水文学第4章青岛理工大学

2020/5/121第四章年径流与洪、枯径流2020/5/122•掌握实测资料充分及不充分时，河川水文问题的处理方法，即流量的计算，径流的年内分配问题。重点2020/5/123§4—1概述一、概念1、年径流量——一年内通过河流某控制断面的流量，称此断面以上流域的年径流量。年径流量由洪水期和枯水期的水量组成2020/5/124表示径流的方法：年平均径流量Q年径流深度R年径流总量W年径流模数M2020/5/125（1）雨洪——由暴雨造成的洪水。（2）春汛——由春季融雪形成的洪水。2、洪水径流——指河中流量激增，水位猛涨，并超过基本河槽，具有一定危害性的大水。特点：具有随机性2020/5/1263、枯水径流——指地面径流减少，河水主要靠地下水补给时的河川径流。4、年正常径流量——年径流量的多年平均值（即多年平均径流量）。2020/5/127（1）年径流深度的多年平均值：可用R0表示nRRin（2）当观测年n足够大时，在气候和流域的下垫面趋于一个稳定因素都基本稳定的情况下，的值，此值即年正常径流量。nR2020/5/128（3）总体的年正常径流量——当观测资料项数无限大时，体的年正常径流量。可作总nR5、本章讨论主要内容径流量的年内分配径流量的年际变化设计枯水流量设计洪水流量2020/5/129二、研究径流量与洪、枯径流量的目的1、预测洪水对运行中的水工建筑物所造成的危害；2、预测取水工程所能受到的枯水影响；3、根据年径流量的变化，确定合理的取水形式。如建水库塘堰等水利设施进行调节时，应分析径流的年际变化及年内分配（即某一年径流量在年内逐时（月、季）的流量大小分配情况）。洪水径流量、枯水径流量、年径流量不可放在同一系列中作统计分析。注意2020/5/1210岸边式取水构筑物2020/5/1211§4—2设计年径流量设计年径流量——设计频率标准下的年径流量。设计年径流计算主要内容：设计年径流量的年内分配年径流变化特点及分析方法设计年径流量推算（有资料、缺乏资料、资料不足）2020/5/1212一、年径流变化特点及分析方法随机性数理统计法一般应有20年以上的资料二、具有长期实测资料时设计年径流量推算分析方法特点1、径流资料的审查2、频率计算3、成果合理性分析三大步骤2020/5/12131、径流资料的审查水文资料的审查内容径流资料应满足可靠性一致性代表性2020/5/1214——系列中的每一个数据必须具有一定的可靠性，以保证统计结果的正确性。为此，应对水文资料逐一检查、相互核对。（1）可靠性如：水量平衡法进行复核上下游水文资料对比2020/5/1215（2）一致性——在统计计算中，同一系列的所有资料必须是同一类和同一条件下产生的。性质不同的资料不能统计在一起计算例如：降雨洪水和融雪洪水的流量资料，因洪水成因不同，不可统计在一起。流域内自然条件或河道中水流情况有显著变化时，变化前后的资料不可统计在一起。2020/5/1216（3）代表性——水文统计法是利用样本资料来推算总体的参数值，故样本必须具有一定的代表性。例如：资料过短时，很可能处在丰水年或枯水年连续出现的时期，从而使计算结果偏大或偏小，故应选择包含丰水年、枯水年的有代表性的样本。2020/5/12172、频率计算（1）方法：矩法与试错适线法相结合（2）要点：3确定设计频率标准下的年径流量1选择好统计参数2试算合适的理论累积频率曲线Qvcsc2020/5/12181适线时应注意p50%部分与经验点据的符合情况。（3）注意：3*以水库或蓄水池进行径流调节时，设计频率标准一般为90-95%。具体可视工程的要求而定。枯水部分2设计频率标准参照有关的手册。2020/5/12193、成果合理性分析自阅p93•主要是对统计参数进行合理评价•可借助水量平衡原理及地理分布规律进行2020/5/1220三、资料不足时设计年径流量的推算可利用参证站同期实测资料作相关分析可利用降水资料作相关分析径流资料2020/5/1221A、与设计断面位于同一河流的上、下游或邻近的流域。B、形成径流的气候因素和下垫面因素十分相似。参证站的选择条件2020/5/12221、利用年径流资料（或月径流资料）展延实测年数较短时1利用年径流量之间的关系来展延方法：将参证站与设计站相同年份的资料绘成图表，找出关系。若点据过于散乱，可用相关计算法，最后进行频率分析。2020/5/12232利用月径流量之间的关系展延例：4—14—2在缺乏整年的实测资料，或实测年数很短时，可利用月径流量之间的关系展延。2020/5/12242、利用降水资料展延径流系列雨量丰沛地区干燥少雨地区当缺乏具有长期资料的参证站时，可考虑此法。一般降雨和径流关系比较密切，可将年降雨资料作为参证站直接进行展延如图4—3一般降雨和径流关系不密切，可将各年汛期降雨资料占全年降雨量比例作为参考进行展延如图4—42020/5/1225注：作为参证站的雨量站点必须能代表流域平均情况，当有多个雨量点时，应据相应的方法计算其平均雨量。具体方法有：算术平均法加权平均法（泰森多边形法）等雨量线法见第五章2020/5/1226四、缺乏实测资料时年径流量的推算缺乏实测径流资料或虽有短期资料但无法展延时，可借助于频率曲线估算设计年径流量，而三个统计参数可用以下方法推求：等值线图法水文比拟法2020/5/12271、等值线图法在闭合流域内，正常年径流量主要与流域内的降水量和蒸发量有关，后两者在区域上有一定的规律性分布，故可将正常径流等值线绘制在地图上。各地区及大流域的水文手册均有此等值线图，可直接查有关图表。——利用多年平均年径流量（年正常径流量）等值线图和年径流变差系数等值线图查算及xvc（1）的推求：x2020/5/12281平原地区较小流域——先勾画出流域面积，确定面积的重心位置，然后用内插法找出重心处的等值线数值，此值便可作为流域出口处正常年径流量。方法适用于等值线分布均匀时2020/5/12292平原地区较大河流或山川河流——由于面积较大，往往有许多等值线，且分布不均匀时，可用面积加权法求正常年径流量。FfRFfRfRfRRiinn2211公式：4.3式fi——相邻两等值线间的面积。Ri——对应于fi的平均正常径流深度,可取两等值线的算数平均值。2020/5/1230（2）Cv可查有关水文手册或等值线图注意流域面积对Cv的影响对大、中流域可直接查。对较小流域需作适当的调整。对干旱地区：Cs2Cv。一般可取Cs=2Cv。或查有关区域性水文手册。对湖泊率较大的河流：Cs2Cv。（3）Cs的推求2020/5/12312、水文比拟法——即将参证流域的水文资料移植到设计流域的方法（1）直接移用径流深度←降雨量基本相同时一般用于设计站与参证站的流域面积不超过15%的情况2020/5/1232（2）将参证站的参数进行修正设计流域与参证流域降雨情况有差别时1用降雨量修正原则：假定参证流域和设计流域的径流系数相等公式：CCSSPRPR2020/5/1233公式：=QSFSQCFC2用流域面积修正原则：假定参证流域和设计流域的流速相等。略2020/5/1234（3）移用参证流域的年降雨径流相关图例：图4—3、4—4（4）移用参证流域的次降雨径流相关图据参证流域每次的降雨和径流资料绘制而成2020/5/1235§4—3设计年径流量的年内分配一、径流的年内分配——河川径流量在一年内的变化过程称作径流的年内分配1、设计年径流量的年内分配——指设计频率标准下的年径流量年内的变化过程2020/5/1236径流年内分配表示方法：流量过程线法流量历时曲线法后述日、旬、月、季平均流量过程线。流量过程线——一年内径流随时间的变化过程2020/5/12372、意义由于我国的气候受季风影响较大，径流年内分配很不均匀，夏丰冬枯，往往需要采取工程措施以丰养枯，才能满足需要。这就需要预估设计年径流量的年内分配情况，以根据实际用水量确定水库或蓄水池的调节容量。当需水过程一定时，所需要的调节容量便由径流的年内分配决定。在給水工程中，若以水库或蓄水池进行径流调节，一般可利用设计频率为90—95%的不同设计频率的年径流量及最不利的年内分配进行设计。2020/5/1238二、有长期实测径流资料时的设计年径流量年内分配——确定设计年径流量年内分配，在规化中小型工程时，大多采用代表年法。1、代表年法——从实测的资料中选取某一年的年内径流分配作模型，设计年径流量年内分配按此模型计算，即代表年法。此选定的模型年即代表年（也称典型年）2020/5/12392、代表年类型一般地：对于水力发电工程应选丰水、枯水、平水三个代表年；对于给水工程或农业灌溉可只选枯水年为代表年。所选择的代表年应满足一定的条件丰水年枯水年平水年2020/5/12403、设计年径流量的年内分配方法i=1，2，……，12。代表年已选定同倍比放大法:dpQQkidipkQQ2020/5/1241三、缺乏实测资料时设计年径流量年内分配计算自学一般可采用水文比拟法，选好参证流域，典型年，利用一定的百分比即可推求设计年径流量的年内分配。2020/5/1242（1）流量历时曲线——表示年内等于或大于某流量的流量所持续时间的曲线。1、绘制四、日流量历时曲线的绘制和应用（2）方法1选定典型年若为取水工程应选定枯水年作典型年2020/5/1243%100365)(21iitttQQp←累积频率3统计Q≥Qi累积出现的天数，且以占全年的百分比表示；4绘制Q～p关系曲线；5还可作成月流量历时曲线，或某一时期日流量历时曲线。2将典型年的所有资料从大到小排列，分成几组，统计每组流量出现的次数；2020/5/12442、应用QP(100%)30Qi可根据历时曲线很容易的查得某一流量的持续时间或占全年的百分比（即天数）例：p(Q≥Qi)=30%，表示大于或等于Qi的流量在全年出现的百分比为30%计：365×30%=109.5(天)流量历时曲线2020/5/1245§4—4设计洪水流量及水位1、洪水——河中流量剧增，水位猛涨，具有一定危害性的大水。2、设计洪水——符合设计频率标准的洪水一、洪水及设计洪水2020/5/12463、设计洪水三要素洪水流量逐时变化情况设计洪峰流量设计洪水总量设计洪水过程线设计洪水要解决的问题2020/5/12474、应考虑的问题（1）容量较小的防洪水库：设计洪水只考虑设计洪水总量（2）有一定调节功能的较大水库：设计洪水考虑三要素（3）一级取水泵房，城市排洪，堤防工程：设计洪水取决于设计洪峰流量或洪水位。2020/5/12485、频率选择——可结合当地的经济实力，工程等级，查有关手册确定。6、工程意义——为防止水工建筑物遭洪水侵袭，可在设计规划时充分考虑洪水所能带来的危害，采取合理的措施，保证工程安全。2020/5/1249二、推求设计洪水的方法1、有流量资料时，由流量资料推求设计洪水利用数理统计法，即：把洪峰流量，洪水总量作为随机变量，通过频率分析与计算，确定设计洪峰流量或洪水总量。2、有暴雨资料时，由暴雨资料推求设计洪水详见第六章2020/5/12503、暴雨、洪水资料都缺乏时，利用各地经验公式及水文图册估算第五章第五节见第六章4、由水文气象资料推求设计洪水水文气象法先分析天气形势和统计风速、露点、降水等气象资料，从而推求可能的最大降雨；然后再经产流与汇流计算，求出可能的最大洪水。不管是何种方法，都要在工程所在断面的附近进行洪水调查，其成果可用来参与计算，也可作为分析论证的依据。2020/5/1251三、设计洪水标准两种洪水频率设计标准自阅四、洪水资料的审查见p107资料应有一定的一致性可靠性代表性2020/5/1252五、洪水资料的选样超大值法超定量法年最大值法——从每年的实测资料中选取一个最大值组成样本系列数据必须是同一因素下产生的——将每年的实测资料从大到小排列，从中选取S个最大值组成样本系列。——在每年的实测资料中，选取超过某一标准值的全部数据组成样本系列。2020/5/1253—