《工程水文学》设计年径流及径流随机模拟

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1、1/43《工程水文学》2/43第5章年径流及年输沙量的分析计算5.1概述5.2影响年径流量及年内分配的因素5.3具有实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算5.4缺乏实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算5.5多年平均年输沙量的估算3/435.1概述5.1.1年径流的特性在一个年度内，通过河流出口断面的水量称为年径流。常用年平均流量Q(m3/s)、年径流量W(m3)、年径流深R(mm)或年径流模数M(m3/s.km2)表示。日历年：从每年的1月1日～12月31日为止。水文年：根据水文变化规律对年进行划分，以每年汛期开始到下一年的枯水期结束为止。

2、水利年：以兴利为目的对年进行划分，从每年水库蓄水开始到下一年的水库放空水结束为止。4/43季节性变化规律——年径流的周期性与峰、枯交替出现，大致以一年为周期。丰水期(汛期)多水、水浑、水灾；枯水期(非汛期)少水、水脏、干旱。年际变化现象——丰水年组与枯水年组交替出现，年径流极值比Q大/Q小较大。年际间的变化也很大。常用模比系数K丰＝Q丰/Q平和K枯＝Q丰/Q平表示。丰枯水年交替变化——在多年变化中有丰水年组和枯水年组交替出现的现象。5/43河流的年径流量具有持续性，逐年的径流量之间并非独立，具有一定的相关关系。譬如：相邻年的年径流量Qi～Qi+1相关，i＝1

3、,2,…,n-1年，其相关系数称为自相关系数。地区变化规律——年径流按多少分为丰水带、多水带、过渡带、少水带、干枯带。我国的P、R由东南向西北方向递减。6/435.1.2工程规模与来水、用水、保证率的关系丰、枯水年的来水和用水的矛盾决定了所需水库的库容V的大小。但是，当年水量相同时，年的径流年内分配将影响库容的大小。对于不同的年份，因来水与用水有不同的组合，则各年所需的库容也不相同。如p.105图5-1V＝(QR－Q2)×T27/43如(a)与(b)所示的不同来水过程Q1、Q2，所需库容也有差别(V/＞V)。此外，来水量相等而径流年内分配过程不同，所需库容不

4、同。如果有20年的年径流资料和用水资料，可以求出20个大小不同的库容(V1,V2,...,Vn)，用多大的库容来设计水库呢？考虑到工程规模大小与其投资的关系，因此必须分析工程规模、来水、用水、保证率四者之间的关系。*这里的保证率即是设计标准8/43设计保证率P——工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比，又称为工程的设计标准，它反映了水资源的利用程度。例如，灌溉设计保证率表示设计灌溉用水量全部满足的年数占工程运用总年数的百分比。破坏率q——q＝1－P9/435.1.3年径流分析计算的任务与方法目的：推求不同设计标准(或设计保证率)P的年径流量Q

5、P(设计年径流)及其年内分配。它是水利计算的依据，并作为衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。任务：根据水文现象的随机性质，应用数理统计的原理和方法，通过对径流资料的统计分析，估算指定频率的径流特征值。10/435.2影响年径流量及年内分配的因素从年为时段的流域水量平衡方程可知：R＝P－E＋Δu＋Δw式中，Δu为流域蓄水量变化；Δw为流域间的交换水量(闭合流域Δw＝0)，为下垫面因素。其中，P、E属于气候因素；R随P增大而增大，随E增大而减少；E又与气温、湿度有关。6.2.1气候因素对年径流的影响气温是影响径流的主要因子，属急变因素。6.2.2下垫面因

6、素对年径流的影响包括地理位置、地形、植被、土壤、地质、湖泊、沼泽、流域大小等，它们从不同的角度影响径流(Δu、Δw)。11/435.2.3人类活动对年径流的影响人类在流域上进行的各种活动，通过改变下垫面性质而影响年径流量。可以分为直接影响(南水北调、兴建水利工程、大面积灌溉)和间接影响(植树造林、水土保持措施、土地利用方式、城市化)。5.2.4影响径流年内分配的因素取决于气候因素、天然的和人工的调节因素。一般地，在汛期，主要是降雨影响径流；在枯季，流域蓄水对径流的影响起主要作用。12/435.3具有实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算5.3.1具有

7、实测径流资料时设计年径流量及年内分配的分析计算所谓长期，指实测年径流系列不小于20～30年。计算内容及步骤：1)年径流资料的搜集和审查，Q1，Q2，…,Qn；2)年径流频率分析计算，X、Cv、Cs和QP；3)提供设计年径流的时程分配将QP分配到各月，得到设计年径流过程，如右图所示；4)进行成果合理性检验。典型年径流过程设计年径流过程QT13/43水文资料的审查:“三性”审查——可靠性、一致性和代表性的审查。可靠性审查——水位、流量测验有无差错；水位～流量关系曲线的绘制；高、低水延长是否恰当；同一河流的上、下游水量是否平衡。一致性审查——资料是否来自相同的气候

8、区、下垫面条件和同一测站；人类活动的影响是否显著；否