水文学第四章课件

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1、第四章 年径流及洪、枯径流,内 容： 4.1 概述 4.2 设计年径流量 4.3 设计年径流量的年内分配 4.4 设计洪水流量和水位 4.5 设计枯水流量和水位 重 点： 洪水资料的选择、审查和插补延长方法； 特大洪水处理； 不连续系列及统计参数确定，频率计算； 洪峰洪量频率计算，设计成果的合理性分析 难 点： 设计洪峰流量计算； 特大洪水处理； 不连续系列统计参数确定,第四章 年径流及洪、枯径流,4.1 概述,年径流量：一年内通过河流某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。 多年平均径流量：年径流量的多年平均值。 年内变化或年内分配：年径流量是由洪水期和枯水期的水量所组成，这种季节性的

2、径流量的交替变化称为年内变化或年内分配。 洪水径流：指河中流量激增，水位猛涨而超出基本河床，具有一定危害性的大水。一般由夏秋季暴雨、大雨、大面积降雨造成，或春季融雪形成。 枯水径流:指地面径流减少，河槽容蓄的水量枯竭，河水主要靠地下水补给时的河川径流。特点是：流量小，多发生在冬季。,4.2 设计年径流量,了解设计年径流计算、丰水年、平水年、枯水年、水 文比拟法的概念。 了解具有长期实测资料时、资料不足情况下以及缺乏 实测资料时设计年径流量的推算。 一、年径流变化特点和分析方法 1、基本概念 设计年径流计算：在给水工程的规划设计中，需求出径流年际变化中相应于某一设计频率的年、月径流量，作为规划设

3、计的依据，称为设计年径流计算。,第四章 年径流及洪、枯径流,丰水年：年平均流量较大的年份。 平水年：年平均流量接近于多年平均流量的年份。 枯水年：年平均流量较小的年份。,2、年径流变化的一些特性： 1）径流过程不重复 2）年际间变化大 3）多年变化中有丰水年组和枯水年组交替出现的现象。,第四章 年径流及洪、枯径流,4.2 设计年径流量,3、分析方法：频率分析法,4.2 设计年径流量,二、具有长期实测资料时设计年径流量的推算？,第四章 年径流及洪、枯径流,条件：有20年以上的实测的径流量资料。 推算步骤如下： 1、资料审查：审查实测资料的的可靠性、一致性、代表性。 2、频率计算：按频率分析法求得

4、设计年径流量。 3、成果合理性分析：借助于水量平衡原理和地理分布规律对多 年平均年径流量、年径流变差系数和偏态系数进行合理性评 价。,二、资料不足情况下设计年径流量的推算？,方法：实测资料只有10年左右时，可利用其它同期实 测水文资料作相关分析，对径流量系列进行插补或延 长。相关分析后年径流量计算方法同有实测资料情况。 其它水文资料：A 参证站河川径流系列 B 降水系列 要求：1 符合相关分析的条件 2 参政站资料在20年以上。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1、利用本站水位流量关系展延 2、利用参证站水位或径流关系展延 （

5、1）一般先进行图解分析，点绘相关图，目估定出平均 关系图。求出设计站径流展延后的N年展延系列，再进行频 率分析。 （2）缺少整年的实测资料，或年数很短，可考虑利用月 径流之间的关系来展延系列。 3、利用降水资料展延系列 在气候湿润、雨量丰沛的地区，年径流量与降雨量的关 系密切。在干燥少雨地区，降雨大部分消耗于蒸发，年径流 系数很低，则降雨径流相关关系差。,4.2 设计年径流量,三、缺乏实测资料情况下设计年径流量的推算？,第四章 年径流及洪、枯径流,常用方法：参数等值线图法与水文比拟法 1、参数等值线图法： 等值线：把数值相同的点连接起来的线。 等值线图：将等值线绘制在地图上，即等值线图。 利用

6、多年平均径流量 等值线图和年径流量变差系数 等 值线图查算年径流统计参数，对多数情况下可按 CS = 2CV 计算 年径流量，等值线图可查阅各地区各大流域的水文手册。,2）变差系数 等值线图 a、流域大于3000 km2时， 较准确。 b、流域面积较小时，小于500 km2，由等值线图所得 的 值往往偏大，应进行修正：即用大流域推算或 修正小流域的 值。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1）平均年径流深 等值线图 a、流域面积较小而等值线分布均匀时，平均年径流深 可根据流域面积形心附近的两条等值线的数值，用内 插法算出形心处的多年平均径流深。 b、流域面积大，有多条等值线穿过

7、，而且等值线分布 不均匀时，可用面积加权法推求多年平均径流深。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1）直接移用径流深 参证流域与设计流域降雨量基本相等，流域面积 相差小于15%，可直接移用径流深度R值。,2、水文比拟法：利用参证流域的水文资料推算设计流 域参数的一种方法。 关键：选择合适的参证流域：有较长的实测资料； 其气候条件、流域的下垫面情况应十分相似；流域面 积也应相差不大。,2、用降雨量修正 两流域降雨情况不一样时，不能直接用径流深，可 假定两流域的径流系数相等（径流深度/降雨量），即： Ps，Rs Pc，Rc 3、移用

8、参证流域的年降雨径流相关图 4、移用参证流域的次降雨径流相关图,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,设计年径流量： 1 具有长期实测资料时设计年径流量的推算？ 资料审查、频率计算、成果分析 2 资料不足情况下设计年径流量的推算？ 相关分析 3 缺乏实测资料时设计年径流量的推算？ 等值线图、水文比拟法,掌握径流年内分配的表示方式、有长期实测径流资料 时、缺乏实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定， 了解并掌握日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用？,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,一、径流的年内分配 分配不均， 需进行径流调节,两种表示方式： 1、流量（

9、或水位）过程线（主要形式）：一年内径流随时 间的变化过程。逐月（或旬、日）表示。 2、流量（或水位）历时曲线：年内大于或等于某个值的径 流量出现时间占全年的百分比。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,二、有长期实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？,1、代表年法：推求设计年流量的年内分配，是从实测资料中 选取某一年的径流分配作为模型，设计年流量年内分配即按 此模型计算，称为代表年法。 2、缩放倍比：设计年径流量与代表年径流量的比值K，称为 缩放倍比,3、选取枯水年为代表年应满足的条件： 1） 年径流量与设计年径流量相近。 2 ）对工程最不利（枯水期长、枯水流量小、

10、年内分 配不均匀）。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,2对三个年份进行分析比较后，认为19641965年选为代表 年比较合适。 3计算缩放倍比K： 4将代表年的各月平均流量乘以K，即得设计年内各月的平均 流量。,例：根据某测站18年年平均流量资料推求出P90的设计 年平均流量为6.82m3/s试求其以月平均流量表示的年内分配 (按水文年)。 1在实测资料中选出与设计年平均流量相近的1959一1960、 19641965、19711972三年作为代表年选择的对象，它们的 年平均流量分别为7.77，7.87和7.24m3/s。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年

11、径流及洪、枯径流,三、缺乏实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？,一般采用水文比拟法，直接移用参证流域典型年的年内 分配比例，用以推求本站设计年径流量的年内分配。 参证流域条件：影响径流年内分配条件相似；有长期实 测径流资料。,四、日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用？ 1、将代表枯水年的日平均流量按递减次序排列，分组 统计各组流量出现的天数，以及大于等于各组下限流量的 累积天数。 2、设计大于等于各组下限流量的累积天数占全年天数 的百分比（保证率）。 3、以纵坐标表示流量（水位），横坐标表示百分比， 将各组下限流量值及相应的百分比点绘于坐标中，过点群 中心画一条曲线，这就是流量（水位）历

12、时曲线。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,了解设计洪水的意义及推算方法；掌握洪水选样方法和特大 洪水资料的处理；掌握特大洪水资料加入系列后，统计参数的 计算;熟悉目估适线法进行洪水频率分析的过程、注意问题。 一、洪水及设计洪水 1、概念 1）洪水：流域内的暴雨或大面积的降雨产生的大量地面水 流，在短期内汇入河槽，使河中流量骤增，水位猛 涨河槽水流呈波状下泻，这种径流称为洪水。 2）设计洪水：根据工程设计规模，从安全经济考虑，在修建 使用期间需要抗御某一量度的洪水。是一种“模式洪 水”或“概化洪水”。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,2、洪水三

13、要素： 洪峰流量Qm（m3/s）：一次洪水 的流量最大值。 洪水过程线：一次洪水的过程由 ABC曲线表示，称为洪水过程线。 一般情况下，t2t1。T= t1+t2 ， 称为洪水历时。 洪水总量 W（m3）：ABC曲线与A，C两点的时间横轴所包围的 面积是一次洪水的总水量，称为洪水总量。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,二、推求设计洪水的方法,由流量资料推求： 本节主要讲述内容。 由暴雨资料推求： 第六章讲述。 由经验公式推求： 第六章6.5节内容。 由水文气象资料推求：第五章5.5节内容。,三、设计洪水标准 设计洪

14、水之前，必须确定工程建筑物的防洪标准。防洪设 计标准分为2类：一确保水工建筑物安全的防洪设计标准，二 保障防护对象避免一定洪水威胁的防洪设计标准。,四、 洪水资料的审查：可靠性、一致性、代表性,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,五、洪水资料的插补延长（实测资料较短或有缺测年份）,利用上下游或邻近流域站的资料 利用洪峰洪量关系延补 利用本流域暴雨径流关系进行插补延长,对洪峰资料进行插补延长应注意的问题： a 延长年数 实测年数 b 进行相关分析时，至少有10年资料，即10组同步观测数据。 c 相关分析时各点据与回归线的相对误差 20%，否则不采用。 d 曲线延长幅度不宜超过

15、实测资料变幅的50%，相关曲线转弯处要 有实测点。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,六、 洪水资料选样,1、洪水资料的选样：根据工程设计的要求确定选用哪些洪水的 数字特征作为分析研究的对象，以及如何在连续的洪水过程 中选取这些数字特征。 2、选样方法： 1）年最大值法：每年只选取最大的一个瞬时洪峰流量组成样本 系列。 n年得n项 2)超大值法：将n年实测的洪峰流量按大到小排列，取前S项作为 样本系列，若平均每年得m0个样本，一般为35。则样本总 数为S=m0n，S视需要而定。 3)超定量法：先规定一定值作为标准值，凡实测洪峰流量大于此 标准的实测资料都选入样本系列。,4

16、.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,七、特大洪水资料的处理,1、特大洪水及其重要性 特大洪水:历史上曾经发生过的，或近期观测到的，比其它一 般洪水大得多的稀遇洪水。 特大洪水重要性：工程要求的设计洪水为百年一遇或千年一 遇的稀遇洪水。而实测洪水资料少，为解决这一矛盾， 除利用已有的实测资料外，还要重视并运用特大洪水资 料。含有特大洪水值的系列，样本系列代表性增强。实践 证明，用二、三十年的洪峰流量系列推论百年、千年一 遇的洪水情况，若有特大值的经验累积频率点据作为适 线法得出的理论频率曲线更合理可靠。,4.4 设计洪水流量和水位,2、连续系列和不连续系列,第四章 年径流及洪、枯径流,连序系列（连序样本）：对于n年实测和插补延长的资料系 列，若没有特大洪水需提出另外处理，将其值按从大到小 排位，序号是连贯的，称为连序