年径流分析与计算

第五章设计年径流分析与计算5-1概述5-2具有长期实测径流资料时设计年径流量及其年内分配的分析计算5-3具有短期实测径流资料时设计年径流量及其年内分配的分析计算5-4缺乏实测径流资料时设计年径流量及其年内分配的分析计算5-5流量历时曲线5-6设计枯水流量的分析计算目标：不同实测水文资料时的设计年径流计算重点：有实测资料时设计年径流的分析计算一、年径流与设计年径流1．年径流：在一年内通过河流某一断面的径流过程，流过的总水量，称该断面流域的年径流量2．设计保证率：用水得到满足的保证程度，常以保证供水年数占总年数的百分数表示，例如=95%，指平均100年间有95年用水得到保证3.设计年径流：作为工程设计依据的长期的河流来水过程，包括多年平均的年径流量、设计年径流量（符合设计保证率的年径流量）及其年内分配§5-1概述4．年径流的变化特点（1）地理分布不均（2）年内变化洪水期（汛期）枯水期（3）年际变化丰水年0)3~2(QQ丰平水年0Q平Q枯水年0)2.0~1.0(QQ枯5-1概述4、年径流量及其特性水文年：是以水文现象的循环周期作为一年，即从每年的汛期开始到第二年的枯水期结束为一年。水利年：是以水库的蓄泄循环周期作为一年，即从水库的蓄水开始到第二年水库供水结束为一年。日历年：阳历1月1日～12月31日。目前水文年鉴上刊印的年径流资料就是按日历年整编的，设计年径流计算一般也是按日历年进行的。（1）径流量的年内变化02004006008001000120014001600123456789101112时间（月）流量（m3/s）0100200300400500600123456789101112时间（月）流量（m3/s）5-1概述我国绝大部分河流年径流量年内分配主要取决于年降水量的季节变化。（2）径流的年际变化年径流过程线[（a）黄河陕县站、（b）松花江哈尔滨站]年径流在年际间存在丰水年和枯水年；年径流在多年变化中有丰水年组和枯水年组。5-1概述（3）径流的地区变化分布总趋势：自东南向西北递减，近海多于内陆，山地大于平原。200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)5-1概述根据年径流深等值线图，全国划分5个带：丰水带：年径流深在800mm以上，主要分布于东南沿海以及西藏东部和云南西南部。（3）径流的地区变化5-1概述200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)多水带：年径流深为800～200mm以上，主要分布于东北东部山地、淮河至秦岭以南的长江中下游地区，云南、广西大部以及西藏东部。（3）径流的地区变化5-1概述200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)过渡带：年径流深为200～50mm，主要分布于松嫩平原一部分，三江平原，辽河下游平原，华北平原，山西、陕西大部，青藏高原中部，祁连山区，新疆西部地区。（3）径流的地区变化5-1概述200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)少水带：年径流深为50～10mm，主要分布于松嫩平原中部，辽河上游，内蒙古高原南缘，黄土高原大部，青藏高原北部、西部的部分低山丘陵区。（3）径流的地区变化5-1概述200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)干涸带：年径流小于10mm，主要分布于内蒙古高原阿拉善高原，河西走廊，柴达木盆地、准噶尔盆地，塔里木盆地、吐鲁番盆地等。（3）径流的地区变化5-1概述200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)200200-400400-800800-10001000200200400400800800200200200-400400-800800-10001000200200400400800800200中国1km×1km数字降水图(mm)在水文计算中，研究影响年径流量的因素具有重要的意义。通过对影响因素分析研究，可以从物理成因方面去深入探讨径流的变化规律。另一方面，在径流资料短缺时，可以利用径流与有关因素之间的关系来推算径流特征值。也可对计算成果作分析论证。年降水量、蒸发量属于气象因素，流域的年蓄水量变化△S属于下垫面及人类活动因素。R=P-E-△S5-1-2影响年径流的因素二、影响年径流的因素作为气象因素的年降水量和年蒸发量，对年径流量的影响程度随流域所处的地理位置的不同而不同。在湿润地区，降水量较多，年径流系数较高，年降水量与年径流量之间具有较密切的关系，说明年降水量对年径流量起着决定性作用，而流域蒸发的作用就相对较小。在干旱地区，降水量少，年径流系数很低，年降水量与年径流量的关系不很密切，降水和蒸发都对年径流量起着相当大的作用。1、气象因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素以冰雪补给为主的河流，年径流量主要取决于前一年的降雪量和当年的气温。下垫面因素主要包括：地形、植被、土壤、地质、湖泊、沼泽、流域大小等。（1）地形地形主要通过对气候因素——降水、蒸发、气温的影响，间接对年径流量发生作用。2、下垫面因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素（1）地形地形对于降水的影响主要表现在山地对水汽的抬升和阻滞作用，使迎风坡降水量增大。增大的程度主要由水汽含量和抬升速度来决定。地形对蒸发和降水的作用，一般将使年径流量随高程的增加而加大，但增加到一定程度后，将不再增加。地形对蒸发有影响。一般气温随高程的增加而降低，因而使蒸发量减小。2、下垫面因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素（2）植被植被可以截留一部分雨水，然后蒸发，成为径流形成过程的损失量；植被的根系吸收大量的水分，使植物的散发量增大；植被的增加可以减少地面径流，增大入渗量，增大了地下径流量，并使径流形成过程变缓。2、下垫面因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素（3）土壤和地质土壤的结构和透水岩层的厚度，直接影响地下水储量的大小和调节能力的大小，因此影响年径流的年内分配过程。2、下垫面因素对年径流量的影响（4）湖泊和沼泽湖泊（包括水库在内）一方面通过蒸发的影响而间接影响年径流量的大小，另一方面通过对流域蓄水量的调节而影响年径流量年际的变化。湖泊或沼泽增加流域的水面面积，一般增加了蒸发量，从而使年径流量减少。另外，较大的湖泊增大了流域的调节作用，起着减小径流年际变化的作用。5-1-2影响年径流的因素在干旱地区，由于水面蒸发量和陆地蒸发量相差很大，湖泊对减少年径流量的作用较显著。在湿润地区，相差较小，湖泊对年径流量的影响较小。（5）流域大小流域面积大，流域的地面与地下蓄水能力强；同时，流域内各局部地区径流的不同期性，也随着流域面积的加大愈加明显。因此，大流域的径流在年内、年际变化比小流域要平缓些。小流域的河槽切割较浅，往往不能全部汇集本流域所产生的地下径流（属于流域不闭合的情况），其年径流深或年径流模数一般比同一气候区内较大流域的小。2、下垫面因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素人类活动对年径流的影响，包括直接和间接影响。直接影响如跨流域引水，直接减少（或增加）本流域的年径流量。间接影响如修水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地改梯田，植树造林，种植牧草等措施，主要通过改变下垫面性质而影响年径流量。一般来说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流量减少。3、人类活动因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素3、人类活动因素对年径流量的影响5-1-2影响年径流的因素（1）水利工程的兴利作用河川径流在年内和年际的变化是很大的，往往不能满足人们对水量的需求。为了解决水量供需之间的矛盾，就必须修建水利工程（如水库），对天然的河川径流进行人工调节。如水库工程在丰水期蓄水，在枯水期供水，这就是水利工程的兴利作用。水利工程的规模如何确定呢？现以确定灌溉水库的库容（V）为例说明。5-1-3设计年径流分析与计算的任务三、设计年径流分析计算的任务1．目的根据来水及用水，确定水利水电工程规模大小（2）工程规模与来水、用水、保证率的关系在丰水年份，由于降雨量多，河流中水量丰富，且作物要求的灌溉水量较少，来水与用水的矛盾不突出，解决这种丰水年份的灌溉要求，所需的工程规模（如水库的库容）较小。5-1-3设计年径流分析与计算的任务在枯水年份，降雨量小，河流中水量也较枯，并且由于气温高，蒸发大，耗水很多，作物要求的灌溉水量却很大，来水与用水的矛盾就很突出。为了满足这种枯水年份的灌溉要求，水库的库容就要大得多。（2）工程规模与来水、用水、保证率的关系5-1-3设计年径流分析与计算的任务在同样的干旱年份，即使年来水总量、用水流量相同，但由于径流年内各月分配不同，对库容大小也有影响。（2）工程规模与来水、用水、保证率的关系5-1-3设计年径流分析与计算的任务三、年径流分析计算的目的和内容、任务（一）目的：设计年径流是衡量过程规模和确定水资源利用程度的重要指标。设计保证率（p）：水资源利用工程的设计标准，反映了水资源的利用程度，即工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比。例如，一项水资源利用工程，有90%的年份可以满足其规划设计确定的目标，则其保证率为90%，依次类推。破坏率（q）：分析枯水期和最小流量时用p=1-q在规划设计阶段，水利工程的规模是由来水、用水矛盾的大小和希望解决矛盾的程度（即设计保证率）来决定的，也就是说，在规划设计阶段要分析工程规模、来水、用水、保证率四者之间的关系，经过技术经济比较来确定工程规模。工程的规模要依据来水与用水的平衡分析，由水利计算来确定来水问题（包括水量及其时间变化）由水文计算来确定用水计算将在有关专业课中介绍保证率主要由用水部门根据规范，结合实际情况综合确定。5-1-3设计年径流分析与计算的任务(1)基本资料信息的搜集和复查。包括设计流域和参证流域的自然地理概况、流域河道特征、有明显人类活动影响的工程措施、水文气象资料，以及前人分析的有关成果。对搜集到的水文资料，应有重点地进行复查，着重从观测精度、设计代表站的水位流量关系以及上下游的水量平衡等方面，对资料的可