水文学(第四章).ppt

1水水 文文 学学Hydrology汤汤 婕婕安徽农业大学资源与环境学院安徽农业大学资源与环境学院2013.52013.52第四章第四章 年径流分析与计算年径流分析与计算第一节第一节 概述：年径流变化及其影响因素概述：年径流变化及其影响因素第二节第二节 设计年径流量设计年径流量第三节第三节 径流的年内分配径流的年内分配3第一节第一节 概述：年径流变化及其影响因素概述：年径流变化及其影响因素内容提要内容提要 ：1 1年径流与年径流量年径流与年径流量 2 2径流的年际变化和年内变化径流的年际变化和年内变化 3 3径流变化的影响因素径流变化的影响因素 4 4年径流分析计算的目的和内容年径流分析计算的目的和内容4一、径流与年径流一、径流与年径流在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。径流量的表示方法：径流量的表示方法：（1）径流总量）径流总量W(m3)：（2）时段平均流量）时段平均流量(m3s)（3）流域径流深）流域径流深R(mm)（4）流域径流模数）流域径流模数M（L/skm2）Q5径流总量与平均流量的关系为：径流总量与平均流量的关系为：式中式中 计算时段。计算时段。根据工程设计的需要，根据工程设计的需要，可分别采用年、季可分别采用年、季或月，则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月，则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。或月径流。6年径流的年度选择年径流的年度选择日历年度日历年度：即每年：即每年1-12月为一个完整的年份。月为一个完整的年份。整编刊布的水文资料如整编刊布的水文资料如水文年鉴水文年鉴上刊布的上刊布的数据是按日历年分界的数据是按日历年分界的.水文年度水文年度：在水文计算中，年径流通常是按照：在水文计算中，年径流通常是按照水文年度统计的。水文年度统计的。一个水文年度内的径流应该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。是该水文年度的降水所产生的。一般以水库供一般以水库供水期末所在月的月末作为划分一年的分界点。水期末所在月的月末作为划分一年的分界点。7二、径流的年内变化和年际变化二、径流的年内变化和年际变化 1、径流的、径流的年内变化年内变化（年内分配年内分配）丰水期（或洪水期，汛期）丰水期（或洪水期，汛期）枯水期（非汛期）枯水期（非汛期）我国河流径流年内变化特点：洪水发我国河流径流年内变化特点：洪水发生在夏秋季，主要由流域内的暴雨造成，生在夏秋季，主要由流域内的暴雨造成，而枯水期则出现在干旱少雨的冬春季节，而枯水期则出现在干旱少雨的冬春季节，枯水径流主要靠流域内的地下水补给。枯水径流主要靠流域内的地下水补给。82、径流的、径流的年际变化年际变化我们把年平均流量较大的那些年份称为我们把年平均流量较大的那些年份称为丰水年丰水年年平均流量较小的那些年份称为年平均流量较小的那些年份称为枯水年枯水年年平均流量接近于多年平均值的那些年年平均流量接近于多年平均值的那些年份称为份称为平水年平水年，年径流的年际变化带有明显的年径流的年际变化带有明显的随机性随机性。9三、影响年径流的因素三、影响年径流的因素1.分析和研究影响年径流的因素的目的分析和研究影响年径流的因素的目的2.气候因素对年径流的影响气候因素对年径流的影响3.流域流域下垫面下垫面因素对年径流的影响因素对年径流的影响4.人类活动对年径流的影响人类活动对年径流的影响直接影响直接影响间接影响间接影响10四、年径流分析计算的目的和内容四、年径流分析计算的目的和内容 1、年径流分析计算的目的、年径流分析计算的目的推求不同保证率的年径流量及其分配过程推求不同保证率的年径流量及其分配过程2、年径流分析计算的内容、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)年径流量的频率分析计算年径流量的频率分析计算(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)对分析成果进行合理性检查对分析成果进行合理性检查11第二节第二节设计年径流量设计年径流量一、有较长资料时设计年径流频率分析计算一、有较长资料时设计年径流频率分析计算二、资料不足情况下设计年径流频率分析计算二、资料不足情况下设计年径流频率分析计算三、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算三、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算12内容提要内容提要：（一）（一）径流资料的审查径流资料的审查（二）（二）年径流的频率计算年径流的频率计算（三）成果合理性分析（三）成果合理性分析一、有较长资料时设计年径流频率分一、有较长资料时设计年径流频率分析计算析计算13(一一)径流资料的审查径流资料的审查1.可靠性可靠性2.一致性：一致性：还原计算还原计算3.代表性代表性:（1）进行年径流的周期性分析）进行年径流的周期性分析（2）与更长系列参证变量进行比较）与更长系列参证变量进行比较（二）（二）年径流的频率计算年径流的频率计算（三）成果合理性分析（三）成果合理性分析14关键是关键是展延年径流系列的长度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有密切关系并有较长观测系列的参参证变量证变量。二、资料不足情况下设计年径二、资料不足情况下设计年径流频率分析计算流频率分析计算151、参证变量的选择、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。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。参证变量的系列较长，并有较好的代表性。16（1）利用参证站（上下游站或邻近河流测站）实）利用参证站（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测径流资料，延长设计断面的径流系列2、年径流系列的展延、年径流系列的展延方法：利用设计站与参证站相同年份流量之间方法：利用设计站与参证站相同年份流量之间的关系来展延，实际工作中多用年径流模数的关系来展延，实际工作中多用年径流模数M或或年径流深度年径流深度R进行相关分析，一般先进行图解分进行相关分析，一般先进行图解分析，点绘相关图，目估定出平均关系曲线。如析，点绘相关图，目估定出平均关系曲线。如果点据相当分散，可采用相关计算以确定回归果点据相当分散，可采用相关计算以确定回归方程。求出设计站径流展延系列后，再进行频方程。求出设计站径流展延系列后，再进行频率分析。率分析。17甲站与乙站年径流量相关图甲站与乙站年径流量相关图18说明：如果缺少整年的实测资料，或实测说明：如果缺少整年的实测资料，或实测年数很短，在绘制相关图时难以定线，可年数很短，在绘制相关图时难以定线，可考虑利用月径流量或季径流量之间的关系考虑利用月径流量或季径流量之间的关系来展延系列。来展延系列。例题例题【例题例题4.1】【例题例题4.2】19（2）利用年降水资料延长设计断面的）利用年降水资料延长设计断面的年径流系列年径流系列某站年降雨径流相关图某站年降雨径流相关图20三、缺乏实测径流资料时设计三、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算年径流量的估算通过间接的办法求得年径流的统通过间接的办法求得年径流的统计参数值（计参数值（，Cv，Cs），然后），然后通过年径流的理论频率曲线法求通过年径流的理论频率曲线法求得制定频率的设计年径流量。得制定频率的设计年径流量。21等值线图法等值线图法水文比拟法水文比拟法径流系数法径流系数法经验公式法经验公式法水文查勘法水文查勘法221、参数等值线图法、参数等值线图法把相同数值的点连接起来的线叫等值线。把相同数值的点连接起来的线叫等值线。在地图上把观测到的水文特征值标记出来，然在地图上把观测到的水文特征值标记出来，然后把相同数值的各点连成等值线，即可构成该后把相同数值的各点连成等值线，即可构成该特征值的等值线图。水文特征值的等值线图表特征值的等值线图。水文特征值的等值线图表示水文特征值的地理分布规律。示水文特征值的地理分布规律。23由于径流量的多寡与流域面积的大小有直由于径流量的多寡与流域面积的大小有直接关系，为了消除这项影响，多年平均年径流接关系，为了消除这项影响，多年平均年径流量等值线图一般以量等值线图一般以径流深径流深或或径流模数径流模数为度量单为度量单位。位。24应用等值线图推求多年平均年径流深应用等值线图推求多年平均年径流深时，先在图上勾绘出研究流域的时，先在图上勾绘出研究流域的分水线分水线，再找出流域的再找出流域的形心形心，然后根据等值线内插，然后根据等值线内插读出形心处的多年平均年径流深值读出形心处的多年平均年径流深值。如果如果流域面积较大或地形复杂，等值线分布不流域面积较大或地形复杂，等值线分布不均匀，也可用加权平均法推算。均匀，也可用加权平均法推算。25（1）年径流均值的估算）年径流均值的估算用面积加权法求流域平均径流深用面积加权法求流域平均径流深Ri-分块面积的平均径流深，分块面积的平均径流深，mm；Ai-分块面积，分块面积，km2；R-流域平均径流深，流域平均径流深，mm。大流域大流域26用直线内插法求流域平均径流用直线内插法求流域平均径流在在小流域小流域中，流域内通过的等值线很少，中，流域内通过的等值线很少，甚至没有一条等值线通过，可按通过流域形甚至没有一条等值线通过，可按通过流域形心的直线距离比例内插法，计算流域平均径心的直线距离比例内插法，计算流域平均径流深。流深。27等值线图法一般对大流域查算的结果精度高一些。等值线图法一般对大流域查算的结果精度高一些。对于小流域，因小流域可能不闭合和河槽下切不深，对于小流域，因小流域可能不闭合和河槽下切不深，不能汇集全部地下径流，所以使用等值线图有可能导不能汇集全部地下径流，所以使用等值线图有可能导致结果偏大或偏小。因此，小流域应用参数等值线图致结果偏大或偏小。因此，小流域应用参数等值线图时，一般应进行实地调查，分析论证数据的合理性，时，一般应进行实地调查，分析论证数据的合理性，并结合具体条件加以适当修正。并结合具体条件加以适当修正。28年径流深均值确定以后，可通过下列关系年径流深均值确定以后，可通过下列关系确定年径流量：确定年径流量：WKRA式中式中W-年径流量，年径流量，m3R-年径流深，年径流深，mm；A-流域面积，流域面积，km2；K-单位换算系数，采用上述各单位单位换算系数，采用上述各单位时，时，K1000。29（2）年径流）年径流Cv值的估算值的估算年径流深的年径流深的Cv值，也有等值线图可供查值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均值估算方法类似算，方法与年径流均值估算方法类似30（3）年径流）年径流Cs值的估算值的估算年径流的年径流的Cs值，一般采用值，一般采用Cv的倍比。按照规的倍比。按照规范规定，一般可采用范规定，一般可采用Cs23Cv。在确定了年径流的均值、在确定了年径流的均值、Cv，Cs后，便可借后，便可借助于查用助于查用P-型频率曲线表，绘制出年径流的型频率曲线表，绘制出年径流的频率曲线，确定设计频率的年径流值。频率曲线，确定设计频率的年径流值。312、水文比拟法、水文比拟法与研究流域有相似自然地理特征的流与研究流域有相似自然地理特征的流域称为域称为相似流域相似流域（即（即参证流域参证流域）。水文）。水文比拟法就是以流域间的相似性为基础，比拟法就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。的一种简便方法。321 1）直接移）直接移用径流深或径流模数用径流深或径流模数2 2）用降雨量修正）用降雨量修正径流深径流深3 3）移用参证流域的年降雨径流相关图）移用参证流域的年降雨径流相关图4 4）移用参证流域的次降雨径流相关图）移用参证流域的次降雨径流相关图5 5）年径流的年径流的CvCv值可以直接采用，一般无须值可以直接采用，一般无须进行修正，并取用进行修正，并取用CsCs2 23Cv3Cv。333 3、径流系数法、径流系数法 即利用年降雨量的多年平均值乘以径流系数推即利用年降雨量的多年平均值乘以径流系数推求多年平均径流量。可由下式计算之：求多年平均径流量。可由下式计算之：W W10001000P PF F 式中式中W W多年平均径流总量，多年平均径流总量，m m3 3 该地区年径流系数；该地区年径流系数；P P研究地区多年平均降雨量（研究地区多年平均降雨量（mmmm）；）；F F研究流域的集水面积（研究流域的集水面积（kmkm2 2）。）。本方法计算成果的准确程度取决于径流系数，本方法计算成果的准确程度取决于径流系数，如所选径流系数精度较高可获比较正确的结果。如所选径流系数精度较高可获比较正确的结果。344、经验公式法、经验公式法年径流的地区综合，也常以经验公式表示。年径流的地区综合，也常以经验公式表示。这类公式主要是与年径流影响因素建立关系。这类公式主要是与年径流影响因素建立关系。5.水文查勘法水文查勘法 为满足工程设计或规划的需要为满足工程设计或规划的需要，为慎重起为慎重起见一般不只用一种方法计算，往往运用几种见一般不只用一种方法计算，往往运用几种方法推算的成果相互验证，以保计算成果的方法推算的成果相互验证，以保计算成果的精度精度。35第三节 径流的年内分配一一、概述、概述（一）径流的年内分配及其表示（一）径流的年内分配及其表示1径流的年内分配径流的年内分配2径流的年内分配的表示方法径流的年内分配的表示方法1）流量过程线）流量过程线2）流量（水位）历时曲线）流量（水位）历时曲线（二）设计年径流时程分配与工程规模的关（二）设计年径流时程分配与工程规模的关系系 36二、有长期实测资料时设计年径流量年内分二、有长期实测资料时设计年径流量年内分配的确定配的确定（一）（一）设计代表年法设计代表年法（二）（二）全系列法全系列法（三）（三）实际代表年法实际代表年法（四）虚拟年法（四）虚拟年法37（一）（一）设计代表年法设计代表年法设计代表年法的实质是在长系列径流资设计代表年法的实质是在长系列径流资料中选择一个典型的年内分配过程，并按此料中选择一个典型的年内分配过程，并按此典型计算设计年径流量的年内分配。典型计算设计年径流量的年内分配。381、代表年（典型年）的选择、代表年（典型年）的选择从实测径流资料中选择某一年（称为典型年）从实测径流资料中选择某一年（称为典型年）的年内分配作为典型的年内分配作为典型,其选择原则有二：其选择原则有二：（1）选取年径流量与设计值相接近的实际年份）选取年径流量与设计值相接近的实际年份作为典型年作为典型年（2）选取对工程较为不利的年份作为典型年）选取对工程较为不利的年份作为典型年392、设计年径流年内分配的计算、设计年径流年内分配的计算将设计年径流量按典型年的月径流过程进将设计年径流量按典型年的月径流过程进行分配。常用的是行分配。常用的是同倍比法同倍比法。K=Q年设年设/Q年典年典或或K=W年设年设/W年典年典K称为称为缩放倍比缩放倍比。然后以然后以K分别乘典型年各月的径流量，就得分别乘典型年各月的径流量，就得到设计年径流的年内分配。到设计年径流的年内分配。【例4.3】40三、缺乏长期实测资料时设计年径流量年三、缺乏长期实测资料时设计年径流量年内分配的确定内分配的确定采用采用水文比拟法水文比拟法推求推求:即将水文相似区内参证站即将水文相似区内参证站各种代表年的径流分配过程，经修正后移用于设各种代表年的径流分配过程，经修正后移用于设计流域。先求出参证站各月的径流分配比计流域。先求出参证站各月的径流分配比，遍乘，遍乘设计站的年径流，即得设计年径流的时程分配。设计站的年径流，即得设计年径流的时程分配。月径流分配比按下式推求：月径流分配比按下式推求：式中式中i i-参证站第参证站第i月的径流分配比，；月的径流分配比，；yi i-参证站第参证站第i月的径流量，月的径流量，m3；Y-参证站年径流量，参证站年径流量，m3。