4第四章河川徑流情勢特征值分析與計算

1、第四章 河川徑流情勢特征值分析與計算主要內(nèi)容運(yùn)用第三章講述的水文頻率分析與計算方法，對未來可能發(fā)生的這些水文情勢作出概 率預(yù)估，推求出各種水文特征值的設(shè)計值，包括設(shè)計年徑流量、設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配、設(shè)計洪峰流量與水位和設(shè)計枯水流量與水位，以滿足工程設(shè)計與規(guī)劃的需要。基本概念水文情勢特征主要是指:河川徑流的年際變化與年內(nèi)分配、洪水和枯水等特征。水情要素 :年徑流量、年正常徑流量、洪水流量與水位、枯水流量與水位等 基本概念日歷年水文年：是以水文現(xiàn)象的循環(huán)作為年徑流計算的起訖時間，即從每年的汛期開始到下一年的枯水期結(jié)束為止。水利年：是以水庫供水期末所在月的月末作為劃分一年的分界點(diǎn)。 年徑流量：一個

2、年度內(nèi)，通過河流某一斷面的水量。年徑流特征值包括 年平均流量(Q)年徑流深度(Y)年徑流模數(shù)(M)年徑流總量(W)。 基本概念年正常徑流量：多年平均徑流量將趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值稱其為年正常徑流量。 年正常徑流量反映了天然情況下河流所蘊(yùn)藏的水資源量，代表能開發(fā)利用的地面水資源的最大程度。 年徑流特性徑流過程不重復(fù) 年際間變化大 豐水年組和枯水年組交替出現(xiàn) 設(shè)計年徑流量：是指相應(yīng)于某一設(shè)計頻率的年徑流量。設(shè)計年徑流量分析計算包括：（1）資料審查（2）設(shè)計年徑流量的計算（3）成果合理性驗證（1）資料審查1）可靠性檢查： 原始曲線的合理性（過程線、延伸線、）、水量平衡校核；解放前的資料可靠性差 2）一致

3、性審查 ：資料應(yīng)具有同一成因條件；人為活動的影響； 還原計算 ：修正資料到流域被大規(guī)模治理前的接近天然狀態(tài)的水平 3)代表性審查 ：要求樣本經(jīng)驗分布Fn(x)(即頻率曲線)與總體分布F(x)的接近。 由于總體分布是未知的，因而通常以代表性良好的N年參證長系列為依據(jù),來審查和檢驗相對短系列的代表性。 氣候相同且鄰近的流域；參證站與本站年徑流的時序變化上具有同步性(即同豐或同枯)；參證站長系列比本站短系列有更好的代表性。 參證站要求:例如：設(shè)計站：1955-1984參證站：19251995 怎么來分析參證站的資料有沒有代表性？按照下列步驟（1）計算參證站71年長系列的統(tǒng)計參數(shù)均值和離差系數(shù) （2）

4、計算參證站短系列n年(即與本站同期的1955-1984年觀測系列)的統(tǒng)計參數(shù) （3）比較（1）（2）結(jié)果（4）如果代表性不好，選擇鄰近的年段設(shè)計年徑流量的計算 (重點(diǎn))目估適線法（1）首先依據(jù)維泊爾公式(324)計算經(jīng)驗頻率。（2）然后估算實測年徑流量系列的統(tǒng)計參數(shù)均值Y、變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs；以繪制出的經(jīng)驗頻率點(diǎn)據(jù)與理論頻率曲線相吻合為難則調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)；（3）從年徑流量頻率曲線上求出符合設(shè)計頻率的各種設(shè)計年徑流量。具有短期實測資料時的設(shè)計年徑流量計算（1）首先應(yīng)用相關(guān)分析法插補(bǔ)延長缺口的數(shù)據(jù)。 （2）然后根據(jù)展延后的系列資料，用與具有長期實測資料時完全相同的方法來推算設(shè)計年徑流量怎么插

5、補(bǔ)延長？（1）利用本水位-流量關(guān)系展延長（2）利用參證站水位或徑流關(guān)系展延（3）利用降雨量資科展延 只能間接估算：均值、Cv和Cs只能通過間接方法估算然后應(yīng)用公式（P-III模型估值方法P59（3-13），求出設(shè)計頻率P所對應(yīng)的設(shè)計年徑流量。 缺乏實測資料時的設(shè)計年徑流量計算(1)參數(shù)等值線圖法 ：水文手冊中，提供了本地區(qū)的多年平均年徑流深或徑流模數(shù)等值線圖、年徑流變差系數(shù)等值線圖(2)水文比擬法 ：利用水文特征值在地區(qū)分布上的相似性，把參證流域的水文資料移置到設(shè)計流域 均值、Cv和Cs間接估值法:(1)參數(shù)等值線圖法 1)多年平均年徑流量的估算 (2)水文比擬法 1)多年平均年徑流量的估算。

6、 第一種方法為直接移用。當(dāng)設(shè)計流域與參證流域的氣候區(qū)一致，降雨量基本相等，且流域面積相差未超過15時，可以直接把參證流域的多年平均徑流深移用過來。 第二種方法為修正后移用面積徑流系數(shù)兩種修正方法設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配 年內(nèi)分配：徑流量在一年內(nèi)的變化過程需水量需要調(diào)節(jié)量設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配的推求 (1) 設(shè)計代表年法 當(dāng)具有長期徑流實測資料的情況下從實測資料中按一定原則選擇某一年作為代表年，以該年的徑流年內(nèi)分配為模式，對此年內(nèi)分配模式按一定方法進(jìn)行縮放，求得設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配，即為設(shè)計代表年法。如何選取代表年？不同的工程選擇的代表年是不同的。對于水力發(fā)電工程，通常要選豐水、平水、枯水三個代表

7、年；對于城鎮(zhèn)給水工程和農(nóng)業(yè)灌溉工程，只選枯水年。 給水工程選擇代表年應(yīng)遵循的原則：代表年的年徑流量與設(shè)計年徑流量相接近；考慮對工程不利，即枯水期長、枯水流量小且需水量大、年內(nèi)分配不均勻。當(dāng)選定代表年后，求出設(shè)計年徑流量Qp與代表年徑流量Qd的比值k，稱其為縮放比。將代表年的逐月流量乘以k值就可推求出設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配。 按各月流量小于小于年均流量的50%，挑選最枯月份 在實測徑流資料中，可選出與設(shè)計年徑流量Q90%=6.70 /s相近的1955-1956、1960-1961、1973-1974這三年作為代表年(見表4-2) 求設(shè)計年的月水量分配？求調(diào)節(jié)水量？日流量(或水位)歷時曲線的繪制與

8、應(yīng)用 【例4-2】 某水文站設(shè)計頻率95的枯水年日流量實測數(shù)據(jù)經(jīng)整理后如表4-4所示。試求保證率為90的日流量值和等于或大于該流量在全年出現(xiàn)的天數(shù)。Q90%流量Q85/s在全年出現(xiàn)的天數(shù)為：0.90=328.5天 365天設(shè)計洪峰流量（水位）的分析計算T1：漲水歷時T2: 退水歷時(T):一次洪水總歷時Qm:洪峰流量洪水三要素:洪峰流量、洪水總量和洪水過程線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計洪水正常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)較低(即出現(xiàn)的概率較大)，稱為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的洪水稱為設(shè)計洪水當(dāng)河流發(fā)生比設(shè)計洪水更大的洪水時，也需要一個相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，即稱之為校核標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的洪水稱為校核洪水。發(fā)生校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時，允許一些次要建筑物損毀

9、或失效，但主要建筑物仍不能被破壞，這種情況稱為“非常運(yùn)用”情況。校核洪水大于設(shè)計洪水。設(shè)計洪水計算的基本方法 （重點(diǎn)） (1)由流量資料推求設(shè)計洪水：在頻率分析法中，我國目前多選取皮爾遜3型線型 (2)由暴雨資料推求設(shè)計洪水 （第五章講）（3）地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法推求設(shè)計洪水：建立洪峰流量或洪水總量與主要影響因素（氣候、下墊面）之間的相關(guān)關(guān)系 （第五章講）（4）由可能最大降水(PMP)推求設(shè)計洪水：可能最大暴雨等值線圖對實測洪峰流量資料進(jìn)行展延 1）上、下游測站流量資料移用 2)利用本流域暴雨資料展延： 可利用洪峰流量缺測年份的最大暴雨資料通過產(chǎn)流、匯流分析求出流量過程線，再選定洪峰數(shù)值；或者通

10、過暴雨徑流關(guān)系推求洪峰流量。3）利用峰量關(guān)系展延：利用鄰近河流測站或同條河流的上下游測站與本站同一次洪峰和洪量之間，或洪峰流量之間的相關(guān)關(guān)系，插補(bǔ)設(shè)計站短缺的資料。 上游站下游站如何選樣 （1）對于水工建筑物的洪水計算，要符合獨(dú)立隨機(jī)選樣的要求，應(yīng)把同一成因、同一類型(如暴雨洪水、融雪洪水或潰壩洪水等)洪水的特征值放在同一系列。 （2）對于洪峰流量，我國規(guī)定采用年最大值法選樣，即從所掌握的n年資料中，每年只選取一個最大的瞬時洪峰流量組成樣本系列。這是水文頻率分析中最常用的樣本系列。 特大洪水在洪峰流量頻率分析中的意義： 將歷史洪水考慮進(jìn)去，把樣本資料系列年數(shù)增加至調(diào)查期的長度，也就相當(dāng)于展延了系列，得到的成果就比較穩(wěn)定，提高了設(shè)計洪水的計算質(zhì)量。 （畫圖說明） 連序樣本與不連序樣本的使用 歷史調(diào)查特大洪水n稱為實測期 N年樣本為不連序樣本 實測期內(nèi)的特大洪水 設(shè)計洪峰流量與水位計算-特大洪水處理 考慮特大洪水的經(jīng)驗頻率計算采用把特大洪水的經(jīng)驗頻率與一般洪水的經(jīng)驗頻率分別計算方法 考慮特大洪水的統(tǒng)計參數(shù)的確定仍采用適線法 統(tǒng)計參數(shù)初值的估算可采用下面方法： （1）經(jīng)驗頻率 （2）統(tǒng)計參數(shù)（矩法）獨(dú)立樣本法 （1）經(jīng)驗頻率計算獨(dú)立樣本法統(tǒng)一樣本法特大洪水在不連序N年系列第M項經(jīng)驗