和規(guī)范和規(guī)范

1、第八章 設計年徑流及徑流隨機模擬第一節(jié) 概述 一個年度內通過河流某斷面的水量叫做該斷面以上流域的年徑流量。年度常采用水文年度。水文年度是根據(jù)徑流的水文情態(tài)確定的，常把河流漲水的平均時刻作為元旦，長度與日歷年相同。1 1、徑流的年內變化、徑流的年內變化 河川徑流的主要來源為大氣降水。降水在年內分配是不均勻的，有多雨季節(jié)和少雨季節(jié)，徑流也隨之呈現(xiàn)出豐水期（或洪水期）和枯水期。2 2、徑流的年際變化、徑流的年際變化 河川徑流年與年之間的差異是很大的?？煞譃樨S、中、枯三種年份。我們把年平均流量較大的那些年份稱為豐水年，年平均流量較小的那些年份稱為枯水年，年平均流量接近于多年平均值的那些年份稱為中水年。

2、3 3、徑流的多年變化、徑流的多年變化 河川徑流有豐水年組和枯水年組交替出現(xiàn)的變化規(guī)律。第一節(jié) 概述1 1、年徑流分析計算的目的、年徑流分析計算的目的 年徑流分析計算是水資源利用工程中最重要的工作之一。設計年徑流是衡量工程規(guī)模和確定水資源利用程度的重要指標。推求不同保證率的年徑流量及其分配過程，就是設計年徑流分析計算的主要目的。第一節(jié) 概述2、設計保證率與工程規(guī)模、來水、用水的關系 設計保證率：水資源利用工程包括水庫蓄水工程、供水工程、水力發(fā)電工程和航運工程等，其設計標準，用保證率表示，反映對水利資源利用的保證程度。 對于灌溉為主的工程，其保證率P式中TB為保證灌溉用水的年數(shù)，TN為統(tǒng)計的總年

3、數(shù)。 對于發(fā)電為主的工程，其保證率P=Tm/TM式中Tm為正常發(fā)電的時間，TM為統(tǒng)計的總時間，單位可取年、月、日、時等。設計保證率的確定是政策性很強的問題，定高了，對天然來水調節(jié)利用充分，用水保證率高，但需要的工程規(guī)模大，投資多，可能造成投資浪費；定低了，工程規(guī)模小，投資少，但對天然來水不能充分調節(jié)，用水保證程度低，可能造成水資源浪費。在設計中，設計保證率是根據(jù)國家規(guī)范及用水部分要求合理確定的。NBTT第二節(jié) 影響年經流的因素1 1、分析和研究影響年徑流的因素的目的、分析和研究影響年徑流的因素的目的 為了深刻認識年徑流及其變化規(guī)律，就必須從物理成因方面去分析和研究影響年徑流的因素，尤其在徑流資

4、料短缺時，顯得更為重要。當具有短期實測徑流資料時，常常需要建立年徑流量與有關因素之間的相關關系來展延年徑流系列；當缺乏徑流資料時，常用水文比擬法或等值線圖法來推估年徑流量，上述情況都要分析影響年徑流的因素。第二節(jié) 影響年經流的因素1 1、氣候因素對年徑流的影響、氣候因素對年徑流的影響 氣候因素對年徑流的影響較大，決定河川徑流的基本情態(tài)，是主導性影響因素。在氣候因素中，年降水量與年蒸發(fā)量對年徑流量的影響程度，隨流域所在地區(qū)不同而有差異。2 2、流域下、流域下墊墊面因素對年徑流的影響面因素對年徑流的影響 流域下墊面因素包括地形、土壤、地質、植被、湖泊、沼澤和流域面積等。這些因素對年徑流的影響，一方

5、面表現(xiàn)在流域蓄水能力上，另一方面通過對降水和蒸發(fā)等氣候條件的改變間接地影響年徑流。第二節(jié) 影響年經流的因素3 3、人類活動對年徑流的影響、人類活動對年徑流的影響 人類活動對年徑流的影響，包括直接與間接兩個方面。直接影響如跨流域引水，將本流域的水量引到另一流域，或將另一流域的水引到本流域，都直接影響河川的年徑流量。 間接影響如修建水庫、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地該梯田，淺耕改深耕，植樹造林等農林措施，主要是通過改造下墊面的性質而影響年徑流量。一般地說，這些措施都將使蒸發(fā)增加，從而使年徑流量減少。n 人類活動對年徑流的影響，隨著生產力的提高逐步增大，除了上述對量的影響外還對水質起著越來越大的

6、影響作用。第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算 所謂有長期實測徑流資料，是指資料長度不小于規(guī)范規(guī)定的年數(shù)，即不應小于30年。如實測系列小于30年，應設法將系列加以延長。 一、資料審查 1 1、可靠性審查、可靠性審查 可靠性審查的目的是鑒別資料的真?zhèn)涡?，進行去偽存真的處理。審查的重點是政治動亂年代及大水年份的資料。第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算n2、一致性審查、一致性審查 n 應用數(shù)理統(tǒng)計法進行年徑流的分析計算時，一個重要的前提是年徑流系列應具有一致性。就是說組成該系列的流量資料，應是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和同一測流斷面上獲得的。其中氣候條件變化極為緩慢，一般可以不

7、加考慮。 人類活動影響下墊面的改變，有時卻很顯著，為影響資料一致性的主要因素，需要重點進行考慮。若發(fā)現(xiàn)資料一致性存在問題時，需要進行還原計算。還原計算就是估算影響一致性的因素，還原到天然狀態(tài)的情況。第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算3、代表性審查、代表性審查年徑流系列的代表性，是指該樣本對總體的相似程度，若系列的代表性好，頻率分析成果的精度較高，反之較低。 樣本對總體的代表性高低，可通過對二者統(tǒng)計參數(shù)的比較加以判斷。但總體通常是未知的，無法直接進行對比。只能通過類比的方法分析：找一個和本系列有物理成因聯(lián)系的系列類比，進行合理性分析與判斷。常用的方法如下：若參證系列中與本系列同期的短系列

8、統(tǒng)計參數(shù)與參證系列統(tǒng)計參數(shù)接近，則說明同期短系列對參證系列有較好的代表性，由此判斷，本系列的代表性也較好。水文要素頻率分析的通用方法，在前面已有詳細闡述，此處重點針對年徑流的特點，補充介紹一些應予注意的事項。1 1、年徑流的年度選擇、年徑流的年度選擇 日歷年度：當年徑流資料經過審查、插補延長、還原計算和資料一致性和代表性論證以后，應按逐年逐月統(tǒng)計其徑流量，組成年徑流系列和月徑流系列。這些數(shù)據(jù)絕大部分可自水文年鑒上直接引用，但須注意水文年鑒上刊布的數(shù)字是按日歷年分界的，即每年l-12月為一個完整的年份。 水文年度水文年度：在計算流域水量平衡關系時，最好采用水文年度。水文年度是根據(jù)徑流的水文情態(tài)確

9、定的，常把河流漲水的平均時刻作為元旦，長度與日歷年相同。 水利年度水利年度：在水資源利用工程中，為便于水資源的調度運用，常采用水利年度，有時亦稱為調節(jié)年度。它不是從 1月份開始，而是將水庫調節(jié)庫容的最低點 ( 汛前某一月份，各地根據(jù)入汛的遲早具體確定 ) 作為一個水利年度的起始點，周而復始加以統(tǒng)計，建立起一個新的年徑流系列。2 2、線型與參數(shù)估算、線型與參數(shù)估算 經驗表明，我國大多數(shù)河流的年徑流頻率分析，可以采用P-型頻率分布曲線，但規(guī)范同時指出，經分析論證亦可采用其他線型。 P-型年徑流頻率曲線有三個參數(shù)，其中均值( )一般直接采用矩法計算值；變差系數(shù)( )可先用矩法估算，并根據(jù)適線擬合最優(yōu)

10、的準則進行調整；偏態(tài)系數(shù)( )一般不進行計算，而直接采用 的倍比，我國絕大多數(shù)河流可采用 2 3 。在進行頻率適線和參數(shù)調整時，可側重考慮平、枯水年份年徑流點群的趨勢。3 3、其他注意事項、其他注意事項（1）參數(shù)的定量應注意參照地區(qū)綜合分析成果（2）歷史枯水年徑流的考證和引用 按所用資料不同，設計洪水的推求方法分為: l 由流量資料推求設計洪水; l 由暴雨資料推求設計洪水。 對于橋涵、堤防、調節(jié)性能小的水庫,一般可只推求設計洪峰,如葛洲壩電站為低水頭(設計水頭H=18.6m)徑流式電站,調節(jié)庫容(15.8億m)很小,只能起抬高水頭的作用,故其泄洪閘以設計洪峰流量 (Qm=110000m/s)

11、 控制。對于大型水庫,調節(jié)性能高,可以洪量控制, 即庫容大小主要由洪水總量決定。如三峽水庫,攔洪庫容300.2億m,龍羊峽總庫容247億m , 丹江總庫容209億m。一般水庫都以峰和量同時控制。 第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算二、選 樣選樣就是在現(xiàn)有的洪水資料中選取樣本系列,作為頻率計算的依據(jù)。我國目前采用年最大值法選樣，即每年只選一個最大洪峰流量及某一歷時的最大洪量組成系列。 洪峰選樣:洪峰選樣比較容易，可以從水文年鑒上直接查得，從n年中選出每年的最大洪峰值組成系列； 洪量選樣:則采用固定時段選取年最大值，固定時段一般為1d、3d、7d、15d、30d等。固定時段的年最大值需要經

12、過計算比較后選出。分別組成1d、3d、7d、15d、30d等系列。設計流域最長的時段根據(jù)其大洪水的情況而定。 第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算設計洪水過程線的推求: 典型洪水放大法： 即從實測洪水中選出和設計要求相近的洪水過程線作為典型, 然后按設計的峰和量將典型洪水過程線放大, 此法的關鍵是如何恰當?shù)剡x擇典型洪水和如何放大。 選擇典型洪水的原則: 可能和不利 資料完整,精度較高,接近設計值的實測大洪水過程線; 具有較好的代表性,即在發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、峰型、 主峰位置、洪水歷時及峰、量關系能代表設計流域大洪水的特性; 選擇對防洪不利的典型，具體地說，就是選峰高量大、主峰偏后的典型洪

13、水。 如水庫下游有防洪要求,應考慮與下游洪水遭遇的不利典型。 第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算三、典型洪水過程線的放大方法 1、同倍比放大法、同倍比放大法用同一個倍比值遍乘典型洪水過程線的縱標，即得到設計洪水過程線。采用的倍比值分兩種情況: (1) 按峰控制 例如典型洪水的洪峰為Qm，設計洪峰為Qmp，采用比例系數(shù)KQ=Qmp/Qm。 這種方法適用于洪峰流量起決定影響的工程，如橋梁、涵洞、堤防等，主要考慮能否宣泄洪峰流量，而與洪水總量關系不大。(2) 按量控制 令典型洪水總量為WT，設計洪水總量為WTp，比例系數(shù)Kw=WTp/WT，以Kw乘典型洪水過程線的每一縱高，即為設計洪水過程線

14、。對于洪量起決定影響的工程，如分洪區(qū)、排澇工程等，只考慮能容納和排出多少水量，而與洪峰無多大關系，可用這種放大方法。同倍比放大,方法簡單,計算工作量小,而且設計洪水過程線保持典型洪水過程線的形狀，但在一般情況下，KQ和Kw不會相等，所以按峰控制放大后的洪量不一定等于設計洪量；而按量控制放大后的洪峰不一定等于設計洪峰。同倍比放大法示意圖第三節(jié) 有較長資料時設計年徑流頻率分析計算2、同頻率放大法在放大典型過程線時，若按洪峰和不同歷時的洪量分別采用不同的倍比，使放大后的過程線的洪峰及各種歷時的洪量分別等于設計洪峰和設計洪量。也就是說，放大后的過程線，其洪峰流量和各種歷時的洪水總量都符合同一設計頻率，

15、稱為峰、量同頻率放大，簡稱同頻率放大。此法能適應多種防洪工程的特性，目前大、中型水庫規(guī)劃設計，主要采用此法。方法步驟:計算設計洪峰及各歷時設計洪量:Qmp W1p W3p W7p W15p選擇典型洪水,計算:Qm W1 W3 W7 W15計算典型洪水的峰和量時采用長包短, 以保證放大后的設計洪水過程線峰高量大,峰型集中 ,便于計算和放大。洪量的選樣不要求長包短,是為了所取得的樣本是真正的年最大值,符合獨立隨機選樣要求,兩者都是從安全角度出發(fā)的。計算放大倍比 洪峰的放大倍比 1天洪量的放大倍比 3天洪量的放大倍比 7天洪量的放大倍比 15天洪量的放大倍比 放大和修勻 放大步驟: 峰短歷時洪量長歷

16、時洪量 (即由里向外) 修勻原則: 水量平衡,使修勻后的洪水過程線的洪峰和各歷時洪量都符合同一設計標準,設計成果受典型洪水影響較小。 方法優(yōu)點: 求出來的過程線比較符合設計標準 方法缺點: 可能與原來的典型相差較遠，甚至形狀有時也不能符合自然界中河流洪水形成的規(guī)律。 改善方法: 盡量減少放大的層次，例如除洪峰和最長歷時的洪量外，只取一種對調洪計算起直接控制作用的歷時，稱為控制歷時，并依次按洪峰、控制歷時和最長歷時的洪量進行放大，以得到設計洪水過程線。 某水庫千年一遇設計洪峰和各歷時洪量計算成果如表1所示，用同頻率法推求設計洪水過程線。經分析選定1991年8月的一次洪水為典型洪水，計算典型洪水的

17、洪峰和各歷時洪量及放大倍比，結果見表1。依次進行逐時段放大，并修勻，最后得設計洪水過程線見表2和圖1。 表表1 設計洪水和典型洪水特征值統(tǒng)計成果設計洪水和典型洪水特征值統(tǒng)計成果項 目 洪 峰（m3/s） 洪 量 (m3/s)h一 日三 日七 日P=0.1%的洪峰及各歷時洪量10245 114000226800348720典型洪水的洪峰及各歷時洪量490074718 121545159255起止時間6日8時6日2時-7日2時 5日8時-8日8時 4日8時-11日8時設計洪水洪量差 114000 112800121920典型洪水洪量差 747184682737710放大倍比2.091.532.41

18、3.23表表2 同頻率放大法設計洪水過程線計算同頻率放大法設計洪水過程線計算表表典型洪水過程線放大倍比K 設計洪水過 程 線（m3/s） 修勻后的設計洪 水過程線（m3/s） 月 日 時Q（m3/s）8 4 82683.23866866203753.231211 12115 85103.23/2.41 1647/1229 1440209152.41 220522056 21780 2.41/1.53 4290/2723 70108 49002.09/1.53 10245/74971024514 31501.53 482048202025831.53 3952 39527 21860 1.53/

19、2.412846/4483 3660810702.41 25792579208852.412133 21338 87272.41/3.23 1752/2348 205020 5763.23186018609 84113.2313281328203653.231179117910 83123.23 10081008202363.2376276211 82303.23743743圖1 某水庫P=0.1%設計洪水與典型洪水過程線第四節(jié) 有短期實測徑流資料時設計年徑流量的頻率分析計算 短缺徑流資料的情況可分為兩種：一種是設計代表站只有短系列徑流實測資料n30年，其長度不能滿足規(guī)范的要求；另一種是設計斷

20、面附近完全沒有徑流實測資料。對于前一種情況，工作重點是設法展延徑流系列的長度；對于后一種情況，主要是利用年徑流統(tǒng)計參數(shù)的地理分布規(guī)律，間接地進行年徑流估算。第四節(jié) 有短期實測徑流資料時設計年徑流量的頻率分析計算短期實測徑流資料推求設計年徑流的關鍵是展延年徑流系列的長度。方法的實質是尋求與設計斷面徑流有密切關系的參證變量，通過建立相關關系，將設計斷面年徑流系列延長至規(guī)范要求的長度。當年徑流系列適當延長以后，其年徑流的分析方法與本章第二節(jié)所述完全一樣。 本法的關鍵是展延年徑流系列的長度。方法的實質是尋求與設計斷面徑流有密切關系并有較長觀測系列的參證變量，通過設計斷面年徑流與其參證變量的相關關系，將

21、設計斷面年徑流系列適當?shù)丶右匝娱L至規(guī)范要求的長度。當年徑流系列適當延長以后，其頻率分析方法與本章第二節(jié)所述完全一樣。1 1、參證變量的選擇、參證變量的選擇 最常采用的參證變量有：設計斷面的水位、上下游測站或鄰近河流測站的徑流量、流域的降水量。參證變量應具備下列條件：參證變量與設計斷面徑流量在成因上有密切關系。參證變量與設計斷面徑流量有較多的同步觀測資料。參證變量的系列較長，并有較好的代表性。 在水文計算中，通常作為參證變量的有徑流量資料或降水量資料。（一）利用徑流量資料展延系列 當設計站的上游或下游站有充分的實測年徑流量時，往往可以利用上、下游站的年徑流量資料來展延設計站的年徑流量系列。一般可

22、以獲得良好的效果。 當設計站上、下游無長期實測資料的測站時，經過分析，可利用自然地理條件相似的臨近流域的年徑流量作為參證變量。當同期實測年徑流量資料系列過短，難以建立年徑流量相關關系時，可以利用設計站與參證站月（季）徑流量之間的相關關系來展延系列。月（季）徑流量的相關關系一般不像年徑流量的相關關系那樣密切，要謹慎對待。 選好參證變量并建立相關圖后，即可根據(jù)實測的參證變量，從相關圖上查出設計站徑流量對應值，從而把設計站系列展延到一定長度。也可通過相關方程式來展延系列。（二）利用降水量資料展延系列 當不能利用徑流量資料來展延系列時，可以利用流域內或鄰近地區(qū)的降水量資料來展延。年徑流量與年降水量之間

23、存在密切的成因聯(lián)系，一般可得到良好的結果。 當實測年徑流量系列與年降水量系列同期資料較短時，也可用月降水量與月徑流量之間的相關關系來展延年徑流系列。但應注意，由于降水與相應的徑流出現(xiàn)時間不同，月降水量與月徑流量之間的關系一般較差，應慎重對待。（三）利用上下游站或鄰近河流測站實測徑流資料，延長設計斷面的徑流系列， 相關展延系列時必須注意的問題1 平行相關項數(shù)的多寡問題二 輾轉相關問題三 假相關問題四 外延幅度問題五插補的項數(shù)問題缺乏實測徑流資料時設計年徑流量的估算 在部分中小設計流域內，有時只有零星的徑流觀測資料，且無法延長其系列，甚至完全沒有徑流觀測資料，則只能利用一些間接的方法，對其設計徑流量進行估算。采用這類方法的前提是設計流域所在的區(qū)域內，有水文特征值的綜合分析成果，或在水文相似區(qū)內有徑流系列較長的參證站可資利用。1、水文比擬法 水文比擬法是無資料流域移置相似流域的水文特征的常用方法，適用于年徑流的分析估算。相似流域的選擇應進行水文氣象特征的分析比較。必要時應作修正。水文比擬法是無資料流域移置(經過修正)水文相似區(qū)內相似流域的實測水文特征的常用方法，特別適用于年徑流的分析估算。 常用年徑流移置的公式形式如下： 分別為設計流域和參證流域的多年平均流量，m3s； K1、K 2 分別為流域面積和年降水量的修正系數(shù) 1、參數(shù)