設(shè)計徑流量及內(nèi)分配的分析計算

設(shè)計徑流量及內(nèi)分配的分析計算第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1本節(jié)內(nèi)容概述1.1相關(guān)概念回顧徑流：沿流域地面和地下向河川、水庫、湖泊、洼地等流動的水流。徑流量：一定時段內(nèi)通過河流某一斷面的累積水量。年徑流量：一個年度內(nèi)，通過河流某一斷面的累積水量。年度分類——日歷年度、水文年度、水利年度日歷年度：一般用于水文年鑒和水資源公報等；水文年度：一般用于流域水文資料整編、水量平衡計算等；水利年度：一般用于水利工程的興利調(diào)節(jié)計算和優(yōu)化調(diào)度等。保證率：工程運行過程中，達到工程規(guī)劃設(shè)計目標的年數(shù)占工程運用總年數(shù)的百分比。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2水文分析計算的目的和任務(wù)在水利工程的規(guī)劃設(shè)計階段，工程的規(guī)模是由來水和用水兩者之間矛盾的大小、以及希望解決矛盾的程度（設(shè)計保證率），經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定的。計算目的：為確定工程規(guī)模的大小提供來水資料。計算任務(wù)：推求不同保證率下的年徑流量及其年內(nèi)分配過程；在水利工程的規(guī)劃設(shè)計中，依據(jù)設(shè)計要求、可利用水文資料樣本長度、以及采用水利計算方法等的不同，要求提供的來水資料也有所不同，例如：對于無調(diào)節(jié)性能的引水工程——提供歷年（或代表年）的逐日流量過程資料；對于有調(diào)節(jié)性能的蓄水工程——提供歷年（或代表年）的逐月（或旬）流量過程資料，供水利計算使用。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計長期年的年、月徑流系列——長期年法（長系列操作法、時歷法、綜合法）；實際代表年的年、月徑流量——實際代表年法；設(shè)計代表年的年、月徑流量——設(shè)計代表年法。當具有長期實測徑流資料時，水文分析計算的成果一般可分為以下三種類型：1.3

設(shè)計年徑流的計算步驟第一步：基本資料的收集和審核（“三性”審查）；第二步：推求設(shè)計年徑流量（頻率計算）；第三步：確定年徑流在年內(nèi)的分配過程（年內(nèi)分配計算）；第四步：成果合理性檢查。第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2

資料的“三性”審查2.1可靠性徑流資料一般來自水文測驗和摘自整編成果，可靠性審查主要包括以下內(nèi)容：水文測驗資料——審查測驗方法和測驗成果。包括檢查水位和流量資料情況，并分析水位過程線形狀，從而了解當時的觀測質(zhì)量，探討有無不合理現(xiàn)象等；水文整編資料——審查整編方法和整編成果。包括檢查水位—流量關(guān)系曲線繪制和延長的方法，分析歷年水位—流量關(guān)系的變化情況等；水量平衡檢查——用來評估徑流資料的精度。根據(jù)水量平衡原理，下游站的徑流量應(yīng)等于上游站徑流量加區(qū)間徑流量，如不相等，分析原因。第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2一致性一致性是指組成水文資料系列的每個觀測值具有同一成因，對年徑流量系列而言，一致性是指所在流域的氣候條件和下墊面條件在觀測期內(nèi)比較穩(wěn)定，無顯著變化。氣候條件調(diào)查分析——變化比較緩慢，可以認為相對穩(wěn)定，但據(jù)相關(guān)研究，近年來氣候?qū)搅鞯淖兓呀?jīng)比較顯著。下墊面條件調(diào)查分析——不同區(qū)域的情況差別比較大，尤其在人口密集地區(qū)，下墊面受人類活動的影響非常大，例如流域內(nèi)的水庫、大型灌區(qū)、退耕還林、坡耕地的梯田改造等。實測徑流的還原計算——如果徑流過程受下墊面變化的影響顯著而不具備一致性時，需要對實測徑流資料進行還原計算。還原時要注意分析人類活動措施的不同發(fā)展時期和豐、平、枯水年還原水量的變化情況。還原方法：水量平衡法、降雨徑流相關(guān)法第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3代表性抽樣誤差用來衡量樣本對總體代表性的高低，水文計算成果的精度取決于樣本對總體的代表性。資料代表性的審查對衡量頻率計算成果的精度有重要意義。代表性審查內(nèi)容：樣本分布參數(shù)與總體分布參數(shù)的接近程度2.3.1參證變量法參證變量的選?。涸O(shè)計變量與參證變量的時序變化具有同步性，并且參證變量的長系列具有較高的代表性；計算參證變量長、短系列的分布參數(shù)，參證變量的短系列所處時段與設(shè)計變量實測系列的時段相同；如果參證變量長、短系列的分布參數(shù)值大致接近，就可認為參證變量的短系列具有代表性，從而認為設(shè)計變量系列具有代表性。[叁證變量法舉例]（此處略）第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2歷史調(diào)查法（成果論證法）調(diào)查歷史上出現(xiàn)過的旱、澇現(xiàn)象，估算其等級和頻率，然后與頻率計算成果中同等級的旱、澇頻率進行比較，如果比較接近，可認為所選取的徑流資料具有代表性；分析流域氣候特性（周期特性），如果實測徑流資料恰好包括同一個水文周期，可認為所選取的徑流資料具有代表性。3

設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配的分析計算3.1長期年法第一步：按水利年度排列為一個新的年、月徑流長系列第二步：從新系列中選出代表段，代表段須滿足以下三個條件：代表段中須包括有豐、平、枯水年；代表段中須包括一個或幾個完整的調(diào)節(jié)周期；代有段中的年徑流量均值、離勢系數(shù)須與長系列的相近。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第三步：用代表段的年、月徑流過程來代表未來工程運行期間的年、月徑流量的變化過程。3.2實際代表年法優(yōu)點：保證率的概念比較明確缺點：對水文資料要求較高、計算工作量大。一般應(yīng)用于大型水利工程的規(guī)劃設(shè)計實際代表年法是從實測年、月徑流量系列中，選出一個實際的干旱年作為代表年，用其年徑流的分配過程直接與該年的用水過程相配合而進行調(diào)節(jié)計算，從而求出調(diào)節(jié)庫容，確定工程規(guī)模。選出的年份稱為實際代表年，該年的年、月徑流量就是實際代表年年、月徑流量。優(yōu)點：操作簡單，直觀明晰缺點：不一定符合設(shè)計保證率一般應(yīng)用于灌溉工程的設(shè)計第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3設(shè)計代表年法第一步：計算時段的確定水電工程——取枯水期或年灌溉工程——取灌溉期

第二步：頻率計算及其成果的合理性分析統(tǒng)計出歷年各個計算時段的徑流量，并按大小次序排成一列，構(gòu)成計算序列利用適線法，求得各個計算時段徑流量的頻率分布曲線，并分析頻率曲線的均值、離勢系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)是否合理。第三步：設(shè)計時段徑流量的計算根據(jù)頻率曲線，運用第七章中的公式（7-28），結(jié)合附表1，即可推求出指定頻率的設(shè)計年徑流量，或指定頻率的設(shè)計時段徑流量；(7-28)………第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月從實測的歷年徑流過程線中選擇代表年的徑流過程線應(yīng)依據(jù)以下原則：選取年徑流量接近于設(shè)計年徑流量的代表年徑流過程線；實測年徑流量接近設(shè)計年徑流量的徑流過程線不只一條時，應(yīng)選取其中較為不利的，以使工程設(shè)計偏于安全。第四步：代表年的選取第五步：徑流年內(nèi)分配計算將設(shè)計時段徑流量按代表年的月徑流過程進行分配，有同倍比法和同頻率法。同倍比法：用設(shè)計年水量與代表年的年水量比值K年或設(shè)計供水期水量與代表年供水期水量的比值K供對整個代表年的月徑流過程線進縮放(1)………第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月同頻率法：基本思想是使所求的設(shè)計年內(nèi)分配的各個時段徑流量都能符合設(shè)計頻率，各時段徑流量的縮放可采用不同的倍比。其步驟如下：根據(jù)設(shè)計要求選擇幾個計算時段（如最小3個月、最小5個月、年等三個時段）；作各個時段的水量頻率曲線，并求得設(shè)計頻率的各個計算時段的徑流量（最小3個月的設(shè)計流量Q3,設(shè)、最小5個月設(shè)計徑流量Q5,設(shè)、設(shè)計年徑流量Q年,設(shè)）；按選代表年的原則選取代表年，在代表年的逐月徑流過程中，統(tǒng)計出各個計算時段的徑流量（最小3個月的徑流量Q3,代、最小5個月的徑流量Q5,代、年徑流量Q年,設(shè)）(2)……………第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：對水文資料長度要求不高，保證率的概念明確，可提供不同設(shè)計保證率下的來水資料；缺點：同倍比法在計算時段和代表年的確定上存在困難；同頻率法的年內(nèi)分配會改變實際代表年的年內(nèi)分配過程，須對年內(nèi)分配計算結(jié)果做成因分析。廣泛應(yīng)用于水電工程的水利水能計算某水庫的18年間的年、月徑流量資料如下表所示，用水流量q=3m3/s，求該水庫：4

計算實例供水保證率分別為P=10%、P=50%、P=90%的設(shè)計年徑流量；最小3個月、最小5個月的設(shè)計時段徑流量；用同頻率法計算該水庫的興利調(diào)節(jié)庫容。設(shè)計代表年法的優(yōu)缺點：第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月年份月平均流量(m3/s)年平均流量Q(m3/s)供水期T(月)供水期流量W[m3/（s·月）]所需庫容3456789101112121958～195916.522.043.017.04.632.464.024.841.982.471.8721.611.936.322.681959～19607.258.6916.326.17.157.506.811.862.672.734.202.037.7837.261.741960～19618.2119.526.424.67.359.623.202.071.981.902.3513.210.048.303.701961～196214.717.719.830.45.204.879.103.463.422.922.481.629.6437.021.981962～196312.915.741.650.719.410.47.482.975.302.671.791.8014.436.262.741963～19643.204.987.1516.25.552.282.131.272.181.546.453.874.7359.405.601964～19659.9112.512.934.66.905.552.003.271.621.170.993.067.8759.055.951965～19663.9026.615.213.66.1213.44.2710.58.219.038.358.4810.40001966～19679.5229.013.525.425.43.582.672.231.932.761.415.3010.2511.04.001967～196813.017.833.243.010.53.581.671.571.821.421.212.3610.9610.17.901968～19699.4515.615.537.842.76.553.522.541.842.684.259.0012.637.061.941969～197012.211.533.925.012.77.303.654.963.182.353.883.5710.312.350.651970～197116.324.841.030.724.28.306.508.754.527.964.103.8015.10001971～19725.086.1024.322.83.403.454.922.791.761.302.238.767.2448.083.921972～19733.2811.737.116.410.219.25.754.414.535.598.478.8911.30001973～197415.438.541.657.431.75.866.564.552.591.631.765.2117.735.983.021974～19753.285.4811.817.114.414.33.843.694.675.166.2611.18.420001975～197622.437.158.023.910.612.46.268.517.307.543.125.5616.9000表8-2某水庫歷年逐月平均流量表第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月解：年、月徑流量資料的整理和分析（“三性”審查）；列表統(tǒng)計各時段徑流量，統(tǒng)計結(jié)果如下表所示：年徑流量系列最小3個月徑流量系列最小5個月徑流量系列1.982.471.876.321.862.672.737.262.071.981.905.952.922.481.627.022.671.791.806.261.272.181.544.991.621.170.993.78

8.219.038.3525.591.932.761.416.101.821.421.214.452.541.842.687.063.182.353.889.417.964.103.8015.861.761.302.235.294.414.535.5914.532.591.631.765.983.843.694.6712.207.543.125.5616.224.024.841.982.471.8715.181.862.672.734.202.0313.493.202.071.981.902.3511.503.463.422.922.481.6213.902.975.302.671.791.8014.532.282.131.272.181.549.402.003.271.621.170.999.05

4.2710.58.219.038.3540.362.672.231.932.761.4111.001.671.571.821.421.217.693.522.541.842.684.2514.834.963.182.353.883.5717.948.754.527.964.103.8029.134.922.791.761.302.2313.00

5.754.414.535.598.4728.754.552.591.631.765.2115.743.843.694.675.166.2623.628.517.307.543.125.5632.031958～195911.91959～19607.781960～196110.01961～19629.641962～196314.41963～19644.731964～19657.871965～196610.41966～196710.21967～196810.91968～196912.61969～197010.31970～197115.11971～19727.241972～197311.31973～197417.71974～19758.421975～197616.9第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月對各個時段的徑流量系列進行頻率計算，成果如圖1~圖3及表8-3所示：圖1第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月參數(shù)計算時段均值CVCS/CVP=10%P=50%P=90%12個月131（10.97）0.322.0188(15.7)128(10.7)81.8(6.82)最小5個月18.00.472.029。3316。698.46最小3個月9.130.502.015。258。374.00表8-3某水庫時段徑流量頻率計算成果（流量單位：m3/s）按主要控制時段的水量相近來選代表年。這里選1964~1965年作為枯水代表年；按照式（1）求各時段的縮放比K，以1964~1965代表年為例：(5)………(3)………(4)………第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月計算設(shè)計枯水年年內(nèi)分配。月年型345678910111212全年總量平均1964～1965年）Q月9.9112.5012.9034.606.905.552.003.271.621.170.993.0694.507.87縮放比K0.860.860.860.860.860.860.840.841.061.061.060.86設(shè)計枯水年Q月8.5010.711.129.75.924.761.692.761.721.241.052.6381.806.82表8-4某站同頻率法P=90%設(shè)計枯水年年內(nèi)分配計算表