設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

第八章設(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7.1概述7.2影響年徑流的因素7.3有長期資料時設(shè)計年徑流計算7.4有短期資料時設(shè)計年徑流計算7.5缺乏資料時設(shè)計年徑流計算7.6設(shè)計枯水徑流量分析計算7.7流量歷時曲線設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.1概述設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

§7.1.1年徑流的變化特征年徑流量：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。年平均流量Q（m3/s）年徑流深R（mm）年徑流總量W（104m3）年徑流模數(shù)M(m3/s.km2)設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配概念理解年平均流量——是指河流斷面按已有水文系列計算的多年流量平均值。年徑流量——一年內(nèi)（水文年）流經(jīng)河道上指定斷面的全部水量，稱為年徑流量。徑流深度——把徑流總量均勻地鋪在流域面積上所得的水層厚度。徑流模數(shù)——單位面積上在單位時間內(nèi)流動的平均水量。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配徑流系數(shù)與徑流模數(shù)徑流系數(shù)——任意時段內(nèi)的徑流深度R(或徑流總量w)與同時段內(nèi)的降水深度x(或降水總量)的比值，稱為徑流系數(shù)。徑流系數(shù)α說明在降水量中有多少變成了徑流，它綜合反映了流域內(nèi)自然地理要素對降水——徑流關(guān)系的影響。徑流模數(shù)——單位流域面積上單位時間所產(chǎn)生的徑流量。單位立方米/秒*平方千米。在所有計算徑流的常用量中，徑流模數(shù)消除了流域面積大小的影響，最能說明與自然地理條件相聯(lián)系的徑流特征。通常用徑流模數(shù)對不同流域的徑流進(jìn)行比較。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配轉(zhuǎn)化關(guān)系設(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

（1）地理分布不均（2）年內(nèi)變化 洪水期（汛期） 枯水期（3）年際變化 豐水年 平水年 枯水年豐水年組枯水年組年徑流變化特性設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配（1）根據(jù)來水及用水，確定水利水電工程規(guī)模大??；（2）推求不同保證率的年徑流量及其分配過程，就是設(shè)計年徑流分析計算的主要目的。§7.1.2年徑流分析計算的目的設(shè)計保證率:反映對水利資源利用的保證程度，即工程規(guī)劃設(shè)計的既定目標(biāo)不被破壞的年數(shù)占運(yùn)用年數(shù)的百分比。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.1.3年徑流分析計算的內(nèi)容(1)基本資料信息的搜集和復(fù)查。(2)年徑流量的頻率分析計算。(3)提供設(shè)計年徑流的時程分配。(4)根據(jù)需要進(jìn)行年際連續(xù)枯水段的分析、徑流隨機(jī)模擬和枯水流量分析計算。(5)對分析成果進(jìn)行合理性檢查。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.2影響年徑流的因素設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配濕潤地區(qū)：降水量較多，其中大部分形成徑流，年徑流系數(shù)較高，降水量與徑流量之間關(guān)系密切，說明降水量對徑流量起著決定性作用，蒸發(fā)作用相對較小。干旱地區(qū)：降水量少，且大部分耗于蒸發(fā)，年徑流系數(shù)很低，降水量與徑流量之間關(guān)系不密切，說明降水量和蒸發(fā)都對徑流量起著相當(dāng)大的作用。§7.2.1氣候因素

降水量

蒸發(fā)量設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配流域下墊面因素包括地形、植被、土壤、地質(zhì)、湖泊、沼澤、流域大小等。這些因素主要從兩方面影響年徑流量：（1）通過流域蓄水量變化值影響年將流量的變化；（2）通過對氣候因素的影響間接地對年徑流量發(fā)生作用?！?.2.2下墊面因素

地形

湖泊

流域大小設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配（1）山地對氣流的抬升和阻滯作用，使迎風(fēng)坡降水量增大；（2）地形對蒸發(fā)也有影響，一般氣溫隨地面高程的增加而降低，因而使蒸發(fā)量減少。地形

年徑流量隨高程的增加而增加設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配（1）湖泊增加流域的水面面積，加大蒸發(fā)，使年徑流量減小。（2）湖泊對流域蓄水量具有調(diào)節(jié)作用，減小徑流年際變化。湖泊

設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配流域可看作為一個徑流調(diào)節(jié)器，輸入為降水，輸出為徑流，一般隨著流域面積的增大，凈流量的變化相應(yīng)減小。（1）流域面積增大時，地下蓄水量相應(yīng)加大；（2）隨著流域面積的增加，流域內(nèi)部各地徑流的不同期性愈加顯著，所起的調(diào)節(jié)作用就更加明顯。流域大小

設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配直接影響：跨流域引水直接減少（或增加）本流域的年徑流量。間接影響：修水庫、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地改梯田，植樹造林，種植牧草等措施，改變下墊面性質(zhì)，增加蒸發(fā)，使年徑流量減小?！?.2.3人類活動

直接影響

間接影響設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.3具有長期實測資料時設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配所謂較長年徑流系列是指設(shè)計代表站斷面或參證流域斷面有實測徑流系列，其長度不小于規(guī)范規(guī)定的年數(shù)，即不應(yīng)小于20年?！?.3.1基本概念設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配長期資料時設(shè)計年徑流計算基本步驟如下：

1.實測年徑流資料的審查

2.設(shè)計年徑流量的推求及年內(nèi)分配§7.3.1計算步驟設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(1)資料的可靠性審查§7.3.2水文資料的審查水位資料審查水位流量關(guān)系曲線審查水量平衡審查檢查原始水位資料情況并分析水位過程線形狀，了解觀測質(zhì)量，分析有無不合理現(xiàn)象。檢查水位流量關(guān)系曲線的繪制和延長方法，并分析歷年水位流量關(guān)系曲線的變化情況。下游站的徑流量應(yīng)等于上游站徑流量加區(qū)間徑流量。通過水量平衡檢查即可衡量徑流資料的精度。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(2)年徑流系列的一致性分析§7.3.2水文資料的審查下墊面條件變化

還原計算水量平衡法、降雨徑流相關(guān)法資料是否來自同一氣候、下墊面條件和同一測站。人類活動的影響最顯著。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(3)年徑流系列的代表性分析§7.3.2水文資料的審查周期性分析與更長系列參證變量進(jìn)行比較樣本接近總體的程度，即樣本系列的大小，一般系列越長，代表性越好。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(1)年徑流量的起訖時間§7.3.3設(shè)計年徑流量推測時歷年水文年以歷法規(guī)定的時間為準(zhǔn)，水文年鑒和水文特征統(tǒng)計提供的年徑流量一般以時歷年的起訖時間劃分。以水文現(xiàn)象的循環(huán)作為年徑流量計算的起訖時間，從每年的汛期開始到下一年的枯水期結(jié)束為止，對于春汛河流，應(yīng)以上一年降雪開始月份作為計算年徑流的起訖時間。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

按不同起訖時間統(tǒng)計的年徑流量系列所求得的統(tǒng)計參數(shù)（均值、變差系數(shù)）值是不同，年徑流量均值誤差在1%左右，變差系數(shù)誤差約3%，因此，以時歷年統(tǒng)計的年徑流量系列的統(tǒng)計參數(shù)一般仍可用。§7.3.3設(shè)計年徑流量推測設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(2)設(shè)計年徑流的推求及年內(nèi)分配§7.3.3設(shè)計年徑流量推測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；②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做代表年，對水電工程一般選豐水年、平水年、枯水年三個代表年；③求設(shè)計時段徑流量與代表年的徑流量的比值，對代表年的徑流過程進(jìn)行縮放，即得設(shè)計年徑流過程線。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

1．步驟：

（1）三性審查年徑流量系列資料（2）對年徑流系列作頻率計算，求設(shè)計年徑流（P→QP），（年徑流量由大→小排列計算、CV，假定

CS/CV=（2～3）CV，選配頻率曲線）（3）選代表年，按代表年徑流量的分配縮放得到設(shè)計年徑流年內(nèi)分配。設(shè)計代表年法設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

河川年徑流的時程分配，一般按其各月的徑流分配比來表示。年徑流的時程分配與工程規(guī)模和水資源利用程度關(guān)系很大。設(shè)計年徑流的時程分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配（1）選取年徑流量接近于設(shè)計年徑流量的代表年徑流量過程線。（2）選取對工程較不利的代表年徑流過程線。一般選取枯水期較長，且枯水期徑流又較枯的年份。代表年的選擇設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配徑流量的年內(nèi)分配

同倍比法

同頻率法設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配對設(shè)計成果必須進(jìn)行合理性認(rèn)證，成果合理性分析主要對參數(shù)進(jìn)行合理性分析（、CV、CS）檢查方法 ①選有長資料的參證流域 ②地理分布規(guī)律 ③水量平衡理論成果合理性檢查設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配某水庫具有18年的年、月徑流資料，設(shè)計保證率P=90%的年最小3個月、最小5個月的設(shè)計徑流量見表，求設(shè)計年內(nèi)分配過程。年份月平均流量3456789101112121958~195916.5022.0043.0017.004.632.464.024.841.982.471.8721.601959~19607.258.6916.3026.107.157.506.811.862.672.734.202.031960~19618.2119.5026.4024.607.359.623.202.071.981.902.3513.201961~196214.7017.7019.8030.405.204.879.103.463.422.922.481.621962~196312.9015.7041.6050.7019.4010.407.482.975.302.671.791.801963~19643.204.987.1516.205.552.282.131.272.181.546.453.871964~19659.9112.5012.9034.606.905.552.003.271.621.170.993.061965~19663.9026.6015.2013.606.1213.404.2710.508.219.038.358.481966~19679.5229.0013.5025.4025.403.582.672.231.932.761.415.301967~196813.0017.9033.2043.0010.503.581.671.571.821.421.212.361968~19699.4515.6015.5037.8042.706.553.522.541.842.684.259.001969~197012.2011.5033.9025.0012.007.303.654.963.182.353.883.571970~197116.3024.8041.0030.7024.208.306.508.754.527.964.103.801971~19725.086.1024.3022.803.403.454.922.791.761.302.238.761972~19733.2811.7037.1016.4010.2019.205.754.414.535.598.478.891973~197415.4038.5041.6057.4031.705.866.564.552.591.631.765.211974~19753.285.4811.8017.1014.4014.303.843.694.675.166.2611.101975~197622.4037.1058.0023.9010.6012.406.268.517.307.543.125.56設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配頻率計算成果（P=90%）時段均值CvCs/CvQp12個月1310.32281.8最小5個月180.4728.45最小3個月9.10.524設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.4具有短期實測資料時設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

短缺徑流資料的情況可分為兩種：一種是設(shè)計代表站只有短系列徑流實測資料(n＜20年)，其長度不能滿足規(guī)范的要求；一種是設(shè)計斷面附近完全沒有徑流實測資料。對于前一種情況，工作重點是設(shè)法展延徑流系列的長度；對于后一種情況，主要是利用年徑流統(tǒng)計參數(shù)的地理分布規(guī)律，間接地進(jìn)行年徑流估算。參證變量設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.4.1參證變量選擇選擇條件：(1)參證變量與設(shè)計斷面徑流量在成因上有密切關(guān)系，以保證相關(guān)關(guān)系有足夠的精度。(2)參證變量與設(shè)計斷面徑流量有較多的同步觀測資料，以便建立可靠的相關(guān)關(guān)系。(3)參證變量的系列較長，并有較好的代表性。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配(1)利用徑流量或降雨量作為參證資料展演設(shè)計站的年、月徑流量系列；(2)利用本站的水位資料延長年徑流系列；有些測站開始只觀測水位，后來增加了流量測驗?？筛鶕?jù)其水位——流量關(guān)系，將水位資料轉(zhuǎn)化成徑流資料。選擇參證變量的方法設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配當(dāng)設(shè)計站實測年徑流量資料不足時，往往利用上下游、干支流或鄰近流域測站的實測長系列年徑流量資料來展延系列。利用徑流資料展延系列設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配徑流與降雨、蒸發(fā)、流域蓄水變化量之間存在水量平衡方程利用降雨資料展延系列關(guān)系較好關(guān)系不好設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配（1）平行觀測項數(shù)的多少問題（2）輾轉(zhuǎn)相關(guān)問題（3）假相關(guān)問題（4）外延幅度問題相關(guān)展延系列時必須注意的問題

設(shè)計變量與參證變量平行觀測項數(shù)不得過少，一般應(yīng)在15~20項之上。

外延一般不宜超出實測資料范圍以外太遠(yuǎn)，一般要求外延幅度小于10%。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.5缺乏實測資料時設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配

在部分中小設(shè)計流域內(nèi)，有時只有零星的徑流觀測資料，且無法延長其系列，甚至完全沒有徑流觀測資料，則只能利用一些間接的方法，對其設(shè)計徑流量進(jìn)行估算。采用這類方法的前提是設(shè)計流域所在的區(qū)域內(nèi)，有水文特征值的綜合分析成果，或在水文相似區(qū)內(nèi)有徑流系列較長的參證站可資利用。

設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配我國已繪制了全國和分省(區(qū))的水文特征值等值線圖和表，其中年徑流深等值線圖及Cv等值線圖，可供中小流域設(shè)計年徑流量估算時直接采用。參數(shù)等值線圖法設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配根據(jù)年徑流深均值等值線圖，可以查得設(shè)計流域年徑流深的均值，然后乘以流域面積，即得設(shè)計流域的年徑流量。如果設(shè)計流域內(nèi)通過多條年徑流深等值線，可以用面積加權(quán)法推求流域的平均徑流深，計算公式為：年徑流均值的估算設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配年徑流深的Cv值，也有等值線圖可供查算，方法與年徑流均值估算方法類似，但可更簡單一點，即按比例內(nèi)插出流域重心的Cv值就可以了。年徑流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照規(guī)范規(guī)定，一般可采用Cs＝2~3Cv。在確定了年徑流的均值、Cv，Cs后，便可借助于查用P—Ⅲ型頻率曲線表，繪制出年徑流的頻率曲線，確定設(shè)計頻率的年徑流值。年徑流Cv、Cs值的估算設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配水文比擬法是將參證流域的某一水文特征量移用到設(shè)計流域上來的一種方法，該法特別適用于年徑流的分析估算。當(dāng)設(shè)計斷面缺乏實測徑流資料，但其上下游或水文相似區(qū)內(nèi)有實測水文資料可以選作參證站時，可采用本法估算設(shè)計年徑流。

水文比擬法參證流域設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配§7.6年際連續(xù)枯水段徑流分析設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配連續(xù)枯水段徑流分析的目的

前面介紹的年徑流分析計算，是以年為設(shè)計時段的，但有些大型蓄水工程，特別是具有多年調(diào)節(jié)性能的大型水庫工程，在規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行中，不僅要考慮年徑流設(shè)計值，而且還要考慮年際連續(xù)枯水段出現(xiàn)的情況。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配年際連續(xù)枯水段是設(shè)計斷面連續(xù)多年發(fā)生年徑流偏枯的現(xiàn)象，為河川徑流的一種特性，在我國許多河流上均有發(fā)現(xiàn)，見下表。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配水資源利用工程中需要考慮的問題水資源利用工程中需要考慮的問題：（1）對已出現(xiàn)的某一連續(xù)枯水段的重現(xiàn)期如何確定?（2）連續(xù)枯水段的頻率曲線如何分析計算?設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配連續(xù)枯水段的定義與選樣1．連續(xù)枯水段定義：描述年徑流豐枯程度的指標(biāo)很多，其中較常用的一種指標(biāo)是以年徑流系列均值進(jìn)行界定的：凡低于年徑流均值的年份，均作為枯水年份。連續(xù)發(fā)生幾個枯水年份，稱枯水段。國際上在進(jìn)行水文干旱持續(xù)性分析時，也常采用這一指標(biāo)。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配2．連續(xù)枯水段選樣根據(jù)上述定義，可將全部年徑流系列N年中長度為n(n＝2、3、4年、……，根據(jù)工程設(shè)計需要而定)的連續(xù)枯水段一一選出組成一個新的系列（注意各年的徑流資料，只能統(tǒng)計到一個枯水段中，不要重復(fù)使用）。其中徑流變量可采用n年中的平均年徑流量顯然這個新的系列的長度N’<<N，因為有些年份并不屬于枯水年份，而屬于枯水范圍的，又不一定是連續(xù)出現(xiàn)的。只有在年徑流系列長度N很大時，才有可能選出可供頻率分析的連續(xù)枯水段樣本。因此，往往需要設(shè)法延長年徑流系列的長度。連續(xù)枯水段的定義與選樣設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配連續(xù)枯水段的重現(xiàn)期考證

當(dāng)選出的連續(xù)枯水段系列的最小項在量級上比較突出，為連續(xù)特枯段時，就需對其出現(xiàn)的重現(xiàn)期進(jìn)行考證。下面介紹一些可以試用的方法。1．歷史資料考證法在我國的歷史文獻(xiàn)中，關(guān)于旱情的記載很多，特別是對連續(xù)數(shù)年大旱記載尤詳。目前我國已出版或正在出版全國、各大流域和各省(區(qū))的歷史水旱災(zāi)害專著，其中有系統(tǒng)整理的大量歷史旱情資料，是考證歷史連續(xù)枯水段重現(xiàn)期的重要文獻(xiàn)，可資參考。設(shè)計年徑流及其年內(nèi)分配連續(xù)枯水段的重現(xiàn)期考證2．樹木年輪法樹木年輪的疏密，與年降水的豐枯往往有較好的對應(yīng)性，在干旱、半干旱地區(qū)尤為明顯。國內(nèi)外均有利用樹木年輪的變化重建降雨系列的經(jīng)驗，有的可將系列延長至200—300年。從而可進(jìn)一步對連續(xù)枯水段的重現(xiàn)期作出判斷。3．隨機(jī)模擬法利用隨機(jī)模擬技術(shù)，生成超長年徑流系列，是另一種新的嘗試，有的已初步應(yīng)用于實踐。此法彌補(bǔ)了年徑流系列一般較