水文水利计算电教(径流计算及洪水设计计算部分)

1.98 2.67 1.98 3.42 5.30 2.18 1.62 8.21 1.93 1.82 1.84 3.18 4.25 1.76 5.53 2.59 4.67 7.30
2.47 2.73 1.90 2.92 2.67 1.54 1.17 9.03 2.76 1.42 2.68 2.35 7.96 1.30 5.59 1.63 5.16 7.54
2、年径流的变化特性 通过对年径流资料的统计分析，可以看出年径流变化的一些特性。 (1)径流的年内变化 河流的不同季节的径流量的差异性称为径流的年内变化或年内分配。
2、径流的年际变化 河流不同年份的年径流量的差异性称为年径流的年际变化。
研究年径流的年际变化规律，不仅可为确定水利工程的规模和效益提 供基本依据，而且对中长期水文预报也十分重要。
水文水利计算教程 (径流计算部分)
授课老师：邹昆 2010年11月
径流计算
1、掌握在各种资料情况下设计径流的原理、方法和步骤； 2、掌握枯水径流计算的特点和方法； 3、初步具备径流资料分析处理和设计径流的技能，具备推求 设计径流量及其年内分配的能力。
第一节 径流是怎么形成的
1、径流的形成过程
地表和地下的水体因储 水量的限制而将剩余水 分排出的过程称为径流。 径流的形成可以分为以下 几个阶段: 截留蓄渗阶段 径流发生阶段 河槽汇流阶段 河槽调节阶段 基本径流维持阶段
地面水分水线 甲河 不透水层
地下水分水线
乙河
分水线示意图
例3拟在某河流A断面处修建一座水库，流域面积F=176 km2。试用参数等值线法推求坝址 断面A处的P=90％的设计年径流量及其年内分配。
900 800
A
700
0. 35
A
0.40 0.40
600
R等值线图
C 等值线图
V
解：l、设计年径流量的推求 如图3—2所示，在流域所在地区的多年平均年径流深R等值线及年径流量变 差系数Cv等值线图上分别勾绘出流域分水线，并定出流域形心位置。用直线内插 法求同流域形心处数值为R=780 mm，Cv=0.39，采用Cs=2Cv。 将多年平均年径流深R平均换算成多年3 2.00 4.27 2.67 1.67 3.52 3.65 6.50 4.92 5.75 6.56 3.84 6.26
4.84 1.86 2.07 3.46 2.79 1.27 3.27 10.50 2.23 1.57 2.54 4.96 8.75 2.79 4.41 4.55 3.69 8.51
Q= 1000 FR 1000 ×176 × 780 = = 4.4(m3 / s ) 6 T 31.54 ×10
由p=90％、Cv=0.39、Cs=2Cv，查皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp值表，得Kp= 0.54。故坝址断面P=90％的设计年径流量为Qp=KpQ平均=0.54 × 4.4=2.4(m3/s)。
径流的年际变化通常系指年径流量的年际变化幅度和年径流量的多年 变化过程。
第三节
径流计算的主要内容
径流计算的主要内容包括设计径流量计算及其年内分配的确定。
1、有长期实测径流资料时设计年径流的分析计算 例1、拟兴建一水利水电工程，某河某断面有18年(1968~1986年)的流 量资料，如表3—1所示。试求p=10%的设计丰水年、p=50%的设计水 平年、p=90%的设计枯水年的设计年径流量。
16.50 7.25 8.21 14.70 12.90 3.20 9.91 3.90 9.52 13.00 9.45 12.20 16.30 5.08 3.28 15.40 3.28 22.40
22.00 8.69 19.50 17.70 15.70 4.98 12.50 26.60 29.00 17.90 15.60 11.50 24.80 6.10 11.70 38.50 5.48 37.10
年份
1968～1969 1969～1970 1970～1971 1971～1972 1972～1973 1973～1974 1974～1975 1975～1976 1976～1977 1977～1978 1978～1979 1979～1980 1980～1981 1981～1982 1982～1983 1983～1984 1984～1985 1985～1986 月平均流量(m3/s)
例2、按例1所给条件，求设计枯水年p=90%的设计年径流的年内分配。
2、有短期实测径流资料时设计年径流的分析计算 当设计站实测年径流资料系列少于30年，或者资料系列虽长，但代表性不足时， 若直接根据这些资料进行计算，求得的设计成果可能会有很大的误差。因此，为了 提高计算精度、保证成果的可靠性，就必须设法将资料系列进行展延。
6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 4月 5月
年平均流 量(m3/s) 11.90 7.78 10.00 9.64 14.40 4.73 7.87 10.40 10.20 10.90 12.60 10.30 15.10 7.24 11.30 17.70 8.42 16.90
4.63 7.15 7.35 5.20 19.40 5.55 6.90 6.12 25.40 10.50 42.70 12.70 24.20 3.40 10.20 31.70 14.40 10.60
2.46 7.50 9.62 4.87 10.40 2.28 5.55 13.40 3.58 3.58 6.55 7.30 8.30 3.45 19.20 5.86 14.30 12.40
1.87 4.20 2.35 2.48 1.79 6.45 0.99 8.35 1.41 1.21 4.25 3.88 4.10 2.23 8.47 1.76 6.26 3.12
21.60 2.03 13.20 1.62 1.80 3.87 3.06 8.48 5.30 2.36 9.00 3.57 3.80 8.76 8.89 5.21 11.10 5.56
关于径流的几个基本概念
年径流量：在一个年度内，通过河流某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。 它可用年平均流量(m3/s)、年径流深(mm)、年径流总量(m3)、年径流模数(m3/(s·km2))表示。 径流深：在某一时段内通过河流上指定断面的径流总量(W以m3计)除以该断面以上的流域 面积(F，以km2计)所得的值。它相当于该时段内平均分布于该面积上的水深(R，以mm计)， 如下式：R=W/1000F(mm)。 径流总量:时段∆ｔ内通过河流某一断面的总水量。它的单位是立方米(m3)或亿立方米。以 所计算时段的时间乘以该时段内的平均流量，就得径流总量W，即W=Q∆ｔ。式中，∆ｔ 为时段长（如日、月、年、多年等）；Q为T时段内的平均流量（立方米/秒）。以时间为 横坐标，以流量为纵坐标点绘出来的流量随时间的变化过程就是流量过程线。流量过程 线和横坐标所包围的面积即为径流量。 径流模数：流域内单位面积单位时间产生的径流量。 在我国《水文年鉴》中，年径流量按日历年度统计的，而在水文水利计算中，年径流量通 常是按水文年度或水利年度统计的。 水文年度以水文现象的循环规律来划分，即从每年汛期开始起到下一年汛期开始前止。 水利年度是以水库蓄泄循环周期作为一年的，即从水库需水开始到第二年水库供水结束为 一年。
43.00 16.30 26.40 19.80 41.60 7.15 12.90 15.20 13.50 33.20 15.50 33.90 41.00 24.30 37.10 41.60 11.80 58.00
17.00 26.10 26.40 30.40 50.70 16.20 34.60 13.60 25.40 43.00 37.80 25.00 30.70 22.80 16.40 57.40 17.10 23.90
选用不同参证资料展延系列示意图
例2为了陈村灌区的需要，拟在青弋江支流微水上建平垣水库。平垣站具有14年短期实 测年、月径流量资料，要求根据资料情况，展延平垣站年、月径流量系列。
水文站 雨量站 流向
西河镇 青
戈 平垣 江 陈村 水库 灌区 水 旌德 徽
3、缺乏实测径流资料时设计年径流的分析计算
许多中小型流域设计年径流的分析计算往往缺乏实测径流资料。此种情况 下，通常利用区域水文分析成果推求设计年径流量及其年内分配。常用资料为 《水文手册》和《水文图集》，计算内容为设计年径流量和年内分配过程。 《水文手册》是一种综合性的历年区域水文资料成果汇编手册。内容包括： 区域地理和气象资料、降水量、蒸发量、径流量、暴雨、洪水、泥沙等特征值 的统计表；水文计算所需的等值线图和分区图，关系曲线，参考资料及计算水 帐方法的介绍。 《水文图集》是由各种水文要素图组成的专业地图集。水文图集系统反映国 际或地区水文要素的时空分布特征，可供人们全面了解该地区水文的基本情况， 并可内插所需地点的水文特征数据。
为什么要开展枯水径流的分析工作？ 枯水径流是指河流主要依靠地下水为补给水源的河川径流。一旦流域地下蓄水耗尽 或地下水位降低到不能再补给河道时，河道内会出现断流现象。这就会引起严重的 干旱缺水。因此，枯水径流与工农业供水和城市生活供水等关系甚为密切。随着我 国国民经济的发展，水资源供需矛盾日益突出，为满足供水、灌溉、航运、发电、 环保等的需要，均需进行枯水径流的分析计算。例如，对于没有调节能力的工程， 如修建于天然河道岸边的灌溉泵站、为城镇供水的取水泵站，需要根据枯水位、枯 水流量确定取水口的高程及引水流量；又如，河段的枯水位、枯水流量也是研究河 道内生态环境所需最小水深和需水量时不可缺少的数据。
2、径流的影响因素
可从水量平衡方程R = H − E − ∆W − ∆V来分析 。
影响径流大小的因素很多，有些直接对河川流量产生影响，有些通过控制 直接因子而发生间接的关系，归纳起来有径流给水和排水两方面的因素。
第二节 设计年径流计算的目的及年径流的变化特性 1、设计年径流计算的目的
定义：在为水资源开发利用而进行的水利规划和工程设计中，对通过河流某 制定断面相应于设计标准的全年的径流量及其各时段径流分配的计算。简言之， 设计年径流量是指相应于设计频率的年径流量。设计频率需要根据各用水部门的 设计标准确定。 计算方法：主要是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，估算制定频率的径流特征值。 计算的具体任务是：分析研究年径流量的多年变化及其年内分配的规律，提 供设计所需要的历年(或代表年)逐月(旬或日)流量成果或相应的统计参数，作为水利 计算的依据。
枯水径流的影响因素有那些？
在枯水季节，径流主要由流域蓄水补给，其次，降水也对之予以补给。因 此，影响流域地表需水量和地下需水量及二者的可得性以及降水量的因素均可 影响枯水径流。此外，人类的生产和生活活动也对枯水径流施予不可忽视的影 响。 归纳起来，枯水径流的影响因素共有三类：下垫面因素、气候因素和人类 活动。
2、设计年内分配的推求 由《水文图集》查得，流域所在分区的枯水代表年的年内分配如表3—5所示。 只要用表中的各月分配比乘以设计年径流量，就可得到设计年内分配过程，结果见 表3—5 。全年各月流量之和为28.79 m3/s，除以12得2.4m3/s，等于设计值，计算正 确。
4、枯水径流分析计算
什么是枯水径流及其概述？ 因水分补给不足，尤其是降水补给不足，而在河流槽道中造成的流量明显偏 小的现象称为枯水。枯水所持续的时期称为枯水期或枯水季节，因此时槽道中的 水流称为枯水径流。 河川径流若在全年之中平均分配，每月径流量应占全年径流总量的8.33%。 若在某月，某河径流量不足该河全年径流总量的5%，则称该河出现枯水，该月 属枯水期。 中国的大部分地区均处在季风气候的影响之下，一年之中有明显的雨季和旱 季，故大多数河流均可出现洪水和枯水，均经历明显的洪水期和枯水期。在中国， 河流的枯水期一般为五个月左右。 在枯水季节，降水很少，径流主要靠流域蓄水的补给。流域蓄水逐渐消退， 径流也随之递减。在枯水季节后期，若久晴不雨，流域蓄水量消耗最多，河中出 现一年中的最小径流，有的河流甚至干枯断流。