设计年径流及其年内分配

❖ 在开始做某设计站的年径流分析计算时，首先要对径流资料 进行“三性”（可靠性、一致性、代表性）审查，这是本章的 一项重要内容，学习时一定要很好掌握。学习影响年径流的 因素，可以提高分析年径流问题的能力。
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7.1 年径流变化及其影响因素
内容提要：
1、年径流与年径流量；2、径流的年际变化和年内 变化；3、径流变化的影响因素；4、年径流分析计算 的目的和内容
7.1.2 径流的年内变化和年际变化
（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。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。
流量(m3/s)
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绪论
❖ 年径流分析计算要求提供两种不同类型的成果：一种是长系 列年、月径流资料；另一种是代表年的月径流过程。在分析 计算这两种成果时，都有径流资料充足、径流资料不足和缺 乏径流资料三种情况。因此，年径流分析计算方法共有六种 ，要求掌握各类方法的原理和内容，以及相同和不同之处。
❖ 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。
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7.3.5 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。
学习要求：
1、要掌握径流与径流量、年径流与年径流量、 设计保证率与破坏率等的基本概念；
2、了解径流的年际变化和年内变化、径流变化的 影响因素、 年径流分析计算的目的和内容。
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7.1.1 年径流与年径流量
（1）径流与径流量
❖ 在河槽里运动的水流叫做河川径流，简称径流。 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Q(m3/s)、流域 径流深R(mm)或流域径流模数 M (mm/km2)、(m3/s)来表 示。径流量与流量的关系为：
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7.3.6 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。
比系数，用ki表示
ki
Wi W0
Qi Q0
Ri R0
Mi M0
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7.1.2 径流的年内变化和年际变化
（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
流量(m3/s)
70
1973-1974年度（丰水）
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7.2 影响年径流的因素
（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。湿润地区和干旱地区 的影响不同，应区别对待。
（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
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7.3.2 年径流系列的“三性审查”
（1）年径流系列的可靠性审查
径流资料是通过测验和整编取得的，因此，可靠性审查应从审查测 验方法、测验成果、整编方法和整编成果着手。一般如下：
水位资料的审查：检查原始水位资料情况并分析水位过程形状，从 而了解当时观测质量，研讨有无不合理的现象。
❖ 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，1.3 年径流分析计算的目的和内容
（2）年径流分析计算的内容
❖ 基本资料信息的搜集和复查 ❖ 年径流量的频率分析计算 ❖ 提供设计年径流的时程分配 ❖ 对分析成果进行合理性检查
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7.3.3 年径流量分析计算的年度选择
❖ 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从《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。 ❖如果系列长度较长，以上三种年度计算得到的结果很接近。
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第七章 设计年径流分析与计算
研究对象：年径流，设计年径流 研究内容：径流变化及其影响因素，设计年径流分析计 算，设计年径流的年内分配，枯水流量分析计算 研究目的：年径流的分析计算是为水利水电工程的规划 设计服务的，年径流分析计算成果与用水资料相配合， 进行水库调节计算，便可求出水库的兴利库容。同时， 年径流分析计算成果是进行水资源评价的重要依据，也 是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。
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；5、了解年径流的年内分配方法
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7.3.1 概述
❖ 所谓长期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。
7.2 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。
40
岳城
30
20
10
0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 年份
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7.1.3 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。
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7.3.2 年径流系列的“三性审查”
（3）年径流系列的代表性审查
❖ 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以理解为样本分布参数与总体分布参数的接近程度，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。
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7.3.4 设计年、月径流量系列的选取
❖ 将实测径流系列经过审查和分析后，再按水利年度排列为一个新的年、 月径流系列。然后，从这个长系列中选出代表段，代表段中应包括有丰、 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 、离差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。这个代表段就是水利计算所要求 的所谓“设计年、月径流系列”。 ❖ 有了设计条件下的历年逐月径流过程和用水过程，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。V1，V2，….，Vn。，设计保证 率p得到设计库容值Vp，确定水库工程规模。称为长系列法。 ❖ 该方法的特点是概念明确，但水文资料要求较高，必须提供设计年、月 径流量资料。计算工作量太大，一般不用该法。
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7.3.6 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。
水位流量关系曲线的审查：检查水位流量关系曲线绘制和延长的方 法，并分析历年水位流量关系曲线的变化情况。
水量平衡的审查：根据水量平衡原理，上、下游站的水量应该平衡 ，即下游站的径流量应等于上游站径流量加区间径流量。
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7.3.2 年径流系列的“三性审查”
（2）年径流系列的一致性审查
60
50
40
30
20
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月
40
1964－1965年度（枯水）
期）和枯水期，或汛期与
30
流量(m3/s)
非汛期。径流在一年内的
20
这种变化称为年内变化。
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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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。
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7.3 具有长期实测资料时设计年径流量的分析计算
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；3、年径流的年内分配
W Q T
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7.1.1 年径流与年径流量
（2）年径流与年径流量
❖ 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。可以年径流总量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