灌溉工程的設(shè)計中應(yīng)用較廣。四、設(shè)計代表年年徑流量及年內(nèi)分配的計算四、設(shè)計代表年年徑流量及年內(nèi)分配的計算設(shè)計代表年年徑流量及年內(nèi)分配的計算步驟為：（1 1）根據(jù)審查分析后的長期實測徑流量資料，按工程要求確定）根據(jù)審查分析后的長期實測徑流量資料，按工程要求確定計算時段，對各種時段徑流量進(jìn)行頻率計算，求出指定頻率的計算時段，對各種時段徑流量進(jìn)行頻率計算，求出指定頻率的各種時段的設(shè)計流量值。各種時段的設(shè)計流量值。（2 2）在實測徑流資料中，按一定

9、的原則選取各種代表年，對灌）在實測徑流資料中，按一定的原則選取各種代表年，對灌溉工程只選枯水年為代表年；對水電工程一般選豐水、平水、溉工程只選枯水年為代表年；對水電工程一般選豐水、平水、枯水三個代表年?？菟齻€代表年。（3 3）求設(shè)計時段徑流量與代表年的時段徑流量的比值，對代表）求設(shè)計時段徑流量與代表年的時段徑流量的比值，對代表年的徑流過程按此比值進(jìn)行縮放，即得設(shè)計的年徑流過程線。年的徑流過程按此比值進(jìn)行縮放，即得設(shè)計的年徑流過程線。（一）設(shè)計時段徑流量的計算1. 1.計算時段的確定計算時段的確定 設(shè)計灌溉工程時，一般取灌溉期作為計算時段；設(shè)計水電工設(shè)計灌溉工程時，一般取灌溉期作為計算時段；設(shè)

10、計水電工程時，因為枯水期水量和年水量決定著發(fā)電效益，采取枯水期或程時，因為枯水期水量和年水量決定著發(fā)電效益，采取枯水期或年作為計算時段。年作為計算時段。2.2.頻率計算頻率計算3.3.成果合理性分析成果合理性分析（1）多年平均年徑流量的檢查。）多年平均年徑流量的檢查。（2）年徑流量離勢系數(shù)的檢查。）年徑流量離勢系數(shù)的檢查。（3）年徑流量偏態(tài)系數(shù)的檢查。）年徑流量偏態(tài)系數(shù)的檢查。二、設(shè)計代表年年徑流量的年內(nèi)分布計算二、設(shè)計代表年年徑流量的年內(nèi)分布計算1.代表年的選擇代表年的選擇2.徑流年內(nèi)分配計算徑流年內(nèi)分配計算（1 1）同倍比法）同倍比法（2 2）同頻率法）同頻率法從實測徑流資料中選擇代表年，

11、可按下述原則。從實測徑流資料中選擇代表年，可按下述原則。1.選取年徑流量與設(shè)計年徑流量相接近的年份作為代表年。2.選取對工程較為不利的年份作為代表年。 對于對于灌溉工程灌溉工程，灌，灌溉枯水期比較枯的年份；溉枯水期比較枯的年份；對于對于水利工程水利工程而言，應(yīng)而言，應(yīng)選擇枯水期較長、枯水選擇枯水期較長、枯水期比較枯的年份。期比較枯的年份。(1)同倍比法同倍比法 整個分配過程按同一倍比整個分配過程按同一倍比k k進(jìn)行放大。進(jìn)行放大。K K可選取按年水量可選取按年水量進(jìn)行控制，也可按供水期水量進(jìn)行控制。進(jìn)行控制，也可按供水期水量進(jìn)行控制。 ppddQQKKQQ年，供，年供年，供， 用上面公式計算的

12、倍比對整個代表年的月經(jīng)流過程進(jìn)行縮用上面公式計算的倍比對整個代表年的月經(jīng)流過程進(jìn)行縮放，即得設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配過程。放，即得設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配過程。(2)同頻率法同頻率法 各時段采用不同的放大倍比，放大后各時段的徑流量都各時段采用不同的放大倍比，放大后各時段的徑流量都符合設(shè)計頻率。符合設(shè)計頻率。具體計算步驟：具體計算步驟：1 1）根據(jù)要求選定幾個計算時段，如最?。└鶕?jù)要求選定幾個計算時段，如最小1 1個月、最小個月、最小3 3個月、最個月、最小小7 7個月、全年四個時段。個月、全年四個時段。2 2）做各個時段的水量頻率曲線，并求得設(shè)計頻率的各個時段徑）做各個時段的水量頻率曲線，并求得設(shè)計頻

13、率的各個時段徑流量，如最小流量，如最小1 1個月的設(shè)計徑流量、最小個月的設(shè)計徑流量、最小3 3個月的設(shè)計徑流量等。個月的設(shè)計徑流量等。3 3）按選擇代表年的原則選定代表年，統(tǒng)計最?。┌催x擇代表年的原則選定代表年，統(tǒng)計最小1 1個月的流量、最個月的流量、最小小3 3個月的流量等，按同倍比或同頻率方法對典型進(jìn)行縮放，得個月的流量等，按同倍比或同頻率方法對典型進(jìn)行縮放，得到設(shè)計年徑流量過程。到設(shè)計年徑流量過程。【例】某水庫具有【例】某水庫具有1818年的年、月徑流資料，見下表。年的年、月徑流資料，見下表。設(shè)計保證率設(shè)計保證率p=90%p=90%的年最小的年最小3 3個月、最小個月、最小5 5個月的設(shè)

14、計個月的設(shè)計徑流量見表徑流量見表2 2，求設(shè)計年內(nèi)分配過程。，求設(shè)計年內(nèi)分配過程。1. 1.頻率計算頻率計算設(shè)計豐水年、設(shè)計水平年及設(shè)計枯水年的設(shè)計年徑流。設(shè)計豐水年、設(shè)計水平年及設(shè)計枯水年的設(shè)計年徑流。310%15.7m /sQP=10%的設(shè)計豐水年，的設(shè)計豐水年，350%10.7m /sQP=50%的設(shè)計平水年，的設(shè)計平水年，P=90%的設(shè)計枯水年，的設(shè)計枯水年，390%6.82m /sQ2.2.典型年的選擇典型年的選擇3,10%16.9m /sdQ3,50%10.0m /sdQ3,90%7.87m /sdQ典型特征值：3.同倍比法計算放大倍比設(shè)計豐水年：10%15.70.92916.9p

15、dQkQ50%10.71.0710.0pdQkQ90%6.820.8667.87pdQkQ設(shè)計平水年：設(shè)計枯水年：3.3.設(shè)計年徑流年內(nèi)分配計算設(shè)計年徑流年內(nèi)分配計算同頻率放大討論：同頻率和同倍比有哪些優(yōu)缺點？討論：同頻率和同倍比有哪些優(yōu)缺點？1 1、某站年徑流系列符合、某站年徑流系列符合P-P-型分布，其中型分布，其中650,162.55,2Rmmmm CsCv試計算試計算p=90%的的Rp？2、某水庫、某水庫P=80%，設(shè)計年徑流量，設(shè)計年徑流量 ，從壩址從壩址18年徑流資料中選取接近設(shè)計年徑流量且分配年徑流資料中選取接近設(shè)計年徑流量且分配較不利的較不利的1953-1954年作設(shè)計代表年，

16、分配如下，試求年作設(shè)計代表年，分配如下，試求設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配。設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配。38.76/pQms3、已知某站、已知某站F=1000km2，多年平均年徑流系數(shù)，多年平均年徑流系數(shù)0.65多年平均年降水量為多年平均年降水量為600mm，現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計年徑流的年，現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配計算，典型年年平均流量為內(nèi)分配計算，典型年年平均流量為6m3/s，對于，對于P=95%查得查得Kp=0.7，試求年徑流年內(nèi)分配的放大倍比。，試求年徑流年內(nèi)分配的放大倍比。第三節(jié) 具有短期實測資料的設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算一、參證變量選一、參證變量選 擇擇 利用參證變量展延缺測或插補(bǔ)資料時，選擇的

17、參證利用參證變量展延缺測或插補(bǔ)資料時，選擇的參證變量應(yīng)具有下列條件：變量應(yīng)具有下列條件：1.1.參證變量與設(shè)計變量在成因上有密切關(guān)系參證變量與設(shè)計變量在成因上有密切關(guān)系2.2.參證變量具有充分長的實測資料，以用來展延設(shè)參證變量具有充分長的實測資料，以用來展延設(shè)計站系列計站系列3.3.參證變量與設(shè)計變量之間要有一段相當(dāng)長的同步參證變量與設(shè)計變量之間要有一段相當(dāng)長的同步觀測資料，以便建立可靠的相關(guān)關(guān)系。觀測資料，以便建立可靠的相關(guān)關(guān)系。相關(guān)分析法插補(bǔ)展延。相關(guān)分析法插補(bǔ)展延。二、相關(guān)法展延系列二、相關(guān)法展延系列（一）利用徑流量資料展延系列（一）利用徑流量資料展延系列1.1.利用年徑流量資料展延利用

18、年徑流量資料展延2.2.利用月徑流量資料展延利用月徑流量資料展延（二）利用降雨量資料展延系列（二）利用降雨量資料展延系列1.1.年降雨徑流相關(guān)法年降雨徑流相關(guān)法2.2.月降雨徑流相關(guān)法月降雨徑流相關(guān)法三、相關(guān)法展延系列時必須注意的問題三、相關(guān)法展延系列時必須注意的問題1、相關(guān)圖的點據(jù)是確定相關(guān)線的基礎(chǔ)，點據(jù)必須如實標(biāo)明。2、要求設(shè)計變量與參證變量同步觀測項數(shù)不得太少。3、利用實測資料建立的相關(guān)關(guān)系，只能反映在實測資料范圍內(nèi)的定量關(guān)系。4、相關(guān)線反映的是平均情況下的定量關(guān)系。 資料情況及測站如表和圖所示，現(xiàn)擬在資料情況及測站如表和圖所示，現(xiàn)擬在C C處建處建一座水庫，試簡要說明展延一座水庫，試簡

19、要說明展延C C處年徑流系列的計算處年徑流系列的計算方案。方案。FQA36001952-1985B10001958-1985C24001976-1985D725001910-1985CBAD【例【例】例例1 1：已知某流域年徑流量：已知某流域年徑流量R R和年降雨量和年降雨量P P同期系列呈同期系列呈直線相關(guān)，直線相關(guān)，760,1200,160,125RPRmm Pmmmmmm相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)r=0.90r=0.90，試寫出，試寫出R R倚倚P P的相關(guān)方程，已知該流域的相關(guān)方程，已知該流域19541954年年降雨量為年年降雨量為1800mm1800mm，試求，試求19541954年的年徑流量

20、。年的年徑流量。例例2 2：已知某水庫壩址處共有：已知某水庫壩址處共有2121年年平均流量年年平均流量Qi的資料，的資料，已計算出已計算出212132112898/ ,(1)0.80iiiiQmsk求求（1 1）年平均徑流量）年平均徑流量 ,Q Cv(2) (2) 設(shè)設(shè)Cs=2CvCs=2Cv時，時，P-P-型曲線與經(jīng)驗點配合良好，試型曲線與經(jīng)驗點配合良好，試按表求按表求P=90%P=90%時的設(shè)計年徑流量？時的設(shè)計年徑流量？例：某水庫多年平均流量例：某水庫多年平均流量315/ ,0.26,2.0Qms CvCsCv年徑流理論頻率曲線為年徑流理論頻率曲線為P-P-型，型，（1 1）按表求該水庫

21、十年一遇枯水的年徑流量？）按表求該水庫十年一遇枯水的年徑流量？（2 2）按表）按表2 2給出的設(shè)計代表年，求設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配？給出的設(shè)計代表年，求設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配？【例【例】 為了陳村灌區(qū)的需要，擬在青戈江支流徽水上建平垣水庫。平為了陳村灌區(qū)的需要，擬在青戈江支流徽水上建平垣水庫。平垣站具有垣站具有14年短期實測年、月徑流量資料，要求根據(jù)資料情況，展年短期實測年、月徑流量資料，要求根據(jù)資料情況，展延平垣站年、月徑流系列。延平垣站年、月徑流系列。（一）基本資料（一）基本資料第四節(jié)第四節(jié) 缺乏實測資料的設(shè)計年徑流量缺乏實測資料的設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算及年內(nèi)分配的分析計算RxKx設(shè)參RWK W設(shè)參RR設(shè)參一、水文比擬法水文比擬法水文比擬法是將參證流域的某一水文特征量移用到設(shè)計流域上來是將參證流域的某一水文特征量移用到設(shè)計流域上來的一種方法。這種移用是的一種方法。這種移用是以設(shè)計流域影響徑流的各項因素與參證以設(shè)計流域影響徑流的各項