ch7 设计年径流分析及径流随机模拟2015

7.3.4
设计代表年年径流量及年内分配的计算
水利工程的使用寿命很长，达到几十年甚至数百年，通过成因 分析途径预报未来不可能。采用水文统计方法研究年径流量变化的 统计规律。 假定年径流量是简单的独立随机变量时，年径流量系列即可作 为随机系列，实测年径流量系列则为年径流量总体的一个随机样本 。未来运行期间的年径流量系列也是总体的一部分。可以由n年实 测年径流量系列求得的分布函数推断总体分布，并作为未来的工程 运行期间年径流量的分布函数。
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7.3.4 设计代表年年径流量及年内分配的计算
3、成果合理性分析
多年平均年径流量的检查：影响多年平均年径流量的因素是气候因 素，而气候因素具有地理分布规律的，所以多年平均年径流量有地理 分布规律。将设计站和上下游站进行比较。 年径流量离差系数的检查：离差系数反映了年径流量的年际变化程 度，具有地理分布规律，Cv的等值线图。小流域的Cv一般较大。 年径流量偏态系数的检查：该变化规律研究不足，无公认方法。
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7.3.3
实际代表年年、月径流量的选取
实际代表年法就是从实测年、月径流量系列中，选出一个实际的干 旱年作为代表年，用其年径流量分配过程直接与该年的用水过程相配 合而进行调节计算，求出调节库容，确定工程规模。选出的年份就称 为实际代表年，其年、月径流量，就是实际代表年年、月径流量。 用这种方法求出的调节库容，不一定符合规定的设计保证率。但由 于曾经发生的干旱年份给人以深刻的印象，认为只要这样年份的供水 得到保证，就达到修建水库的目的了。实际代表年法在小型灌溉工程 的设计中得到广泛应用。
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7.3.4 设计代表年年径流量及年内分配的计算
（1）根据长期实测径流量资料，按要求确定计算时段，对各种计 算时段径流量进行频率计算，求出各种指定频率下的各种时段的设 计流量值。 （2）在实测径流资料中，按一定原则选取各种代表年。对于灌溉 工程只选枯水年作为代表年；对水电工程选择丰、平、枯水三个代 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，即得到设计的年径流过程线。
年月径流分析计算的一般步骤：
1) 对实测径流资料的“三性”审查： 水文资料是水文分析计算的重要依据，直接 影响到计算成果的精度。因此对所用的资料进行 审查，即对实测径流量系列的 可靠性 、 一致性 和 代表性三个方面进行分析和论证 2) 推算设计年径流量： 即用数理统计的方法推求相应于某一设计频 率的年径流量，简称为设计年径流 3) 推求设计年径流的年内分配过程: 采用代表年法（实际代表年，设计代表年）
应用数理统计方法进行计算分析时，要求组 成系列的水文资料都是在同样的气候条件 、 同样 的下垫面条件和同一测量断面上获取的 。 故年径 流系列的一致性是建立在 气候条件 和 下垫面条件 稳定性的基础上。
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还原计算:
一般认为气候变化极其缓慢，相对较稳定，但由 于人类活动影响，下垫面条件变化较显著，从而破坏 了水文资料的一致性，故要进行还原计算，即要使径 流量还原到“天然状况”（指流域内没有受到水利设 施等人为开发利用活动影响的径流量）。 《水利水电工程水文计算规范 SDJ214-83(试行)》 中规定： “为使资料具一致性，当设计站的径流量和径流 过程受人类活动影响发生显著变化时，则应进行还原 计算。…”
同时，计算时段随之而变，代表年的选择也将不同，实际工作中不便。采 用同频率法。同频率法的基本思想是使所求的设计年内分配的各个时段径 流量都能符合设计频率，可采用各时段不同倍比缩放代表年的逐月径流， 以获得同频率的设计年内分配。
与设计站n年系列同期
比较以上长短二系列的统计参数，若二者比较接 近，一般要求相对误差不超过 5-10% ，从而推断 参证 站n年径流系列代表性较高，从而推断设计站的n年径 流系列也具较好的代表性。
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应用上述的方法的前提条件： 设计站的变量和参证站的变量的时序变
化具较好的同步性 (如二个径流系列的丰枯随 时序变化基本上一致)；
CVN 0.3, CVn 0.3,
C SN 2 CVN C Sn 2 CVn
二者十分接近，说明参证站年径流量短系列在长 系列中有代表性，又因A和B年径流量具有同步性，从 而推断设计站A的20年径流量系列具有代表性。
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设计年、月径流量系列：
经前述对径流资料审查分析和插补延长后， 得到有一定代表性按 水利年 划分重新排列的年、 月径流量系列，以它来代表未来工程运行期间的 年、月径流量变化(来水过程)，即为水利计算所 要求的“设计年、月径流量系列”。 所谓的“设计”，即以此为依据来进行水利 计算。
7.3.1 水文资料的审查
Examination of hydrologic information 1) 资料可靠性审查(Reliability examination)
水文资料的测验和整编方法的合理性； 应用上下游、干支流水量平衡原理检查；
若水文资料不一致, 应该怎么办?
2) 资料一致性审查(Consistency examination)
水利年度/水文年度的概念：
水文年：是从每年雨季或融雪河水上涨的汛期开始， 到次年枯水期结束。 水利年：以水库开始蓄水到水库停止供水为终点。
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Q(m3/s)
水库调节计算示意图
设计来水过程
V1 1 Vi VP Pi
V2 2
V3 3
V4 4年
设计用水过程
逐年所需的库容值
库容频率曲线示意图
P
7.3.2
设计年、月径流量系列的选取
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丰水年(Wet year)： 指其年径流量大于多年平均年径流量的 年份，可达平水年的2 - 3倍； 枯水年(Dry year)： 指其年径流量少于多年平均年径流量的 年份，仅为平水年的1/10 - 1/5。 年径流量在多年变化中有丰水年组和枯 水年组交替出现的现象。
• • • •
工程规模与来水、用水、保证率的关系 丰水年份、枯水年份 同样的干旱年份，径流年内分配的影响 水文计算的任务
7.3.4 设计代表年年径流量及年内分配的计算
一、设计时段径流量的确定
1、计算时段的确定 计算时段是按工程要求考虑的， 设计灌溉工程时，一般取灌溉期 作为计算时段；设计水电工程时， 因为枯水期水量和年水量决定着发 电效益，采取枯水期或年为计算时段。 2、频率计算 当计算时段确定后，就可根据历年逐月径流资料，统计时段径流量。 年或3月最枯径流量序列统计方法。径流序列需要20年以上。 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。
鉴定设计站n 年实测年径流系列代表性的思路：
选择有成因联系 （ 同一气候区和下垫面条件相似 ） 邻近流域具 N年 (N>n) 的测站 ( 参证站 ) 长系列来检验 其 n 年短系列的代表性，从而推断设计站同期 n 年系列 的代表性，分别计算参证站长短两系列的统计参数：
xN
CVN
C SN
xn
CVn
C Sn
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3) 资料的代表性审查(Representation Examination)
实测的年径流系列可看成总体的一个随机样 本，因此资料（样本）的代表性是指样本的统计 特征能否反映总体的统计特征。样本对总体的代 表性的好坏反映在样本的统计参数与总体统计参 数的接近程度，样本代表性愈高，则设计结果精 度愈好。 依据数理统计原理，当样本容量愈大，则抽 样误差愈小，说明长系列样本代表性高的可能性 要大，故实测样本水文代表性可以通过与有成因 联系的更长期的其它系列（视为近似代表总体） 的分布参数作比较来衡量。
径流还原的计算方法： a 分项调查法； b 降雨径流模式法； c 蒸发差值法
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分项调查法(依据水量平衡原理)
WN=WM+WR 式中，WN：还原后的天然径流量； WM ：实测径流量; WR ：还原总水量; WR=WA+WI±WD+WE ± WS 式中， WA ：流域内农业灌溉用水量; WI ：流域内工业和生活用水量; WD ：跨流域引出(正)或引入(负)水量; WE：流域内增加水面面积所增加的蒸发量; WS ：流域内水库蓄水变量(增加为正，减少 为负)。
径流年内分配对调节库容的影响示意图
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推求年月径流系列的任务和目的：
年月径流分析计算是研究年径流的年际变化 及年内的分配规律，预估未来水资源工程运用期 间的径流变化（来水）情况，为合理确定工程规 模和确定水资源利用效益提供科学的依据。 其设计标准用 保证率 表示，用以反映水资源 利用的保证程度。即水资源工程规划设计的目标 不被破坏的年数占运行年数的比值。
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7.1 概述
7.1.1 年径流深的地区性变化 7.1.2 年径流的多年变化 7.1.3 径流的年内变化
年径流变化特点：
年径流量是由大致以年为周期的汛期和 枯季水量构成的。 年径流量在年际间变化很大，可分为： 平水年/中水年(Normal year)： 指其年径流量接近于多年平均年径流量 的年份；
+ WI +WE ± WD +WA +W 还原计算法示意图 WN = WM ± WR S WE : 增加水面面积所增加的蒸发量 WS: 水库蓄水变量（增加为正） WI :工业和生活用水量 WR
WM:实测径流量
WD: 跨
流 域 引 出(正)或 引入 ( 负 ) 水量
WN: 还原后的 天然径流量
WA:农业灌溉用水量
年平均流量 Q（m3/s）
年径流总量 W（104m3）
年径流深 R（mm）
年径流模数 M(m3/s.km2)
概念理解
• 年平均流量——是指河流断面按已有水文系列计算的多年 流量平均值。 • 年径流量——一年内（水文年）流经河道上指定断面的全 部水量，称为年径流量。 • 径流深度——把径流总量均匀地铺在流域面积上所得的水 层厚度。 • 径流模数——单位面积上在单位时间内流动的平均水量。 • 径流模数消除了流域面积大小的影响，最能说明与自然地 理条件相联系的径流特征。通常用径流模数对不同流域的 径流进行比较。