河川径流情势特征值分析与计算.pptx

基本概念基本概念水文情势特征主要是指:河川径流的年际变化与年内分配、洪水和枯水等特征。水情要素:年径流量、年正常径流量、洪水流量与水位、枯水流量与水位等 基本概念日历年水文年：是以水文现象的循环作为年径流计算的起讫时间，即从每年的汛期开始到下一年的枯水期结束为止。水利年：是以水库供水期末所在月的月末作为划分一年的分界点。年径流量年径流量：一个年度内，通过河流某一断面的：一个年度内，通过河流某一断面的水量。水量。年径流特征值年径流特征值包括包括 年平均流量年平均流量(Q)(Q)年径流深度年径流深度(Y)(Y)年径流模数年径流模数(M)(M)年径流总量年径流总量(W)(W)。基本概念年正常径流量：多年平均径流量将趋于一个稳定的数值称其为年正常径流量。年正常径流量反映了天然情况下河流所蕴藏的水资源量，代表能开发利用的地面水资源的最大程度。年径流特性径流过程不重复 年际间变化大 丰水年组和枯水年组交替出现 设计年径流量：是指相应于某一设计频率的年径流量。设计年径流量分析计算包括：（1）资料审查（2）设计年径流量的计算（3）成果合理性验证（1）资料审查1）可靠性检查：原始曲线的合理性（过程线、延伸线、）、水量平衡校核；解放前的资料可靠性差 2）一致性审查：资料应具有同一成因条件；人为活动的影响；还原计算：修正资料到流域被大规模治理前的接近天然状态的水平 3)代表性审查代表性审查：要求样本经验分布要求样本经验分布Fn(x)(即即频率曲线频率曲线)与总体分布与总体分布F(x)的接近。的接近。由于总体分布是未知的，由于总体分布是未知的，因而通常以代表性因而通常以代表性良好的良好的N年参证长系列为依据年参证长系列为依据,来审查和检验来审查和检验相对短系列的代表性。相对短系列的代表性。气候相同且邻近的流域；气候相同且邻近的流域；参证站与本站年径流的时序变化上具有同步性参证站与本站年径流的时序变化上具有同步性(即即同丰或同枯同丰或同枯)；参证站长系列比本站短系列有更好的代表性。参证站长系列比本站短系列有更好的代表性。参证站要求参证站要求:例如：设计站：1955-1984参证站：19251995 怎么来分析参证站的资料有没有代表性？按照下列步骤（1）计算参证站71年长系列的统计参数均值和离差系数（2）计算参证站短系列n年(即与本站同期的1955-1984年观测系列)的统计参数（3）比较（1）（2）结果（4）如果代表性不好，选择邻近的年段设计年径流量的计算(重点)目估适线法目估适线法（1 1）首先依据维泊尔公式）首先依据维泊尔公式(324)(324)计算经验频率。计算经验频率。（2 2）然后估算实测年径流量系列的统计参数均值）然后估算实测年径流量系列的统计参数均值Y Y、变差系数、变差系数CvCv和偏态系数和偏态系数CsCs；以绘制出的经验频；以绘制出的经验频率点据与理论频率曲线相吻合为难则调整统计参率点据与理论频率曲线相吻合为难则调整统计参数；数；（3 3）从年径流量频率曲线上求出符合设计频率的各）从年径流量频率曲线上求出符合设计频率的各种设计年径流量。种设计年径流量。具有短期实测资料时的设计年径流量计算具有短期实测资料时的设计年径流量计算（1）首先应用相关分析法插补延长缺口的数据。）首先应用相关分析法插补延长缺口的数据。（2）然后根据展延后的系列资料，用与具有长期实）然后根据展延后的系列资料，用与具有长期实测资料时完全相同的方法来推算设计年径流量测资料时完全相同的方法来推算设计年径流量怎么插补延长？怎么插补延长？（1）利用本水位）利用本水位-流量关系展延长流量关系展延长（2）利用参证站水位或径流关系展延）利用参证站水位或径流关系展延（3）利用降雨量资科展延）利用降雨量资科展延 只能间接估算：均值、Cv和Cs只能通过间接方法估算然后应用公式（P-III模型估值方法P59（3-13），求出设计频率P所对应的设计年径流量。缺乏实测资料时的设计年径流量计算缺乏实测资料时的设计年径流量计算(1)(1)参数等值线图法参数等值线图法 ：水文手册中，提供了本地区：水文手册中，提供了本地区的多年平均年径流深或径流模数等值线图、年径的多年平均年径流深或径流模数等值线图、年径流变差系数等值线图流变差系数等值线图(2)(2)水文比拟法水文比拟法 ：利用水文特征值在地区分布上的：利用水文特征值在地区分布上的相似性，把参证流域的水文资料移置到设计流域相似性，把参证流域的水文资料移置到设计流域 均值、均值、Cv和和Cs间接估值法间接估值法:(1)(1)参数等值线图法参数等值线图法参数等值线图法参数等值线图法 1)1)多年平均年径流量的估算多年平均年径流量的估算多年平均年径流量的估算多年平均年径流量的估算 (2)水文比拟法水文比拟法 1)多年平均年径流量的估算。多年平均年径流量的估算。第一种方法为直接移用。当设计流域与参证第一种方法为直接移用。当设计流域与参证流域的气候区一致，降雨量基本相等，且流流域的气候区一致，降雨量基本相等，且流域面积相差未超过域面积相差未超过15时，可以直接把参证时，可以直接把参证流域的多年平均径流深移用过来。流域的多年平均径流深移用过来。第二种方法为修正后移用第二种方法为修正后移用面积面积径流系数径流系数两种两种修正修正方法方法设计年径流量的年内分配设计年径流量的年内分配 年内分配：径流量在一年内的变化过程年内分配：径流量在一年内的变化过程需水量需水量需要调需要调节量节量设计年径流量年内分配的推求设计年径流量年内分配的推求(1)(1)设计代表年法设计代表年法设计代表年法设计代表年法 当具有长期径流实测资料的当具有长期径流实测资料的当具有长期径流实测资料的当具有长期径流实测资料的情况下从实测资料中按一定原则选择某一年情况下从实测资料中按一定原则选择某一年情况下从实测资料中按一定原则选择某一年情况下从实测资料中按一定原则选择某一年作为代表年，以该年的径流年内分配为模式，作为代表年，以该年的径流年内分配为模式，作为代表年，以该年的径流年内分配为模式，作为代表年，以该年的径流年内分配为模式，对此年内分配模式按一定方法进行缩放，求得对此年内分配模式按一定方法进行缩放，求得对此年内分配模式按一定方法进行缩放，求得对此年内分配模式按一定方法进行缩放，求得设计年径流量的年内分配，即为设计代表年法。设计年径流量的年内分配，即为设计代表年法。设计年径流量的年内分配，即为设计代表年法。设计年径流量的年内分配，即为设计代表年法。如何选取代表年？如何选取代表年？不同的工程选择的代表年是不同的。对于水不同的工程选择的代表年是不同的。对于水力发电工程，通常要选力发电工程，通常要选丰水、平水、枯水丰水、平水、枯水三三个代表年；个代表年；对于城镇给水工程和农业灌溉工程，只选对于城镇给水工程和农业灌溉工程，只选枯枯水年。水年。给水工程选择代表年应遵循的原则：给水工程选择代表年应遵循的原则：代表年的年径流量与设计年径流量相接近；代表年的年径流量与设计年径流量相接近；考虑考虑对工程不利，即枯水期长、枯水流量小且对工程不利，即枯水期长、枯水流量小且需水量大、年内分配不均匀。当选定代表年后，需水量大、年内分配不均匀。当选定代表年后，求出求出设计年径流量设计年径流量Qp与与代表年径流量代表年径流量Qd的比值的比值k，称其为缩放比。，称其为缩放比。将代表年的将代表年的逐月流量乘以逐月流量乘以k值值就可推求出设计年就可推求出设计年径流量的年内分配。径流量的年内分配。按各月流量小于小于年均流量的按各月流量小于小于年均流量的50%，挑选最枯月份，挑选最枯月份 在实测径流资料中，可选出与设计年径流量在实测径流资料中，可选出与设计年径流量Q90%=6.70/s相近的相近的1955-1956、1960-1961、1973-1974这三年作为代这三年作为代表年表年(见表见表4-2)求设计年的月水量分配？求调节水量？求设计年的月水量分配？求调节水量？日流量日流量(或水位或水位)历时曲线的绘制与应用历时曲线的绘制与应用【例例4-2】某水文站设计频率某水文站设计频率95的枯水年日流的枯水年日流量实测数据经整理后如表量实测数据经整理后如表4-4所示。试求保证率为所示。试求保证率为90的日流量值和等于或大于该流量在全年出现的日流量值和等于或大于该流量在全年出现的天数。的天数。Q90%流量Q85/s在全年出现的天数为：0.90=328.5天 365天设计洪峰流量（水位）的分析计算设计洪峰流量（水位）的分析计算T1：涨水历时T2:退水历时(T):一次洪水总历时Qm:洪峰流量洪水三要素洪水三要素:洪峰流量、洪峰流量、洪水总量和洪水过程线洪水总量和洪水过程线设计标准与设计洪水设计标准与设计洪水正常运用的洪水标准较低正常运用的洪水标准较低(即出现的概率较大即出现的概率较大)，称，称为为设计标准设计标准，相应的洪水称为，相应的洪水称为设计洪水设计洪水当河流发生比设计洪水更大的洪水时，也需要一个当河流发生比设计洪水更大的洪水时，也需要一个相应的标准，即称之为相应的标准，即称之为校核标准校核标准，相应的洪水称为，相应的洪水称为校核洪水校核洪水。发生校核标准的洪水时，允许一些次要。发生校核标准的洪水时，允许一些次要建筑物损毁或失效，但主要建筑物仍不能被破坏，建筑物损毁或失效，但主要建筑物仍不能被破坏，这种情况称为这种情况称为“非常运用非常运用”情况。校核洪水大于设情况校核洪水大于设计洪水。计洪水。设计洪水计算的基本方法设计洪水计算的基本方法（重点）(1)(1)由由由由流量流量流量流量资料推求设计洪水：在频率分析法中，我资料推求设计洪水：在频率分析法中，我资料推求设计洪水：在频率分析法中，我资料推求设计洪水：在频率分析法中，我国目前多选取皮尔逊国目前多选取皮尔逊国目前多选取皮尔逊国目前多选取皮尔逊3 3型线型型线型型线型型线型 (2)(2)由由由由暴雨资料推求暴雨资料推求暴雨资料推求暴雨资料推求设计洪水设计洪水设计洪水设计洪水 （第五章讲）（第五章讲）（第五章讲）（第五章讲）（3 3）地区综合经验公式地区综合经验公式地区综合经验公式地区综合经验公式法推求设计洪水：建立洪峰法推求设计洪水：建立洪峰法推求设计洪水：建立洪峰法推求设计洪水：建立洪峰流量或洪水总量与主要影响因素（气候、下垫面）流量或洪水总量与主要影响因素（气候、下垫面）流量或洪水总量与主要影响因素（气候、下垫面）流量或洪水总量与主要影响因素（气候、下垫面）之间的相关关系之间的相关关系之间的相关关系之间的相关关系 （第五章讲）（第五章讲）（第五章讲）（第五章讲）（4 4）由）由）由）由可能最大降水可能最大降水可能最大降水可能最大降水(PMP)(PMP)推求设计洪水：推求设计洪水：推求设计洪水：推求设计洪水：可能可能可能可能最大暴雨等值线图最大暴雨等值线图最大暴雨等值线图最大暴雨等值线图对实测洪峰流量资料进行展延 1 1）上、下游测站流量资料移用）上、下游测站流量资料移用 2)2)利用本流域暴雨资料展延：利用本流域暴雨资料展延：可利用洪峰流量可利用洪峰流量缺测年份的最大暴雨资料缺测年份的最大暴雨资料通过通过产流、汇流分析求出流量过程线，再选定洪峰数产流、汇流分析求出流量过程线，再选定洪峰数值；值；或者通过暴雨径流关系或者通过暴雨径流关系推求洪峰流量。推求洪峰流量。3 3）利用峰量关系展延：）利用峰量关系展延：利用邻近河流测站利用邻近河流测站或同条河或同条河流的流的上下游测站上下游测站与本站与本站同一次洪峰和洪量之间同一次洪峰和洪量之间，或或洪峰流量之间洪峰流量之间的相关关系，插补设计站短缺的的相关关系，插补设计站短缺的资料。资料。上游站下游站如何选样如何选样 （1 1）对于）对于水工建筑物的洪水计算水工建筑物的洪水计算，要符合，要符合独独立随机立随机选样的要求，应把选样的要求，应把同一成因同一成因、同一类型同一类型(如暴雨洪水、融雪洪水或溃坝洪水等如暴雨洪水、融雪洪水或溃坝洪水等)洪水的洪水的特征值放在同一系列。特征值放在同一系列。（2 2）对于洪峰流量对于洪峰流量，我国规定采用年，我国规定采用年最大值最大值法法选样，选样，即从所掌握的即从所掌握的n n年资料中，每年只选年资料中，每年只选取一个最大的瞬时洪峰流量组成样本系列。这取一个最大的瞬时洪峰流量组成样本系列。这是水文频率分析中最常用的样本系列。是水文频率分析中最常用的样本系列。特大洪水在洪峰流量频率分析中的意义：特大洪水在洪峰流量频率分析中的意义：将历史洪水考虑进去，把样本资料系列年数增加至将历史洪水考虑进去，把样本资料系列年数增加至调查期的长度，也就相当于展延了系列，得到的成调查期的长度，也就相当于展延了系列，得到的成果就比较稳定，提高了设计洪水的计算质量。果就比较稳定，提高了设计洪水的计算质量。（画图说明）（画图说明）连序样本与不连序样本的使用连序样本与不连序样本的使用 历史调查特大历史调查特大洪水洪水n称为实测期称为实测期 N年样本为不连序样本年样本为不连序样本 实测期实测期内的特内的特大洪水大洪水 设计洪峰流量与水位计算设计洪峰流量与水位计算-特大洪水处特大洪水处理理 考虑特大洪水的经验频率计算采用把特大洪水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算方法 考虑特大洪水的统计参数的确定仍采用适线法 统计参数初值的估算可采用下面方法：（1）经验频率 （2）统计参数（矩法）独立样本法（1）经验频率计算）经验频率计算独立样本法统一样本法特大洪水在不连特大洪水在不连序序N年系列第年系列第M项经验频率计算项经验频率计算 连序系列连序系列n年第年第m项经验频率计算项经验频率计算。统一样本法统一样本法统一样本法统一样本法l：实测期特大洪水发生次数：实测期特大洪水发生次数Pma：N年中末位特大洪水发生频率年中末位特大洪水发生频率m：一般洪水在：一般洪水在n中的排序中的排序a:N年中共发生年中共发生a次特大洪水次特大洪水例例4-34-3枯水期流量计算：研究枯水期流量的意义（1）供水：取水口（2）水库：枯峰调节设计径流量（3）水环境敏感河流水质与径流情势关系河流水质与径流情势关系（1）区别对待（2）在空间上和时间上的变化