年径流分析计算

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设计年径流分析计算的任务:就是分析研究年径流 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(长系列或代表年)。
设计年径流分析计算任务
水利工程调节性能的差异和采用的水利计算方法 的不同,要求水文计算提供的来水—年径流资料 也有所不同。
➢ 无调节性能的引水工程:提供历年(或代表年) 的逐日流量过程资料。
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➢ 资料一致性审查
一致性即要求组成系列的每个资料具有同一成因。 年径流量系列的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳 定性上的。当气候条件或下垫面条件有显著的变化时,资料 的一致性就遭到破坏。一般认为气候条件的变化极其缓慢, 可认为是相对稳定的;但下垫面条件却可由于人类活动而迅 速变化,需进行还原计算。 径流系列的还原计算是一个复杂的问题,可参考专门文献。 一般说来,只要下垫面条件的变化不是非常显著,可以认为 径流系列具有一致性。
Cs 0.6P4(%) 0.66
1 2.78 2.79
10 1.33 1.33
50 -0.09 -0.09
90 -0.19 -0.19
99 -1.85 -1.84
➢ 解:1. 十年一遇枯水年径流深:
P 1 1 90% T
90% 0.19
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➢ 资料代表性审查
应用数理统计法进行水文计算时,计算成果的精度决 定于样本对总体的代表性,代表性高,抽样误差就小。
资料代表性审查对衡量频率计算成果的精度具有重要 意义。样本对总体代表性的高低可以理解为样本分布 参数与总体分布参数的接近程度。
由于总体分布参数是未知的,样本分布参数的代表性 不能就其本身获得检验,通常只能通过与更长系列பைடு நூலகம் 分布参数作比较来衡量。
运用适线法,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。 年径流频率计算中,Cs/Cv值按具体配线情况而定,一般采用 2~3。适线时要考虑全部经验点据。
➢成果合理性分析
成果分析主要对径流系列均值、离势系数及偏态系数进行 合理性审查,可借助于水量平衡原理和径流的地理分布规 律进行。
要求年及其他各时段径流量频率曲线在实用范围内不得相交, 即要求同一频率的设计值,长时段的要大于短时段的,否则 应修改频率曲线。
运用长系列操作法,对水文资料要求较高,必须提供设计 年、月径流量系列。
Q(m3/s)
水库调节计算示意图
设计来水过程
V1 V4
1
V2
V3 设计用水过程
逐年所需的库容值
2
3
4年
Vi
库容频率曲线示意图
VP
Pi
P
长系列操作法或全系列法
评价水资源工程的性能和效益,最好的方法就是将 全部年月径流资料、按工程运行设计进行全面的操 作运算,以检验有多少年份不遭到破坏,从而较准 确地评价出工程的保证率或破坏率。
方法特点:较为客观和完善,该法已愈来愈多地引 起重视和应用。但要求资料系列较长,计算工作量 很大。
若无条件应用该法,则可采用代表年法。
设计代表年年径流量及年内分配的计算
有了长系列的来水,就可与相应的历年用水过程配合,推 求逐年的兴利库容。在有条件的情况下,最好采用长系操 作法。 在实际工作中,当不具备上述条件或在规划设计阶段进行 多方案比较时为节省工作量,中小型水利水电工程广泛采 用代表年法,即设计代表年法,这就相应地要求提供设计 代表年的来水,将它作为未来工程运行期间径流情势的概 率预估。
➢ 有调节性能的蓄水工程:提供历年(或代表年) 的逐月(旬)流量过程资料。
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设计年径流计算方法
具有长期实测径流资料 具有短期实测径流资料 缺乏实测径流资料
2 具有长期资料情况设计年径流分析计算
➢ 长期年径流系列: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。
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设计时段径流量计算
➢ 计算时段确定
根据工程要求确定计算时段。设计灌溉工程:一般取灌溉期 作为计算时段;设计水电工程:取枯水期或年作为计算时段。
➢ 频率计算
根据历年逐月径流资料,统计时段径流量。若计算时段为年, 则按水利年度统计年、月径流量,即构成年径流量计算系列。 若选定的计算时段为3月(或其他时段),则根据历年逐月径 流量资料,统计历年最枯3个月的水量,不固定起讫时间,可 以不受水利年度分界的限制。
在工程设计中,设计保证率是根据国家规范、用水要求、当 地自然地理情况及经济条件由用水部门合理确定的。
在规划、设计阶段,水利工程的规模由来水、用水 矛盾的大小和希望解决矛盾的程度(即设计保证率) 综合决定,即在规划、设计阶段要分析工程规模、 来水、用水、保证率四者之间的关系,经过技术经 济比较来确定工程规模。
年度分类: 日历年度、水文年度、水利年度
水文年度:起迄日期根据水文循环规律划分
例如:在南方地区,以一年的雨季来临河水上涨时开始,到 次年枯水期终了为止作为一个水文年;在北方地区,春汛河 流,则考虑融雪情况,以划分水文年。
水利年度:以水库开始蓄水的时间为起止点。
年径流在《水文年鉴》中采用日历年度,在水文水 利计算中通常按水文年度或水利年度统计。
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,所以多年平均年径流量也具有地理分布规律。 将设计站与上、下游站和邻近流域的多年平均径流量进行比 较,便可判断所得成果是否合理。若发现不合理现象,应检 查其原因,作进一步分析论证。
年径流量离势系数的检查。反映径流年际变化程度的年径 流量的Cv值也具有一定的地理分配规律。我国许多单位对 一些流域绘有年径流量Cv等值线图,可据以检查年径流量 Cv值的合理性。但是,这些年径流量Cv等值线图,一般是 根据大中流域的资料绘制的,对某些具有特殊下垫面条件 的小流域,年径流量Cv值可能并不协调,在分析检查时应 进行深入的分析。一般来说,小流域的调蓄能力较小,它 的年径流量变化比大流域大些。
➢ 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。
➢ 代表年选择:
➢ 选取年径流量接近于设计年径流量的代表年径流量过 程线;
➢ 选取对工程较不利的代表年径流过程线。 年径流量接近设计年径流量的实测径流过程线,可能 不只一条。这时,应选取其中较不利的,使工程设计 偏于安全。 灌溉工程:选取灌溉需水季节径流较枯的年份; 水电工程:选取枯水期较长、径流又较枯的年份。
年径流量偏态系数的检查。对年径流量偏态系数的变化规 律至今研究不足。有人认为可以利用Cs/Cv值的地理分布 规律来检查Cs的合理性,但Cs/Cv值是否真正具有地理分 布规律还有待进一步地研究。
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设计代表年年径流量的年内分配
➢ 不同分配形式的年径流量对工程设计的影响不同。 因此,在求得设计年径流量或设计时段径流量之 后,还需要根据径流分配特性和水利计算的要求, 确定其年内分配。
工程规模与来水、用水、保证率的关系
水利工程的规模大小不同,其调节能力不同。水 利工程的规模如何确定?现以确定灌溉水库的库 容为例,说明如下: 可见在两年当中,对于丰水年所
需要的库容要小,且供水时间会 很短;而对于枯水年则情况相反。
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注意:对于年来水相等而年内分配过程不相同,所需 库容是有差别 。
对更长系列(参证变量)的要求:设计变量与参证变量的时 序变化具有同步性;参证变量的长系列本身具有较高的代 表性。
为了检验径流系列的代表性,可选择与设计变量有成因联系、 具有长系列的参证变量(例如具有更长系列的邻近流域的 年径流量)来进行比较。
在实际工作中如选不到恰当的参证变量时,也可通过历史旱 涝现象的调查和气候特性的分析,来论证年径流量系列的 代表性。
设计年、月径流量系列的选取
① 实测径流系列经审查和分析后,按水利年度排列为 一个新的年、月径流系列。
② 从这个长系列中选出代表段。 代表段应包括有丰、平、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。
✓用这个代表段的年、月径流量过程来代表未来工程运行期 间的年、月径流量变化,也就是水利计算所要求的“设计 年、月径流系列”。
有了设计条件下的历年逐月径流过程(来水)和历年逐月的 用水过程,就可以逐年进行来水、用水平衡计算,求得逐 年所需的库容值。这种推求设计库容值Vp的方法,在水利 计算中称为长系列操作法、时历法或综合法。
例如,某一水利枢纽有n年径流资料,就可求得各年的 库容值V1、V2、…、Vn,作出库容频率曲线,由设计用 水保证率,在频率曲线上查得相应的设计库容值Vp,用 以确定工程规模。
➢径流年内分配
按年水量控制和按供水期水量控制的两种同倍比法。 同倍比计算式:
K或年
Q年,p Q年,代
K供
Q供,p Q供,代
用同一倍比对整个代表年的月径流过程进行缩放, 即得设计年内过程。
【实例】
某河某站有24年实测径流资料,经频率计算已求得年径流量统计参数:
R 667mm, Cv 0.32, Cs 2Cv ➢ 试结合下表推求十年一遇枯水年和丰水年的年径流深?
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实际代表年年、月径流量系列的选取
实际代表年法: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,用其年径流分配过 程直接与该年的用水过程相结合而进行调节计算, 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。 实际代表年法在小型灌溉工程的设计中应用较广。
工程水文学
第五章 年径流分析与计算
主要内容
概述 工程规划设计阶段水文计算的任务 不同资料条件的设计年径流分析计算
1 概述
年径流:在一个年度内,通过河流出口断面的 水量称为该断面以上流域的年径流量
年径流表示方法:
年平均流量 Q (m3/s); 年径流量: W = Q T (万m3或亿m3) 年径流深: R=W/A (mm) 年径流模数: M=Q/A (m3/s·km2) 多年平均年径流量: 反映河川径流的蕴藏量
设计代表年年径流量及年内分配
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,并对各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流量值。
② 在实测径流资料中,按一定的原则选取各种代表年。 灌溉工程:代表年只选枯水年;水电工程:代表年一 般选丰水、平水、枯水三个;
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。
➢ 当具有长期实测径流资料时,通过水文分析计算提供 的来水资料,按设计要求,有以下三种类型: (1)设计长期年的年、月径流系列; (2)实际代表年的年、月径流量; (3)设计代表年的年、月径流量。
水文资料的审查 审查内容包括鉴定年径流量系列的可靠性、一 致性和代表性。 ➢ 资料可靠性审查 (1)水位资料的审查。 (2)水位流量关系曲线的审查。 (3)水量平衡的审查。
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某水利枢纽有n年的年径流资料和用水资料,就可以求出n个 大小不同的库容值V1,V2,V3,… ,Vn。如何选择库容值? 库容大些,用水的保证程度(即保证率)就高些,但投资大;
反之,库容小些,投资少,但用水保证率就低些。 这里涉及到一个设计标准问题,也就是设计保证率问题。
设计保证率:用水量在多年期间能够得到充分满足的概率。
年径流量在多年变化中呈丰水年组和枯水年组交替出 现的现象。
水利工程的兴利作用
年径流的天然变化情势与用水部门(灌溉、发电、航 运、城市和工业用水等)要求存在矛盾。 如何解决供需之间的矛盾?
在河流上兴建一些水资源工程,如水库、闸坝、泵站等, 对天然径流实施人工调节或控制,将水资源转化为可供 直接利用的供水量,以满足用水部门在供水数量、时间 或供水高程等方面的要求。
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):年径流量接近于多年平均年径流量 的年份;
丰水年: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: 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。
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