工程水文學(xué)-第5章-設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配的計(jì)算.doc

第五章 設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配的計(jì)算第一節(jié) 概 述2第二節(jié) 影響年徑流的因素4第三節(jié) 具有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量6第四節(jié) 具有短期實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)10第五節(jié) 缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量14第六節(jié) 流量歷時(shí)曲線 18第七節(jié) 設(shè)計(jì)枯水流量分析計(jì)算19課前學(xué)習(xí)指導(dǎo)課程要求（ 1 ）熟悉年徑流的定義和我國(guó)年月徑流時(shí)空變化特性； （ 2 ）了解工程規(guī)模與來(lái)、用水、保證率的關(guān)系； （ 3 ）熟悉影響年徑流年內(nèi)分配的因素； （ 4 ）掌握不同資料情況下設(shè)計(jì)年徑流及其年內(nèi)分配的分析與計(jì)算方法； （ 5 ）了解流量歷時(shí)曲線與設(shè)計(jì)枯水流量計(jì)算方法； （ 6 ）了解年徑流隨機(jī)模擬的一般原理與方法 課時(shí)安排共需6個(gè)課內(nèi)學(xué)時(shí)，8個(gè)課外學(xué)時(shí)課前思考 年徑流是依據(jù)什么年度進(jìn)行統(tǒng)計(jì) ? 水文資料審查應(yīng)包括哪幾個(gè)方面，各自的含義是什么？ 如何利用同頻率與同倍比方法縮放年月徑流過(guò)程？各自的優(yōu)缺點(diǎn)？ 插補(bǔ)延長(zhǎng)年月徑流系列時(shí)應(yīng)注意什么？ 應(yīng)用水文比擬法的關(guān)鍵？ 年月徑流資料短缺的含義是什么？ 學(xué)習(xí)重點(diǎn)掌握不同年月徑流資料條件下，如何推求設(shè)計(jì)年徑流及其年內(nèi)分配； 難點(diǎn)如何對(duì)年月徑流建立水文隨機(jī)模型并進(jìn)行隨機(jī)生成？第一節(jié) 概 述一、年徑流的變化特性 在一個(gè)年度內(nèi)，通過(guò)河流出口斷面的水量，叫做該斷面上以上流域的年徑流量，它常用年平均流量、年徑流深、年徑流總量或年徑流模數(shù)表示。一般不用日歷年，而是用水利年作為一個(gè)年度。 圖 5-1 （a）黃河陜縣站（b）松花江哈爾濱站年徑流過(guò)程線 年徑流變化的一些特性： 1）年徑流具有大致以年為周期的汛期與枯水期交替變化的規(guī)律，但各年汛、枯水期的歷時(shí)有長(zhǎng)有短，發(fā)生時(shí)間有早有遲，水量也有大有小，基本上年年不同，從不重復(fù)，具有偶然性質(zhì)。 2）年徑流在年際間變化很大，有些河流豐水年徑流量可達(dá)平水年的2-3倍，枯水年徑流量只有平水年的0.1-0.2倍。為了便于相互比較，可采用豐水年模比系數(shù)K豐 和枯水年模比系數(shù) K 枯 表示。 式中：為多年平均流量。 3）年徑流在多年變化中有豐水年組和枯水年組交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。圖5-1（a）黃河陜縣站曾出現(xiàn)過(guò)連續(xù)11年（1922-1932）的少水年組，而后的1935-1949年則基本上是多水年組。圖5-1（b）松花江哈爾濱站1927年以前的30年基本上是少水年組，而后的1928-1966年基本上是多水年組。浙江新安江水電站也曾出現(xiàn)邊連續(xù)13年（1956-1968）的少水年組。這說(shuō)明河流的年徑流量具有或多或少的持續(xù)性。此變化特性對(duì)于水資源開發(fā)利用、防汛等是不利的。二、工程規(guī)模與來(lái)水、用水、保證率的關(guān)系 上述年徑流量的自然變化情勢(shì)往往與用水部門的需水有矛盾。為了按時(shí)按量地滿足用水部門的需求要求，必需興建水利工程（如水庫(kù)等），對(duì)天然徑流加以人工調(diào)節(jié)，按用水要求泄放。 各項(xiàng)水利工程的規(guī)模如何確定呢？今以確定灌溉水庫(kù)的庫(kù)容（V）為例說(shuō)明如下： 在豐水年份， 由于降雨量多，河流中水量豐富，且作物要求的灌溉水量較少，來(lái)水與用水的矛盾不突出，解決這種豐水年份的灌溉要求，所需的工程規(guī)模（如水庫(kù)的庫(kù)容）較小。如圖5-2 中僅八月份來(lái)水小于用水，故用以滿足灌溉用水所需的庫(kù)容（V）較小。 圖 5-2 豐水年來(lái)水、用水對(duì)照?qǐng)D 相反，在枯水年份 ，降雨量小，河流中水量也較枯，并且由于氣溫高，蒸發(fā)大，耗水很多，作物要求的灌溉水量卻很大，來(lái)水與用水的矛盾就很突出。為了滿足這種枯水年份的灌溉要求，水庫(kù)的庫(kù)容就要大得多，如圖5-3所示。 圖 5-3 枯水年來(lái)水、用水對(duì)照?qǐng)D 在同樣的干旱年份，即使年來(lái)水總量、用水流量相同，但由于徑流年內(nèi)各月分配不同，對(duì)庫(kù)容大小也有影響，如圖 5-4(a)、(b)兩年的年平均流量Q相同，但(b)年的徑流年內(nèi)分配（概化成汛期、枯季兩個(gè)流量）較(a)年的均勻，因此兩年所需水庫(kù)供水的數(shù)量也就不同，往往徑流年內(nèi)分配不均勻的年份所需庫(kù)容較大，即VAVB。 圖 5-4 徑流年內(nèi)分配不同對(duì)庫(kù)容影響示意圖對(duì)于不同的年份，來(lái)水與用水有各種可能的組合情況，各年所需的庫(kù)容也就大小不一。例如某灌區(qū)有二十年的年來(lái)水量資料和灌溉用水量的資料，就可以求出二十個(gè)大小不同的庫(kù)容值V1、V2、V20。那末，應(yīng)該用什么樣的庫(kù)容值來(lái)設(shè)計(jì)水庫(kù)呢？庫(kù)容造大些，灌溉用水的保證程度（即保證率）就高些，但投資要多；相反，庫(kù)容造小些，可節(jié)省投資，但灌溉用水的保證率就低些，碰到大旱年份，灌溉用水得不到保證，作物就要減產(chǎn)甚至失收。這里就牽涉到一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，也就是設(shè)計(jì)保證率問(wèn)題。 由上可知，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，水利工程的規(guī)模是由來(lái)水、用水矛盾的大小和希望解決矛盾的程度（即設(shè)計(jì)保證率）來(lái)決定的，也就是說(shuō)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段要分析工程規(guī)模、來(lái)水、用水、保證率四者之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定工程規(guī)模。三、水文計(jì)算任務(wù) 本章的主要任務(wù)是分析研究年徑流量的年際變化和年內(nèi)分配規(guī)模，提供工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)來(lái)水資料。其他如用水、保證率和工程規(guī)模計(jì)算在其他有關(guān)課程中介紹。 水利工程調(diào)節(jié)性能的差異和采用的水利計(jì)算方法的不同，對(duì)無(wú)調(diào)節(jié)性能的引水工程，要求提供歷年（或年代表年）逐日來(lái)水流量過(guò)程資料；對(duì)于有調(diào)節(jié)性能的蓄水工程，則要求提供歷年（或年代表年）的逐月（旬）流量過(guò)程資料或各種時(shí)段徑流量的頻率曲線，供水利計(jì)算應(yīng)用。 本章將主要講述具有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)徑流資料、短期實(shí)測(cè)徑流資料和缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)的設(shè)計(jì)年徑流量及年內(nèi)分配的分析計(jì)算方法。第二節(jié) 影響年徑流的因素在水文計(jì)算中，研究影響年徑流量的因素具有重要的意義。通過(guò)對(duì)影響因素分析研究，可以從物理成因方面去深入探討徑流的變化規(guī)律。另一方面，在徑流資料短缺時(shí)，可以利用徑流與有關(guān)因素之間的關(guān)系來(lái)推算徑流特征值。也可對(duì)計(jì)算成果作分析論證。 研究影響年徑流量的因素，可從流域水量平衡方程式著手，由以年為時(shí)段的流域水量平衡方程式： y=x-z+u+w（5-1） 可知：年徑流深Y取決于年降水量x ，年蒸發(fā)量z，時(shí)段始末的流域蓄水量變化u 和流域之間的交換水量w 四項(xiàng)因素。前兩項(xiàng)屬于流域的氣候因素，后兩項(xiàng)屬于下墊面因素（指地形、植被、土壤、地質(zhì)、湖泊、沼澤、流域大小等）。當(dāng)流域完全閉合時(shí)，w =0，影響因素只有x、z和u三項(xiàng)，如對(duì)多年平均情況，則影響年徑流的因素只有降水和蒸發(fā)。一、氣候因素對(duì)年徑流量的影響在濕潤(rùn)地區(qū)，降水量較多，年徑流系數(shù)較高，年降水量與年徑流量之間具有較密切的關(guān)系，說(shuō)明年降水量對(duì)年徑流量起著決定性作用，而流域蒸發(fā)的作用就相對(duì)較小。 在干旱地區(qū)，降水量少，年徑流系數(shù)很低，年降水量與年徑流量的關(guān)系不很密切，降水和蒸發(fā)都對(duì)年徑流量起著相當(dāng)大的作用。二、下墊面因素對(duì)年徑流量的影響 （一）地形 地形主要通過(guò)對(duì)氣候因素降水、蒸發(fā)、氣溫的影響，間接對(duì)年徑流量發(fā)生作用。地形對(duì)于降水的影響主要表現(xiàn)在山地對(duì)水汽的抬升和阻滯作用，使迎風(fēng)坡降水量增大。增大的程度主要隨水汽含量和抬升速度而定。 地形除對(duì)降水有影響外，還對(duì)蒸發(fā)有影響。一般氣溫隨高程的增加而降低，因而使蒸發(fā)量減小。所以地形對(duì)蒸發(fā)和降水的作用，一般將使年徑流量隨高程的增加而加大。（二）湖泊 湖泊（包括水庫(kù)在內(nèi)）一方面通過(guò)蒸發(fā)的影響而間接影響年徑流量的大小，另一方面通過(guò)對(duì)流域蓄水量的調(diào)節(jié)而影響年徑流量年際的變化。 湖泊增加流域的水面面積，一般增加了蒸發(fā)量，從而使年徑流量減少。另外，較大的湖泊增大了流域的調(diào)節(jié)作用，使u 值加大，對(duì)年徑流變化發(fā)生作用，起著減小徑流年際變化的作用。（三）流域大小 流域可看作為一個(gè)徑流調(diào)節(jié)器，輸入為降水，輸出為徑流。一般隨著流域面積的增大，徑流量的變化相應(yīng)地減小。這是因?yàn)椋?1）流域面積增大時(shí)，一般地下蓄水量相應(yīng)加大； 2）隨著流域面積的增加，流域內(nèi)部各地徑流的不同期性愈加顯著，所起的調(diào)節(jié)作用就更為明顯。三、人類活動(dòng)對(duì)年徑流量的影響 人類活動(dòng)對(duì)年徑流的影響，包括直接和間接影響，直接影響如跨流域引水，直接減少（或增加）本流域的年徑流量。間接影響如修水庫(kù)、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地改梯田，植樹造林，種植牧草等措施，主要通過(guò)改變下墊面性質(zhì)而影響年徑流量。一般來(lái)說(shuō)，這些措施都將使蒸發(fā)增加，從而使年徑流量減少。第三節(jié) 具有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量當(dāng)具有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)徑流資料（一般要求20-30年以上）時(shí)，通過(guò)水文計(jì)算提供的來(lái)水資料，可有三種類型，1）設(shè)計(jì)長(zhǎng)期年的年月徑流系列；2）實(shí)際代表年的年月徑流量；3）設(shè)計(jì)代表年的年月徑流量。 來(lái)水資料的分析計(jì)算一般有三個(gè)步驟。首先，應(yīng)對(duì)實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行審查；其次，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法推求設(shè)計(jì)年徑流量；最后，用代表年法推求徑流年內(nèi)分配過(guò)程。一、水文資料的審查 資料審查包括可靠性、一致性和代表性。 1、資料可靠性的審查 可靠性指水文資料是否存在人為或天然原因造成的錯(cuò)誤。審查一般可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： （1）水位資料的審查，檢查原始水位資料情況，是否存在水位基面不一致，并分析水位過(guò)程線形狀從而了解當(dāng)時(shí)觀測(cè)質(zhì)量，研討有無(wú)不合理的現(xiàn)象。 （2）水位流量關(guān)系曲線的審查， 檢查水位流量關(guān)系曲線繪制和延長(zhǎng)的方法，并分析歷年水位流量關(guān)系曲線的變化情況。 （ 3 ）水量平衡的審查，根據(jù)水量平衡的原理，上、下游站的水量應(yīng)該平衡，即下游站的徑流量應(yīng)等于上游站徑流量加區(qū)間徑流量。通過(guò)水量平衡的檢查即可衡量徑流資料的精度。 解放前和“文革” 期間的水文資料質(zhì)量較差，審查時(shí)應(yīng)特別注意。2、資料一致性的審查從數(shù)理統(tǒng)計(jì)解釋，一致性是指所取得的資料系列是否來(lái)自同一總體，從水文上講，要求組成系列的每個(gè)資料具有同一成因。就年徑流量系列而言，當(dāng)氣候條件或下墊面條件有顯著的變化時(shí)，其一致性就遭到破壞。一般認(rèn)為氣候條件的變化極其緩慢，可認(rèn)為相當(dāng)穩(wěn)定，而下墊面條件卻由于人類活動(dòng)而迅速變化，所以在審查年徑流資料時(shí)應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)。如，在測(cè)流斷面上游修建了水庫(kù)工引水工程，則工程建成后下游水文站實(shí)測(cè)資料的一致性就遭到破壞，引用該水文站的資料時(shí)，必須合理的修正，還原到修建工程前的同一基礎(chǔ)上。資料一致性可通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)和觀看年徑流隨時(shí)間變化過(guò)程線等方法進(jìn)行檢驗(yàn)。還原方法可參照水利電力部頒發(fā)的水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范SDJ214-83（試行）和有關(guān)專門文獻(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，只要下墊面條件的變化不是非常顯著，可以認(rèn)為徑流系列具有一致性。3、資料代表性的審查 資料代表性指的是所取得水文樣本對(duì)總體的接近程度，越接近代表性就越好。 例如，某設(shè)計(jì)站具有 19611980 年共 20 年的年徑流量系列（稱為設(shè)計(jì)變量），為了檢驗(yàn)系列的代表性，可選擇與設(shè)計(jì)變量有成因聯(lián)系、具有長(zhǎng)系列的參證變量（本例選擇具有 1921-1980 年共 60 年系列的鄰近流域的年徑流量）來(lái)進(jìn)行比較。首先，計(jì)算參證變量，長(zhǎng)系列（1921-1980年）的分布參數(shù)（主要是均值和離勢(shì)系數(shù)）；然后，計(jì)算參證變量 1961-1980 年系列的分布參數(shù)。假如兩者的分布參數(shù)值大致接近，就可認(rèn)為設(shè)計(jì)變量的 1961-1980 系列也具有代表性。 顯然，應(yīng)用上述方法，應(yīng)具有下列兩個(gè)條件， 1）設(shè)計(jì)變量與參證變量的時(shí)序變化具有同步性；2）參證變量的長(zhǎng)系列本身具有較高的代表性。二、設(shè)計(jì)年、月徑流量系列的選取 實(shí)測(cè)徑流系列經(jīng)過(guò)審查和分析后，再按水利年度排列為一個(gè)新的年、月徑流系列，然后，從這個(gè)長(zhǎng)系列中選出代表段。代表段中應(yīng)包括有豐、平、枯水年，并且有一個(gè)或幾個(gè)完整的調(diào)節(jié)周期；代表段的年徑流量均值、離勢(shì)系數(shù)應(yīng)與長(zhǎng)系列的相近。我們用這個(gè)代表段的年、月徑流量過(guò)程來(lái)代表工程運(yùn)行期間的年、月徑流量變化。這個(gè)代表段就是水利計(jì)算所標(biāo)的所謂“設(shè)計(jì)年、月徑流系列”。 有了設(shè)計(jì)條件下的歷年逐月徑流過(guò)程（來(lái)水）和歷年逐月的用水過(guò)程，就可以逐年進(jìn)行來(lái)水、用水平衡計(jì)算，可得到逐年所需的庫(kù)容值。將庫(kù)容值由小到大重新排列，做出庫(kù)容頻率曲線。于是，可以由設(shè)計(jì)用水保證率的設(shè)計(jì)庫(kù)容Vp，用以確定工程規(guī)模。這種推求設(shè)計(jì)庫(kù)容值Vp方法，在水利計(jì)算中稱為長(zhǎng)系列操作法、時(shí)歷法或綜合法，為了與下述的代表年法相應(yīng)，本書又稱為長(zhǎng)系列操作法。 運(yùn)用長(zhǎng)系列操作法，保證率的概念比較明確，但對(duì)水文資料要求較高，必須提供設(shè)計(jì)年、月徑流量系列。在實(shí)際工作，一般不具備上述條件；同時(shí)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段需要多方案進(jìn)行比較，計(jì)算工作量太大。因此，在規(guī)劃設(shè)計(jì)中小型水利工程時(shí)，廣泛采用下述的代表年法（實(shí)際代表年法或設(shè)計(jì)代表年法）。三、實(shí)際代表年年、月徑流量的選取 實(shí)際代表年法就是從實(shí)測(cè)年、月徑流量系列中，選出一個(gè)實(shí)際的干旱年作為代表年，用其年徑流分配過(guò)程直接與該年的用水過(guò)程相配合而進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，求出調(diào)節(jié)庫(kù)容，確定工程規(guī)模。選出的年份就稱為實(shí)際代表年，其年、月徑流量，就是實(shí)際代表年年、月徑流量，用這種方法求出的調(diào)節(jié)庫(kù)容，不一定符合規(guī)定的設(shè)計(jì)保證率。實(shí)際代表年法在小型灌溉工程的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣 。四、設(shè)計(jì)代表年年徑流量及年內(nèi)分配的計(jì)算 設(shè)計(jì)代表年年徑流量及年內(nèi)分配的計(jì)算步驟為：1）根據(jù)審查分析后的長(zhǎng)期實(shí)測(cè)徑流量資料，按工程要求確定計(jì)算時(shí)段，對(duì)各種時(shí)段徑流量進(jìn)行頻率計(jì)算，求出指定頻率的各種時(shí)段的設(shè)計(jì)流量值；2）按一定的原則在實(shí)測(cè)徑流資料中選取各種代表年（典型年）。對(duì)灌溉工程只選枯水年為代表年；對(duì)水電工程一般選豐水、平水、枯水三個(gè)代表年；3）對(duì)代表年的徑流過(guò)過(guò)程進(jìn)行縮放，得到設(shè)計(jì)的年月徑流過(guò)程線。 （一）設(shè)計(jì)時(shí)段徑流量的計(jì)算 1、計(jì)算時(shí)段的確定 設(shè)計(jì)灌溉工程時(shí)，一般取灌溉期作為計(jì)算時(shí)段；設(shè)計(jì)水電工程時(shí)，因?yàn)榭菟谒亢湍晁繘Q定著發(fā)電效益，采取枯水期或年作為計(jì)算時(shí)段。 2、頻率計(jì)算 當(dāng)計(jì)算時(shí)段確定后，就可根據(jù)歷年逐月徑流資料，統(tǒng)計(jì)時(shí)段徑流量。若計(jì)算時(shí)段為年，則按水利年度統(tǒng)計(jì)年、月徑流量。水利年度起迄時(shí)間可能每年不同，一般按多年平均情況，以每年某月 1 日為固定起點(diǎn)。將實(shí)測(cè)年、月徑流量按水利年度排列后，計(jì)算每一年度的年平均流量，并按大水次序排列，即構(gòu)成年徑流量計(jì)算系列。若選定的計(jì)算時(shí)段為三月（或其它時(shí)段），則根據(jù)歷年逐月徑流量資料，統(tǒng)計(jì)歷年最枯三個(gè)月的水量，不固定起迄時(shí)間，可以不受水利年度分界的限制。同樣，把歷年最枯三月的水量按大小次序排列，即構(gòu)成計(jì)算系列。 水利水電工程水文計(jì)算 SL278-2002 規(guī)定，徑流頻率計(jì)算依據(jù)的資料系列應(yīng)20年以上。 有了年徑流量系列或時(shí)段徑流量系列，即可用適線法，推求指定頻率的設(shè)計(jì)年徑流量或設(shè)計(jì)時(shí)段徑流量。 適線時(shí)要考慮全部經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。如點(diǎn)據(jù)與曲線擬合不佳時(shí)，應(yīng)側(cè)重考慮中，下部點(diǎn)據(jù)，適當(dāng)照顧上部點(diǎn)據(jù)。 年徑流頻率計(jì)算中，Cs/Cv值按具體配線情況而定，一般可采用2或3。 3、成果合理性分析成果分析主要對(duì)徑流系列均值，離勢(shì)系數(shù)及偏態(tài)系數(shù)進(jìn)行合理性審查，可借助于水量平衡原理和徑流的地理分布規(guī)律進(jìn)行。 （1）多年平均年徑流量的檢查 多年平均年徑流量具有地理分布規(guī)律。將設(shè)計(jì)站與上下游站和鄰近流域的多年平均徑流量進(jìn)行比較，使可判斷所得成果是否合理。若發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象，應(yīng)檢查其原因，作進(jìn)一步分析論證。 （2）年徑流量離勢(shì)系數(shù)的檢查 年徑流量 Cv值也具有一定的地理分布規(guī)律。我國(guó)許多單位對(duì)一些流域繪有年徑流量 Cv等值線圖，可據(jù)以檢查年徑流量 Cv的合理性，但是，這些年徑流量 Cv等值線圖，一般是根據(jù)大中流域的資料繪制的，對(duì)某些具有特殊下墊面條件的小流域年徑流量 Cv值可能并不協(xié)調(diào)，在分析檢查時(shí)應(yīng)進(jìn)行深入的分析。一般說(shuō)來(lái)，小流域的調(diào)蓄能力較小，它的年徑流量變化比大流域大些。 （3）年徑流量偏態(tài)系數(shù)的檢查 年徑流量偏態(tài)系數(shù) Cs的變化規(guī)律，一般可以利用 Cs/Cv值的地理分布規(guī)律，來(lái)檢查 Cs的合理性。（二）設(shè)計(jì)代表年年徑流量的年內(nèi)分配計(jì)算 本章第一節(jié)中已說(shuō)明，不同分配形式的年徑流量對(duì)工程設(shè)計(jì)的影響不同。因此，在求得設(shè)計(jì)年徑流量或設(shè)計(jì)時(shí)段徑流量之后，還需要根據(jù)徑流分配特性和水利計(jì)算的要求，確定它的分配。 在水文計(jì)算中，一般采用縮放代表年徑流過(guò)程線的方法來(lái)確定設(shè)計(jì)的年徑流量的年內(nèi)分配。其方法如下。 1、代表年的選擇 從實(shí)測(cè)的年徑流過(guò)程線中選擇代表年徑流過(guò)程線，可按下列原則進(jìn)行。 （1）選取的代表年年徑流量應(yīng)接近于設(shè)計(jì)年徑流量。 （2）選取對(duì)工程較不利的代表年徑流過(guò)程線。如何選擇較不利的代表年徑流過(guò)程線，對(duì)于灌溉工程，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)選取灌溉需水季節(jié)徑流比較枯的年份，而對(duì)水電工程，則應(yīng)選取枯水期較長(zhǎng)、徑流又較枯的年份。 2、徑流年內(nèi)分配計(jì)算 將設(shè)計(jì)時(shí)段徑流量按代表年的月徑流過(guò)程進(jìn)行分配，有同倍比和同頻率兩種方法，分述如下： （1）同倍比法 常見的有按年水量控制和按供水期水量控制的兩種同倍比法。用設(shè)計(jì)年水量與代表年的年水量比值或用設(shè)計(jì)的供水期水量與代表年的供水期水量之比值，即對(duì)整個(gè)代表年的月徑流過(guò)程進(jìn)行縮放，即得設(shè)計(jì)年內(nèi)分配。 （2）同頻率法 同頻率法的基本思想是使所求的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配的各個(gè)時(shí)段徑流量都能符合設(shè)計(jì)頻率，可采用各時(shí)段不同倍比縮放代表年的逐月徑流，以獲得同頻率的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配。具體計(jì)算步驟如下： 1）根據(jù)要求選定幾個(gè)時(shí)段，如最小一個(gè)月、最小三個(gè)月、最小七個(gè)月、年四個(gè)時(shí)段； 2）作各個(gè)時(shí)段的水量頻率曲線，并求得設(shè)計(jì)頻率的各個(gè)時(shí)段徑流量，如最小一個(gè)月的設(shè)計(jì)流量 Q1，P，最小三個(gè)月的設(shè)計(jì)流量 Q3，P，； 3）選取代表年，在代表年的逐月徑流過(guò)程上，統(tǒng)計(jì)最小一個(gè)月的流量 Q1，代 ，連續(xù)最小三個(gè)月的流量 Q3，代 ，并要求長(zhǎng)時(shí)段的水量包含短時(shí)段的水量在內(nèi)，如不能包含，則應(yīng)另選典型； 4）求各時(shí)段的縮放倍比 K 5）計(jì)算設(shè)計(jì)枯水年年內(nèi)分配，用各自的縮放倍比乘對(duì)應(yīng)的代表年的各月流量而得。 （三）討論 1）同倍比法按同一倍比縮放代表年的月徑流過(guò)程，求得的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配仍保持原代表年分配形狀；而同頻率法由于分段采用不同倍比縮放，求得的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配有時(shí)有可能不同于原代表年的分配，這時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)年內(nèi)分配作成因分析，探求其分配是否符合一般規(guī)律。實(shí)際工作中，為了使設(shè)計(jì)年內(nèi)分配不過(guò)多的改變代表年分配形狀，計(jì)算時(shí)段不宜取得過(guò)多，一般選取兩至三個(gè)時(shí)段。 2）用同倍比法縮放求得的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配常隨控制時(shí)段的不同、代表年的不同有較大不同，從而調(diào)節(jié)計(jì)算求得的庫(kù)容值有較大的變動(dòng)；用同頻率法求得的設(shè)計(jì)年內(nèi)分配受代表年的影響相對(duì)較小，這樣調(diào)節(jié)計(jì)算求得的庫(kù)容值，不同的代表年相差較小。 3）代表年的選擇。設(shè)計(jì)代表年法常用于水電工程的水利水能計(jì)算，而較少用于灌溉工程。這是因?yàn)楣喔扔盟c當(dāng)年的蒸發(fā)量和降水量的多少及其年內(nèi)分配有關(guān)。第四節(jié) 具有短期實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量及年內(nèi)分配的分析計(jì)算在規(guī)劃設(shè)計(jì)中小型水利水電工程時(shí)，往往遇到在壩址處僅有短期實(shí)測(cè)徑流資料的情況。這時(shí)，由于徑流資料系列短，如直接根據(jù)這些資料進(jìn)行計(jì)算，求得的成果可能具有很大的誤差。為了提高計(jì)算精度，保證成果的可靠性，必須設(shè)法展延年、月徑流系列。 在水文計(jì)算中，常用相關(guān)法來(lái)展延系列。即建立設(shè)計(jì)站的年、月徑流資料與參證資料的相關(guān)關(guān)系，然后利用較長(zhǎng)系列的參證資料通過(guò)相關(guān)關(guān)系來(lái)展延設(shè)計(jì)站的年、月徑流資料。參證資料可根據(jù)下列條件選用： 1）參證資料要與設(shè)計(jì)站的年、月徑流資料在成因上有密切聯(lián)系，這樣才能保證相關(guān)關(guān)系有足夠的精度； 2）參證資料與設(shè)計(jì)站年、月徑流資料要有一段相當(dāng)長(zhǎng)的平行觀測(cè)期，以便建立可靠的相關(guān)關(guān)系； 3）參證資料必須具有足夠長(zhǎng)的實(shí)測(cè)系列，除用以建立相關(guān)關(guān)系的同期資料外，還要有用來(lái)展延設(shè)計(jì)站缺測(cè)年份的年、月徑流資料。 在實(shí)際工作中，通常利用徑流量或降雨量作為參證資料來(lái)展延設(shè)計(jì)站的年、月徑流量系列，有條件時(shí)，也可用本站的水位資料，通過(guò)已建立的水位流量關(guān)系來(lái)展延年、月徑流。下面介紹利用徑流資料和降雨資料展延系列的方法。一、利用徑流資料展延系列 （一）以鄰近站年徑流量相關(guān)法展延設(shè)計(jì)站年徑流量系列 當(dāng)設(shè)計(jì)站實(shí)測(cè)年徑流量資料不足時(shí)，往往利用上下游、干支流或鄰近流域測(cè)站的長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)年徑流量資料來(lái)展延系列。其依據(jù)是：影響年徑流量的主要因素是降雨和蒸發(fā)，它們?cè)诘貐^(qū)上具有同期性，因而各站年徑流量之間也具有相同的變化趨勢(shì)，可以建議相關(guān)關(guān)系。例如信江梅港站與弋陽(yáng)站的年徑流量之間就有很好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.99 ，見圖5-5 。 圖 5-5 梅港與弋陽(yáng)站年、月徑流相關(guān)圖（二）以月徑流量相關(guān)展延年、月徑流量系列 由于影響月徑流量相關(guān)的因素較年徑流量相關(guān)的因素要復(fù)雜，因此月徑流量之間的相關(guān)關(guān)系不如年徑流量相關(guān)關(guān)系好。圖5-5 中月徑流量相關(guān)點(diǎn)據(jù)較年徑流量相關(guān)點(diǎn)據(jù)離散，因此用月徑流量相關(guān)來(lái)插補(bǔ)展延徑流量時(shí)，一般精度較低。二、利用降雨資料展延系列 （一）以年降雨徑流相關(guān)法展延年徑流量系列 以年為時(shí)段的閉合流域水量平衡方程為y年 = x年- z年- u年 （5-4 ） 在濕潤(rùn)地區(qū)，由于年徑流系數(shù)較大，z年、u年兩項(xiàng)各年的變幅較小，所以y年和x年間往往存在較好的相關(guān)關(guān)系，例見圖5-6 所示的白塔河柏泉站流域平均年降雨量與柏泉站年徑流深相關(guān)圖。對(duì)于小流域，x年也可以是點(diǎn)年降雨量。在干旱地區(qū)，年徑流量與年降雨量之間關(guān)系微弱，很難定出相關(guān)線，插補(bǔ)的資料精度較低。 圖 5-6 柏泉站以上流域年降雨徑流相關(guān)圖 （二）以月降雨徑流相關(guān)法展延年、月徑流量系列 造成月降雨徑流關(guān)系點(diǎn)據(jù)離散的原因在于沒(méi)有考慮流域蒸發(fā)和降雨月內(nèi)分配對(duì)徑流的影響。今應(yīng)用降雨徑流的蓄滿產(chǎn)流方程計(jì)算徑流深。 y =x-z-(WM -W0) （5-5） 式中y 徑流深，mm； x 流域平均雨量，mm；z 流域蒸發(fā)量，mm；Wm流域平均蓄水容量，即田間持水量，mm；W0降雨開始時(shí)的流域平均蓄水量，mm。式中考慮了流域蒸發(fā)和降雨過(guò)程，可以提高插補(bǔ)年、月徑流深的精度。三、相關(guān)展延系列時(shí)必須注意的問(wèn)題 （一）平行觀測(cè)項(xiàng)數(shù)的多寡問(wèn)題 相關(guān)法展延系列時(shí)，要求設(shè)計(jì)變量與參證變量平行觀測(cè)項(xiàng)數(shù)不能過(guò)少，一般應(yīng)在15-20項(xiàng)以上。（二）輾轉(zhuǎn)相關(guān)問(wèn)題如果一條河流或不同的河流僅有一個(gè)測(cè)站的資料年限較長(zhǎng)，上、下游幾個(gè)站均需借助這一測(cè)站的資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，有時(shí)迫不得已尚得用輾轉(zhuǎn)相關(guān)。對(duì)于這種輾轉(zhuǎn)插補(bǔ)延長(zhǎng)的方法必須注意成果的精度。如圖5-7所示，從長(zhǎng)沙插補(bǔ)衡陽(yáng)，衡陽(yáng)插補(bǔ)祁陽(yáng)，祁陽(yáng)插補(bǔ)零陵，其各關(guān)系尚稱密切。但若以長(zhǎng)沙直接與零陵相關(guān)，測(cè)關(guān)系就不甚密切了，如圖上第四象限所示，實(shí)際上，由長(zhǎng)沙輾轉(zhuǎn)插補(bǔ)零陵，是將兩個(gè)系列數(shù)值的差異分散在各個(gè)中間關(guān)系中，表面上似乎第一、二、三象限的相關(guān)點(diǎn)據(jù)都很密切，但長(zhǎng)沙和零陵的直接關(guān)系并不算好，對(duì)于零陵插補(bǔ)成果的精度是較差的。輾轉(zhuǎn)相關(guān)常隱匿了實(shí)際上積累的巨大誤差，予人以虛假現(xiàn)象，最終成為假相關(guān)。因此，最好不用輾轉(zhuǎn)相關(guān)展延系列。若實(shí)在要用時(shí)，必須十分慎重，對(duì)于展延的成果應(yīng)作合理性的分析，以憑取舍。（三）假相關(guān)問(wèn)題 為了說(shuō)明假相關(guān)概念，先看圖5-8、5-9和圖5-10，圖5-8顯示變量x和y之間的相關(guān)，在每一組中都非常微弱的（接近于零），但是將兩組資料組合在一起，相關(guān)系數(shù)卻變得很高，這是一種假相關(guān)。圖 5-9顯示，變量x和y無(wú)相關(guān)存在，但如果兩變量除以第三變量z后，則和便顯示出某種關(guān)系，如圖5-10所示，該圖似乎表示，在估計(jì)y時(shí)，x能提供一定的信息，而事實(shí)上兩者是無(wú)關(guān)系的，所以圖5-10 所顯示的關(guān)系又是一種假相關(guān)，應(yīng)直接就原始變量之間尋求關(guān)系。圖 5-9 兩變量 x 和 y 無(wú)相關(guān)存在 圖 5-10 引入第三個(gè)變量后形成的假相關(guān) （四）外延幅度問(wèn)題 在實(shí)際應(yīng)用相關(guān)線時(shí)，外延一般不宜超出實(shí)測(cè)資料范圍以外太遠(yuǎn)。例如，對(duì)于年徑流量不宜展延超過(guò)實(shí)際變量變化幅度的 50% 。（五）插補(bǔ)的項(xiàng)數(shù)問(wèn)題 插補(bǔ)的項(xiàng)數(shù)以不超過(guò)實(shí)測(cè)值的項(xiàng)數(shù)為宜，最好不超過(guò)后者的一半。第五節(jié) 缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量及年內(nèi)分配的分析計(jì)算 在進(jìn)行面廣量大的中小型水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常遇到小河流上缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的情況，或者雖有短期實(shí)測(cè)徑流資料但無(wú)法展延。在這種情況下，設(shè)計(jì)年徑流量及年內(nèi)分配只有通過(guò)間接途徑來(lái)推求。目前常用的方法是水文比擬法和參數(shù)等值線法。 一、水文比擬法 水文比擬法就是將參證流域的水文資料移置到設(shè)計(jì)流域上來(lái)的一種方法。這種移置是以設(shè)計(jì)流域影響徑流的各項(xiàng)因素，與參證流域影響徑流的各項(xiàng)因素相似為前提。因此，使用本方法最關(guān)鍵的問(wèn)題在于選擇恰當(dāng)?shù)膮⒆C流域。參證流域應(yīng)具有較長(zhǎng)的觀測(cè)徑流資料系列，其主要影響因素與設(shè)計(jì)流域相近，要通過(guò)歷史上旱澇災(zāi)情和氣候成因分析，說(shuō)明氣候條件的一致性，并通過(guò)流域查勘及有關(guān)地理、地質(zhì)資料，論證下墊面情況的相似性，流域面積也不宜相差太大。 對(duì)于灌溉工程規(guī)劃，可根據(jù)設(shè)計(jì)流域的歷史干旱災(zāi)情，確定實(shí)際干旱代表年，代表年確定后，就要計(jì)算該年的年、月徑流過(guò)程?？蓪⑦x擇好的參證流域的年、月徑流資料用水文比擬法移置到設(shè)計(jì)流域上來(lái)。 具體移置時(shí)，有下列幾種情況： （一）直接移置徑流深 最簡(jiǎn)單的情況是直接把參證流域該干旱年的實(shí)測(cè)年、月徑流深（不是流量）稱置到設(shè)計(jì)流域上來(lái)作為該年的來(lái)水過(guò)程。直接移置的條件是：（1）兩個(gè)流域的年降雨量要基本相等；（2）兩個(gè)流域的自然地理情況要十分相近；（3）兩個(gè)流域的面積不能相差過(guò)大。 （二）考慮雨量修正 當(dāng)設(shè)計(jì)流域與參證流域的自然地理情況相近，但降雨量情況有較大差別時(shí)，就不能直接移置徑流深，可假定兩流域的徑流系數(shù)a參與a設(shè)相等，用某干旱年的設(shè)計(jì)流域的年降雨量與參證流域年降雨量的比值乘以參證站的年徑流深來(lái)求得設(shè)計(jì)流域的年徑流深，即 有了設(shè)計(jì)流域的年徑流深，可根據(jù)參證流域該干旱年的月徑流分配，得出設(shè)計(jì)域逐月徑流深，即可用下列公式計(jì)算： 如設(shè)計(jì)流域缺乏該干旱年的年降雨資料，則可根據(jù)有關(guān)于手冊(cè)上提供的多年平均年降雨量等值線圖，查得設(shè)計(jì)流域中心處參證流域中心處的多年平均降雨量值，然后用下式計(jì)算設(shè)計(jì)流域的年徑流深。以上所述，是推求實(shí)際干旱代表年的年輕流量及其年內(nèi)分配。當(dāng)采用長(zhǎng)系列操作法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，最終提供歷年逐月流量資料，同樣可用上述的水文比擬法來(lái)推求。二、參數(shù)等值線圖法 水文特征值主要指年徑流量、時(shí)段徑流量，年降水量、時(shí)段降水量、最大一日、三日等降水量等。水文特征值的統(tǒng)計(jì)參數(shù)主要是均值、Cv。其中某些水文特征值的參數(shù)在地區(qū)上有漸變規(guī)律，可以繪制參數(shù)等值線圖。中小型水利水電工程的壩址處無(wú)實(shí)測(cè)水文資料時(shí)，可以直接利用參數(shù)等值線圖進(jìn)行地理插值，求得設(shè)計(jì)流域的統(tǒng)計(jì)參數(shù)（，Cv），進(jìn)而求得指定頻率下的設(shè)計(jì)值，這樣參數(shù)等值線圖法就成為解決無(wú)資料條件下水文計(jì)算的有力工具。 （一）繪制水文特征值等值線圖的依據(jù)和條件 水文特征值受到眾多因素的影響，但可歸結(jié)為氣候因素和下墊面因素兩大類。氣候因素主要指降水、蒸發(fā)、氣溫等，在地區(qū)上具有漸變規(guī)律，是地理坐標(biāo)的函數(shù)，一般稱氣候因素為分區(qū)性因素。下墊面因素主要指土壤、植被、流域面積、河道坡度、河床下切深度等，在地區(qū)上的變化是不連續(xù)的、突變的，稱之為非分區(qū)性因素。 水文特征值受到上述兩方面因素的影響。當(dāng)影響水文特征的因素主要是分區(qū)性因素（氣候因素）時(shí)，則該水文特征值隨地理坐標(biāo)不同而發(fā)生連續(xù)變化，利用這種特性就可以在地圖上作出它的等值線圖。反之，有些水文特征值（如年徑流總量，極小流量，固體徑流量）主要受非分區(qū)性因素（如流域面積、土壤植被、河道坡度、河床下切深度等）影響，由于其值不隨地理坐標(biāo)而連續(xù)變化，就無(wú)法繪制等值線圖。（二）多年平均年徑流深等值線圖的繪制和使用影響閉合流域多年平均年徑流量的主要因素是氣候因素：降水與蒸發(fā)由于降水量和蒸發(fā)量具有地理分布規(guī)律，因此，可以繪制多年平均年徑流量等值線圖，并用它來(lái)推求缺乏實(shí)測(cè)徑流資料地區(qū)的多年平均年徑流量。 由于流域面積是非分區(qū)性因素，為了消除這項(xiàng)因素對(duì)多年平均年徑流量等值線圖的影響，在繪制等值線圖時(shí)，總是用徑流深(mm)為計(jì)量單位 對(duì)屬于一點(diǎn)的水文特征值(如降水量、蒸發(fā)量等)，可在地圖上把各觀測(cè)點(diǎn)的特征值算出，然后把相同數(shù)值的各點(diǎn)連成等值線，即可構(gòu)成該特征值的等值線圖但是對(duì)于徑流量來(lái)說(shuō)情況就有所不同了任一測(cè)流斷面處，以徑流深度表示的徑流量不是測(cè)流斷面處的數(shù)值，而是流域平均值所以在繪制多年平均年徑流量等值線圖時(shí)，不應(yīng)點(diǎn)繪在測(cè)流斷面處。當(dāng)多年平均年徑流量在流域上緩和變化時(shí)，例如大致呈線性變化，則流域面積形心處的數(shù)值與流域平均值十分接近。在實(shí)際工作中，一般將多年平均年徑流量值點(diǎn)繪在流域面積形心處。但在山區(qū)，一般情況下，徑流量有隨高程增加而增加的趨勢(shì)，所以多年平均年徑流量值點(diǎn)繪在流域的平均高程處更為恰當(dāng)。 按上述原則，將各中等流域的多年平均年徑流量(以深度)標(biāo)記在各該流域的形心(或平均高程)處，并考慮到各種自然地理因素(特別氣候、地形的特點(diǎn))勾繪等值線圖，最后加以校核調(diào)整，構(gòu)成適當(dāng)比例尺的圖形。 用等值線圖推求無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料流域的多年平均年徑流量時(shí)，須首先在圖上描出設(shè)計(jì)斷面以上流域范圍；其次定出該流域的形心。當(dāng)流域面積較小，流域內(nèi)等值線分布均勻的情況下，流域的多年平均年徑流量可以由通過(guò)流域形心的等值線直接確定，或者根據(jù)形心附近的兩條等值線按比例內(nèi)插求得；如流域面積較大，或等值線分布不均勻時(shí)，則必須用加權(quán)平均法推求 如圖 5-11 所示流域的多年平均徑流量可由下式求得：式中 h- 設(shè)計(jì)站的多年平均年徑流量， mm; f1，f2，- 兩相鄰等值線間的部分流域面積， km2F- 全流域面積， km2h1，h2 - 等值線所代表的多年平均年徑流量， mm。 圖 5-11 用等值線圖推求多年平均年徑流量示意圖 用等值線圖推求多年平均年徑流量的方法，一般只用于中等流域。對(duì)于小流域來(lái)說(shuō)，由于非分區(qū)性因素 ( 如河槽下切深度、地下水埋藏深度等 ) 的影響，多年平均年徑流量的地理分布規(guī)律是不明顯的。因此嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，不能用等值線圖來(lái)推求小流域的多年平均年徑流量。當(dāng)必須對(duì)小流域使用等值線時(shí)，應(yīng)該考慮到小流域不能全部截獲地下水，它的多年平均年徑流量比同一地區(qū)中等流域的數(shù)值為小，也就是說(shuō)應(yīng)加適當(dāng)?shù)母恼?山區(qū)流域徑流資料一般較少，徑流在地區(qū)上的變化又較劇烈，因此，山區(qū)流域多年平均年徑流量等值線圖的繪制和使用較之平原地區(qū)更須慎重從事。(三) 年徑流量變差系數(shù)Cv等值線圖 影響年徑流量變化的因素主要是氣候因素。因此，年徑流量Cv值具有地理分布規(guī)律，可以應(yīng)用年徑流量Cv值等值線圖，來(lái)估算缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的流域的年徑流量Cv值。年徑流量Cv值等值線圖的繪制和使用方法，都與多年平均年徑流量等值線圖相似但應(yīng)注意，年徑流量 Cv值等值線圖的精度一般較低，特別是用于小流域時(shí)誤差可能較大(一般 Cv讀數(shù)偏小)。 (四) 設(shè)計(jì)年徑流量及其年內(nèi)分配計(jì)算 由等值線圖可查得無(wú)資料流域的年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù) 、Cv，至于偏態(tài)系數(shù)Cs，值一般通過(guò) Cs與 Cv的比值定出。根據(jù)水文比擬法可直接移用參證流域 Cs與 Cv的比值，或查水文手冊(cè)上分區(qū)給出的 Cs與Cv的比值。在多數(shù)情況下，常采用 Cs=2Cv求得上述三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)后，可由巳知的設(shè)計(jì)頻率求得設(shè)計(jì)枯水年的年徑流量或豐，平、枯三個(gè)設(shè)計(jì)年徑流量。 當(dāng)設(shè)計(jì)流域缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)，廣泛使用水文比擬法來(lái)推求設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配，即直接移用參證流域各種代表年的月徑流量分配比，乘以設(shè)計(jì)年徑流量即得設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配。各省(區(qū))水文手冊(cè)配合參數(shù)等值線圖，都按氣候及地理?xiàng)l件作了分區(qū)，并給出各分區(qū)的豐、平、枯典型分配過(guò)程以備查用。第六節(jié)流量歷時(shí)曲線 徑流的分配過(guò)程除用上述的流量過(guò)程表示外，還可用所謂流量歷時(shí)曲線來(lái)表示。這種曲線是按其時(shí)段內(nèi)所出現(xiàn)的流量數(shù)值及其歷時(shí)(或相對(duì)歷時(shí))而繪成的， 說(shuō)明徑流分配的一種特性曲線 ( 見圖 5-12), 如不考慮各流量出現(xiàn)的時(shí)刻而只研究所出現(xiàn)流量數(shù)值的大小，就可以很方便地從曲線