(完整版)第三章设计年径流分析计算

第三章设计年径流及其年内分配水利电力学院主要内容具有长期实测资料的设计年径流的计算设计年径流具有短期实测资料的设计年径流的计算缺乏实测资料的设计年径流的计算设计年径流的年内分配分析计算第一节概述一、年径流的特性年径流的定义：在一个年度内，通过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量。可用年平均流量、年径流深、年径流总量或年径流模数表示。单位分别是什么？特性：1、年径流具有大致以年为周期的汛期与枯季交替变化的规律2、年径流在年际间变化很大3、年径流量在多年变化中有丰水年组和枯水年组交替出现的现象。二、工程规模与来水、用水、保证率的关系年径流量的自然变化情势往往与用水部门的需水有矛盾。为了按时按量地满足用水部门的需水要求，必须兴建水利工程（水库等），对天然径流加以人工调节，按用水要求泄放。各项水利工程的规模如何确定？以确定灌溉水库的兴利库容为例说明。123456789101112流量(1)丰水年来水、用水123456789101112流量(2)枯水年来水、用水在规划设计阶段，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（设计保证率）来决定的，即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，经过经济技术比较来确定工程规模。三、水文计算任务设计年径流量是指相应于设计保证率的年径流量。设计保证率需根据各用水部门的设计标准确定。计算的具体任务是：分析研究年径流量的年际变化和年内分配规律，提供工程设计的主要依据-----------来水资料。第二节影响年径流量的因素研究影响年径流量的因素，可从流域水量平衡方程式着手。以年为时段的流域水量平衡方程式：RPEuW径流量降雨量蒸发量交换水量蓄水变化量气候因素下垫面因素人类活动影响思考：当流域为闭合流域时，哪一项为零？（一）气候因素对年径流的影响在湿润地区，降水量较大，大部分形成了径流，年径流系数较大，年降水量与年径流量之间具有较密切的关系，降水量对年径流量起着决定性作用，蒸发作用相对较小；在干旱地区？（二）下垫面因素对年径流的影响地形、植被、土壤、地质、湖泊、沼泽、流域大小等。（三）人类活动因素对年径流的影响跨流域引水、修建水库、塘坝、旱田改水田等。第二节影响年径流量的因素第三节具有长期实测资料时设计年径流量及年内分配分析计算设计年径流量的计算包括：实测年径流量资料的审查和设计年径流量的推求。一、水文资料的审查可靠性水位资料水位流量关系水量平衡一致性气候条件下垫面条件代表性样本与总体代表性的接近程度二、设计年、月径流系列的选取几个概念日历年水文年：从每年的汛期开始到下一年的枯水期结束为止。水利年：以水库蓄水开始至第二年水库放空为止。实测径流系列经过审查和分析后，再按水利年度排列为一个新的年、月径流系列后，从这个系列中选出代表段。代表段中应包括有丰、平、枯水年。三、实际代表年年、月径流的选取实际代表年法就是从实测年、月径流量系列中，选出一个实际的干旱年作为代表年，用其年径流分配过程直接与该年的用水过程相配合而进行调节计算，求出调节库容，确定工程规模。实际代表年法在小型灌溉工程的设计中应用较广。四、设计代表年年径流量及年内分配的计算设计代表年年径流量及年内分配的计算步骤为：（1）根据审查分析后的长期实测径流量资料，按工程要求确定计算时段，对各种时段径流量进行频率计算，求出指定频率的各种时段的设计流量值。（2）在实测径流资料中，按一定的原则选取各种代表年，对灌溉工程只选枯水年为代表年；对水电工程一般选丰水、平水、枯水三个代表年。（3）求设计时段径流量与代表年的时段径流量的比值，对代表年的径流过程按此比值进行缩放，即得设计的年径流过程线。（一）设计时段径流量的计算1.计算时段的确定设计灌溉工程时，一般取灌溉期作为计算时段；设计水电工程时，因为枯水期水量和年水量决定着发电效益，采取枯水期或年作为计算时段。2.频率计算3.成果合理性分析（1）多年平均年径流量的检查。（2）年径流量离势系数的检查。（3）年径流量偏态系数的检查。二、设计代表年年径流量的年内分布计算1.代表年的选择2.径流年内分配计算（1）同倍比法（2）同频率法从实测径流资料中选择代表年，可按下述原则。1.选取年径流量与设计年径流量相接近的年份作为代表年。2.选取对工程较为不利的年份作为代表年。对于灌溉工程，灌溉枯水期比较枯的年份；对于水利工程而言，应选择枯水期较长、枯水期比较枯的年份。(1)同倍比法整个分配过程按同一倍比k进行放大。K可选取按年水量进行控制，也可按供水期水量进行控制。ppddQQKKQQ年，供，年供年，供，用上面公式计算的倍比对整个代表年的月经流过程进行缩放，即得设计年径流量年内分配过程。(2)同频率法各时段采用不同的放大倍比，放大后各时段的径流量都符合设计频率。具体计算步骤：1）根据要求选定几个计算时段，如最小1个月、最小3个月、最小7个月、全年四个时段。2）做各个时段的水量频率曲线，并求得设计频率的各个时段径流量，如最小1个月的设计径流量、最小3个月的设计径流量等。3）按选择代表年的原则选定代表年，统计最小1个月的流量、最小3个月的流量等，按同倍比或同频率方法对典型进行缩放，得到设计年径流量过程。【例】某水库具有18年的年、月径流资料，见下表。设计保证率p=90%的年最小3个月、最小5个月的设计径流量见表2，求设计年内分配过程。时段均值CvCs/CvQp12个月1310.32281.8最小5个月180.4728.45最小3个月9.10.524某水库时段径流量频率计算成果（p=90%）1.频率计算设计丰水年、设计水平年及设计枯水年的设计年径流。310%15.7m/sQP=10%的设计丰水年，350%10.7m/sQP=50%的设计平水年，P=90%的设计枯水年，390%6.82m/sQ2.典型年的选择3,10%16.9m/sdQ3,50%10.0m/sdQ3,90%7.87m/sdQ典型特征值：3.同倍比法计算放大倍比设计丰水年：10%15.70.92916.9pdQkQ50%10.71.0710.0pdQkQ90%6.820.8667.87pdQkQ设计平水年：设计枯水年：3.设计年径流年内分配计算月345678910111212平均枯水代表年（1964~1965）9.9112.5012.9034.606.905.552.003.271.621.170.993.067.87p=90%设计枯水年8.5810.8311.1729.965.984.811.732.831.401.010.862.656.82平水代表年（1971~1972）8.2119.5026.4024.607.359.623.202.071.981.902.351.3210.00p=50%设计平水年8.7820.8728.2526.327.8610.293.422.212.122.032.511.4110.70丰水代表年（1975~1976）22.4037.1058.0023.9010.6012.406.268.517.307.543.125.5616.90p=10%设计丰水年20.8134.4753.8822.209.8511.525.827.916.787.002.905.1715.70同频率放大讨论：同频率和同倍比有哪些优缺点？时段均值CvCs/CvQpQd12个月1310.32281.894.5最小5个月180.4728.459.05最小3个月9.10.5243.78某水库时段径流量频率计算成果（p=90%）1、某站年径流系列符合P-Ⅲ型分布，其中650,162.55,2RmmmmCsCv试计算p=90%的Rp？2、某水库P=80%，设计年径流量，从坝址18年径流资料中选取接近设计年径流量且分配较不利的1953-1954年作设计代表年，分配如下，试求设计年径流量的年内分配。38.76/pQms年份年平均月份567891011121234Q(m3/s)65.2832.926.35.843.554.453.273.754.725.454.18195319548.813、已知某站F=1000km2，多年平均年径流系数0.65多年平均年降水量为600mm，现进行设计年径流的年内分配计算，典型年年平均流量为6m3/s，对于P=95%查得Kp=0.7，试求年径流年内分配的放大倍比。第三节具有短期实测资料的设计年径流量及年内分配的分析计算一、参证变量选择利用参证变量展延缺测或插补资料时，选择的参证变量应具有下列条件：1.参证变量与设计变量在成因上有密切关系2.参证变量具有充分长的实测资料，以用来展延设计站系列3.参证变量与设计变量之间要有一段相当长的同步观测资料，以便建立可靠的相关关系。相关分析法插补展延。二、相关法展延系列（一）利用径流量资料展延系列1.利用年径流量资料展延2.利用月径流量资料展延（二）利用降雨量资料展延系列1.年降雨径流相关法2.月降雨径流相关法三、相关法展延系列时必须注意的问题1、相关图的点据是确定相关线的基础，点据必须如实标明。2、要求设计变量与参证变量同步观测项数不得太少。3、利用实测资料建立的相关关系，只能反映在实测资料范围内的定量关系。4、相关线反映的是平均情况下的定量关系。资料情况及测站如表和图所示，现拟在C处建一座水库，试简要说明展延C处年径流系列的计算方案。FQA36001952-1985B10001958-1985C24001976-1985D725001910-1985CBAD【例】例1：已知某流域年径流量R和年降雨量P同期系列呈直线相关，760,1200,160,125RPRmmPmmmmmm相关系数r=0.90，试写出R倚P的相关方程，已知该流域1954年年降雨量为1800mm，试求1954年的年径流量。例2：已知某水库坝址处共有21年年平均流量Qi的资料，已计算出212132112898/,(1)0.80iiiiQmsk求（1）年平均径流量,,QCv(2)设Cs=2Cv时，P-Ⅲ型曲线与经验点配合良好，试按表求P=90%时的设计年径流量？例：某水库多年平均流量315/,0.26,2.0QmsCvCsCv年径流理论频率曲线为P-Ⅲ型，（1）按表求该水库十年一遇枯水的年径流量？（2）按表2给出的设计代表年，求设计年径流的年内分配？2050759095990.21.160.251.20.980.820.70.630.520.31.240.970.780.640.560.44P-Ⅲ型频率曲线模比系数kp值表（Cs=2Cv）月份123456789101112全年Q（m3/s)0.090.30.951.21.343.290.660.530.190.320.150.119.08【例】为了陈村灌区的需要，拟在青戈江支流徽水上建平垣水库。平垣站具有14年短期实测年、月径流量资料，要求根据资料情况，展延平垣站年、月径流系列。（一）基本资料第四节缺乏实测资料的设计年径流量及年内分配的分析计算RxKx设参RWKW设参RR设参一、水文比拟法水文比拟法是将参证流域的某一水文特征量移用到设计流域上来的一种方法。这种移用是以设计流域影响径流的各项因素与参证流域影响径流的各项因素相似为前提。（一）多年平均年径流量的计算1.直接移用2.考虑修正FKF设R参（二）年径流变差系数的估算（三）年径流偏态系数的估算二、参数等值线图法（一）绘制水文特征值等值线图的依据和条件（二）多年平均年径流深等值线图的绘制和使用1、绘制多年平均年径流深等值线图2、径流变差系数等值线图3、设计年径流量及其年内分配计算例：某设计站只有1998年一年的实测径流资料，其年平均流量3128/Qms而临近参证站（各种条件和设计站相似）则有长期径流资料，并知Cv=0.3，Cs=0.6，设计站的1998年径流量在频率曲线上对应的频率值为90%，试按水文比拟法估算设计站的多年平均流量Q。例：某流域多年平均年径流深等值线图如下：（1）用加权平均