水力學(xué)教程1020-第四章-年徑流量及洪枯徑流

第四章

年徑流及洪枯徑流4.5設(shè)計(jì)洪水流量與水位【例】在50多年前原人煙稀少，現(xiàn)又無法找到參證站的某地，已知某壩址斷面有連續(xù)20年的洪峰流量實(shí)測可靠的資歷，并經(jīng)還原法修正后，列入下表中。經(jīng)洪水調(diào)查得知1952年曾經(jīng)發(fā)生過一次洪水，據(jù)考證，它是1952年以來最大的一次洪水，其洪峰流量XN1=2700m3/s，1993年的洪水為次大洪水。試用試錯(cuò)適線法推求洪峰流量理論累積頻率曲線及百年一遇的洪峰流量（注：重要工程）

某壩址洪峰流量表年份1984198519861987198819891990199119921993X/m3/s14005681490800400474956132017702320年份1994199519961997199819992000200120022003X/m3/s81810104644883347746101010216900設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求特大洪水的經(jīng)驗(yàn)累積頻率計(jì)算表年份XNi/m3/s累積頻數(shù)MPNi=M/（N+1）*100%

1952270011.893366491.041993232023.772116443.041992177035.66818663.04

6790

6301597.12年份Xi/m3/s累積頻數(shù)mPi=m/（n+1）*100%

19861490314.29390375.0419841400419.05286011.0419911320523.81206843.0419951010628.5720967.0420011010733.3320967.041990956838.108244.642003900942.861211.0419948181047.622227.8419878001152.384251.0419997741257.148317.4420006101361.9065127.0419855681466.6788327.8419974881571.43142279.8419894741676.19153037.4419964641780.95160961.4419884001885.71216411.0419983341990.48282173.4420022162095.24421460.64

14032

2479193.92

理論累積頻率計(jì)算表Pi%110/3510205075909599Ki3.012.372.151.7671.3790.8420.5790.4430.3960.352Xi2604.252050.521860.181528.811193.11728.498500.951383.284342.619304.55設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求根據(jù)(Pi,Xi)繪制理論累積頻率曲線（虛線1）

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

調(diào)線，增大CVN，減小CSN，取CVN=0.7，CSN=2CVN=1.4，再查附錄3得

理論累積頻率計(jì)算表Pi%110/3510205075909599Ki3.292.62.361.9361.4940.8420.4860.2710.1820.077Xi2846.512249.522041.871675.031292.61728.498420.487234.469157.46666.6204設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求根據(jù)(Pi,Xi)繪制理論累積頻率曲線（虛線2）

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

理論累積頻率計(jì)算表Pi%110/3510205075909599Ki3.292.62.361.9361.4940.8420.4860.2710.1820.077Xi2993.923662147.61761.761359.54766.22442.26246.61165.6270.07設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求根據(jù)(Pi,Xi)繪制理論累積頻率曲線（實(shí)線3）

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

根據(jù)題意百年一遇的洪峰流量的設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)P=1%。再根據(jù)配線原則，應(yīng)做到下面兩點(diǎn)：應(yīng)照顧點(diǎn)群趨勢，使曲線通過點(diǎn)群中央，并使曲線上各段上、下方的點(diǎn)據(jù)或總離差約略平衡，而不宜過分遷就個(gè)別偏離較大的點(diǎn)據(jù)當(dāng)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)與曲線線型不能全面擬合，考慮洪水時(shí)，應(yīng)著重于曲線中上部分的較大洪水點(diǎn)據(jù)，而對下部點(diǎn)據(jù)的配合要求可以放寬。

在P<50%處，曲線3與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好，在P>50%處，曲線3與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合也較曲線1、2好，故選曲線3為設(shè)計(jì)次采用的理論累積頻率曲線(4)誤差計(jì)算由CSN=1.4，查圖3.15得B=6.7

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求

計(jì)算絕對誤差，作為安全值。

故百年一遇的洪峰流量

設(shè)計(jì)洪峰流量或水位的推求設(shè)計(jì)斷面和水文站處

設(shè)計(jì)洪峰流量間的換算

設(shè)計(jì)斷面和水文站所在地通常多不重合，確定設(shè)計(jì)流量后，還需進(jìn)一步換算成設(shè)計(jì)斷面處的流量或水位如果水文站測流斷面距設(shè)計(jì)斷面很近，流域面積相差≤5%時(shí)，推算的設(shè)計(jì)流量可不必?fù)Q算，而直接作為設(shè)計(jì)斷面的設(shè)計(jì)流量如果水文站測流斷面與設(shè)計(jì)斷面的流量相差<10%時(shí)，可直接采用測站處的設(shè)計(jì)流量，不必作換算如果水文站測流斷面與設(shè)計(jì)斷面間的流域面積相差>5%，流量相差>10%時(shí)，可按下式換算設(shè)計(jì)斷面和水文站處

設(shè)計(jì)洪峰流量間的換算

4.6設(shè)計(jì)枯水流量和水位影響枯水徑流的因素

枯水流量：在給定時(shí)段內(nèi)，通過河流某一指定斷面枯水量的大小枯水期：指流域內(nèi)地表水枯竭，主要靠地下水補(bǔ)給水源的時(shí)期枯水期的最小流量與其他水文要素，如年徑流、洪水等不同，它不像后者那樣與分區(qū)性的氣候因素密切，而主要與地下水補(bǔ)給量和補(bǔ)給性質(zhì)有密切關(guān)系決定枯水流量大小及變化的主要因素：非分區(qū)性的自然地理因素。如流域的水文地質(zhì)情況、流域面積大小、河槽下切深度及河網(wǎng)密度等決定枯水期長短的主要因素：氣候因素中的降水和氣溫頻率分析法1.審查資料的可靠性、代表性、獨(dú)立性及一致性

確定資料的可靠性、代表性及一致性，主要可從資料的合理性方面進(jìn)行分析。如從上、下游站的資料對比，臨近流域資料對比，本站資料的前后對比和歷年對比中發(fā)現(xiàn)問題，特別是對枯水流量的歷年最小值要重點(diǎn)審查，反復(fù)分析2.年枯水徑流頻率分析

枯水樣本系列分析計(jì)算枯水徑流時(shí)，對調(diào)節(jié)性能好的水庫，需用水庫供水期數(shù)個(gè)月的枯水流量組成系列；對無調(diào)節(jié)直接從河流中取水的一級泵房，則需用每年的最小日平均流量組成系列。

一般不用瞬時(shí)最小流量，而以最小日、旬、月等的平均枯水流量為分析對象有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算

有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算適線時(shí)，若CS<2CV，曲線下端會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，對于最小流量來說，顯然不合理此時(shí)，可把負(fù)值部分視為零，即相當(dāng)出現(xiàn)干涸或連底冰凍現(xiàn)象某站最小流量理論累積頻率曲線圖

放棄了負(fù)值部分后的理論累積頻率曲線圖有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算保證率頻率法

相對歷時(shí)曲線，在工程界習(xí)慣稱為保證率曲線。

保證率頻率法：即在多條歷時(shí)曲線（即累計(jì)頻率曲線）中引入頻率計(jì)算的方法

根據(jù)多年實(shí)測日平均流量（或水位）資料繪出歷時(shí)曲線，從中求出每年歷時(shí)曲線上相應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)下的流量或（水位），n年資料可得n個(gè)保證率的流量（或水位）。然后再以此n個(gè)流量（或水位）作隨機(jī)變量進(jìn)行頻率分析，選配合適的理論累積頻率曲線，從中推求設(shè)計(jì)流量（或水位）有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算【例】某站有20年（1982-2001）實(shí)測并經(jīng)還原法修正后的可靠逐日平均水位記錄（資料從略），試求10年一遇、保證率為95%的設(shè)計(jì)枯水位【解】(1)由多年實(shí)測逐日平均水位資料繪制各年的歷時(shí)曲線，從中求出每年為保證率95%的枯水位Z95%，并以歷年最枯水位（1988年為歷年最枯水位，其值為8.7m）為始點(diǎn)水位，求出各年相對始點(diǎn)水位的數(shù)值，記入下表中年份年最枯水位Z95%(Z95%-Zmin)19828.908.910.2119838.968.990.2919848.968.970.2719859.059.080.3819868.918.930.2319878.888.910.2119888.708.720.0219899.019.040.3419908.888.910.2119918.989.000.3019929.059.090.3919939.019.060.3619949.089.120.4219959.109.200.5019968.918.940.2419979.039.070.3719989.119.160.4619999.019.040.3420008.868.900.2020018.868.890.19年份年最枯水位Z95%(Z95%-Zmin)某站歷年枯水位統(tǒng)計(jì)表(Zmin=8.70)有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算

xi從大到小排列的序號mxiPi/%110.54.8220.469.5330.4214.3440.3919.0550.3823.8660.3728.6770.3633.3880.3438.1990.3442.910100.347.611110.2952.412120.2757.113130.2461.914140.2366.715150.2171.416160.2176.217170.2181.018180.285.719190.1990.520200.0295.2某站保證率為95%的水位頻率計(jì)算表有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算(3)將上表中的經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)（Pi，xi）繪制在頻率格紙上有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算

P/%10/3510100/35070909599Ki1.8471.7361.5351.1240.9470.7580.5340.4450.307xi0.547640.514720.455130.333270.280790.224750.158330.131940.09103有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算因?yàn)門=10年，則P=1-1/T=90%，可得設(shè)計(jì)枯水位：ZP=Zmin+x90%=8.7+0.158=8.86mm

有實(shí)測資料時(shí)枯水徑流的計(jì)算實(shí)測資料不足時(shí)枯水徑流的計(jì)算

通過相關(guān)分析的方法插補(bǔ)和展延設(shè)計(jì)站的資料系列，再按照前一節(jié)的方法推求設(shè)計(jì)枯水流量或水位

合適的參證站應(yīng)滿足一下條件：具有長期枯水徑流資料，并與設(shè)計(jì)站有10年以上同步資料參證流域與設(shè)計(jì)流域的下墊面因素和氣候因素基本相似，其影響枯水徑流的基本因素也相似，屬同一河流分級，流于面積相差不宜太大（一般<5倍），山區(qū)的流域平均高程差不多超過300m對人類活動(dòng)的影響，一般要進(jìn)行還原計(jì)算，且要有較高的精度

實(shí)測資料不足時(shí)枯水徑流的計(jì)算缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算等值線圖法

在最小流量等值圖中查得設(shè)計(jì)站的相應(yīng)最小流量，并以此作為設(shè)計(jì)枯水流量

使用這些圖標(biāo)，一定要結(jié)合實(shí)地查勘，并在工程構(gòu)筑物所在斷面附近作枯水徑流量的調(diào)查和施測，參照流域內(nèi)的自然地理情況及人類活動(dòng)影響等，通過綜合分析，最后確定應(yīng)采用的設(shè)計(jì)枯水流量（或水位）

非分區(qū)性因素對枯水徑流的影響較大，因此枯水徑流等值線圖的精度遠(yuǎn)較年徑流等值線圖低，特別是對較小河流，可能有較大誤差水文比擬法

此法關(guān)鍵在于選擇恰當(dāng)?shù)膮⒆C站。參證站應(yīng)有長期實(shí)測資料，氣候因素和下墊面因素與設(shè)計(jì)站相似。對于山區(qū)河流，主要是地面高程、坡面方位相似；對于干旱地區(qū)，則是河床下切深度和徑流年內(nèi)分配情況相似。

在特殊地區(qū)，要注意特殊自然條件的影響缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算3.地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式

要建立地區(qū)的枯水流量經(jīng)驗(yàn)公式，用于缺少資料地區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，必須分析確定大面積的水文氣象和水文地質(zhì)的一致區(qū)?？菟畯搅鞯囊恢聟^(qū)主要取決于水文地質(zhì)條件，如巖石、地形、含水層與河流補(bǔ)給關(guān)系、含水層厚度、地下水埋深與流向等；其次是氣象因素，如降水量和蒸發(fā)量等

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算

缺乏實(shí)測資料時(shí)枯水徑流量的推算4.7歷史洪水、枯水調(diào)查及文獻(xiàn)考證*歷史洪水、

枯水調(diào)查及文獻(xiàn)考證的意義洪峰（或枯水）流量及洪（或枯）水位頻率計(jì)算成果的穩(wěn)定性與所用資料的代表性密切相關(guān)。一般情況是資料系列越短其代表性越差。洪、枯水調(diào)查的作用有三個(gè)（1）增補(bǔ)資料、增加實(shí)測系列的代表性（2）審?，F(xiàn)有實(shí)測系列的可靠性（3）有利于恰當(dāng)?shù)卮_定洪水或枯水徑流的重現(xiàn)期調(diào)查歷史洪水的來源：我國多數(shù)河流沿岸都有歷史悠久的居民點(diǎn)，當(dāng)?shù)鼐用窀鶕?jù)自己的親身經(jīng)歷及祖輩流傳的傳說描述歷史洪水的情勢

歷史上出現(xiàn)大洪水之后，當(dāng)?shù)鼐用癯Ｒ员?、刻字、歌謠等方式將洪痕及水情記錄下來。

此外，歷史文獻(xiàn)考證可能提供重要的大洪水信息同治九年(1870年)紹興二十三年（1153年）

歷史洪水、

枯水調(diào)查及文獻(xiàn)考證內(nèi)容歷史文獻(xiàn)考證也能提供重要的大洪水信息歷史洪水、

枯水調(diào)查及文獻(xiàn)考證內(nèi)容我國所調(diào)查到的最早的洪水資料黃河支流伊河龍門鎮(zhèn)河段公元223年特大洪水，水漲高四丈五尺（魏尺，約10.9m），經(jīng)推算其洪峰流量約為20000m3/s洪水調(diào)查內(nèi)容：歷史上發(fā)生大洪水的年、月、日（年長居民聯(lián)系他們生活中的重要事件進(jìn)行回憶）最高洪水位和洪水漲落過程（居民一般描述河水距房屋河岸的高度）測量河段內(nèi)的洪痕高程，河段比降及橫斷面并繪制成圖對河道斷面變遷甚大的河流須請居民盡量回憶歷史洪水的斷面與目前的差異，以及有無決口、人工分流等現(xiàn)象如能調(diào)查訪問災(zāi)情及暴雨情況更好，可供對比分析歷史洪水、

枯水調(diào)查及文獻(xiàn)考證內(nèi)容1.調(diào)查工作現(xiàn)場訪問。多注意啟發(fā)群眾回憶分析，“不失訪一位老人，不漏掉一點(diǎn)情況，不放松一根弦索，不錯(cuò)過一個(gè)機(jī)會(huì)”洪水、枯水位痕跡查核及辨識(shí)2.應(yīng)收集的資料有關(guān)水文站歷年最高洪水位、最低枯水位、洪水及枯水流量及其出現(xiàn)的時(shí)間、水面比降、糙率系數(shù)及水位-流量關(guān)系曲線鄰近地區(qū)的洪、枯水調(diào)查報(bào)告及歷史水旱災(zāi)分析等資料流域及調(diào)查河段的地形圖（最好是近期測量的詳細(xì)地形圖）、河道圖、縱橫斷面圖沿河水準(zhǔn)點(diǎn)及所在位置的記錄圖表及其基面類型歷史洪、枯水水