水文学第四章ppt课件.ppt

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1、第四章 年径流及洪、枯径流,内 容：4.1 概述4.2 设计年径流量4.3 设计年径流量的年内分配4.4 设计洪水流量和水位 4.5 设计枯水流量和水位重 点：洪水资料的选择、审查和插补延长方法；特大洪水处理；不连续系列及统计参数确定，频率计算；洪峰洪量频率计算，设计成果的合理性分析难 点：设计洪峰流量计算；特大洪水处理；不连续系列统计参数确定,第四章 年径流及洪、枯径流,4.1 概述,年径流量：一年内通过河流某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。多年平均径流量：年径流量的多年平均值。年内变化或年内分配：年径流量是由洪水期和枯水期的水量所组成，这种季节性的径流量的交替变化称为年内变化或

2、年内分配。洪水径流：指河中流量激增，水位猛涨而超出基本河床，具有一定危害性的大水。一般由夏秋季暴雨、大雨、大面积降雨造成，或春季融雪形成。枯水径流:指地面径流减少，河槽容蓄的水量枯竭，河水主要靠地下水补给时的河川径流。特点是：流量小，多发生在冬季。,4.2 设计年径流量,了解设计年径流计算、丰水年、平水年、枯水年、水文比拟法的概念。了解具有长期实测资料时、资料不足情况下以及缺乏实测资料时设计年径流量的推算。一、年径流变化特点和分析方法1、基本概念设计年径流计算：在给水工程的规划设计中，需求出径流年际变化中相应于某一设计频率的年、月径流量，作为规划设计的依据，称为设计年径流计算。,第四章 年径流

3、及洪、枯径流,丰水年：年平均流量较大的年份。平水年：年平均流量接近于多年平均流量的年份。枯水年：年平均流量较小的年份。,2、年径流变化的一些特性：1）径流过程不重复 2）年际间变化大3）多年变化中有丰水年组和枯水年组交替出现的现象。,第四章 年径流及洪、枯径流,4.2 设计年径流量,3、分析方法：频率分析法,4.2 设计年径流量,二、具有长期实测资料时设计年径流量的推算？,第四章 年径流及洪、枯径流,条件：有20年以上的实测的径流量资料。推算步骤如下：1、资料审查：审查实测资料的的可靠性、一致性、代表性。2、频率计算：按频率分析法求得设计年径流量。3、成果合理性分析：借助于水量平衡原理和地理分

4、布规律对多 年平均年径流量、年径流变差系数和偏态系数进行合理性评 价。,二、资料不足情况下设计年径流量的推算？,方法：实测资料只有10年左右时，可利用其它同期实测水文资料作相关分析，对径流量系列进行插补或延长。相关分析后年径流量计算方法同有实测资料情况。其它水文资料：A 参证站河川径流系列 B 降水系列 要求：1 符合相关分析的条件 2 参政站资料在20年以上。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1、利用本站水位流量关系展延2、利用参证站水位或径流关系展延（1）一般先进行图解分析，点绘相关图，目估定出平均关系图。求出设计站径流展

5、延后的N年展延系列，再进行频率分析。（2）缺少整年的实测资料，或年数很短，可考虑利用月径流之间的关系来展延系列。3、利用降水资料展延系列 在气候湿润、雨量丰沛的地区，年径流量与降雨量的关系密切。在干燥少雨地区，降雨大部分消耗于蒸发，年径流系数很低，则降雨径流相关关系差。,4.2 设计年径流量,三、缺乏实测资料情况下设计年径流量的推算？,第四章 年径流及洪、枯径流,常用方法：参数等值线图法与水文比拟法1、参数等值线图法：等值线：把数值相同的点连接起来的线。等值线图：将等值线绘制在地图上，即等值线图。利用多年平均径流量 等值线图和年径流量变差系数 等值线图查算年径流统计参数，对多数情况下可按 CS

6、=2CV 计算年径流量，等值线图可查阅各地区各大流域的水文手册。,2）变差系数 等值线图 a、流域大于3000 km2时，较准确。b、流域面积较小时，小于500 km2，由等值线图所得的 值往往偏大，应进行修正：即用大流域推算或修正小流域的 值。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1）平均年径流深 等值线图 a、流域面积较小而等值线分布均匀时，平均年径流深可根据流域面积形心附近的两条等值线的数值，用内插法算出形心处的多年平均径流深。b、流域面积大，有多条等值线穿过，而且等值线分布不均匀时，可用面积加权法推求多年平均径流深。,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,4.

7、2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,1）直接移用径流深 参证流域与设计流域降雨量基本相等，流域面积相差小于15%，可直接移用径流深度R值。,2、水文比拟法：利用参证流域的水文资料推算设计流域参数的一种方法。关键：选择合适的参证流域：有较长的实测资料；其气候条件、流域的下垫面情况应十分相似；流域面积也应相差不大。,2、用降雨量修正 两流域降雨情况不一样时，不能直接用径流深，可假定两流域的径流系数相等（径流深度/降雨量），即：Ps，Rs Pc，Rc3、移用参证流域的年降雨径流相关图4、移用参证流域的次降雨径流相关图,4.2 设计年径流量,第四章 年径流及洪、枯径流,设计年径流量：1 具有

8、长期实测资料时设计年径流量的推算？资料审查、频率计算、成果分析 2 资料不足情况下设计年径流量的推算？相关分析 3 缺乏实测资料时设计年径流量的推算？等值线图、水文比拟法,掌握径流年内分配的表示方式、有长期实测径流资料时、缺乏实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定，了解并掌握日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用？,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,一、径流的年内分配 分配不均，需进行径流调节,两种表示方式：1、流量（或水位）过程线（主要形式）：一年内径流随时间的变化过程。逐月（或旬、日）表示。2、流量（或水位）历时曲线：年内大于或等于某个值的径流量出现时间占全年的百

9、分比。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,二、有长期实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？,1、代表年法：推求设计年流量的年内分配，是从实测资料中选取某一年的径流分配作为模型，设计年流量年内分配即按此模型计算，称为代表年法。2、缩放倍比：设计年径流量与代表年径流量的比值K，称为缩放倍比,3、选取枯水年为代表年应满足的条件：1）年径流量与设计年径流量相近。2）对工程最不利（枯水期长、枯水流量小、年内分配不均匀）。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,2对三个年份进行分析比较后，认为19641965年选为代表年比较合适。3计算缩放倍比K：4将代

10、表年的各月平均流量乘以K，即得设计年内各月的平均流量。,例：根据某测站18年年平均流量资料推求出P90的设计年平均流量为6.82m3/s试求其以月平均流量表示的年内分配(按水文年)。1在实测资料中选出与设计年平均流量相近的1959一1960、19641965、19711972三年作为代表年选择的对象，它们的年平均流量分别为7.77，7.87和7.24m3/s。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,三、缺乏实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？,一般采用水文比拟法，直接移用参证流域典型年的年内分配比例，用以推求本站设计年径流量的年内分配。参证流域条件：影响径流年内分配

11、条件相似；有长期实测径流资料。,四、日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用？1、将代表枯水年的日平均流量按递减次序排列，分组统计各组流量出现的天数，以及大于等于各组下限流量的累积天数。2、设计大于等于各组下限流量的累积天数占全年天数的百分比（保证率）。3、以纵坐标表示流量（水位），横坐标表示百分比，将各组下限流量值及相应的百分比点绘于坐标中，过点群中心画一条曲线，这就是流量（水位）历时曲线。,4.3 设计年径流量的年内分配,第四章 年径流及洪、枯径流,了解设计洪水的意义及推算方法；掌握洪水选样方法和特大洪水资料的处理；掌握特大洪水资料加入系列后，统计参数的计算;熟悉目估适线法进行洪水频率分析的过

12、程、注意问题。一、洪水及设计洪水1、概念1）洪水：流域内的暴雨或大面积的降雨产生的大量地面水 流，在短期内汇入河槽，使河中流量骤增，水位猛 涨河槽水流呈波状下泻，这种径流称为洪水。2）设计洪水：根据工程设计规模，从安全经济考虑，在修建 使用期间需要抗御某一量度的洪水。是一种“模式洪 水”或“概化洪水”。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,2、洪水三要素：洪峰流量Qm（m3/s）：一次洪水 的流量最大值。洪水过程线：一次洪水的过程由 ABC曲线表示，称为洪水过程线。一般情况下，t2t1。T=t1+t2，称为洪水历时。洪水总量 W（m3）：ABC曲线与A，C两点的时间横轴所包

13、围的 面积是一次洪水的总水量，称为洪水总量。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,二、推求设计洪水的方法,由流量资料推求：本节主要讲述内容。由暴雨资料推求：第六章讲述。由经验公式推求：第六章6.5节内容。由水文气象资料推求：第五章5.5节内容。,三、设计洪水标准 设计洪水之前，必须确定工程建筑物的防洪标准。防洪设计标准分为2类：一确保水工建筑物安全的防洪设计标准，二保障防护对象避免一定洪水威胁的防洪设计标准。,四、洪水资料的审查：可靠性、一致性、代表性,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,五、洪水资

14、料的插补延长（实测资料较短或有缺测年份）,利用上下游或邻近流域站的资料 利用洪峰洪量关系延补 利用本流域暴雨径流关系进行插补延长,对洪峰资料进行插补延长应注意的问题：a 延长年数 实测年数b 进行相关分析时，至少有10年资料，即10组同步观测数据。c 相关分析时各点据与回归线的相对误差 20%，否则不采用。d 曲线延长幅度不宜超过实测资料变幅的50%，相关曲线转弯处要 有实测点。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,六、洪水资料选样,1、洪水资料的选样：根据工程设计的要求确定选用哪些洪水的 数字特征作为分析研究的对象，以及如何在连续的洪水过程 中选取这些数字特征。2、选样方

15、法：1）年最大值法：每年只选取最大的一个瞬时洪峰流量组成样本 系列。n年得n项 2)超大值法：将n年实测的洪峰流量按大到小排列，取前S项作为 样本系列，若平均每年得m0个样本，一般为35。则样本总 数为S=m0n，S视需要而定。3)超定量法：先规定一定值作为标准值，凡实测洪峰流量大于此 标准的实测资料都选入样本系列。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,七、特大洪水资料的处理,1、特大洪水及其重要性特大洪水:历史上曾经发生过的，或近期观测到的，比其它一 般洪水大得多的稀遇洪水。特大洪水重要性：工程要求的设计洪水为百年一遇或千年一 遇的稀遇洪水。而实测洪水资料少，为解决这一矛

16、盾，除利用已有的实测资料外，还要重视并运用特大洪水资 料。含有特大洪水值的系列，样本系列代表性增强。实践 证明，用二、三十年的洪峰流量系列推论百年、千年一 遇的洪水情况，若有特大值的经验累积频率点据作为适 线法得出的理论频率曲线更合理可靠。,4.4 设计洪水流量和水位,2、连续系列和不连续系列,第四章 年径流及洪、枯径流,连序系列（连序样本）：对于n年实测和插补延长的资料系 列，若没有特大洪水需提出另外处理，将其值按从大到小 排位，序号是连贯的，称为连序系列或连序样本。不连序系列（不连序样本）：若通过历史洪水调查和文献 考证后，实测和调查的特大洪水需在更长的时期N内进行排 位（样本容量增加为N

17、），序号是不连贯的，其中有不少属 于缺漏项位，这样的系列称为不连序系列。,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,1）不连序N年系列中前a项特大洪水的经验频率计算 N=T2-T1+1 T1调查或考证到的最远年份 T2实测连续系列最近的年份,不连序N年系列中前a项特大洪水的经验频率计算 实测n年系列普通洪水经验频率计算,4.4 设计洪水流量和水位,3、经验频率计算,4.4 设计洪水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,2）实测n年系列普通洪水经验频率计算 方法一：将特大洪水a项和普通洪水n项看作两个系列，则普通洪水（实测）经验频率计算公式如下：,4.4 设计洪水流量和水位,第四

18、章 年径流及洪、枯径流,方法二：将实测系列和特大值系列共同组成一个不连序系列作为总体的一样本。则特大共a项(包括实测中的 项)，普通为 项。,例：东北某河1960年实测到特大洪水位Z1960，当时就调查到1888年(光绪十四年)的Z1888，因很多七八十岁的老人小时候都经历过这次大洪水；其中还有人听他们祖父说过1810年(嘉庆十五年)大洪水水面的位置，嘉庆的这次大洪水文献上也有记载，按水位高低排序为Z1960Z1810Z1888。26年的实测系列中比Z1960低的第二项高水位是Z1935。从当时调研的1960年考虑，试分析确定以上四个洪水位的经验频率。,方法一：,方法二：,4.4 设计洪水流量

19、和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,八、设计洪峰流量(或水位)的计算,步骤：经验频率点据绘制不连序系列统计参数的计算（因洪峰系列常为不连序系列）设计洪水频率计算的适线 计算成果的合理性分析,由洪峰流量理论频率曲线图，根据设计频率标准查得。方法：采用试错适线法，即经验频率曲线理论频率曲线（初算统计参数、适算参数）吻合为止,4.1 年径流分析与计算包括哪些主要内容?工程上有何用途?年径流分析与计算包括设计年径流量、设计年径流量的年内分配、设计洪、枯流量（水位）。径流量的年际年内变化与用水需求不一致，需根据设计值解决这种矛盾。设计洪水位决定工程的安全性，设计枯水位限定了对径流资源的利用。4.2 径流

20、资料的一致性指的是什么?如何进行分项还原计算?径流资料的一致性指组成系列的每年资料具有同一的成因条件。还原计算主要是确定还原水量：,4.3 径流资料的代表性指的是什么?如何检验一个n年样本系列的代表性?所谓资料的代表性是指现有n年实测资料组成的特定样本系列和总体接近的程度，它取决于抽样误差的大小。通过流域分析，选取一个与n年设计系列相邻近的、并在自然地理条件上相似的N年长系列作为参证系列，从分析长系列的代表性优劣，间接地引证设计系列的代表性状况。4.4 如何根据多年平均年径流深等值线图求某流域的年平均径流量?应用等值线图推求多年平均年径流深时，先在图上勾绘出设计断面以上流域的分水线。若流域面积

21、较小而流域内等值线分布比较均匀时，流域的多年平均年径流深可根据流域面积形心附近的两条等值线的数值内插求得。若流域面积较大而等值线分布不均匀时，可用面积加权平均法推求。,4.5 什么是水文比拟法?怎样选择参证站?水文比拟法是把参证流域的水文资料移植到设计流域的一种方法。选择合适的参证流域要求：有较长的实测资料；其气候条件、流域的下垫面情况应十分相似；流域面积也应相差不大。,1、径流年内分配有哪两种表示方式？流量（水位）过程线、流量（水位）历时曲线 2、有长期实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？代表年法3、洪水三要素？洪峰流量、洪水过程线、洪水总量4、洪水资料的审查？可靠性、一致性、代表性5

22、、洪水资料的选样方法？年最大值法6、不连续系列洪水经验频率计算？特大洪水、普通洪水分别计算7、不连续系列洪水统计参数计算8、设计洪水频率计算的目估适线法。9、计算成果的合理性分析。,1、不连序系列统计参数的计算,4.4 设计洪水流量和水位,2、设计洪水频率计算的适线 利用适线法得理论频率曲线时应注意：a 曲线与经验点最佳拟合，通过点群中心。若有困难时，则侧 重兼顾曲线的中、上段的点据。b 曲线接近或通过比较可靠的点据。c 对于历史特大洪水，适线事不可机械的通过这些点据，而是 在误差范围内调整，取得整体上的较好配合。d 注意统计参数在地区上的变化规律。,第四章 年径流及洪、枯径流,4.4 设计洪

23、水流量和水位,3、计算成果的合理性分析 a 从上下游及干支流洪水的关系上进行分析。b 从邻近河流洪水统计参数及设计值的地区分布进行分析。c 将稀遇的设计值与国内河流大洪水记录进行比较。,第四章 年径流及洪、枯径流,例：已知某坝址断面有19年的洪峰流量实测资料，经洪水调查得知1922年曾发生过一场特大洪水，据考证，它是1922年以来最大的一次，Q2700m3/s，1963年的洪水为第二个特大洪水。试用试错适线法推求洪峰流量频率曲线。,(3)试错适线 据参数初值xN894m3/s，CsN1.80，CvN0.6，虚线所示，其上、中部与经验频率点据拟合不佳。现在误差范围选用：XN920m3/s，CsN

24、1.80，CvN0.65，如黑实线所示，其与经验频率点据拟合较好，故采用它作为设计频率曲线。,1、枯水流量：在给定时段内，通过河流某一指定断面枯水量 的大小。2、枯水流量的表示方式：年最小流量：每年的最小日流量。年正常最小流量：每年最小流量的多年平均值。月平均最小流量：每年内月平均流量的最小值。正常最小月平均流量：月平均最小流量的多年平均值。,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,了解影响枯水径流的因素及不同条件下的枯水径流推算,一、影响枯水径流的因素（地下水补给）,流域的气候条件；流域的面积大小；流域的水文地质条件；河槽下切深度及河网密度；流域中的湖泊与沼泽率大小；人类经

25、济活动。,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,二、有长期实测资料时枯水径流的计算,20年以上实测资料1、资料的审查：可靠性、一致性、代表性2、年枯水径流频率分析：（1）枯水样本系列：样本应由年最小日平均流量组成（2）频率曲线线形：皮尔逊型曲线（3）枯水经验频率：同设计洪水频率计算。（4）含零系列的频率分析 适线时CS2CV，则曲线下端会出现负值，不合理，此时可将负值部分视为零。,3、枯水径流的历时分析：（径流历时曲线）代表年法（典型年法）：选定典型枯水年，绘出典型年日平 均流量历时曲线。平均法：根据各年的流量历时曲

26、线，求出同一个历时（同一 频率（百分率）的各年日流量的平均值，以此平均值绘制 流量平均历时曲线。综合法：做一个n年的径流历时曲线，n年实测径流的日平均 流量按递减排列，统计每一个流量出现的天数，以及大于此 流量的累积天数，计算累积天数占n年（n*365）天数的百分 比，作综合历时曲线图。,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,三、资料短缺时枯水径流的计算,实测资料年数不足20年，需进行插补延长选择枯水径流参证站的原则：参证站具有长期枯水径流资料，且与设计站有十数年同步资 料；两站自然地理和气候条件基本相似，枯水径流的

27、影响因素也 相似，流域面积相差不宜过大，山区的流域平均高程差不超 过300m。对于有水利设施地区应进行还原计算。,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,四、缺乏资料地区枯水径流的计算,1、水文比拟法：模比系数法：面积比法：内插法：,2、经验公式法：3、等值线图法：利用最小流量等值线图，查得设计站相应枯水流量。,4.5 设 计枯水流量和水位,第四章 年径流及洪、枯径流,涪陵石鱼,涪陵石鱼,古代长江中游枯水位的石刻标志。位于四川涪陵县北长江江心的白鹤梁上,由西向东长1600m以上，与长江流向平行,南北宽1015m，常年淹没在水下，只在某些年份冬春水位最低时，才露出江心。在梁的倾

28、斜面上是鱼形图案与文字题记纵横交错的石刻群。已发现的鱼图中有三条是康熙二十四年(1685)刻的清代双鱼，以及根据宋代题记上溯唐广德二年(764)以前所刻鱼图,具有相当于现代水尺的作用，是历代记录不同年代不同枯水位的固定标志。在已发现的宋元明清约160余条题记中,除记年月外，往往记有双鱼已见，水至此鱼下五尺，水去鱼下七尺等字样，留下一批长达千年以上可供分析研究的枯水位宝贵记录。,第四章 年径流及洪、枯径流,概念：年径流量、多年平均径流量、年内变化（年内分配）、洪水径流、枯水径流、丰水年、平水年、枯水年、水文比拟法、代表年法、缩放倍比、洪水、设计洪水、特大洪水、枯水、枯水流量、径流历时曲线,问题：

29、,设计年径流量：1 具有长期实测资料时设计年径流量的推算？2 资料不足情况下设计年径流量的推算？3 缺乏实测资料时设计年径流量的推算？,第四章 年径流及洪、枯径流,设计年径流量的年内分配：1 径流年内分配有哪两种表示方式？2 有长期实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？3 缺乏实测径流资料时设计年径流量年内分配的确定？4 日流量（或水位）历时曲线的绘制和应用？设计洪水流量和水位：1 洪水三要素？2 推求设计洪水的方法？,3 洪水资料的审查？选样方法？4 洪水资料的插补延长？5 特大洪水及其重要性？6 经验频率计算?7 设计洪峰流量(或水位)的计算？设计枯水流量和水位：1 影响枯水径流的因素？2 选择枯水径流参证站的原则？3 具有长期实测资料时枯水径流的计算?4 资料短缺时枯水径流的计算?5 缺乏资料地区枯水径流的计算?,第四章 年径流及洪、枯径流,