水文水利徑流計(jì)算講義

水文水利計(jì)算教程(徑流計(jì)算部分)授課老師：xx

xx年xx月徑流計(jì)算1、掌握在各種資料情況下設(shè)計(jì)徑流的原理、方法和步驟；2、掌握枯水徑流計(jì)算的特點(diǎn)和方法；3、初步具備徑流資料分析處理和設(shè)計(jì)徑流的技能，具備推求設(shè)計(jì)徑流量及其年內(nèi)分配的能力。第一節(jié)徑流是怎么形成的截留蓄滲階段徑流發(fā)生階段河槽匯流階段河槽調(diào)節(jié)階段基本徑流維持階段地表和地下的水體因儲水量的限制而將剩余水分排出的過程稱為徑流。

徑流的形成可以分為以下幾個(gè)階段:1、徑流的形成過程關(guān)于徑流的幾個(gè)基本概念年徑流量：在一個(gè)年度內(nèi)，通過河流某一斷面的水量，稱為該斷面以上流域的年徑流量。它可用年平均流量(m3/s)、年徑流深(mm)、年徑流總量(m3)、年徑流模數(shù)(m3/(s·km2))表示。在我國《水文年鑒》中，年徑流量按日歷年度統(tǒng)計(jì)的，而在水文水利計(jì)算中，年徑流量通常是按水文年度或水利年度統(tǒng)計(jì)的。水文年度以水文現(xiàn)象的循環(huán)規(guī)律來劃分，即從每年汛期開始起到下一年汛期開始前止。水利年度是以水庫蓄泄循環(huán)周期作為一年的，即從水庫需水開始到第二年水庫供水結(jié)束為一年。徑流深：在某一時(shí)段內(nèi)通過河流上指定斷面的徑流總量(W以m3計(jì))除以該斷面以上的流域面積(F，以km2計(jì))所得的值。它相當(dāng)于該時(shí)段內(nèi)平均分布于該面積上的水深(R，以mm計(jì))，如下式：R=W/1000F(mm)。徑流總量:時(shí)段Δｔ內(nèi)通過河流某一斷面的總水量。它的單位是立方米(m3)或億立方米。以所計(jì)算時(shí)段的時(shí)間乘以該時(shí)段內(nèi)的平均流量，就得徑流總量W，即W=QΔｔ。式中，Δｔ為時(shí)段長（如日、月、年、多年等）；Q為T時(shí)段內(nèi)的平均流量（立方米/秒）。以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以流量為縱坐標(biāo)點(diǎn)繪出來的流量隨時(shí)間的變化過程就是流量過程線。流量過程線和橫坐標(biāo)所包圍的面積即為徑流量。徑流模數(shù)：流域內(nèi)單位面積單位時(shí)間產(chǎn)生的徑流量。2、徑流的影響因素可從水量平衡方程來分析。

影響徑流大小的因素很多，有些直接對河川流量產(chǎn)生影響，有些通過控制直接因子而發(fā)生間接的關(guān)系，歸納起來有徑流給水和排水兩方面的因素。

第二節(jié)設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算的目的及年徑流的變化特性

1、設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算的目的

計(jì)算的具體任務(wù)是：分析研究年徑流量的多年變化及其年內(nèi)分配的規(guī)律，提供設(shè)計(jì)所需要的歷年(或代表年)逐月(旬或日)流量成果或相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，作為水利計(jì)算的依據(jù)。

定義：在為水資源開發(fā)利用而進(jìn)行的水利規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)中，對通過河流某制定斷面相應(yīng)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的全年的徑流量及其各時(shí)段徑流分配的計(jì)算。簡言之，設(shè)計(jì)年徑流量是指相應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的年徑流量。設(shè)計(jì)頻率需要根據(jù)各用水部門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定。

計(jì)算方法：主要是根據(jù)水文現(xiàn)象的隨機(jī)性質(zhì)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理和方法，通過對徑流資料的統(tǒng)計(jì)分析，估算制定頻率的徑流特征值。2、年徑流的變化特性

通過對年徑流資料的統(tǒng)計(jì)分析，可以看出年徑流變化的一些特性。(1)徑流的年內(nèi)變化河流的不同季節(jié)的徑流量的差異性稱為徑流的年內(nèi)變化或年內(nèi)分配。2、徑流的年際變化

河流不同年份的年徑流量的差異性稱為年徑流的年際變化。

研究年徑流的年際變化規(guī)律，不僅可為確定水利工程的規(guī)模和效益提供基本依據(jù)，而且對中長期水文預(yù)報(bào)也十分重要。

徑流的年際變化通常系指年徑流量的年際變化幅度和年徑流量的多年變化過程。第三節(jié)徑流計(jì)算的主要內(nèi)容

徑流計(jì)算的主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算及其年內(nèi)分配的確定。

表3—1某水文站部分年逐月平均流量表1、有長期實(shí)測徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流的分析計(jì)算例1、擬興建一水利水電工程，某河某斷面有18年(1968~1986年)的流量資料，如表3—1所示。試求p=10%的設(shè)計(jì)豐水年、p=50%的設(shè)計(jì)水平年、p=90%的設(shè)計(jì)枯水年的設(shè)計(jì)年徑流量。表3—1某河某斷面歷年逐月平均流量年份月平均流量(m3/s)年平均流量(m3/s)6月7月8月9月10月11月12月1月2月3月4月5月1968～196916.5022.0043.0017.004.632.464.024.841.982.471.8721.6011.901969～19707.258.6916.3026.107.157.506.811.862.672.734.202.037.781970～19718.2119.5026.4026.407.359.623.202.071.981.902.3513.2010.001971～197214.7017.7019.8030.405.204.879.103.463.422.922.481.629.641972～197312.9015.7041.6050.7019.4010.407.482.795.302.671.791.8014.401973～19743.204.987.1516.205.552.282.131.272.181.546.453.874.731974～19759.9112.5012.9034.606.905.552.003.271.621.170.993.067.871975～19763.9026.6015.2013.606.1213.404.2710.508.219.038.358.4810.401976～19779.5229.0013.5025.4025.403.582.672.231.932.761.415.3010.201977～197813.0017.9033.2043.0010.503.581.671.571.821.421.212.3610.901978～19799.4515.6015.5037.8042.706.553.522.541.842.684.259.0012.601979～198012.2011.5033.9025.0012.707.303.654.963.182.353.883.5710.301980～198116.3024.8041.0030.7024.208.306.508.754.257.964.103.8015.101981～19825.086.1024.3022.803.403.454.922.791.761.302.238.767.241982～19833.2811.7037.1016.4010.2019.205.754.415.535.598.478.8911.301983～198415.4038.5041.6057.4031.705.866.564.552.591.631.765.2117.701984～19853.285.4811.8017.1014.4014.303.843.694.675.166.2611.108.421985～198622.4037.1058.0023.9010.6012.406.268.517.307.543.125.5616.90例2、按例1所給條件，求設(shè)計(jì)枯水年p=90%的設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配。2、有短期實(shí)測徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流的分析計(jì)算

當(dāng)設(shè)計(jì)站實(shí)測年徑流資料系列少于30年，或者資料系列雖長，但代表性不足時(shí)，若直接根據(jù)這些資料進(jìn)行計(jì)算，求得的設(shè)計(jì)成果可能會有很大的誤差。因此，為了提高計(jì)算精度、保證成果的可靠性，就必須設(shè)法將資料系列進(jìn)行展延。選用不同參證資料展延系列示意圖例2為了陳村灌區(qū)的需要，擬在青弋江支流微水上建平垣水庫。平垣站具有14年短期實(shí)測年、月徑流量資料，要求根據(jù)資料情況，展延平垣站年、月徑流量系列。3、缺乏實(shí)測徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流的分析計(jì)算

許多中小型流域設(shè)計(jì)年徑流的分析計(jì)算往往缺乏實(shí)測徑流資料。此種情況下，通常利用區(qū)域水文分析成果推求設(shè)計(jì)年徑流量及其年內(nèi)分配。常用資料為《水文手冊》和《水文圖集》，計(jì)算內(nèi)容為設(shè)計(jì)年徑流量和年內(nèi)分配過程。《水文手冊》是一種綜合性的歷年區(qū)域水文資料成果匯編手冊。內(nèi)容包括：區(qū)域地理和氣象資料、降水量、蒸發(fā)量、徑流量、暴雨、洪水、泥沙等特征值的統(tǒng)計(jì)表；水文計(jì)算所需的等值線圖和分區(qū)圖，關(guān)系曲線，參考資料及計(jì)算水帳方法的介紹?！端膱D集》是由各種水文要素圖組成的專業(yè)地圖集。水文圖集系統(tǒng)反映國際或地區(qū)水文要素的時(shí)空分布特征，可供人們?nèi)媪私庠摰貐^(qū)水文的基本情況，并可內(nèi)插所需地點(diǎn)的水文特征數(shù)據(jù)。例3擬在某河流A斷面處修建一座水庫，流域面積F=176km2。試用參數(shù)等值線法推求壩址斷面A處的P=90％的設(shè)計(jì)年徑流量及其年內(nèi)分配。解：l、設(shè)計(jì)年徑流量的推求如圖3—2所示，在流域所在地區(qū)的多年平均年徑流深R等值線及年徑流量變差系數(shù)Cv等值線圖上分別勾繪出流域分水線，并定出流域形心位置。用直線內(nèi)插法求同流域形心處數(shù)值為R=780mm，Cv=0.39，采用Cs=2Cv。將多年平均年徑流深R平均換算成多年平均流量Q，得

由p=90％、Cv=0.39、Cs=2Cv，查皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)Kp值表，得Kp=0.54。故壩址斷面P=90％的設(shè)計(jì)年徑流量為Qp=KpQ平均=0.54×4.4=2.4(m3/s)。2、設(shè)計(jì)年內(nèi)分配的推求由《水文圖集》查得，流域所在分區(qū)的枯水代表年的年內(nèi)分配如表3—5所示。只要用表中的各月分配比乘以設(shè)計(jì)年徑流量，就可得到設(shè)計(jì)年內(nèi)分配過程，結(jié)果見表3—5。全年各月流量之和為28.79m3/s，除以12得2.4m3/s，等于設(shè)計(jì)值，計(jì)算正確。4、枯水徑流分析計(jì)算

因水分補(bǔ)給不足，尤其是降水補(bǔ)給不足，而在河流槽道中造成的流量明顯偏小的現(xiàn)象稱為枯水?？菟掷m(xù)的時(shí)期稱為枯水期或枯水季節(jié)，因此時(shí)槽道中的水流稱為枯水徑流。

河川徑流若在全年之中平均分配，每月徑流量應(yīng)占全年徑流總量的8.33%。若在某月，某河徑流量不足該河全年徑流總量的5%，則稱該河出現(xiàn)枯水，該月屬枯水期。

中國的大部分地區(qū)均處在季風(fēng)氣候的影響之下，一年之中有明顯的雨季和旱季，故大多數(shù)河流均可出現(xiàn)洪水和枯水，均經(jīng)歷明顯的洪水期和枯水期。在中國，河流的枯水期一般為五個(gè)月左右。

在枯水季節(jié)，降水很少，徑流主要靠流域蓄水的補(bǔ)給。流域蓄水逐漸消退，徑流也隨之遞減。在枯水季節(jié)后期，若久晴不雨，流域蓄水量消耗最多，河中出現(xiàn)一年中的最小徑流，有的河流甚至干枯斷流。什么是枯水徑流及其概述？枯水徑流鞭的影響因松素有那些斧？在枯水歐季節(jié)，父徑流主嗽要由流吼域蓄水膠補(bǔ)給，朵其次，書降水也降對之予裂以補(bǔ)給落。因此董，影響停流域地取表需水躁量和地李下需水銅量及二以者的可婆得性以憶及降水設(shè)量的因如素均可捧影響枯波水徑流賀。此外許，人類箱的生產(chǎn)鈴和生活串活動也塑對枯水粒徑流施拖予不可講忽視的第影響。歸納起圈來，枯絨水徑流召的影響淋因素共冤有三類算：下墊輩面因素次、氣候屈因素和鄭人類活框動。為什么仔要開展草枯水徑犁流的分轉(zhuǎn)析工作記？枯水徑流蛇是指河流續(xù)主要依靠彎地下水為定補(bǔ)給水源松的河川徑還流。一旦牙流域地下垂蓄水耗盡犬或地下水叫位降低到失不能再補(bǔ)低給河道時(shí)芝，河道內(nèi)負(fù)會出現(xiàn)斷耕流現(xiàn)象。怎這就會引呢起嚴(yán)重的瞧干旱缺水絹。因此，融枯水徑流央與工農(nóng)業(yè)徹供水和城頓市生活供端水等關(guān)系務(wù)甚為密切福。隨著我解國國民經(jīng)憶濟(jì)的發(fā)展恭，水資源蓋供需矛盾涼日益突出微，為滿足筍供水、灌途溉、航運(yùn)室、發(fā)電、東環(huán)保等的熱需要，均岡需進(jìn)行枯往水徑流的永分析計(jì)算且。例如，由對于沒有幣調(diào)節(jié)能力擱的工程，中如修建于淚天然河道閑岸邊的灌泊溉泵站、碧為城鎮(zhèn)供能水的取水透泵站，需暴要根據(jù)枯狂水位、枯賽水流量確雨定取水口挑的高程及全引水流量耽；又如，攏河段的枯練水位、枯奇水流量也默是研究河道內(nèi)生雅態(tài)環(huán)境所啦需最小水皆深和需水選量時(shí)不可拿缺少的熊數(shù)據(jù)?？菟畯搅鲿旱姆治龇桨喾ㄓ心切┒?？1、年或容供水期奔的最小狂流量頻害率計(jì)算子；2、用等扣值線法累或水文躍比擬法放估算；3、繪制瘦日平均鏈流量歷怒時(shí)曲線掘。低水延劃長的方昂法：1、根據(jù)溪水位面裕積、水鑰位流速帥關(guān)系曲腐線延長址；2、以斷流淚水位為控閉制延長(此法關(guān)脈鍵在于征正確求伯得斷流抓水位)；①根據(jù)測站霉實(shí)測縱橫冶斷面資料替確定。(分淺灘和宵石梁或平坦河非床兩種)②用分析不法確定良。(適用條件摟：斷面整售齊，在延奪長部分的臺水位變幅唱內(nèi)，河寬靠變化不大輪，又無淺經(jīng)灘、分流染等現(xiàn)象，洗可用此法嗽。)關(guān)系式有費(fèi)：③用圖解法盲確定。洪水設(shè)廟計(jì)學(xué)習(xí)目敬標(biāo)及要熱點(diǎn)：1、了解宵設(shè)計(jì)洪佛水的相每關(guān)概念碧，掌握帶設(shè)計(jì)洪韻水的推儲求原理構(gòu)、方法崖和步驟幣；2、掌握小甘流域設(shè)計(jì)辮洪水的推鮮求方法；3、初步懇具備洪仔水資料投分析處擾理和成漁果合理結(jié)性檢查育的能力乘，具備市推求設(shè)揮計(jì)洪峰秤流量和按設(shè)計(jì)洪揮水過程塘線的技久能。第一節(jié)盞概述關(guān)于洪水廳的幾個(gè)基所本概念：洪水：大量的雨耍水或冰雪少融水在短時(shí)間內(nèi)匯入槽道樓形成的特大徑繼流稱為洪販水，又免稱為汛。暴雨洪水器：因夏、貍秋季暴雨而形成的箱洪水稱為封暴雨洪水露并分別稱顧為伏汛、秋汛或統(tǒng)稱鍬為大汛。融雪洪水拌：春季，因積雪及潔河冰的詳融化而形成的杏洪水稱為答融雪洪水償或春汛、超桃汛，以幣上統(tǒng)稱為小汛。設(shè)計(jì)洪江水：為防洪與等工程忍設(shè)計(jì)而攏擬定的嗓、符合鏟指定防天洪設(shè)計(jì)引標(biāo)準(zhǔn)的非、當(dāng)?shù)赝卓赡艹隽椰F(xiàn)的洪傍水。即奧防洪規(guī)脾劃和防泉洪工程佛預(yù)計(jì)設(shè)典防的最卷大洪水敲。設(shè)計(jì)醉洪水的纏內(nèi)容包燒括設(shè)計(jì)洪峰、不同時(shí)倉段的設(shè)掉計(jì)洪量、設(shè)計(jì)洪鳳水過程驗(yàn)線、設(shè)計(jì)洪水慌的地區(qū)組室成和分期設(shè)椒計(jì)洪水等。可根燦據(jù)工程特明點(diǎn)和設(shè)計(jì)恨要求計(jì)算蘋其全部或沉部分內(nèi)容眼。設(shè)計(jì)洪峰齒、洪量和課洪水過程歷線的計(jì)算根據(jù)工圾程的性洋質(zhì)和水豬文資料菌條件采荒用不同奏的計(jì)算亡方法。憤在一般傳情況下棗，采取扶多種途汁徑計(jì)算被，綜合囑分析論枕證和合膏理選用職成果。狡常用的粒計(jì)算方候法有：①直接法即根據(jù)私流量資咬料推求拜設(shè)計(jì)洪玩水。當(dāng)工程所會在地或其易附近有較蔽長的洪水董流量觀測撤資料，而遮且有若干膝次歷史洪水資料時(shí)，雞逐年選取棋當(dāng)年最大述洪峰流量購和不同時(shí)摘段（如1天、3天和7天等）磚的最大脆洪量，奪分別組嫩成最大盾洪峰流嫂量和不駐同時(shí)段辛最大洪源量系列客，然后捧進(jìn)行頻護(hù)率分析嘴，以確滑定相應(yīng)卵于設(shè)計(jì)默標(biāo)準(zhǔn)的綠設(shè)計(jì)洪藍(lán)峰和時(shí)市段設(shè)計(jì)染洪量。剩最后，鼻選擇典雞型洪水孔過程線軌，按求菠出的設(shè)置計(jì)洪峰葬和各時(shí)興段設(shè)計(jì)柴洪量，罷對典型悉洪水過轉(zhuǎn)程線進(jìn)唇行同頻率或同倍比放大，丑作為設(shè)裹計(jì)洪水規(guī)過程線寺。②間接法即根據(jù)封雨量資拍料推求悅設(shè)計(jì)洪該水。當(dāng)工程康所在地壞及其附默近洪水哈流量資己料系列治過短，驅(qū)不足以帶直接用末洪水流綁量資料瓣進(jìn)行頻壞率分析琴，但流鴨域內(nèi)具現(xiàn)有較長飽系列雨肆量資料湊時(shí)，可承先求得設(shè)計(jì)暴雨,然后通火過產(chǎn)流膀和匯流棕計(jì)算,推求設(shè)計(jì)墾洪峰、洪毅量和洪水花過程線。該法假產(chǎn)定，一辣定重現(xiàn)撞期的暴著雨產(chǎn)生玩相同重糊現(xiàn)期的增洪水。③地區(qū)綜碧合法如果工轎程所在停地的洪鉆水流量辟和雨量行資料均隙短缺，歪可在自殖然地理盾條件相臟似的地鉤區(qū)，對喇有資料包流域的州洪水流放量、雨體量和歷匆史洪水棚資料進(jìn)獎(jiǎng)行分析額和綜合據(jù)，繪制借成各種捷重現(xiàn)期樓的洪峰減流量、奶雨量、女產(chǎn)流參辨數(shù)和匯蘋流參數(shù)眨等值線逝圖，或劫將這些誼參數(shù)與傻流域自啊然地理猶特征(流域面魂積和河咬道比降碑等)建立經(jīng)惡驗(yàn)關(guān)系延，然后妖借助這滔些圖表蔑和經(jīng)驗(yàn)干關(guān)系推鋤算設(shè)計(jì)教地點(diǎn)的環(huán)設(shè)計(jì)洪澡水。設(shè)計(jì)洪水鄙的地區(qū)組交成計(jì)算方法設(shè)計(jì)洪鞠水的地進(jìn)區(qū)組成樣的計(jì)算域方法有稼：①典型年法雁。即從實(shí)籍測資料中庸選出若干準(zhǔn)次在地區(qū)歸組成上具即有一定代思表性的（東如洪水主沿要來自上襯游,或主要來泊自區(qū)間,或在全嘗流域均津勻分布未）、對中防洪不零利的大素洪水作渠為典型樂洪水，睬以設(shè)計(jì)新斷面某例一時(shí)段撕設(shè)計(jì)洪更量為控宣制，按舊同一倍霸比對各搶斷面及糖區(qū)間同途一時(shí)段熊的典型看洪水進(jìn)痕行放大億，求得攻各斷面究及區(qū)間莫相應(yīng)的掛洪量或近洪水過欄程線。②同頻率遮地區(qū)組貸成法。華指根據(jù)棉防洪要稼求，選干定某一濾時(shí)段一狗個(gè)分區(qū)瓣的洪量所與設(shè)計(jì)跨斷面的費(fèi)洪量為緒同頻率化，其余鼓各分區(qū)釋的相應(yīng)涼洪量和漆某一次衡洪水的納地區(qū)組摸成作為滑典型，逃進(jìn)行分鼠配，并均以同頻慮率洪量陵和分配冤的時(shí)段粘洪量作甲為控制謎，放大短典型過橡程線作茫為設(shè)計(jì)喂洪水和比各地區(qū)接的相應(yīng)踏洪水過撥程線。概述指當(dāng)河流轎設(shè)計(jì)斷面為發(fā)生設(shè)計(jì)土頻率的洪扭水時(shí)，其劃上游各控聰制斷面和咬區(qū)間相應(yīng)已的洪峰、知洪量和洪勝水過程線紅，它表示萄下游斷面臺的設(shè)計(jì)洪恰水和上游杏各個(gè)控制出斷面設(shè)計(jì)娛洪水之間另的關(guān)系。在制定等流域開雹發(fā)方案舍、分析旋單一水哲庫的防臂洪作用堪和研究是梯級水貌庫或水商庫群的附聯(lián)合調(diào)歉洪作用屈時(shí)，需撐分析設(shè)妄計(jì)洪水不的地區(qū)拖組成。為了分析俘和比較設(shè)辰計(jì)洪水不末同地區(qū)組肆成的防洪藏效果，常贏需擬定若唯干種地區(qū)拿組成方案紹，經(jīng)調(diào)洪尊演算和綜棉合分析，盈從中選取橡能滿足工營程設(shè)計(jì)要括求的，作音為設(shè)計(jì)的蓮依據(jù)。分期設(shè)菠計(jì)洪水指年內(nèi)不乓同季節(jié)或誤時(shí)期，如姓豐水期、沸平水期、出枯水期、龍或其他指尋定時(shí)期