水文学第四章

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（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。xVC2）变差系数等值线图a、流域大于3000km2时，较准确。b、流域面积较小时，小于500km2，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vabavbCRRCVCVCVCVC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，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FfRffffRfRfRRiinnn212211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，RsPc，Rc3、移用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ccssccssRPPRPRPR与年径流深—参证流域的年降雨量—yxcc与年径流深—设计流域的年降雨量—yxss4.2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（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、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、枯径流代年年年,,QQKP2．对三个年份进行分析比较后，认为1964—1965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P＝90％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、1964—1965、1971—1972三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3—5。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。4.4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，称为连序系列或连序样本。不连序系列（不连序样本）：若通过历史洪水调查和文献考证后，实测和调查的特大洪水需在更长的时期N内进行排位（样本容量增加为N），序号是不连贯的，其中有不少属于缺漏项位，这样的系列称为不连序系列。4.4设计洪水流量和水位第四章年径流及洪、枯径流1）不连序N年系列中前a项特大洪水的经验频率计算N=T2-T1+1T1—调查或考证到的最远年份T2—实测连续系列最近的年份不连序N年系列中前a项特大洪水的经验频率计算实测n年系列普通洪水经验频率计算4.4设计洪水流量和水位3、经验频率计算2112M1MM=12a;NN=1TTTTMMMNPP——第项的经验频率;——特大洪水由大到小排位的顺序号,，，，——调查考证的