水力學(xué)教程第四章-年徑流量及洪枯徑流

第四章

年徑流及洪枯徑流4.1概述基本概念年徑流量：一年內(nèi)通過河流某一斷面的水量，稱為該斷面以上流域的年徑流量年徑流深：該斷面以上流域的年徑流量均勻分布于該斷面以上的整個(gè)流域面積上，所得的平均水層深度

年正常徑流量：年徑流量的多年平均值

洪水徑流：指河中流量激增、水位猛漲并超過基本河槽，具有一定危害性的大水。城鎮(zhèn)排洪、水庫設(shè)計(jì)及提防工程中，設(shè)計(jì)洪水的分析和計(jì)算，都是給排水工程和市政工程的重要課題枯水徑流：指地面徑流減少，河槽容蓄的水量枯竭，河水主要靠地下水補(bǔ)給時(shí)的河川徑流。其特征值為最小流量。以地面水為水源的無調(diào)節(jié)取水工程，其設(shè)計(jì)最小流量及相應(yīng)的設(shè)計(jì)最低水位，直接關(guān)系到取水口設(shè)置高程和引水流量的大小參證站：水文計(jì)算所參照移用水文數(shù)據(jù)的測(cè)站基本概念年徑流量是由大致以年為周期的汛期與枯季水量所構(gòu)成的，但各年汛期、枯季的歷時(shí)有長(zhǎng)有短、發(fā)生有早有遲，水量有大有小，基本上年年不同，具有偶然性年徑流量在年際間變化很大。年徑流量的年際間的交替變化，稱為年際變化或年際分配年徑流量的季節(jié)性的交替變化，稱為年內(nèi)變化或年內(nèi)分配年徑流量的變化特性掌握年徑流及枯水徑流的目的

用年為單位去分析每年的徑流總量以及徑流的年際與年內(nèi)分配情況，掌握年徑流的變化規(guī)律，用以預(yù)估工程運(yùn)用期間可能遇到的徑流情勢(shì)，為給水工程的興建提供可靠的水文依據(jù)

根據(jù)年徑流量的變化以確定合理的取水方式，如需興建水庫、塘堰進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)時(shí)，就要分析徑流的年際變化與年內(nèi)分配。最大限度內(nèi)解決河川徑流變化與給水量需求之間的矛盾，更好地為生產(chǎn)服務(wù)4.2年正常徑流量有實(shí)測(cè)資料情況下年正常徑流量的推求

資料不足情況：設(shè)計(jì)量的年正常徑流量的觀測(cè)年限在10≤n<20（或30年）參證站的選擇原則：參證站必須與設(shè)計(jì)斷面之間在形成徑流的各項(xiàng)自然地理因素方面，尤其在氣候因素方面十分相似參證站長(zhǎng)系列年徑流資料插補(bǔ)和展延設(shè)計(jì)斷面的短系列資料方法有：資料不足情況下年正常徑流量的推求

資料不足情況下年正常徑流量的推求2、利用降雨資料展延系列

降雨資料的記載往往較長(zhǎng)，當(dāng)缺乏具有長(zhǎng)期徑流資料的參證站時(shí)，可考慮利用降雨與徑流建立相關(guān)關(guān)系以展延徑流系列，但此法不適用于干旱地區(qū)。

被選作參政站的雨量站點(diǎn)必須能夠代表流域的平均水平。

也可利用月、季等較短時(shí)段建立相關(guān)關(guān)系，以增加點(diǎn)據(jù)數(shù)目。但必須注意月降雨與月徑流相關(guān)點(diǎn)據(jù)往往較散亂，這是由于降雨與徑流在產(chǎn)生的時(shí)間上不完全一致，徑流比降雨略有滯后。資料不足情況下年正常徑流量的推求

4.3設(shè)計(jì)年徑流量的推算

具有≥20年連續(xù)實(shí)測(cè)年徑流量資料者可視為有實(shí)測(cè)年徑流資料，其設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算可分為一下3步：徑流資料的審查：可靠性、一致性、代表性，總體不可取得通過流域分析，選取一個(gè)n年設(shè)計(jì)系列相鄰近的，并在自然地理?xiàng)l件上相似的N年長(zhǎng)系列作為參證系列，從分析長(zhǎng)系列的代表性優(yōu)劣開始，間接引證設(shè)計(jì)系列的代表性狀況如何檢驗(yàn)徑流系列的代表性？？？

有實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算a.參證站長(zhǎng)系列比短系列的代表性好，可用長(zhǎng)系列為基礎(chǔ)來檢驗(yàn)短系列的代表性b.氣候相同的地區(qū)，參證站與設(shè)計(jì)站年徑流量的時(shí)序變化具有同步性,可把參證站的代表期直接移用于設(shè)計(jì)站兩個(gè)假定：有實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算

資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算資料不足情況：觀測(cè)年限在10～20年之間設(shè)計(jì)年徑流量的推算方法步驟如下：先相關(guān)分析，用參證站的長(zhǎng)系列資料來插補(bǔ)和展延設(shè)計(jì)站的短系列資料，使設(shè)計(jì)站資料達(dá)到20年以上用試錯(cuò)適線法或三點(diǎn)法求得理論累積頻率曲線，根據(jù)設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)P求得設(shè)計(jì)年徑流量【例】由例3.15知，設(shè)計(jì)站只有1982-1997年16年的年徑流資料，欲在設(shè)計(jì)站處修一水庫，求該設(shè)計(jì)站P=95%的設(shè)計(jì)年徑流量資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算【解】(1)選年徑流量資料組成系列該設(shè)計(jì)站在此16年間只有14年可靠的并經(jīng)還原法修正后的年徑流量資料，故不能直接進(jìn)行頻率分析，必須先插補(bǔ)和展延，使設(shè)計(jì)站的年徑流量資料達(dá)到20(或30)年以上后，才能進(jìn)行頻率分析(2)選參證站插補(bǔ)和展延設(shè)計(jì)站的年徑流量資料由例3.15知，經(jīng)插補(bǔ)和展延后，設(shè)計(jì)站的年徑流量資料達(dá)到了連續(xù)的23年資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算

理論累計(jì)頻率曲線計(jì)算表(1)Pi%3/105102050707580909599Ki1.3761.33151.251.1550.9880.8920.86650.83750.76550.70850.6115xim3/s1217.6371178.261106.141022.07874.292789.34766.775741.112677.399626.959541.123資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算

設(shè)計(jì)暴雨量CS=3.5CV設(shè)計(jì)最大流量CV<0.5,CS=(3~4CV)CV>0.5,CS=(2~3)CV年徑流量及降水CS=(2~3)CV資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算(3)頻率分析求設(shè)計(jì)值

調(diào)線，增大CV，設(shè)CV=0.2，查附錄3得Ki此時(shí)，理論累計(jì)頻率曲線2與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好，故選此曲線為采用的理論累計(jì)頻率曲線。選設(shè)計(jì)頻率標(biāo)準(zhǔn)P=95%，故設(shè)計(jì)年徑流量為614m3/s理論累計(jì)頻率曲線計(jì)算表(2)Pi%3/105102050707580909599Ki1.39701.351.2631.1630.9870.8860.8590.8290.7540.6940.594xim3/s1236.221194.631117.641029.15873.407784.031760.138733.591667.222614.128525.637資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算(4)誤差計(jì)算資料不足情況下設(shè)計(jì)年徑流量的推算缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算缺乏實(shí)測(cè)資料的情況：觀測(cè)年限<10年或雖有10-20年的實(shí)測(cè)資料，但找不到參證站的情況年正常徑流量x0的推求1.等值線圖法（1）重心法對(duì)于平原地區(qū)較小流域，應(yīng)勾繪流域周界，確定流域面積的重心，用內(nèi)插法找出重心處的年正常徑流量作為流域的年正常徑流量（2）面積加權(quán)平均法

對(duì)于平原地區(qū)中等流域或山區(qū)流域，其等值線圖上有多根正常徑流量等值線穿過時(shí)，用此法求年正常徑流量缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算式中，xi-相應(yīng)與Fi的平均正常徑流量，中間部分取兩等值線的算數(shù)平均值，兩邊取重心處的xFi-流域周界內(nèi)兩相鄰等值線間的面積

缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算

缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算

（3）移用參證流域的年降雨-徑流相關(guān)圖首先根據(jù)參證站的降雨和徑流資料作出年降雨-徑流相關(guān)圖，并移用到設(shè)計(jì)站。再由設(shè)計(jì)站同年的降雨量查圖得設(shè)計(jì)站的年徑流量缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算離勢(shì)系數(shù)CV1.等值線圖法

利用CV等值線圖，采用與查算年正常徑流量相同的方法，算得流域形心處的CV值。

注意：

CV等值線圖一般是根據(jù)中等流域資料繪制而成的。因此，直接利用等值線圖確定小流域的CV值，結(jié)果往往偏小，應(yīng)予以適當(dāng)修正2.水文比擬法

移用參證站的CV值缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算

缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推算離勢(shì)系數(shù)CS