年径流及年输沙量分析与计算Word文档格式.docx

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在一定时段内，通过河流某一断面的累积水量称为径流量，记作W（m3）；

也可以用时段平均流量

（m3／s）、流域径流深R（mm）或流域径流模数M（mm/s﹒km2）来表示。

径流量与流量的关系为：

（5—1）

式中

—计算时段，s。

根据工程设计的需要，

可分别采用年、季或月，则其相应的径流分别称为年径流、季径流或月径流。

2、年径流与年径流量

一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流，年径流量是在一年里通过河流某一断面的水量。

年径流量可以用年径流总量W、年平均流量Q、年径流深R及年径流模数M等表示。

多年平均年径流量有时被称为正常年径流量，相应以W0、Q0、R0、M0等表示。

某一年的年径流量与正常年径流量之比，称为该年径流量的模比系数，用ki表示，则有

（5—2）

二、径流的年际变化和年内变化

1、径流的年内变化

河川径流的主要来源为大气降水。

降水在年内分配是不均匀的，有多雨季节和少雨季节，径流也随之呈现出丰水期（或洪水期）和枯水期，或汛期与非汛期。

径流在一年内的这种变化称为年内变化。

2、径流的年际变化

河川径流不仅在一年之内有较大的变化，就是在年与年之间的变化也是很大的。

我们把年平均流量较大的那些年份称为丰水年，年平均流量较小的那些年份称为枯水年，年平均流量接近于多年平均值的那些年份称为中水年，径流的这种变化称为年际变化。

三、影响年径流的因素

1、分析和研究影响年径流的因素的目的

为了深刻认识年径流及其变化规律，就必须从物理成因方面去分析和研究影响年径流的因素，尤其在径流资料短缺时，显得更为重要。

当具有短期实测径流资料时，常常需要建立年径流量与有关因素之间的相关关系来展延年径流系列；

当缺乏径流资料时，常用水文比拟法或等值线图法来推估年径流量，上述情况都要分析影响年径流的因素。

2、如何确定影响年径流的因素

通常用水量平衡方程来研究影响年径流的因素。

对于闭合流域，年水量平衡方程为

P=R+E+△W（5—3）

其中年径流量R的大小取决于年降水量P和年蒸发量E，还与流域蓄水变化量△W有关。

前两项属于流域气候因素，而后一项则主要取决于流域下墊面因素以及人类活动情况。

在多年平均情况下，△W各年有正有负，使

，故得多年平均的流域水量平衡方程为

P0=R0+E0（5—4）

因此，影响多年平均年径流量的因素主要是流域的气候因素。

3、气候因素对年径流的影响

在气候因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度，随流域所在地区不同而有差异。

4、流域下墊面因素对年径流的影响

流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。

这些因素对年径流的作用，一方面表现在流域蓄水能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。

5、人类活动对年径流的影响

人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。

直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的年径流量。

间接影响如修建水库、塘堰等水利工程，旱地改水田，坡地该梯田，浅耕改深耕，植树造林等措施，这些主要是通过改造下墊面的性质而影响年径流量。

一般地说，这些措施都将使蒸发增加，从而使年径流量减少。

四、年径流分析计算的目的和内容

1、年径流分析计算的目的

年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。

设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。

推求不同保证率的年径流量及其分配过程，就是设计年径流分析计算的主要目的。

设计保证率：

水资源利用工程包括水库蓄水工程、供水工程、水力发电工程和航运工程等，其设计标准，用保证率表示，反映对水利资源利用的保证程度，即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。

破坏率：

水资源利用程度，在分析枯水径流和时段最小流量时，还可用破坏率，即破坏年数占运用年数的百分比来表示，在概念上更为直观。

保证率和破坏率的换算：

设保证概率为p，破坏概率为q，则p＝1-q。

2、年径流分析计算的内容

（1）基本资料信息的搜集和复查

（2）年径流量的频率分析计算

（3）提供设计年径流的时程分配

（4）对分析成果进行合理性检查

复习思考题

一、选择题

1—1、我国年径流深分布的总趋势基本上是[a]。

a、自东南向西北递减；

b、自东南向西北递增；

c、分布基本均匀；

d、自西向东递增。

1—2、径流是由降水形成的，故年径流与年降水量的关系[c]。

a、一定密切；

b、一定不密切；

c、在湿润地区密切；

d、在干旱地区密切。

1—3、人类活动对流域多年平均降水量的影响一般[c]。

a、很显著；

b、显著；

c、不显著；

d、根本没影响。

1—4、流域中的湖泊围垦以后，流域多年平均年径流量一般比围垦前[a]。

a、增大；

b、减少；

c、不变；

d、不肯定。

1—5、人类活动（例如修建水库、灌溉、水土保持等）通过改变下墊面的性质间接影响年径流量，一般说来，这种影响使得[b]。

a、蒸发量基本不变，从而年径流量增加；

b、蒸发量增加，从而年径流量减少；

c、蒸发量基本不变，从而年径流量减少；

d、蒸发量增加，从而年径流量增加。

1—6、一般情况下，对于大流域由于下述原因，从而使径流的年际、年内变化减小[d]。

a、调蓄能力弱，各区降水相互补偿作用大

b、调蓄能力强，各区降水相互补偿作用小

c、调蓄能力弱，各区降水相互补偿作用小

d、调蓄能力强，各区降水相互补偿作用大

二、填空题

2—1、某一年的年径流量与多年平均的年径流量之比称为----------------------------。

答案：

年径流量的模比系数

2—2、描述河川径流变化特性时可用----------------变化和-------------------变化来描述。

径流年际，径流年内

2—3、下墊面对年径流的影响，一方面----------------，另一方面----------------。

表现在流域蓄水能力上，通过对气候条件的改变间接影响年径流量

2—4、流域的大小对年径流的影响主要通过流域的----------------而影响年径流的变化。

调蓄作用

三、是非题

3—1、湿润地区，降水量多，年径流系数小，从而使年径流量与年降水量关系密切。

（—）

3—2、湿润地区，降水量较多，年径流系数大，从而使年径流量与年降水量关系密切。

（+）

3—3、干旱地区降水量较少，年蒸发系数较大，从而使年径流量与年降水量关系密切。

3—4、干旱地区，降水量较少，年蒸发系数较大，从而使年径流量与年降水量关系不密切。

（+）

3—5、干旱地区，降水量较少，年径流系数较小，从而使年径流量与年降水量关系不密切。

四、问答题

4—1、何谓年径流？

它的表示方法和度量单位是什么？

一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。

年径流可以用年径流总量W（m3）、年平均流量Q（m3/s）、年径流深R（mm）、年径流模数M（mm/s﹒km2）等表示。

4—2某流域下游有一个较大的湖泊与河流连通，后经人工围垦湖面缩小很多。

试定性地分析围垦措施对正常年径流量、径流年际变化和年内变化有何影响？

由于水面蒸发减小，使年径流增加；

由于调蓄能力减小，使年际、年内变化加剧。

4—3人类活动对年径流有哪些方面的影响？

其中间接影响如修建水利工程等措施的实质是什么？

如何影响年径流及其变化？

有直接与间接两方面的影响。

修建水利工程等措施的实质是改变下墊面性质而影响年径流，它们将使蒸发增加，从而使年径流量减少；

调蓄能力增加，从而使径流的年内、年际变化趋于平缓。

4—4、何谓保证率？

若某水库在运行100年中有85年保证了供水要求，其保证率为多少？

破坏率又为多少？

用水的保证程度。

p=85%；

q=1-85%=15%。

4—5、简述年径流年内、年际变化的主要特性？

答案：

径流年内、年际变化的主要特性有：

（1）年内变化具有一年为周期的周期性变化；

（2）年际变化具有丰、枯年组的交替现象，但周期很不固定；

（3）年内、年际变化还具有明显的地区性，我国北方的径流变化一般比南方多雨地区剧烈。

第二节有较长资料时设计年径流频率分析计算

内容提要

（1）年径流系列的“三性（可靠性、一致性、代表性）”审查

（2）年径流的频率计算

学习要求

（1）了解为什么要对年径流系列进行“三性”审查

（2）掌握年径流系列一致性遭破坏的原因和改正原则

（3）掌握年径流系列的代表性分析方法

（4）掌握年径流频率分析计算方法及其特点

所谓较长年径流系列是指设计代表站断面或参证流域断面有实测径流系列，其长度不小于规范规定的年数，即不应小于30年。

如实测系列小于30年，应设法将系列加以延长；

如系列中有缺测资料，应设法予以插补；

如有较明显的人类活动影响，应进行径流资料的还原工作。

一、年径流系列的一致性和代表性分析

1、年径流系列的一致性分析

应用数理统计法进行年径流的分析计算时，一个重要的前提是年径流系列应具有一致性。

就是说组成该系列的流量资料，都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。

其中气候条件变化极为缓慢，一般可以不加考虑。

人类活动影响下垫面的改变，有时却很显著，为影响资料一致性的主要因素，需要重点进行考虑。

测量断面位置有时可能发生变动，当对径流量产生影响时，需要改正至同一断面的数值。

2、年径流系列的代表性分析

年径流系列的代表性，是指该样本对年径流总体的接近程度，如接近程度较高，则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反之较低。

样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计参数的比较加以判断。

但总体分布是未知的，无法直接进行对比，只能根据人们对径流规律的认识以及与更长径流、降水等系列对比，进行合理性分析与判断。

常用的方法如下：

（1）进行年径流的周期性分析

对于一个较长的年径流系列，应着重检验它是否包括了一个比较完整的水文周期，即包括了丰水段（年组）、平水段和枯水段，而且丰、枯水段又大致是对称分布的。

（2）与更长系列参证变量进行比较

参证变量系指与设计断面径流关系密切的水文气象要素，如水文相似区内其他测站观测期更长，并被论证有较好代表性的年径流或年降水系列。

二、年径流的频率分析

水文要素频率分析的通用方法，在前面已有详细阐述，此处重点针对年径流的特点，补充介绍一些应予注意的事项。

1、年径流的年度选择

日历年度：

当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以后，应按逐年逐月统计其径流量，组成年径流系列和月径流系列。

这些数据绝大部分可自《水文年鉴》上直接引用，但须注意《水文年鉴》上刊布的数字是按日历年分界的，即每年l—12月为一个完整的年份。

水文年度：

在计算流域水量平衡关系时，最好采用水文年度。

一个水文年度内的径流应该是该水文年度的降水所产生的。

水利年度：

在水资源利用工程中，为便于水资源的调度运用，常采用水利年度，有时亦称为调节年度。

它不是从1月份开始，而是将水库调节库容的最低点（汛前某一月份，各地根据入汛的迟早具体确定）作为一个水利年度的起始点，周而复始加以统计，建立起一个新的年径流系列。

当年径流系列较长时，用上述日历年度、水文年度或水利年度所获得的系列做出的频率分析成果是很接近的。

2、线型与参数估算

经验表明，我国大多数河流的年径流频率分析，可以采用P—Ⅲ型频率分布曲线，但规范同时指出，经分析论证亦可采用其他线型。

P—Ⅲ型年径流频率曲线有三个参数，其中均值（

）一般直接采用矩法计算值；

变差系数（

）可先用矩法估算，并根据适线拟合最优的准则进行调整；

偏态系数（

）一般不进行计算，而直接采用

的倍比，我国绝大多数河流可采用

＝2～3

。

在进行频率适线和参数调整时，可侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。

3、其他注意事项

（1）参数的定量应注意参照地区综合分析成果

（2）历史枯水年径流的考证和引用

1—1、在年径流系列的代表性审查中，一般将[c]的同名统计参数相比较，当两者大致接近时，则认为设计变量系列具有代表性。

a、参证变量长系列与设计变量系列

b、同期的参证变量系列与设计变量系列

c、参证变量长系列与设计变量同期的参证变量系列

d、参证变量长系列与设计变量非同期的参证变量系列

1—2、某流域根据实测年径流系列资料，经频率分析计算（配线）确定的频率曲线如图5-1所示，则推求出的二十年一遇的设计枯水年的年径流量为[d]。

a、Q1b、Q2

c、Q3d、Q4

图5-1某流域年径流的频率曲线

1—3、设计年径流量随设计频率[a]。

a、增大而减小；

b、增大而增大；

c、增大而不变；

d、减小而不变。

1—4、衡量径流的年际变化常用[c]。

a、年径流偏态系数；

b、多年平均径流量；

c、年径流变差系数（离势系数）；

d、年径流模数。

2—1、为方便水文分析计算而划分的年度称为--------------------------------。

水文年度

2—2、为方便兴利调节计算而划分的年度称为--------------------------------。

水利年度

2—3、在一定的兴利目标下，设计年径流的设计频率愈大，则相应的设计年径流量就愈---------，要求的水库兴利库容就愈----------。

小，大

2—4、水文资料的三性审查是指对资料的---------------------、----------------------和---------------------进行审查。

可靠性，一致性，代表性

2—5、对年径流系列一致性审查是建立在气候条件和下墊面条件稳定性上的，一般认为--------------------------是相对稳定的，主要由于----------------------受到明显的改变使资料一致性受到破坏。

气候条件，下墊面条件

2—6、当年径流系列一致性遭到破坏时，必须对受到人类活动影响时期的水文资料进行----------------计算，使之---------------------------状态。

还原，还原到天然条件

3—1、设计年径流的计算中，设计频率愈大其相应的设计年径流量就愈大。

3—2、年径流系列的代表性，是指该样本对年径流总体的接近程度。

4—1、水文资料的“三性”审查指的是什么？

如何审查资料的代表性？

（1）“三性”是指水文资料的可靠性、一致性、代表性。

（2）代表性可通过两个方面论证：

①用与设计变量（n年）关系密切的具有长期观测资料的参证变量（N年）论证，n年的参证变量系列与N年参证变量系列的概率分布应比较接近；

②用水文变化的周期性论证，即设计变量应包括几个丰、中、枯交替年组。

4—2、如何分析判断年径流系列代表性的好坏？

怎样提高系列的代表性？

从两方面判断年径流系列代表性的优劣：

①年径流系列是否足够长，是否包括几个丰、中、枯年组；

②与关系密切的长系列参证变量资料比较，从长短系列的统计参数是否相近上判断。

第三节短缺资料时设计年径流的频率分析计算

（1）有较短年径流系列时设计年径流频率分析计算

（2）缺乏实测资料时设计年径流的估算

（3）流量历时曲线

学习要求

（1）了解参证变量的选择原则

（2）掌握年径流与参证变量—水位、径流、降雨的相关分析方法

（3）年径流估算的参数等值线图法

（4）了解年径流估算的经验公式法和水文比拟法

（5）掌握流量历时曲线的绘制方法

短缺径流资料的情况可分为两种：

一种是设计代表站只有短系列径流实测资料﹝n＜30年＝，其长度不能满足规范的要求；

另一种是设计断面附近完全没有径流实测资料。

对于前一种情况，工作重点是设法展延径流系列的长度；

对于后一种情况，主要是利用年径流统计参数的地理分布规律，间接地进行年径流估算。

一、有较短年径流系列时设计年径流频率分析计算

本法的关键是展延年径流系列的长度。

方法的实质是寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列的参证变量，通过设计断面年径流与其参证变量的相关关系，将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。

当年径流系列适当延长以后，其频率分析方法与本章第二节所述完全一样。

1、参证变量的选择

最常采用的参证变量有：

设计断面的水位、上下游测站或邻近河流测站的径流量、流域的降水量。

参证变量应具备下列条件：

①参证变量与设计断面径流量在成因上有密切关系。

②参证变量与设计断面径流量有较多的同步观测资料。

③参证变量的系列较长，并有较好的代表性。

2、年径流系列的展延

（1）利用本站的水位资料延长年径流系列，如图5—2所示。

图5—2某站水位流量关系曲线

（2）利用上下游站或邻近河流测站实测径流资料，延长设计断面的径流系列，如图5—3是甲站与乙站年径流的相关图，可以用来将乙站系列展延。

图5—3甲站与乙站年径流量相关图

（3）利用年降水资料延长设计断面的年径流系列

径流是降水的产物。

流域的年径流量与流域的年降水量往往有良好的相关关系。

又因降水观测系列在许多情况下较径流观测系列长，因此降水系列常被用来作为延长径流系列的参证变量（见图5—4）。

图5—4某站年降雨径流相关图

3、注意事项

利用参证变量延长设计断面的年径流系列时，应特别注意下列问题：

一是尽量避免远距离测验资料的辗转相关。

二是系列外延的幅度不宜过大，一般以控制在不超过实测系列的50％为宜。

二、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算

在部分中小设计流域内，有时只有零星的径流观测资料，且无法延长其系列，甚至完全没有径流观测资料，则只能利用一些间接的方法，对其设计径流量进行估算。

采用这类方法的前提是设计流域所在的区域内，有水文特征值的综合分析成果，或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。

1、参数等值线图法

我国已绘制了全国和分省（区）的水文特征值等值线图和表，其中年径流深等值线图及Cv等值线图，可供中小流域设计年径流量估算时直接采用。

图5—5为湖北省部分地区年径流深均值等值线图，图5—6为湖北省部分地区年径流Cv等值线图。

图5—5湖北省部分地区年径流深均值等值线图

图5—6湖北省部分地区年径流Cv等值线图

（1）年径流均值的估算

根据年径流深均值等值线图，可以查得设计流域年径流深的均值，然后乘以流域面积，即得设计流域的年径流量。

如果设计流域内通过多条年径流深等值线，可以用面积加权法推求流域的平均径流深，见图5—3—6。

计算公式为：

（5—5）

式中Ri——分块面积的平均径流深，mm；

Ai——分块面积，km2；

R——流域平均径流深，mm。

其中流域顶端的分块，可能会在流域以外的一条等值线之间，如图5—7中的

。

图5—7用面积加权法求流域平均径流深（单位：

mm）

在小流域中，流域内通过的等值线很少，甚至没有一条等值线通过，可按通过流域重心的直线距离比例内插法，计算流域平均径流深，见图5—8。

图5—8用直线内插法求流域平均径流深（单位：

年径流深均值确定以后，可通过下列关系确定年径流量：

W＝KRA（5—6）

式中W——年径流量，m3

R——年径流深，mm；

A——流域面积，km2；

K——单位换算系数，采用上述各单位时，K＝1000。

（2）年径流Cv值的估算

年径流深的Cv值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均值估算方法类似，但可更简单一点，即按比例内插出流域重心的Cv值就可以了。

（3）年径流Cs值的估算

年径流的Cs值，一般采用Cv的倍比。

按照规范规定，一般可采用Cs＝2～3Cv。

在确定了年径流的均值、Cv，Cs后，便可借助于查用P—Ⅲ型频率曲线表，绘制出年径流的频率曲线，确定设计频率的年径流值。

2、经验公式法

年径流的地区综合，也常以经验公式表示。

这类公式主要是与年径流影响因素建立关系。

例如，多年径流均值的经验公式有如下类型：

（5—7）

或

（5—8）

——多年平均流量，m3／s；

A——流域面积，km2．

——多年平均降水量，mm；

，

、

、m——参数，通过实测资料分析确定，或按已有分析成果采用。

不同设计频率的年平均流量Qp，也可以建立类似的关系，只是其参数的定量亦各有不同。

这类方法的精度，一般较等值线图法低。

但在进行流域初步规划，需要快速估算流域的地表水资源量及水力蕴藏量时，有实用价值。

3、水文比拟法

水文比拟法是无资料流域移置（经过修正）水文相似区内相似流域的实测水文特征的常用方法，特别适用于年径流的分析估算。

常用年径流移置的公式形式如下：

（5—9）

——分别为设计流域和参证流域的多年平均流量，m3／s；

——分别为流域面积和年降水量的修正系数，

＝A／Ac，

；

A、Ac——分别为设计流域和参证流域的流域面积，km2；

——分别为设计流域和参证流域的多年平均降水量，mm。

年径流