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1、第四章 年径流及洪、枯径流,一、概述 在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。 在一定时段内，通过河流某一断面的累积水量称为径流量，记作W (m3)；也可以用时段平均流量 (m3s)、流域径流深R (mm)或流域径流模数M（mm /skm2）来表示。 根据工程设计的 需要，可分别采用年、季或月，则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。 年径流量是在一年里通过河流某一断面的水量。年径流量可以用年径流总量W、年平均流量Q、年径流深R及年径流模数M等表示。 日历年 水文年 年径流量的多年平均值叫做多年平均年径流量，有时被称为正常年径流量。,影响年径流的因素 1、气候因素对年径流的影响：在气候
2、因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度，随流域所在地区不同而有差异。 2、流域下墊面因素对年径流的影响：流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的作用，一方面表现在流域蓄水能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。 3、人类活动对年径流的影响：人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的年径流量。间接影响如修建水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地该梯田，浅耕改深耕，植树造林等措施，这些主要是通过改造下墊面的性质而影响年径流
3、量。一般地说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流量减少。,径流的年内分配,河川径流的主要来源为大气降水。降水在年内分配是不均匀的，有多雨季节和少雨季节，径流也随之呈现出丰水期（或洪水期）和枯水期，或汛期与非汛期。径流在一年内的这种变化称为年内变化或年内分配。 河川径流不仅在一年之内有较大的变化，就是在年与年之间的变化也是很大的。我们把年平均流量较大的那些年份称为丰水年，年平均流量较小的那些年份称为枯水年，年平均流量接近于多年平均值的那些年份称为中水年，径流的这种变化称为年际变化。,年径流分析计算的目的：年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用
4、程度的重要指标。推求不同保证率的年径流量及其分配过程，就是设计年径流分析计算的主要目的。,二、设计年径流量,年径流变化特点及分析方法 设计年径流量 年内分配计算,1、年径流变化特点和分析方法,变化特点：具有明显的随机性 分析方法：数理统计法 由于设计断面所具备的径流连续观测资料的年限长短不一，年径流量的推求方法也不一样： 具有长期实测资料时设计年径流量的推算； 资料不足情况下设计年径流量的推算； 缺乏实测资料时设计年径流量的推算。,具有20年以上连续实测年径流资料视为长期实测年径流资料。 对实测径流资料的“三性”审查：对径流量系列资料的可靠性、一致性和代表性进行分析和论证 频率计算：即用数理统
5、计的方法推求相应于某一设计频率的年径流量 成果合理性分析：采用水量平衡原理和地理分布规律进行,2、具有长期实测资料时设计年径流量的推算,1) 资料可靠性审查(Reliability examination) 水文资料的测验和整编方法的合理性； 应用上下游断面水量平衡原理检查； 2) 资料一致性审查(Consistency examination)应用数理统计方法进行计算分析时，要求组成系列的水文资料都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测量断面上获取的。故年径流系列的一致性是建立在气候条件和下垫面条件稳定性的基础上。,水文资料“三性”审查： Examination of hydrolog
6、ic information,还原计算:,一般认为气候变化极其缓慢，相对较稳定，但由于人类活动影响，下垫面条件变化较显著，从而破坏了水文资料的一致性，故要进行还原计算，即要使径流量还原到“天然状况”（指流域内没有受到水利设施等人为开发利用活动影响的径流量）。,WN=WM+WR 式中，WN：还原后的天然径流量；WM ：实测径流量; WR ：还原总水量，WR=WA+WIWD+WE WS 式中， WA ：流域内农业灌溉用水量; WI ：流域内工业和生活用水量;WD ：跨流域引出(正)或引入(负)水量; WE：流域内增加水面面积所增加的蒸发量;WS ：流域内水库蓄水变量(增加为正减少为负)以上还原总水
7、量中的各项应根据实际情况来确定。,还原计算法示意图,WN:还原后的天然径流量,WN = WM+,WA+WIWD+WE WS,实测的年径流系列可看成总体的一个随机样本，因此资料（样本）的代表性是指样本的统计特征能否反映总体的统计特征。样本对总体的代表性的好坏反映在样本的统计参数与总体统计参数的接近程度。依据数理统计原理，当样本容量愈大，则抽样误差愈小，说明长系列样本代表性高的可能性要大。由于无法获得水文变量的总体，故实测样本水文代表性可以通过与有成因联系的更长系列的分布参数作比较来衡量。,3) 资料的代表性审查(Representation Examination),选择有成因联系（同一气候区和
8、下垫面条件相似）的邻近流域具N年(Nn)的水文站(参证站)长系列来检验其n年短系列的代表性，从而推断设计站同期n年系列的代表性，分别计算参证站长短两系列的统计参数：,比较两系列的统计参数，若二者比较接近，一般要求相对误差不超过5-10%，从而推断设计站的n年径流系列具较好的代表性。,鉴定设计站n 年实测年径流系列代表性的思路：,与设计站n年系列同期,参证变量系列较长，本身具较高的代表性；设计站的变量和参证站的变量的时序变化具较好的同步性（如二个径流系列的丰枯随时序变化基本上一致） 。,应用上述的方法的前提条件：,验证：经分析，同期A和B年径流量的时序变化具较好的同步性，站B可选为参证站。分别算
9、出参证站B长短系列的统计参数：,【例】设计站A：20年(1970 - 1989)径流系列，参证站B：40年(1950 - 1989) 径流系列，验证设计站A的代表性。,二者十分接近，说明参证站B年径流量短系列n在长系列N中有代表性，又因A和B年径流量具有同步性，从而推断设计站A的20年径流量系列具有代表性。,与设计站A同期,频率计算,即线型与参数估算。当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以后，应按逐年逐月统计其径流量，组成年径流系列经验表明，我国大多数河流的年径流频率分析，可以采用P-型频率分布曲线，但规范同时指出，经分析论证亦可采用其他线型。P-型年径流频率曲线有
10、三个参数，进行频率适线和参数调整时，确定符合设计频率的各种设计年径流量。年径流的年度选择通常用水文年度。一个水文年度内的径流应该是该水文年度的降水所产生的。,成果合理性分析,主要对径流系列的统计参数（均值、离差系数和偏态系数）以及多年平均径流量进行合理性分析，视其是否符合地区的分布规律。常用方法是利用各地区的水文手册中的径流的均值、离差系数和偏态系数等值线图，查到相应的参数值，可进行比较分析，以确定统计参数的合理性。,3、资料不足情况下设计年径流量的推算,本法的关键是展延年径流系列的长度。 方法的实质是寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列的参证变量，通过设计断面年径流与其参证变量的相关
11、关系，将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。 当年径流系列适当延长以后，其频率分析方法与具有长期实测资料时的计算方法完全一样。,参证变量的选择,最常采用的参证变量有：设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降水量。 参证变量应具备下列条件： 参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系； 参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料； 参证变量的系列较长，并有较好的代表性。,年径流系列的展延,（1）利用本站的水位资料延长年径流系列,（2）利用上下游站或邻近河流测站实测径流资料，延长设计断面的径流系列，如图是甲站与乙站年径流的相关图，可以用来将乙站系列展延。,（3）利
12、用年降水资料延长设计断面的年径流系列 流域的年径流量与流域的年降水量往往有良好的相关关系（气候湿润雨量分沛地区）。又因降水观测系列在许多情况下较径流观测系列长，因此降水系列常被用来作为延长径流系列的参证变量。,可采用间接的方法推求设计年径流量系列的三个统计参数 。常采用：,4、缺乏实测径流资料情况下设计年径流量计算, 等值线图法 水文比拟法 经验公式法,流域平均年径流量主要受降雨和蒸发的影响，降雨和蒸发具地理分布规律，故平均年径流量也具地理分布规律，它的统计参数如多年平均径流量、变差系数CV值都可以绘制成参数等值线图。,（1）等值线图法,绘制平均年径流量等值线图时要注意的几个问题：, 流域下垫
13、面条件如流域面积大小对径流量亦有影响，为消除这种面积因素的影响，绘制等值线图采用径流深R(mm)或年径流模数（L/（skm2）； 多年平均年径流深等值线点统一绘制在流域面积的形心处，而不是绘在流域出口断面处。,海河流域多年 平均径流深 等值线图 (单位：mm),应用等值线图法求无资料流域的多年平均径流深R 的步骤： 在图上描绘出设计断面B以上流域的范围，并定出形心A的位置； 当流域面积较小时，径流深等值线分布均匀时，根据等值线图采用直线内插法求流域形心多年平均径流深R； 如流域面积较大或等值线分布不均时，可采用面积加权平均法：,年径流均值的估算,1,2,流域形心A位于等值线800750mm之间
14、，与800mm等值线的距离相当于二等值线间距的1/5，故按内插法可求到流域形心A处的年径流深,【例】,径流深等值线图,加权平均法推求多年平均年径流深示意图,式中， R设计 ：设计站流域的多年平均年径流深(mm) R1, R2, Rn ：等值线所代表的 多年平均径流深 (mm)f1, f2, fn ：两相邻等值线间的部分流域面积(km2)F ：流域总面积(km2),年径流Cv值的估算年径流深的Cv值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均值估算方法类似，但可更简单一点，即按比例内插出流域重心的Cv值就可以了。 年径流Cs值的估算 年径流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照规范规定，一般可采用Cs23
15、Cv。 在确定了年径流的均值、Cv，Cs后，便可借助于查用P-型频率曲线表，绘制出年径流的频率曲线，确定设计频率的年径流值。,该法是将气候和自然地理条件一致的参证站流域的实测资料移植到缺实测资料的设计流域，以此来估算设计流域多年平均年径流量的一种方法。该法的关键是选取合适的参证流域。参证站流域选择的条件： 参证流域应具有较长的实测径流资料系列； 主要的影响因素(气候条件及下垫面条件等)应与设计流域相近； 二者流域的面积不要相差太大(小于15%),(2) 水文比拟法, 修正移植：当设计流域与参证流域的多年平均降雨量差别较大时，可按二者年平均降雨量的比值进行修正：式中， P设计：设计流域的多年平均年降雨量(mm)P参证：参证流域的多年平均年降雨量(mm), 直接移植（降雨量相等、流域面积相差不大）： R设计R参证 式中 R参证：参证站流域多年平均年径流深(mm),移植有四种方法：, 移用参证流域的年降雨径流相关图： 绘制年降雨径流相关图，并移用到设计流域 移用参证流域的次降雨径流相关图： 根据参证流域每次的降雨与径流资料绘制次降雨径流相关图，再移植到设计流域,(3) 经验公式法,年径流的经验公式主要与其影响因素建立关系，例如多年的平均径流经验公式有：,
