年径流分析与计算

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1、作业第2题,（1）地面径流终止在27日1时； （2）径流起涨点在第2时段。,6月23日7时,ts,6月27日1时,6月24日1时,=3天,水文统计回顾,设计标准（design criterion）,水文现象具有明显的地区性和随机性，具体地说每年的降水量、来水量、洪水（水文特征值）等等都不一样，采用哪一个作为设计值，就必须有一个标准，称为设计标准，然后用设计标准确定相应的设计值。,我国不同部门的工程在国民经济中的地位，工程规模及工程失事的后果等等都不同，各工程业务部门颁布了该部门工程的设计规范。 规范都是以设计频率（保证率）或重现期作为设计标准 如：25%，75%，95%等 如：工程向农业供水保

2、证率75%； 如：工程防洪标准千年一遇 10/00； 设计频率相应的水文特征值就是设计值。,水文统计的任务,水文统计的任务就是研究和分析水文随机现象的统计变化特性。并以此为基础对水文现象未来可能的长期变化作出在概率意义下的定量预估，以满足工程规划、设计、施工以及运营期间的需要。 1、根据已有的资料（样本），进行频率计算，推求指定频率的水文特征值； 2、研究水文现象之间的统计关系，应用这种关系延长、插补水文特征值和作水文预报； 3、根据误差理论，估计水文计算中的随机误差范围。,【实例】某水库坝址处已得18年的年径流资料。试求年设计流量。工程要求设计标准：丰水年P=10%、平水年P=50%、枯水年

3、P=90%。,水文上：,18年,总体,大于或等于某个值发生的可能性,如何做的？,样本频率分布,总体频率分布,得到某频率x,经验频率曲线,理论频率曲线,统计参数确定,P曲线,5 年径流分析与计算,研究内容：年径流变化及其影响因素；设计年径流量分析计算，设计年径流量的年内分配；枯水流量分析计算。 年径流分析计算是为水利工程的规划设计服务的，其计算成果与用水资料相配合，进行水库调节计算，便可求出水库的兴利库容；多年平均输沙量计算成果为水库死水位的选择提供了重要依据。衡量工程规模。 年径流分析计算成果是进行水资源评价的重要依据，确定水资源利用程度，也是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。,在一定时段

4、内，通过河流某断面的累积水量称为径流量W（m3）；也可以用时段平均流量Q（m3/s）或流域径流深 R（mm）来表示。径流量与流量之间的关系： 年径流（T=年） 季径流 （T=季） 月径流（ T=月）,5.1 概 述,一、年径流的变化特征 年径流量：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。它可以用年平均流量、年径流深、年径流总量获年径流模数表示。 年径流变化特性： 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，但各年汛、枯季的历时有长有短，发生时间有早有迟，水量有大有小，基本上年年不同，从不重复，具有偶然性质。（年内变化特性） 2.年径流在年际间变化很大，有

5、些河流丰水年径流量可达平水年的23倍，枯水年径流量只有平水年的0.10.2倍。（年际变化特性）,年径流包括年径流量及年内分配,水文年:涨水为元旦, 长度等同日历年,3.年径流在多年变化中具有丰水年组和枯水年组交替出现的现象。（年际变化特性）丰平枯,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,汛期与非汛期,这说明河流的年径流量具有或多或少的持续性。此变化特性对于水资源开发利用、防汛等是不利的。,黄河陕县站,松花江哈尔滨站,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

6、量地满足用水部门的需水要求，必须兴建水利工程，对天然径流加以人工调节，按用水要求泄放。 在规划设计阶段，水利工程(水资源利用工程)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。,目的,设计保证率：水资源利用工程包括水库蓄水工程、供水工程、水力发电工程和航运工程等，其设计标准，用保证率表示，反映对水利资源利用的保证程度，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，灌溉设计保证率表示设计灌溉用水量全部满足的年数占工程运用总年数的百分比。 破坏

7、率：水资源利用程度，在分析枯水径流和时段最小流量时，还可用破坏率，即破坏年数占运用年数的百分比来表示，在概念上更为直观。 保证率和破坏率的换算：设保证概率为p，破坏概率为q，则p1-q。,河川径流调节的必要性 a. 时间维上河川径流特性 周期性 随机性 b. 空间上的特性 地区分布不均匀 为了解决这种空间时间对人们用水的影响，就需要通过一些措施（修水库）控制径流，为人类服务，也就是河川径流调节。,用水,q,t,Q,t,Q,t,来水,Q,径流日调节示意图,0,12,24,蓄水,Q,1,3,4,5,6,2,日,径流周调节示意图,弃水,径流年调节示意图,月,Q,小时,哪一个供水保证率高？ 规模呢？,

8、（a）与（b）的年平均流量Q及需水量过程QR均相等而径流年内分配过程不同，所需库容也有差别（VV）。如果有20年的年径流资料和用水资料，就可以求出20个大小不同的库容（V1、V2、V3、.、Vn），用多大的库容来设计水库呢？库容大，保证率高，投资大；库容小， 投资少 ，但保证率低。,三、水文计算任务 在工程设计中，设计保证率有用水部门确定。而各项工程规模，还要依据来水与用水情况，经过分析计算来确定，本章的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。 水利工程调节性能的差异和采用的水利计算方法的不同，要求水文计算提供的来水年径流资料也有所不同。 对于无调节性能

9、的引水工程：提供历年（或代表年）的逐日流量过程资料。 对于有调节性能的蓄水工程，要求提供历年（或代表年）的逐月（旬）流量过程资料，共水利计算应用。,5.2 影响年径流的因素,一、分析和研究影响年径流的因素的目的 在水文分析与计算中，研究影响年径流量的因素具有重要意义：（1）通过对影响因素的分析研究，可以从物理成因方面去深入探讨径流的变化规律。（2）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估径流特征值。（3）可对计算成果作分析论证。 二、影响年径流的因素 研究影响年径流量的因素，可从流域水量平衡方程式入手。 影响因素中，前两项属于流域气候因素，而后一项则主要取决于流域下垫面因素以及

10、人类活动情况。,1.气候因素对年径流的影响 在气候因素中，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。 在湿润地区，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，且极大部分耗于蒸发，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。 对于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。,2.流域下垫面因素对年径流的影响 流域下垫面因素包括地形、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

11、通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。 （1）地形 地形通过对气候因素降水、蒸发、气温的影响，而间接对年径流量发生作用。地形对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。气温随高程的增加而降低，因而使蒸发量较少。 地形对降水和蒸发的作用，将使年径流量随高程的增加而加大。,（2）湖泊,E,a. 水面蒸发增大影响年径流量的大小,b. 对流域蓄水量的调节而影响年径流量的变化,在干旱地区，由于水面蒸发量和陆面蒸发量相差很大，所以湖泊对减少年径流量的作用较显著。在湿润地区，湖泊对年径流量的影响较小。 较大的湖泊增大了流域的调节作用，对年径流变化发生作用，减小了径流年际

12、变化的幅度。,（3）流域大小(对径流变化影响),原因：其一、流域面增大时，地下蓄水量相应加大；其二、随着流域面积增加，流域内部各地径流的不同期性愈加显著，调节作用更为明显。,一般随着流域面积增大，径流量的变化相应较小。,流域形状,3.人类活动对年径流的影响 a.直接:,b.间接:,水库,塘堰,旱地改水田，坡地改梯田,这些措施一般都使蒸发增加，从而使年径流量减少。,植树造林,4. 影响径流年内分配的因素 在汛期，降雨对径流起着决定性作用； 在枯季，枯水径流主要来自流域蓄水，此时流域蓄水变量对枯季径流起很大作用。,5.3 具有长期实测资料时设计年径流量及年内分配的分析计算,所谓较长年径流系列是指设

13、计代表站断面或参证流域断面有实测径流系列，其长度不小于规范规定的年数，即不应小于30年。 在水利工程规划设计阶段，当具有长期实测径流资料时，通过水文分析计算提供的来水资料，按设计要求，有三种类型： （1）设计长期年的年、月径流系列； （2）实际代表年的年、月径流量； （3）设计代表年的年、月径流量。,月,Q,来水资料的分析计算一般有三个步骤: (1) 应对实测径流资料进行审查； (2) 推求设计年径流量； (3) 用代表年法推求径流年内分配过程。,一、水文资料的审查 水文资料是水文分析计算的依据，它直接影响着工程设计的精度。因此对所使用的水文资料必须慎重审查。审查内容包括鉴定年径流量系列的可靠

14、性、一致性和代表性。 1.资料可靠性审查 径流资料是通过测验和整编取得的。因此，可靠性审查应从审查测验方法、测验成果、整编方法和整编成果着手。（水位资料审查、水位流量关系曲线审查、水量平衡审查） 水量平衡、上下游关系等。 2.资料一致性审查 应用数理统计法的前提是要求统计系列具有一致性，既要求组成系列的每个资料具有同一成因，不同成因的资料不得作为一个同一系列。只要下垫面条件变化不是非常显著，可认为径流系列具有一致性。（还原计算）,年径流系列的一致性是建立在气候条件和下垫面的稳定性上。,下垫面的变化：植被情况，人类活动等等。,利用水量平衡（分项调查分析）法、降雨径流关系法、降水径流模型法、分地类

15、蒸发量法等进行还原计算。,水量平衡方程： W天然=W出+W进+W蓄+ W净+ WE 式中: W天然 为还原后计算时段的天然径流量; W出 为平衡区所有出口断面出水量之和; W进 为平衡区所有进口断面进水量之和; W蓄 为平衡区内各拦河闸计算时段始末蓄水变量之和; W净 为平衡区计算时段内各用水项目的净耗水量; WE 为平衡区水面蒸发量。,1998 年德州市各平衡区月、年径流量还原计算结果,3. 资料代表性审查 应用数理统计法进行水文计算时，计算成果的精度决定于样本对总体的代表性，代表性高，抽样误差就小。因此资料代表性审查对衡量频率计算成果的精度具有重要意义。 样本对总体代表性的高低可以理解为样

16、本分布参数与总体分布参数的接近程度。,92,01,t,通常通过与更长系列的分布参数作比较来衡量其代表性。类比法 均值 Cv 对更长系列（参证变量）的要求：设计变量与参证变量的时序变化具有同步性；参证变量的长系列本身具有较高的代表性。,代表性如果不好怎么办？,设法插补延长资料提高代表性。,二、设计年、月径流量系列的选取 步骤： （1） 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。 （2）从这个长系列中选出代表段。代表段应包括有丰、平、枯水年，并且有一个或几个完整的调节周期；代表段的年径流量均值、离势系数应与长系列的相近。 用这个代表段的年、月径流量过程来代表未来工程运行期间的年、月径流量变化。这个代表段就是水利计算所要求的“设计年、月径流系列”。,