《工程水文学》(第4版)第7章 设计年径流分析_图文.ppt
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1、工程水文学 (Engineering Hydrology),主 讲:张 峰 手 机:13856993385 邮 箱:zf_,安徽水电学院水文与水资源专业教研室 二一五年二月一日,工程水文学 (Engineering Hydrology),二一五年二月一日,第7章 设计年径流分析,一、年径流的变化特征,在一个年度内,通过河流出口断面的水量,叫做该断面以上流域的年径流量,它可用年平均流量Q(m3/s)、年径流总量W(m3)、年径流深R(mm)或年径流模数M(m3/s.km2)表示。,图1 某站年径流过程线,一、年径流的变化特征,一、年径流的变化特征,(1)季节性变化规律 年径流的周期性与丰、枯交替
2、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。,一、年径流的变化特征,(2)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枯/Q平 表示。 (3)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。 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QiQi+1相关,i1,2,n-1 年,其相关系数称为自相关系数。,2013年我国的年径流深分布图,(4)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
3、、干枯带。我国的P、R由东南向西北方向递减。,二、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。 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。,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。 设计保证率即是设计标准,是指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,它反映了水资源的利用程度。,三、水文分析与计算的任务,(1)目 的 推求不同设计标准(或设计保证率P)的年径流量QP(设计年径流)及其年内分配。它是水利计算
4、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。 (2)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,分析研究年内径流量的年际变化和年内分配规律,提供工程设计的主要依据来水资料。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,所谓长期,指实测年径流系列不小于2030年。,具有长期实测径流资料时设计年径流的计算内容及步骤: (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,均值、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。,四、具有长期实测径流资料时设计年
5、径流计算,1、水文资料审查,所谓审查是指鉴定实测年径流量系列的可靠性、一致性和代表性。,(1)资料可靠性的审查 审查测验方法、采集成果、处理方法和处理成果等。 主要包括:水位资料审查、水位流量关系曲线的审查、水量平衡的审查。 (2)资料的一致性的审查 所谓资料的一致性是指组成系列的每个资料具有同一成因。不同成因的资料不得作为一个统计系列。 就年径流系列而言,它的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳定性上的。如一致性遭到破坏,可采用水量平衡法、降雨径流相关法进行修正还原。 (3)资料代表性的审查 水文计算成果的精度取决于样本对总体的代表性,代表性高,抽样误差就小。 样本代表性的高低可以用样本分
6、布参数与总体分布参数的接近程度来评判。,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; 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。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,2、设计年、月径流量系列的选取,(1)选取的步骤 1)实测径流系列经过审查和分析后,按水利年排列为一个新的年、月径流系列; 2)从这个长系列中选出代表段的年月径流系列。代表段应包括有丰水年、平水年、枯水年,并且有一个或几个完整的调节周期;代表段的年径流量均值、离势系数应与长系列的相近。 3)用这个代表段的年、月径流
7、量系列来预估未来工程运行期间的年、月径流量变化。这个代表段就是水利计算所要求的所谓“设计年、月径流量系列”。 (2)长系列操作法(或称时历法、综合法、长期年法) 用设计年、月径流量系列(来水)和相应年月的用水量系列,逐年进行来水、用水平衡计算,求得逐年所需的库容值,然后用适线法作出库容曲线,查得相应的设计库容值Vp,用以确定工程规模。,【长系列操作法】应用案例水库的调节计算,已知:(1)设计的历年逐月径流过程(来水过程);(2)设计的历年逐月的用水过程。求设计水库的库容? 解题步骤如下: (1)通过水量平衡计算,求得逐年所需的库容值; (2)将库容值由小到大排列,计算各项的经验频率,作出库容曲
8、线; (3)按设计要求规定一用水保证率P,查得相应的设计库容值Vp,此即设计水库的兴利库容。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,3、实际代表年的年、月径流量,实际代表年法就是从实测年、月径流量系列中,选出一个或几个实际年作为设计代表年,用其年径流分配过程直接与相应的用水过程相配合而进行调节计算,求出调节库容,确定工程规模。 (1)对于灌溉工程常选出一个实际干旱年作为设计代表年。 (2)对于水电工程,可以从实际资料中选出能代表丰水年、平水年和枯水年三种分配特性的实际年分别作丰水年、平水年和枯水年的设计代表年。 挑选的原则通常是设计代表年的各设计时段径流量分别接近设计要求的径流量。,四、具
9、有长期实测径流资料时设计年径流计算,4、设计代表年的年、月径流量计算及年内分配,设计代表年年径流量及年内分配的计算步骤为: (1)根据审查分析后的长期实测径流量资料,按工程要求确定计算时段,对各种时段径流量进行频率计算,求出指定频率的各种时段的设计径流量; (2)在实测径流量资料中,按一定的原则选取代表年,对灌溉工程只选枯水年为代表年,对水电工程一般选丰水年、平水年、枯水年三个代表年; (3)求设计时段径流量与代表年的时段径流量的比值,对代表年的径流过程按此比值进行缩放,即得设计的年径流过程线。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,(1)设计时段径流量的计算 1)计算时段的确定 计算时段
10、是按工程要求来考虑的。比如:设计灌溉工程,一般取灌溉期作为计算时段;设计水电工程,采取枯水期或年作为计算时段。 2)频率计算 当计算时段确定后,就可根据历年逐月径流量资料,统计时段径流量。,若计算时段为年,则按水文年或水利年统计年、月径流量。 SL278-2002水利水电工程水文计算规范规定,径流量计算依据的资料系列应在30年以上。 有了年径流量系列或时段径流量系列,即可推求指定频率的设计年径流量或指定频率的设计时段径流量。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,配线时要考虑全部经验点据,如点据与曲线拟合不佳时,应侧重考虑中、下部点据,适当照顾上部点据。 年径流频率计算中,Cs/Cv值按具
11、体配线情况而定,一般可采用23。 3)成果合理性分析 成果分析主要是对径流系列均值、离势系数、偏态系数进行合理性审查,可通过影响因素的分析和径流的地理分布规律进行。 多年平均年径流量的检查。 年径流离势系数的检查。 年径流偏态系数的检查。,四、具有长期实测径流资料时设计年径流计算,(2)设计代表年径流量的年内分配计算 在水文计算中,一般采用缩放代表年径流过程线的方法来确定设计年径流量的年内分配。 1)代表年的选择 从实测的历年径流过程线中选择代表年径流过程线,可按下列原则进行: 选取年径流量接近于设计年径流量的代表年径流过程线; 选取对工程较不利的代表年径流过程线。对灌溉工程选取灌溉需水季节径
12、流比较枯的年份,对水电工程则选枯水期较长、径流又较枯的年份。 2)径流年内分配计算 同倍比法用设计年水量与代表年的年水量比值或用设计的供水期水量与代表年的供水期水量之比值,对整个代表年的月径流过程进行缩放,即得设计年内分配。,【同倍比法应用】典型案例,说明: 由于年内各月均采用同一倍比,故该方法计算的设计年径流过程线可保持所选代表年的径流年内分配比例,可保证计算时段内的径流量符合设计频率的要求,但不能保证年内各时段均同时满足同一设计频率的要求。 例如,设计频率为75%的年径流量经缩放后,年内的各月径流量则不一定会满足P=75%的要求。 如果年及年内各时段均同时满足同一频率的要求,则需按同频率缩
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