水文學第4章青島理工大學

第四章年徑流與洪、枯徑流2023/2/51掌握實測資料充分及不充分時，河川水文問題的處理方法，即流量的計算，徑流的年內(nèi)分配問題。重點2023/2/52§4—1概述一、概念1、年徑流量——一年內(nèi)通過河流某控制斷面的流量，稱此斷面以上流域的年徑流量。年徑流量由洪水期和枯水期的水量組成2023/2/53表示徑流的方法：年平均徑流量Q年徑流深度R年徑流總量W年徑流模數(shù)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、洪水徑流——指河中流量激增，水位猛漲，并超過基本河槽，具有一定危害性的大水。特點：具有隨機性2023/2/553、枯水徑流——指地面徑流減少，河水主要靠地下水補給時的河川徑流。4、年正常徑流量——年徑流量的多年平均值（即多年平均徑流量）。2023/2/56（1）年徑流深度的多年平均值：可用R0

表示（2）當觀測年

n足夠大時，在氣候和流域的下墊面趨于一個穩(wěn)定因素都基本穩(wěn)定的情況下，的值，此值即年正常徑流量。2023/2/57（3）總體的年正常徑流量——當觀測資料項數(shù)無限大時，體的年正常徑流量?？勺骺?、本章討論主要內(nèi)容徑流量的年內(nèi)分配徑流量的年際變化設計枯水流量設計洪水流量2023/2/58二、研究徑流量與洪、枯徑流量的目的1、預測洪水對運行中的水工建筑物所造成的危害；2、預測取水工程所能受到的枯水影響；3、根據(jù)年徑流量的變化，確定合理的取水形式。如建水庫塘堰等水利設施進行調(diào)節(jié)時，應分析徑流的年際變化及年內(nèi)分配（即某一年徑流量在年內(nèi)逐時（月、季）的流量大小分配情況）。洪水徑流量、枯水徑流量、年徑流量不可放在同一系列中作統(tǒng)計分析。注意2023/2/59岸邊式取水構筑物2023/2/510§4—2設計年徑流量設計年徑流量——設計頻率標準下的年徑流量。設計年徑流計算主要內(nèi)容：設計年徑流量的年內(nèi)分配年徑流變化特點及分析方法設計年徑流量推算（有資料、缺乏資料、資料不足）2023/2/511一、年徑流變化特點及分析方法隨機性數(shù)理統(tǒng)計法一般應有20年以上的資料二、具有長期實測資料時設計年徑流量推算分析方法特點1、徑流資料的審查2、頻率計算3、成果合理性分析三大步驟2023/2/5121、徑流資料的審查水文資料的審查內(nèi)容徑流資料應滿足可靠性一致性代表性2023/2/513——系列中的每一個數(shù)據(jù)必須具有一定的可靠性，以保證統(tǒng)計結果的正確性。為此，應對水文資料逐一檢查、相互核對。（1）可靠性如：水量平衡法進行復核上下游水文資料對比2023/2/514（2）一致性——在統(tǒng)計計算中，同一系列的所有資料必須是同一類和同一條件下產(chǎn)生的。性質(zhì)不同的資料不能統(tǒng)計在一起計算例如：降雨洪水和融雪洪水的流量資料，因洪水成因不同，不可統(tǒng)計在一起。流域內(nèi)自然條件或河道中水流情況有顯著變化時，變化前后的資料不可統(tǒng)計在一起。2023/2/515（3）代表性——水文統(tǒng)計法是利用樣本資料來推算總體的參數(shù)值，故樣本必須具有一定的代表性。例如：資料過短時，很可能處在豐水年或枯水年連續(xù)出現(xiàn)的時期，從而使計算結果偏大或偏小，故應選擇包含豐水年、枯水年的有代表性的樣本。2023/2/5162、頻率計算（1）方法：矩法與試錯適線法相結合（2）要點：3>確定設計頻率標準下的年徑流量1>選擇好統(tǒng)計參數(shù)2>試算合適的理論累積頻率曲線2023/2/5171>適線時應注意

p>50%部分與經(jīng)驗點據(jù)的符合情況。（3）注意：3>*以水庫或蓄水池進行徑流調(diào)節(jié)時，設計頻率標準一般為90-95%。具體可視工程的要求而定?？菟糠?>設計頻率標準參照有關的手冊。2023/2/5183、成果合理性分析自閱p93主要是對統(tǒng)計參數(shù)進行合理評價可借助水量平衡原理及地理分布規(guī)律進行2023/2/519三、資料不足時設計年徑流量的推算可利用參證站同期實測資料作相關分析可利用降水資料作相關分析徑流資料2023/2/520A、與設計斷面位于同一河流的上、下游或鄰近的流域。B、形成徑流的氣候因素和下墊面因素十分相似。參證站的選擇條件2023/2/5211、利用年徑流資料（或月徑流資料）展延實測年數(shù)較短時1>利用年徑流量之間的關系來展延方法：將參證站與設計站相同年份的資料繪成圖表，找出關系。若點據(jù)過于散亂，可用相關計算法，最后進行頻率分析。

2023/2/5222>利用月徑流量之間的關系展延例：4—14—2在缺乏整年的實測資料，或?qū)崪y年數(shù)很短時，可利用月徑流量之間的關系展延。2023/2/5232、利用降水資料展延徑流系列雨量豐沛地區(qū)干燥少雨地區(qū)當缺乏具有長期資料的參證站時，可考慮此法。一般降雨和徑流關系比較密切，可將年降雨資料作為參證站直接進行展延如圖4—3一般降雨和徑流關系不密切，可將各年汛期降雨資料占全年降雨量比例作為參考進行展延如圖4—42023/2/524注：作為參證站的雨量站點必須能代表流域平均情況，當有多個雨量點時，應據(jù)相應的方法計算其平均雨量。具體方法有：算術平均法加權平均法（泰森多邊形法）等雨量線法見第五章2023/2/525四、缺乏實測資料時年徑流量的推算缺乏實測徑流資料或雖有短期資料但無法展延時，可借助于頻率曲線估算設計年徑流量，而三個統(tǒng)計參數(shù)可用以下方法推求：等值線圖法水文比擬法2023/2/5261、等值線圖法在閉合流域內(nèi)，正常年徑流量主要與流域內(nèi)的降水量和蒸發(fā)量有關，后兩者在區(qū)域上有一定的規(guī)律性分布，故可將正常徑流等值線繪制在地圖上。各地區(qū)及大流域的水文手冊均有此等值線圖，可直接查有關圖表?！枚嗄昶骄陱搅髁浚暾搅髁浚┑戎稻€圖和年徑流變差系數(shù)等值線圖查算及（1）的推求：2023/2/5271>平原地區(qū)較小流域——先勾畫出流域面積，確定面積的重心位置，然后用內(nèi)插法找出重心處的等值線數(shù)值，此值便可作為流域出口處正常年徑流量。方法適用于等值線分布均勻時2023/2/5282>平原地區(qū)較大河流或山川河流——由于面積較大，往往有許多等值線，且分布不均勻時，可用面積加權法求正常年徑流量。公式：4.3式fi

——相鄰兩等值線間的面積。Ri——對應于fi

的平均正常徑流深度,可取兩等值線的算數(shù)平均值。2023/2/529（2）Cv可查有關水文手冊或等值線圖注意流域面積對Cv

的影響對大、中流域可直接查。對較小流域需作適當?shù)恼{(diào)整。對干旱地區(qū)：Cs<2Cv。一般可取Cs=2Cv。或查有關區(qū)域性水文手冊。對湖泊率較大的河流：Cs>2Cv。（3）Cs的推求2023/2/5302、水文比擬法——即將參證流域的水文資料移植到設計流域的方法（1）直接移用徑流深度←降雨量基本相同時一般用于設計站與參證站的流域面積不超過15%的情況2023/2/531（2）將參證站的參數(shù)進行修正設計流域與參證流域降雨情況有差別時1>用降雨量修正原則：假定參證流域和設計流域的徑流系數(shù)相等公式：2023/2/532公式：=QSFSQCFC2>用流域面積修正原則：假定參證流域和設計流域的流速相等。略2023/2/533（3）移用參證流域的年降雨徑流相關圖例：圖4—3、4—4（4）移用參證流域的次降雨徑流相關圖據(jù)參證流域每次的降雨和徑流資料繪制而成2023/2/534§4—3設計年徑流量的年內(nèi)分配一、徑流的年內(nèi)分配——河川徑流量在一年內(nèi)的變化過程稱作徑流的年內(nèi)分配1、設計年徑流量的年內(nèi)分配——指設計頻率標準下的年徑流量年內(nèi)的變化過程2023/2/535徑流年內(nèi)分配表示方法：流量過程線法流量歷時曲線法后述日、旬、月、季平均流量過程線。流量過程線——一年內(nèi)徑流隨時間的變化過程2023/2/5362、意義由于我國的氣候受季風影響較大，徑流年內(nèi)分配很不均勻，夏豐冬枯，往往需要采取工程措施以豐養(yǎng)枯，才能滿足需要。這就需要預估設計年徑流量的年內(nèi)分配情況，以根據(jù)實際用水量確定水庫或蓄水池的調(diào)節(jié)容量。當需水過程一定時，所需要的調(diào)節(jié)容量便由徑流的年內(nèi)分配決定。在給水工程中，若以水庫或蓄水池進行徑流調(diào)節(jié)，一般可利用設計頻率為90—95%的不同設計頻率的年徑流量及最不利的年內(nèi)分配進行設計。2023/2/537二、有長期實測徑流資料時的設計年徑流量年內(nèi)分配——確定設計年徑流量年內(nèi)分配，在規(guī)化中小型工程時，大多采用代表年法。1、代表年法——從實測的資料中選取某一年的年內(nèi)徑流分配作模型，設計年徑流量年內(nèi)分配按此模型計算，即代表年法。此選定的模型年即代表年（也稱典型年）2023/2/5382、代表年類型一般地：對于水力發(fā)電工程應選豐水、枯水、平水三個代表年；對于給水工程或農(nóng)業(yè)灌溉可只選枯水年為代表年。所選擇的代表年應滿足一定的條件豐水年枯水年平水年2023/2/5393、設計年徑流量的年內(nèi)分配方法i=1，2，……，12。代表年已選定同倍比放大法:2023/2/540三、缺乏實測資料時設計年徑流量年內(nèi)分配計算自學一般可采用水文比擬法，選好參證流域，典型年，利用一定的百分比即可推求設計年徑流量的年內(nèi)分配。2023/2/541（1）流量歷時曲線——表示年內(nèi)等于或大于某流量的流量所持續(xù)時間的曲線。1、繪制四、日流量歷時曲線的繪制和應用（2）方法1>選定典型年若為取水工程應選定枯水年作典型年2023/2/542←累積頻率3>統(tǒng)計Q≥Qi累積出現(xiàn)的天數(shù)，且以占全年的百分比表示；4>繪制Q～p關系曲線；5>還可作成月流量歷時曲線，或某一時期日流量歷時曲線。2>將典型年的所有資料從大到小排列，分成幾組，統(tǒng)計每組流量出現(xiàn)的次數(shù)；2023/2/5432、應用QP(100%)30Qi可根據(jù)歷時曲線很容易的查得某一流量的持續(xù)時間或占全年的百分比（即天數(shù)）例：p(Q≥Qi)=30%，表示大于或等于Qi的流量在全年出現(xiàn)的百分比為30%計：365×30%=109.5(天)流量歷時曲線2023/2/544§4—4設計洪水流量及水位1、洪水——河中流量劇增，水位猛漲，具有一定危害性的大水。2、設計洪水——符合設計頻率標準的洪水一、洪水及設計洪水2023/2/5453、設計洪水三要素洪水流量逐時變化情況設計洪峰流量設計洪水總量設計洪水過程線設計洪水要解決的問題2023/2/5464、應考慮的問題（1）容量較小的防洪水庫：設計洪水只考慮設計洪水總量（2）有一定調(diào)節(jié)功能的較大水庫：設計洪水考慮三要素（3）一級取水泵房，城市排洪，堤防工程：設計洪水取決于設計洪峰流量或洪水位。2023/2/5475、頻率選擇——可結合當?shù)氐慕?jīng)濟實力，工程等級，查有關手冊確定。6、工程意義——為防止水工建筑物遭洪水侵襲，可在設計規(guī)劃時充分考慮洪水所能帶來的危害，采取合理的措施，保證工程安全。2023/2/548二、推求設計洪水的方法1、有流量資料時，由流量資料推求設計洪水利用數(shù)理統(tǒng)計法，即：把洪峰流量，洪水總量作為隨機變量，通過頻率分析與計算，確定設計洪峰流量或洪水總量。2、有暴雨資料時，由暴雨資料推求設計洪水詳見第六章2023/2/5493、暴雨、洪水資料都缺乏時，利用各地經(jīng)驗公式及水文圖冊估算第五章第五節(jié)見第六章4、由水文氣象資料推求設計洪水水文氣象法先分析天氣形勢和統(tǒng)計風速、露點、降水等氣象資料，從而推求可能的最大降雨；然后再經(jīng)產(chǎn)流與匯流計算，求出可能的最大洪水。不管是何種方法，都要在工程所在斷面的附近進行洪水調(diào)查，其成果可用來參與計算，也可作為分析論證的依據(jù)。2023/2/550三、設計洪水標準兩種洪水頻率設計標準自閱四、洪水資料的審查見p107資料應有一定的一致性可靠性代表性2023/2/551五、洪水資料的選樣超大值法超定量法年最大值法——從每年的實測資料中選取一個最大值組成樣本系列數(shù)據(jù)必須是同一因素下產(chǎn)生的——將每年的實測資料從大到小排列，從中選取S個最大值組成樣本系列。——在每年的實測資料中，選取超過某一標準值的全部數(shù)據(jù)組成樣本系列。2023/2/552——如果實測洪水系列較短或缺測時，可進行插補或延長。六、洪水資料的插補和延長1、上、下游站或鄰近流域站資料的移用（1）若設計站與參證站的流域面積相差<3%，無分、滯洪時，可直接移用。方法2023/2/553（2）若設計站與參證站的流域面積相差<15%，流域內(nèi)暴雨分布均勻時，可進行以下修正：對小流域（F<100Km2）：n≥0.7對大、中型河流：n=0.5～0.72023/2/554（3）若設計斷面上、下游不遠處均有觀測資料，可利用內(nèi)插法。按流域面積2、利用洪峰、洪水量關系插補或延長利用本站或鄰站同次洪水的洪峰和洪量的相關關系，或洪峰流量相關關系進行插補；也可利用暴雨資料插補。3、利用本流域暴雨徑流關系插補或延長流域有較長的雨量資料時，可利用此法。2023/2/555七、特大洪水資料的處理1、特大洪水及其重要性（1）特大洪水——是指歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的，或近期觀測到的，比其它一般洪水大得多的洪水。

（2）意義——通過對特大洪水的適當處理，可以增加設計洪水的可靠性，使工程更安全。一般≥2洪峰流量即可認為是特大洪水2023/2/5562、實測洪峰流量系列兩類問題（1）連續(xù)實測系列——有連續(xù)的實測洪峰流量記錄設計洪峰流量可按適線法選配合適的理論累積頻率曲線求得（2）有特大值的不連續(xù)實測系列——系列不連續(xù)2023/2/5573>幾個在內(nèi)幾個在外:1>特大值在系列之外：2>特大值在系列之內(nèi):nNnNnN2023/2/558其中：n——連續(xù)觀測年份；N——調(diào)查所及年份；（N—n—a1）——缺測年份；a1——n

年連續(xù)實測系列之外特大值的個數(shù)；an——n

年連續(xù)實測系列之內(nèi)特大值的個數(shù)。此種洪峰流量實測系列是一個缺測的不連續(xù)系列，所以經(jīng)驗頻率和統(tǒng)計參數(shù)都應按不連續(xù)系列計算，不能按連續(xù)系列計算。2023/2/5593、含特大洪峰流量系列的頻率計算方法（1）一個沒有特大洪水的系列，按大小排列后，可認為是逐漸變化的，一般為連續(xù)系列。（2）一個有特大洪水的系列，按大小排列后，在特大洪水項與一般洪水項之間有明顯的差別，故一般稱不連續(xù)系列。2023/2/560N＝Ｔ２－Ｔ１＋１（3）特大洪峰流量考證期N的確定Ｎ——含連續(xù)實測期n

的洪峰流量考證期其中：Ｔ２——連續(xù)n

年實測洪峰流量最后年代Ｔ１——調(diào)查、考證所及年代2023/2/561（4）含特大值系列的經(jīng)驗累積頻率計算方法獨立樣本法統(tǒng)一樣本法把不連續(xù)系列分成幾個連續(xù)系列計算（一般洪水，特大洪水分開計算）。適用于水文站觀測資料代表性較好時。將資料當作一個整體看待。適用于調(diào)查及考證的歷史洪水資料較可靠時。2023/2/562方法一、獨立樣本法特大洪水經(jīng)驗頻率一般洪水的經(jīng)驗頻率可以將n年連續(xù)實測資料和Ｎ年內(nèi)的特大洪峰流量組成的系列看作是兩個獨立的樣本，故經(jīng)驗累積頻率可分別計算。2023/2/563Ｎ——調(diào)查考證年；M=１，……ａn——連續(xù)實測系列的觀測年數(shù)m——連續(xù)實測系列按從大到小排列的序號m=(L+1)，(L+2),……n。L——系列內(nèi)特大值個數(shù)2023/2/564方法二、統(tǒng)一樣本法特大洪水經(jīng)驗頻率一般洪水的經(jīng)驗頻率4.11式2023/2/565其中：M——N年內(nèi)特大系列排序，共有a個L——連續(xù)系列中特大值個數(shù)m——連續(xù)系列中，所有洪水排序

m=(L+1)，(L+2)，……n。

一般地，統(tǒng)一樣本法比獨立樣本法計算的結果要小一些。第一種獨立樣本法較簡單，且偏與安全，是常用的方法。2023/2/566例4—5：11960193541888318102n=26年N1=73年N2=151年2023/2/567序號年代流量獨立樣本法統(tǒng)一樣本法采用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、設計洪峰流量（或水位）的計算1、不連續(xù)系列統(tǒng)計參數(shù)計算主要是統(tǒng)計參數(shù)計算∑∑+==--+=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

——可由適線法確定。一般可按Ｃs=

（2—4）Ｃv。北方河流：Ｃs=

2Ｃv；南方河流：Ｃs=

4Ｃv；自閱2023/2/570資料短缺地區(qū)：0.5<Ｃv<1.0時：Ｃs

=

（2.5~3.5）Ｃv

；

Ｃv<0.5時：Ｃs

=

（３~4）Ｃv；Ｃv>1.0時：Ｃs

=

（2~3）Ｃv；*對大型或重要的中型工程，綜合分析后，還可計算抽樣誤差值。*按上述方法初選Ｃs，再調(diào)整。自閱2023/2/5712、設計洪水頻率計算的適線（1）盡可能的使曲線與經(jīng)驗點據(jù)結合（2）注意點據(jù)的精度，盡可能的使曲線與較可靠的點據(jù)結合。（3）注意曲線中、上部分較大洪水的點據(jù)，對特大值點據(jù)應適當給予照顧，但不應過于機械，而使曲線偏離大多的實測點群。2023/2/5723、設計成果合理分析（1）從上、下游及干流洪水的關系上進行分析。（2）從鄰近河流洪水統(tǒng)計參數(shù)及設計值的地區(qū)分布進行分析。（3）將設計特大值與國內(nèi)河流大洪水進行對比。2023/2/573§4—5設計枯水流量和水位（1）枯水徑流——地面徑流減小，河水主要依靠地下水補給的河川徑流?！赖乇硭魅∷磿r，一般取p=90～95%。（2）枯水徑流設計頻率選擇自閱2023/2/574（3）表示枯水徑流的幾個特征值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、影響枯水徑流的因素1、氣候因素——通過自然地理及地質(zhì)因素，對最小流量產(chǎn)生間接影響。2、河床下切深度——決定了地下