1、WUHEE工程水文学工程水文学武汉大学水利水电学院武汉大学水利水电学院WUHEE第五章第五章 设计年径流设计年径流F第一节第一节 设计年径流分析计算的目的和内容设计年径流分析计算的目的和内容 在一定时段内，通过河流某断面的累积水在一定时段内，通过河流某断面的累积水量称为量称为径流量径流量W（m3）；也可以用时段）；也可以用时段平均流平均流量量Q（m3/s）或）或流域径流深流域径流深 R（mm）来表示。）来表示。径流量与流量之间的关系：径流量与流量之间的关系：年径流（年径流（T=年）年）季径流季径流（T=季）季）月径流（月径流（T=月）月）TQWWUHEE一、径流特性一、径流特性1.径流季节分配
2、径流季节分配 丰水期和枯水期、汛期和非汛期丰水期和枯水期、汛期和非汛期2.径流的地区分布径流的地区分布 丰水带、少水带丰水带、少水带3.径流的周期性径流的周期性 丰水期和枯水期交替出现（一年内）丰水期和枯水期交替出现（一年内）连续丰水年和连续枯水年交替出现连续丰水年和连续枯水年交替出现WUHEE二、年径流分析计算的目的和内容二、年径流分析计算的目的和内容（一）目的：（一）目的：设计年径流是衡量过程规模和确定水资源设计年径流是衡量过程规模和确定水资源利用程度的重要指标。利用程度的重要指标。设计保证率（设计保证率（p）：）：水资源利用工程的设计水资源利用工程的设计标准，反映了水资源的利用程度，即工
3、程规划标准，反映了水资源的利用程度，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，百分比。例如，灌溉设计保证率灌溉设计保证率表示设计灌溉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用水量全部满足的年数占工程运用总年数的百分比。分比。破坏率（破坏率（q）：）：分析枯水期和最小流量时用分析枯水期和最小流量时用 p=1-qWUHEE （a a）与（）与（b b）的年平均流量）的年平均流量Q Q及需水量过程及需水量过程Q QR R均相等而径流年内分配过程不同，所需库容均相等而径流年内分配过程不同，所需库容也有差别（也有差别（V VVV）
4、。如果有）。如果有2020年的年径流资料年的年径流资料和用水资料，就可以求出和用水资料，就可以求出2020个大小不同的库容个大小不同的库容（V V1 1、V V2 2、V V3 3、.、V Vn n），），用多大的库容来设用多大的库容来设计水库呢？计水库呢？库容大，保证率高，投资大；库容库容大，保证率高，投资大；库容小，小，投资少投资少 ，但保证率低。，但保证率低。WUHEE感觉的基本规律F1）感受性和感觉阈限 F（1）绝对感受性与绝对阈限F（2）差别感受性与差别阈限 F韦伯定律：R/R=KF（3）感觉阈限在营销中的应用 F（4）阈下感觉 WUHEE F2）感觉适应F感觉的适应：感觉的适应：刺
5、激物对感受器持续作用，使感觉器官的敏感性发生变化的现象。F3）感觉对比：同一感觉器官在接受不同刺激时会产生感觉的对比现象。WUHEE（二）年径流分析计算的内容：（二）年径流分析计算的内容：1.基本资料信息的搜集和复查基本资料信息的搜集和复查2.年径流频率分析计算年径流频率分析计算3.提供设计年径流的时程分配提供设计年径流的时程分配4.枯水流量分析枯水流量分析5.成果合理性检验成果合理性检验WUHEEF第二节第二节 有较长资料时设计年径流频率分析计算有较长资料时设计年径流频率分析计算实测年径流系列不小于实测年径流系列不小于20年年。一、资料一、资料“三性三性”审查审查可靠性可靠性 测验和整编的正
6、确性测验和整编的正确性一致性一致性 资料是否来自同一气候、下垫面条件和同一资料是否来自同一气候、下垫面条件和同一测站。人类活动的影响最显著。测站。人类活动的影响最显著。代表性代表性 样本接近总体的程度，即样本系列的大小，样本接近总体的程度，即样本系列的大小，一般系列越长，代表性越好。一般系列越长，代表性越好。WUHEE分析资料的代表性：分析资料的代表性：1.1.进行年径流的周期性分析进行年径流的周期性分析 分析资料的丰水段（年组）、平水段、枯水分析资料的丰水段（年组）、平水段、枯水段的分布。段的分布。2.2.与更长系列参证变量进行比与更长系列参证变量进行比WUHEE二、年径流的频率分析二、年径
7、流的频率分析1.选择选择 日历年、水利年度日历年、水利年度2.线型与参数估计线型与参数估计 一般是一般是P型，但经过论证也可采用其他线型型，但经过论证也可采用其他线型 x、Cv用矩法估计，用矩法估计，Cs=23Cv 侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。3.其他注意事项其他注意事项 （1）参数的定量应注意地区综合分析成果）参数的定量应注意地区综合分析成果 （2）历史枯水年径流的考证和引用）历史枯水年径流的考证和引用WUHEEF第三节第三节 短缺资料时设计年径流频率分析计算短缺资料时设计年径流频率分析计算1.设计代表站只有短系列径流实测资料（设计代表站只有短
8、系列径流实测资料（n20）设法展延径流系列的长度。设法展延径流系列的长度。2.设计断面附近完全没有径流实测资料设计断面附近完全没有径流实测资料 利用年径流统计参数的地理分布规律，间接利用年径流统计参数的地理分布规律，间接地进行年径流估算。地进行年径流估算。WUHEE一、有较短年径流系列时设计年径流频率分析方法一、有较短年径流系列时设计年径流频率分析方法关键：关键：展延年径流系列。展延年径流系列。方法：方法：建立设计断面年径流与参证变量（有较长观建立设计断面年径流与参证变量（有较长观测系列）的相关关系，来适当展延设计断面年径测系列）的相关关系，来适当展延设计断面年径流系列至规范要求长度。流系列至
9、规范要求长度。常用的参证变量：常用的参证变量：设计断面的水位、上下游测站或设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降雨量等。邻近河流测站的径流量、流域的降雨量等。WUHEE参证变量应具备的条件：参证变量应具备的条件：1.1.参证变量与设计断面径流量在成因上有密切参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系；关系；2.2.参证变量与设计断面径流量有较多的同步观参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料；测资料；3.3.参证变量的系列较长，并有较好的代表性；参证变量的系列较长，并有较好的代表性；WUHEE（一）利用本站的水位资料延长年径流系列（一）利用本站的水位资料延长年径流系列
10、水位水位流量关系流量关系（二）利用上下游站或邻近站实测径流资料，延（二）利用上下游站或邻近站实测径流资料，延长设计断面的径流资料长设计断面的径流资料WUHEEWUHEE（三）利用年降雨资料延长设计断面的年径流系列（三）利用年降雨资料延长设计断面的年径流系列 利用降雨（具有较长的观测系列）与径流的利用降雨（具有较长的观测系列）与径流的良好关系。一般应用流域面平均雨量。良好关系。一般应用流域面平均雨量。（四）注意事项（四）注意事项1.尽量避免远距离测验资料的辗转相关尽量避免远距离测验资料的辗转相关 C参参C2 C1 C设设2.系列外延的幅度不宜过大，一般控制在不超过实系列外延的幅度不宜过大，一般控
11、制在不超过实测系列的测系列的50%。WUHEE二、缺乏实测径流资料时设计年径流的估算二、缺乏实测径流资料时设计年径流的估算方法：方法：间接方法估算设计径流量间接方法估算设计径流量前提：前提：设计流域所在区域内，有设计流域所在区域内，有水文特征值水文特征值（例（例如年径流深均值、如年径流深均值、Cv、Cs等）的综合分析成等）的综合分析成果（等值线图），或在水文相似区内有径流系果（等值线图），或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。列较长的参证站可资利用。WUHEE（一）参数等值线图法（一）参数等值线图法 1.1.年径流均值的估算年径流均值的估算 利用年径流深等值线图。利用年径流深等值线图
12、。niiniiiAARR11/ABOAR)700800(700KRAW WUHEE2.2.年径流年径流CvCv值的估算值的估算 查查CvCv值等值线，按比例内插流域重心的值等值线，按比例内插流域重心的CvCv值。值。3.3.年径流年径流CsCs值的估算值的估算 Cs=2Cs=23Cv3Cv 年径流均值年径流均值 +Cv+Cs+P+Cv+Cs+P型曲线表型曲线表，绘制年径流频率曲线，确定设计频率的年径流绘制年径流频率曲线，确定设计频率的年径流值。值。WUHEE（二）经验公式法（二）经验公式法 建立年径流与其影响因素之间的关系。例建立年径流与其影响因素之间的关系。例如，多年径流均值的经验公式如，多
13、年径流均值的经验公式（三）水文比拟法（三）水文比拟法 用于无资料流域移置（经过修正）水文相用于无资料流域移置（经过修正）水文相似区内相似流域的实测水文特征似区内相似流域的实测水文特征要点：要点：将参证站的径流特征值，经过适当修正后将参证站的径流特征值，经过适当修正后移用于设计断面。移用于设计断面。进行修正的参变量：进行修正的参变量：流域面积和多年平均降雨量流域面积和多年平均降雨量11AnbQ mpAnbQ22QKKQ21WUHEE三、流量历时曲线的绘制三、流量历时曲线的绘制 流量历时曲线是累积径流发生时间的曲线流量历时曲线是累积径流发生时间的曲线，表示等于或超过某一流量的时间百分数，表示等于或
14、超过某一流量的时间百分数WUHEEF第四节第四节 设计年径流的时程分配设计年径流的时程分配 河川径流的时程分配，一般是按其各月的河川径流的时程分配，一般是按其各月的径流分配比来表示。径流分配比来表示。WUHEE一、代表年法一、代表年法 按比例缩放代表年径流过程按比例缩放代表年径流过程（一）代表年的选择（一）代表年的选择 （1 1）流量相近原则：流量相近原则：选择与设计年径流量大选择与设计年径流量大小相近的年。小相近的年。（2 2）对工程不利的原则：对工程不利的原则：比如供水期径流较比如供水期径流较小的年份。小的年份。（3 3）根据）根据丰平枯丰平枯（如（如p=20%p=20%、50%50%、8
15、0%80%或或p=25%p=25%、50%50%、75%75%）不同年份，以及不同的任）不同年份，以及不同的任务选择代表年。务选择代表年。WUHEE（二）年径流时程分配计算（二）年径流时程分配计算 K=WK=Wp p/W/W实实 K=QK=Qp p/Q/Q实实 用系数用系数K K遍乘代表年各月的实测径流过程遍乘代表年各月的实测径流过程，即得设计年径流的按月时程分配。，即得设计年径流的按月时程分配。二、虚拟年法二、虚拟年法三、全系列法三、全系列法四、水文比拟法四、水文比拟法WUHEE设计年径流：设计年径流：Q Q90%90%=106m=106m3 3/s/s，Q Q50%50%=152m=152
16、m3 3/s/s，Q Q10%10%=210m=210m3 3/s/s代表年：代表年：1961196119621962、1967196719681968、1972197219731973 （枯水年（枯水年90%90%）（丰水年）（丰水年10%10%）（平水年）（平水年50%50%）WUHEE缩放系数缩放系数K K：90%90%的枯水年：的枯水年：K=106/104=1.02K=106/104=1.02 50%50%的平水年：的平水年：K=152/150=1.01K=152/150=1.01 10%10%的丰水年：的丰水年：K=210/200=1.05K=210/200=1.05WUHEE第五节
17、第五节 年际连续枯水段径流分析年际连续枯水段径流分析服务对象：服务对象：大型蓄水大型蓄水工程，特别是具有工程，特别是具有多年调节性能的大多年调节性能的大型水库工程。型水库工程。年际连续枯水段：年际连续枯水段：设设计断面连续多年发计断面连续多年发生年径流偏枯的现生年径流偏枯的现象。象。（1）某一连续枯水）某一连续枯水段的重现期？段的重现期？（2）频率曲线？）频率曲线？WUHEE一、连续枯水段的定义与选样一、连续枯水段的定义与选样1.1.连续枯水段的定义连续枯水段的定义 以年径流系列的以年径流系列的均值均值进行界定，凡进行界定，凡低于低于年年径流均值的年份，均作为径流均值的年份，均作为枯水年份枯水
18、年份。连续发生几个枯水年份，称连续发生几个枯水年份，称枯水段枯水段。2.2.连续枯水段选择连续枯水段选择将全部年径流系列将全部年径流系列N N年中长度为年中长度为n n（n=2n=2、3 3、4 4年年、.，根据工程设计需要而定）的连续枯水，根据工程设计需要而定）的连续枯水段一一选出，组成一个新系列。段一一选出，组成一个新系列。径流变量：径流变量：nQQnii/1WUHEE二、连续枯水段的重现期考证二、连续枯水段的重现期考证 当选出的连续枯水段系列的最小项在量级当选出的连续枯水段系列的最小项在量级上比较突出，为连续特枯段时，就需对其出现上比较突出，为连续特枯段时，就需对其出现的重现期进行考证。
19、的重现期进行考证。方法：方法：1.1.历史资料考证法历史资料考证法 2.2.树木年轮法树木年轮法 3.3.随机模拟法随机模拟法WUHEEF第七节第七节 设计枯水流量分析计算设计枯水流量分析计算枯水流量亦称枯水流量亦称最小流量最小流量。按设计时段的长短，枯水流量又可分为瞬时、按设计时段的长短，枯水流量又可分为瞬时、日日、旬、月、旬、月、.最小流量。最小流量。枯水流量的选样是取一年中的最小值，在时序上枯水流量的选样是取一年中的最小值，在时序上是变动的。是变动的。WUHEE一、有实测水文资料时的枯水流量计算一、有实测水文资料时的枯水流量计算 按年最小选样原则，选取一年中按年最小选样原则，选取一年中最
20、小的时最小的时段径流量段径流量，组成样本系列。，组成样本系列。枯水流量常采用枯水流量常采用不足概率不足概率q q，即以小于和，即以小于和等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的概率概率p p有有q q=1-=1-p p的关系。因此在系列排队时按由的关系。因此在系列排队时按由小到大小到大排列。排列。当枯水径流系列（当枯水径流系列（n n项）中有项）中有k k项为非零时项为非零时（n n-k k项为零）项为零），首先对，首先对k k 项非零系列求频率项非零系列求频率曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为：为：P P
21、设设=（k/nk/n）P P非非WUHEE一、有实测水文资料时的枯水流量计算一、有实测水文资料时的枯水流量计算 按年最小选样原则，选取一年中按年最小选样原则，选取一年中最小的时最小的时段径流量段径流量，组成样本系列。，组成样本系列。枯水流量常采用枯水流量常采用不足概率不足概率q q，即以小于和，即以小于和等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的等于该径流的概率来表示，它和年最大选样的概率概率p p有有q q=1-=1-p p的关系。因此在系列排队时按由的关系。因此在系列排队时按由小到大小到大排列。排列。当枯水径流系列（当枯水径流系列（n n项）中有项）中有k k项为非零时项为非零时（n n-k
22、 k项为零）项为零），首先对，首先对k k 项非零系列求频率项非零系列求频率曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系曲线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为：为：P P设设=（k/nk/n）P P非非WUHEEWUHEE二、短缺水文资料时的枯水流量计算二、短缺水文资料时的枯水流量计算 借助于参证站借助于参证站延长延长系列或系列或成果移置成果移置。由于枯水流量比固定时段径流时程变化更由于枯水流量比固定时段径流时程变化更稳定，即使只有少数几年资料，也可建立较好稳定，即使只有少数几年资料，也可建立较好的的相关关系相关关系。甚至可以直接移用参证站的频率。甚至可以直接移用参证站的频率分析结果，经分析结果，经相关分析相关分析，转化为本站的相应频，转化为本站的相应频率的设计枯水流量。率的设计枯水流量。此外，还可以实测一个枯水季的流量过程此外，还可以实测一个枯水季的流量过程，临时临时进行资料的补充收集工作。进行资料的补充收集工作。
