年徑流和多年平均輸沙量的計算

1、第四章第四章 年徑流和多年平均輸沙量的計算年徑流和多年平均輸沙量的計算第一節(jié) 概述一、年徑流及其特征 在一個年度內(nèi)，通過江河某一斷面的水量稱為該斷面以上流域的年徑流量年徑流量，簡稱年徑流年徑流。 在我國水文年鑒中，年徑流量是按照日歷年度日歷年度統(tǒng)計的；在水文水利計算中，年徑流量是按水文年度水文年度或水利水利年度年度統(tǒng)計的。日歷年度是指從某一年的1月1日到該年的12月31日。水文年度是一種與水文計算相適應(yīng)的一種專用年度。 以水文現(xiàn)象的循環(huán)規(guī)律來劃分。水利年度是以水庫蓄泄周期來劃分的。年徑流量具有以下特征特征：（1）年徑流在年內(nèi)變化分為汛期和非汛期。（2）年徑流量在年際間變化很大，有豐水年、平水年

2、 和枯水年之分。通常豐水年徑流量可達(dá)平水年的23 倍，枯水年徑流量僅為平水年的1/101/5。（3）年徑流量在多年變化過程中有豐水年組和枯水年 組交替出現(xiàn)的現(xiàn)象。影響年徑流的因素包括氣候因素氣候因素和下墊面因素下墊面因素等。 氣候因素中年降水量與年蒸發(fā)量對年徑流量的影響程度隨地理位置的不同而有差異。濕潤地區(qū)，降水量較多，降水量起決定性作用。在干旱地區(qū)，降水量少，大部分用于蒸發(fā)。年降水量 與年徑流量關(guān)系不密切。以冰雪補(bǔ)給為主的河流，其徑流量取決于年一年的降 雪量和當(dāng)年的氣溫變化情況。二、影響年徑流的因素 流域的下墊面因素下墊面因素主要包括地形、土壤、地質(zhì)、植被、湖泊、沼澤和流域面積等。 地形地形

3、主要通過氣候因素間接影響年徑流。地形對降水的影響，主要表現(xiàn)出山地對水汽的抬升和阻滯作用，使迎風(fēng)坡的水量增大。 地形對蒸發(fā)的影響主要表現(xiàn)為，氣溫隨高程的增加而降低，因而使蒸散發(fā)量減少。 土壤土壤和地質(zhì)條件地質(zhì)條件主要通過蒸發(fā)和下滲影響年徑流。 植被植被的影響，主要表現(xiàn)在森林地區(qū)對地面徑流的分配上，高植被率增加了地形徑流的比例，使年徑流變化趨于均勻。 湖泊湖泊一方面通過對蒸發(fā)的影響而間接影響年徑流量的大小，另一方面通過對流域蓄水量的調(diào)節(jié)而影響年徑流量的變化。 湖泊增加流域的水面面積，有足夠的水分蒸發(fā)，因此增加了蒸發(fā)量，使得年徑流量減少；較大的湖泊具有調(diào)蓄徑流量的能力，可減少年徑流年內(nèi)及年際變化的幅

4、度。 流域流域可看作一個徑流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，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)的縮小。 除了氣候因素和下墊面因素以外，人類活動人類活動造成的影響越來越大。人類活動對年徑流的影響可以分為直接影響和間接影響兩個方面。 直接影響：跨流域調(diào)水（南水北調(diào)、引黃濟(jì)青引灤濟(jì)津等），直接打破流域界限，實現(xiàn)水資源在更大范圍內(nèi)的供需平衡。 間接影響：通過城市建設(shè)，修建水利工程等改變下墊面條件影響徑流過程。三、設(shè)計年徑流的目的和任務(wù)三、設(shè)計年徑流的目的和任務(wù) 設(shè)計年徑流計算目的目的：對通過河流某指定斷面相應(yīng)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的年徑流量及各時段徑流分配進(jìn)行計算。對于年調(diào)節(jié)水利工程，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)常用頻率P表

5、示。 任務(wù)任務(wù)：分析研究年徑流量的多年及年內(nèi)分配的規(guī)律，提供設(shè)計所需要的歷年（或代表年）逐月（旬、日）流量成果或相應(yīng)的參數(shù)，作為水利計算的依據(jù)。 根據(jù)資料情況年徑流計算可分為：有長期實測資料有長期實測資料、短期實測資料短期實測資料、缺乏實測資料缺乏實測資料。第二節(jié) 具有實測徑流資料時設(shè)計年徑流的分析計算一、年徑流資料的審查 年徑流資料應(yīng)從可靠性可靠性、一致性一致性、代表性代表性三方面進(jìn)行審查。 在水利工程規(guī)劃設(shè)計階段，為了確定工程規(guī)模，要求水文計算提供未來工程運(yùn)行期間的徑流情況。 用當(dāng)?shù)剡^去的長期徑流變化過程來代表未來的徑流變化情況。（二） 資料的一致性（三） 資料系列的代表性 審查年徑流資料

6、系列是否是在同一成因條件下所得。 審查年徑流資料系列的統(tǒng)計參數(shù)能否很好的反映總體的統(tǒng)計特性。（一）資料的可靠性 水位資料：主要審查基準(zhǔn)面、水尺零點(diǎn)高程的變化情況。 流量資料：主要審查水位流量關(guān)系曲線是否合理。二、 設(shè)計的長期年、月徑流量系列三、 設(shè)計代表年的年、月徑流量計算（一） 設(shè)計年徑流量及設(shè)計時段徑流量的計算1）確定計算時段 在確定設(shè)計代表年的徑流時，一般要求年徑流量及一些計算時段的徑流量符合指定的設(shè)計保證率。 此時根據(jù)過程需要確定計算時段，如以灌溉為主的水庫，可取灌溉期為徑流計算時段，以城市供水為主的水庫，可取主要供水期為計算時段。2）頻率計算 若計算時段為年，則按水利年度統(tǒng)計年、月徑

7、流量，構(gòu)成新的年徑流量系列。 若計算時段為枯水期4個月，則統(tǒng)計歷年最枯的4個月總水量，組成枯水系列。 最后用頻率計算方法計算出年徑流量（時段徑流量），即為設(shè)計年徑流量（設(shè)計時段徑流量）。3）成果的合理性檢查與上下游、干支流或臨近河流的年徑流統(tǒng)計參數(shù)進(jìn) 行比較分析。與流域平均年降水量統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行比較。例：某水庫壩址處已得18年的年徑流資料，試求設(shè)計年平均流量。工程要求設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：豐水年P(guān)=10%、平水年P(guān)=50%、枯水年P(guān)=90%.序號年徑流量KiKi-1(Ki-1)2經(jīng)驗頻率（%）（1）（2）（3）（4）（5）（6）117.71.660.660.43565.3216.91.540.540.271

8、610.5315.11.370.370.136915.8414.41.310.310.09621.1550.02326.3611.91.080.080.006431.6711.31.030.030.000936.8810.90.99-0.010.000142.1910.40.94-0.060.003647.41010.30.93-0.070.004952.61110.20.93-0.070.004957.91210.00.91-0.090.008163.2139.640.88-0.120.014468.4148.420.77-0.230.067673.7157.870.7

9、2-0.280.078478.9167.780.70-0.300.090084.2177.240.66-0.340.115689.5184.730.43-0.570.324994.7合計197.3818.00.01.7025解 1.設(shè)計年徑流量計算 （1）統(tǒng)計年平均流量；（2）頻率計算確定年平均流量。 計算年徑流均值、變差系數(shù)：311197.3811.0/18niiQQmsn211()1.70250.32117niivKCn 取 ，利用皮爾遜III型分布離均系數(shù)表，繪制理論頻率曲線。20.64svCCP(%)125102050759095992.782.371.811.330.80-0.11-

10、0.72-1.19-1.44-1.851.891.761.581.431.250.970.770.620.540.4120.819.417.415.713.710.78.476.825.944.51 將經(jīng)驗頻率點(diǎn)據(jù)與理論頻率曲線繪于同一張概率格紙上如圖。0.010.2125102030 40 50 60 708090959999.903691215182124頻率(%)年徑流量（億m3） 理論頻率曲線與經(jīng)驗頻率點(diǎn)配合較好，不用再配線，此皮爾遜III型曲線可作為該站年徑流量的分布曲線。時段均值CvCs/Cv設(shè)計年平均流量P=10%P=50%P=90%年11.00.32215.6710.676.8

11、23）設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配計算 徑流年內(nèi)分配計算采用縮放典型年過程的方法，具體分為同頻率法同頻率法和同倍比法同倍比法。（1）典型年的選擇 水量相近原則： 選擇與設(shè)計年、時段徑流量大小相近的年。 對工程不利的原則： 對灌溉工程，選取灌溉需水季節(jié)徑流較枯年份。 對水電工程，選取枯水期較長，徑流又較枯的年份。（3）同頻率法（2）同倍比法 按上述原則選定典型年以后，計算設(shè)計年徑流量 與典型年的年徑流量 之比值K。DPQQK PQDQ 同頻率法也稱多倍比法，即將代表年各月的徑流量按不同的倍比縮放。DPWWK111DDPPWWWWK131313DDPPWWWWK353535DDPPWWWWK5125125

12、12見例4-1第三節(jié) 缺乏實測徑流資料時設(shè)計年徑流的分析計算 在缺乏實測徑流資料時一般用等值線圖法等值線圖法和水文比水文比擬法擬法來估算設(shè)計年徑流。（一）等值線圖法1、繪制水文特征值等值線圖的條件 當(dāng)影響因素主要是分區(qū)性因素時，可作出它的等值線圖。對于同時受到兩類因素影響的特征值，應(yīng)設(shè)法消除非分區(qū)性因素的影響。 水文特征值（如年徑流量、時段徑流量、年降水量、時段降水量等）的統(tǒng)計參數(shù)（均值、Cv)在地區(qū)上有漸變規(guī)律，可以繪制等值線圖。2、多年平均年徑流深等值線圖的繪制和使用 繪制：一般將流域多年平均徑流深點(diǎn)繪在流域面積的形心處。在山區(qū)，則點(diǎn)繪在流域的平均高程處。然后繪制等值線圖。使用：1）當(dāng)流域

13、面積較小，等值線分布較均勻時，由通過流域形心的等值線值確定。2）當(dāng)流域面積較大，或等值線分布不均勻時，用加權(quán)平均法推求。加權(quán)平均法計算式FfRRfRRfRRRnnn112321215 . 05 . 05 . 0 小流域不能全部截獲地下水，它的多年平均徑流量比同一地區(qū)中等流域的數(shù)值小。因此，小流域使用等值線圖時，應(yīng)適當(dāng)修正。 3、年徑流量變差系數(shù)等值線圖 年徑流深的Cv值，也有等值線圖可供查算，方法與年徑流均值估算方法類似。4、年徑流Cs值的估算 年徑流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照規(guī)范規(guī)定，一般可采用Cs（2-3）Cv。 （二）水文比擬法 水文比擬法是將參證流域的水文資料移置流域上來的一種

14、方法。 這種移置是以設(shè)計流域影響徑流的各項因素，與參證流域影響徑流的各項因素相似為前提。1 1、直接移置徑流深、直接移置徑流深 直接把參證流域的實測年、月徑流深移置到設(shè)計流域上來。 直接移置的條件： （1）兩個流域的年雨量要基本相等； （2）兩個流域的自然地理情況相近； （3）兩流域面積相差不大。2 2、考慮面積修正、考慮面積修正 當(dāng)設(shè)計流域與參證流域的自然地理情況相近，但面積情況有較大差別時，就不能直接移置?？捎妹娣e比修正。參參設(shè)設(shè)YFFY例：擬在某河流B斷面處筑壩，該斷面以上控制流域面積190km，已知該河流B斷面上游10km處A斷面可作為參政站。A斷面處控制面積176km，多年平均流量為

15、4.4m/s，Cv =0.40，Cs=0.80，枯水代表年的年內(nèi)分配比如下表。試用水文比擬法推求B斷面處P=90%的設(shè)計年徑流量及其年內(nèi)分配。90%枯水代表年年內(nèi)分配比 月份月份年型年型345678910111212全全年年枯水代枯水代表年的表年的分配比分配比（90%）18.715.628.6100解：（1）參政站多年平均徑流深： 參政站 Cv=0.40， 參政站 Cs=0.801000AAQTRF4.4 3600 24 3657881000 176mm（2）用水文比擬法求得設(shè)計站多年平均徑流深： 設(shè)計站多年平均徑流量： 查表可得Cv=0

16、.40，Cs=2Cv=0.80，當(dāng)P=90%， =0.53 788BRmm1000BBWFR831000 190 7881.497 10 mPK87390%0.53 1.497 107.93 10PWm 根據(jù)枯水代表年的年內(nèi)分配比求B斷面處P=90%的設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配，計算結(jié)果見下表。 月份月份年型年型345678910111212全年全年枯水代枯水代表年的表年的分配比分配比（%）18.715.628.6100設(shè)計枯設(shè)計枯水年水年 (106m)14.8312.3722.6824.353.080.160.240.

17、161.0379.30P=90%的設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配第四節(jié) 枯水徑流分析計算一、概述 n當(dāng)河流的絕大部分水源由地下水補(bǔ)給時，稱為枯水徑流枯水徑流。n枯水經(jīng)歷的時間稱為枯水期枯水期，當(dāng)月平均水量占全年水量的比例小于5時，則屬于枯水期。n枯水一般發(fā)生在地面徑流結(jié)束，河網(wǎng)中蓄積的水量全部排出以后。n由于我國冬季降雨遠(yuǎn)比其它季節(jié)少，因而我國的河川徑流在冬季主要依靠地下水補(bǔ)給，流量較小。我國大多數(shù)河流，枯水徑流在一年內(nèi)出現(xiàn)兩次：一次是在10月至次年3、4月的冬季枯水，另一次是夏季的歷時短暫的枯水。n枯水徑流的大小及枯水經(jīng)徑流的歷時，對灌溉、航運(yùn)、發(fā)電、供水等有很大影響。二、枯水徑流的頻率計算 在有比較

18、充分的資料情況下，同年徑流計算一樣，用適線法適線法進(jìn)行計算，但在選擇時，要注意一些比較特殊的問題。（一）枯水流量頻率計算 1、資料的選取與審查。 2、當(dāng)Cs2Cv時，對頻率曲線的處理。 3、當(dāng)Cs0時，對頻率曲線的處理。（二）枯水水位頻率計算 當(dāng)水位資料的一致性較差時，應(yīng)先用流量資料推求設(shè)設(shè)計流量計流量，再通過水位流量關(guān)系曲線轉(zhuǎn)換成設(shè)計水位設(shè)計水位。 在進(jìn)行頻率計算時還應(yīng)注意： （1）水位資料所選取的基準(zhǔn)面是否一致。 （2）對于不同基準(zhǔn)面，其統(tǒng)計參數(shù)也不同。需要對統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ZsaZsZvaZvaZCCCaZZCaZZ, （3）將同一條河流的不同測站統(tǒng)一到同一基準(zhǔn)面上。三、缺乏實測徑流資料時設(shè)計枯水徑流的估算（一）設(shè)計枯水流量的推求（二）設(shè)計枯水位的推求 在缺乏實測資料時，設(shè)計枯水位常移用上下游參證站的設(shè)計枯水位，但必修加以修正。1、比降法、比降法pLJZZ參設(shè)2、水位相關(guān)法、水位相關(guān)法 建立設(shè)計站和