第五章 设计年径流量 工程水文学

Y0——多年平均径流系数
X0
——地下径流占总径流量的比重；
Cv—y —流域年径流量离差系数；
Cv—x —流域年降雨量离差系数。
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§5-5水库调节与径流的关系
§5水库调节与径流的关系
一、水库的功能 水库的主要功能有三点：防洪、发电、航运。 二、水库调节 日调节 ：24小时内的径流调节，称为日调节； 周调节：一周之内的径流调节称周调节； 年调节：一年之内的径流调节称年调节； 多年调节：多年之内的径流调节称多年调节。大型水库才能进行 多年调节。 三、水库库容组成 1、死库容：设计最低水位（死水位）以下的库容称死库容。 2、有效库容：设计蓄水位与死水位之间的库容称有效库容。
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校核洪水位 设计洪水位
设计蓄水位 防洪限制水位 死水位
校核库容
防洪库容
有效库容
总库容
死库容
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图5-4 非溢流坝的水库库容与水位
3、防洪库容：设计洪水位与防洪限制水位之间的库容，称防洪库
容。
（m月3/s） 平 均 流 量
天然来水过程线 蓄水
弃水
有效库 容
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三、经验公式推求年径流量的离差系数
当流域面积小于1000km2时，称为小流域，《水文手册》、《水文
图集》中无法查取年径流量离差系数，当无参证站资料移用，此
时可使用经验公式法推求年径流量的离差系数。
1.08(1 ) Cvy (0 0.1)0.8 Cvx
0

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图5-6 水库的调洪作用
保证率
P mi
备注
365
Q1-Q2
5
5
1.37
Q2-Q3
9
┇
┇
14
3.84
┇
┇
Q1>Q2….Qn
Qn-2-Qn-1
22
354
93.97
向文英 2Q00n5-.11-2Q.8n
11
365
1
Qi
（m3/s）
800 600 400 200
（m3/s）
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50
1
图5-2 日平均流量历时曲线
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设计流量、设计水位 规划、设计、施工所依据的流量和水位
与工程安全和 经济有关的
洪水流量与水位
关于正常通航 的设计流量 和设计水位
累积频率标准表 示，通过频率分 析方法解决设计 洪水、流量问题
除应用频率分析外，还 运用历时曲线和保证率 频率法推求设计通航最 低水位
向文英 2005.12.第8 五章 河道工程设计水位及流量推求 → 1. 设计洪水
按一定的时段，分别求出各时段的缩放倍数。将各时段缩放倍数
分别乘以该时段典型年的年内分配，得设计年径流量的分配值。
在给水排水工程中常采用两个时段：供水期与非供水期。供水期
是指径流量小于设计年径流量Qp的连续数月或数日，即是枯水期。 供向水文英期20之05.1外2.8 的时段称非供水期。两时段缩放倍数分别为：
理分布规律性，可用年径流量离差系数Cv的等值线图估算设计流 域的年径流量离差系数Cv。Cv等值线图的查取方法同多年平均年 径流量等值线图的查取方法。在我国各地已编制有《水文图集》、
《水文手册》，其中绘有全国和部分地区年径流量离差系数Cv的 等值线图。由于Cv受到流量自然地理条件，流域面积大小，湖泊 率的影响，按等值线图求得的Cv值需做适当修正，小流域的等值 线图求出的Cv往往偏小，应适当调整。 3、设计年径流量的推求
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4、缩、放倍数的确定与设计年径流量的年内分配
1）同倍比放大法
采用同一种缩放倍数,将典型年的年内分配分别乘以缩放倍数k，
得设计年径流量的年内分配，即：Qi=k Qid
QP——设计年径流量，m3/s；
k QP Qd
Qd——典型年实测年径流量，一般取年平均流量，m3/s。
2）同频率放大法
1）流量过程线：日平均流量过程线，月平均流量过程线，季、
旬平均流量过程线。
2）流量历时曲线：日平均流量历时曲线、月平均流量历时曲线，
也称相对历时曲线或保证率曲线。
2、日（月）平均流量历时曲线
大于等于这个流量累积天数占全年天数的百分比，即：P

mi 365
100%
流量 （m3/s）
天数 ti
累积天数 mi
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§5-4缺乏实测资料的设计年径流量和年 内分配
§5-4缺乏实测资料的设计年径流量和年内分配
一、参数等值线图法推求设计年径流量 1、多年平均年径流量的推求（分区性因素影响 ） 当流域面积较小，流域内的等值线均匀分布，多年平均年径流量 可以直接由通过流域形心点的等值线确定，或由形心点周围的等 值线内插求出。 若流域面积较大，流域内等值线呈不均匀分布。则必须用加权平 均法求出流域的多年平均年径流量。
均值称年正常径流量 。
1
lim Q0 n n Qi
3、水文年度 ：按水文循环过程划分，即雨季来临，河水上涨
开始至次年枯水期终了为止的一循环周期。对北方春讯河流，
则以融雪开始至次年枯水期终了的一水文循环周期。
水利年度则是以水库开始蓄水到次年水库蓄水的一蓄水周期。
4.设计年径流量：一定设计频率标准下的年径流量。
用水过程线
0
水库 水位 （m)
五 六 七 八 九 十 十一 十二一 二 设计蓄水位
月份 三四
弃水期 死水位 水库蓄水期
供水期
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图5-5 水库有效库容调节示意图
q Q（m3/s） （m3/s）
Qmax
qmax
Q ～ t 天然洪水来水过程线
防洪库容
q ～ t 水库下泄洪水
过程线
1/4
二、年径流量的特点
1.年径流量在一年内的分配是不平衡的，具有较强的随机性。
2.年径流量在年际间的变化也受多种因素的影响，呈现不均匀性。
（m3/s）
流
量
Q
2 100
1
50
1
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2
2
2
4
6
8
10 12
图5-1 某站来水过程线与用水过程线
时间（月）
1— 用水过程线 ；2— 来水过程线；阴影部分为缺水
Qj d——典型年供水期实测各月（日）平均径流量， m3/s； Qi d——典型年非供水期实测各月（日）平均径流量，m3/s；
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§5-3 具有短期或不连续实测资料的 设计年径流量及年内分配
§5-3 具有短期或不连续实测资料的设计年径流量 及年内分配
一、参证站的选择原则 ； 1．参证变量与设计变量之间具有密切的物理成因关系，或两 站对应流域自然地理条件相似，因而具有密切的相关关系。如：同 一流域内同期的降雨量与径流量；设计站的上、下游测站的径流量； 不同流域，但气象条件、下垫面条件相似的邻近流域的年径流量、 降雨量等均可作为参证站。 2．参证站必须具有长期的实测年径流量资料，具有较多的与 设计站同步观测资料和设计站需要延长或插补年代的资料。 二、设计年径流量与设计年径流量的年内分配的计算方法 具有短期或不连续实测资料的设计年径流量及其年内分配的
Chaper 5 设计年径流量
§ 5-1 年径流量与年正常径流量
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§ 5-1 年径流量与年正常径流量
一、年径流量与年正常径流量
1、年径流量：一个年内通河流某断面的水量，称为该断面以上
流域的年径流量。 如：年平均Q、M、Y等
2、年正常径流量 ：观测年限无限增加时，年径流量的多年平
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§5-2 有长期实测资料的设计年径流量及 年内分配
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一、有长期实测连续资料的设计年径流量的推求 当实测资料较多且连续时，直接按现行频率的基本分析方
法推求设计年径流量。当有上百年连续实测的年径流量资料时 可按矩法计算，即直接由实测系列推求三个统计参数。否则， 用试错适线法或三点法推求设计年径流量。在适线时，应注意 尽量将设计频率P附近的经验点据与理论累积频率曲线配合较好； 要对三个统计参数进行合理化分析，根据流域的大小、形状、 水文地质条件以及与邻近流域的统计参数比较，最后选定合适 的统计参数，从而方可推求理论累积频率曲线和设计年径流量， 并求出可能产生的抽样误差。 二、设计年径流量的年内分配 1、表示方法：
Q F

Q参 F参
M参
Q F M参
当参证流域个别非分区性因素，如土壤、植被、流域面积、河道 坡度、河床下切深度等与设计流域有明显差别时，应作必要修正。 Cs值仍按经验选取，方法同前。由求得的、Cv、Cs同样按矩法推求 理论累积频率曲线和设计年径流量。 由于缺少设计站实测年径流量资料，也无法选取典型年。设计站 的设计年径流量的年内分配只能移用参证站典型年的年径流量分 配过程。
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首先插补或延长实测系列。建立参证变量与设计变量的相关关系。 可选多个参证站，绘出参证变量与设计变量的散点图，分析两站 相关趋势，将相关趋势明显的水文站的变量作为参证变量。采用 最小二乘法原理作数解相关分析，求出回归系数，相关系数，建 立回归方程。 将设计站的设计变量插补为一个连续的具有长期年径流量实测系 列以后，按照具有长期实测资料的设计年径流量与设计年径流量 分配同样的方法推求本系列的设计年径流量与设计年径流量的年 内分配。
供水期：
k1

QJ QJ
P d
非供水期：
k2

Qp Qd
QJ QJ
P d
供水期：
Qj=k1Qj d
非供水期：
Qi=k2Qi d
式中： j，i——供水期与非供水期的月（日）号；
QJ P——设计供水期平均径流量，m3/s；
QJ d——典型年供水期月（日）平均径流量，
QJ d
Qj d
s
S——供水期的时间，月（日）；
m P i
365
流 量 Q
100
50
1
2 1
2
2
2
4
6
8
10
12
图5-1 某站来水过程线与用水过程线
时间（月）
1— 用水过程线 ；2— 来水过程线；阴影部分为缺水
3、设计代表年的选取： 1）典型枯水年 枯水期长，枯水流量较小，对工程最为不利；典型枯水年的年径 流量与设计年径流量相近，并且它们形成的条件相似；设计频率 标准（安全率）P=90~97%。 2）典型丰水年 洪峰流量较大，洪水径流总量较大，年径流量较大，对工程不利； 典型年的年径流量接近设计年径流量；设计频率标准P≤10%。 3）典型平水年 典型平水年设计频率标准P=50%；年径流量接近年正常径流量和设 计年径流量，径流量的年内逐月分配与历年逐月分配接近；对工 程最为不利。
y1
y2 Y y3 y4
y1
y2 y3
yi-3 yi-2 yi-1 yi
f1 f2 f3
fi-1 fi fi-2
(a) 小流域
(b) 大流域
图5-3 流域等值线图推求多年平均年径流量
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2、年径流量离差系数Cv的推求： 年径流量离差系数主要受气象条件等分区性因素的影响，具有地
Y ( y1 y2 ) f1 ( y2 y3) f2 ( yi yi1) fi 2( f1 f2 fi )
( y1 y2 ) f1 ( y2 y3) f2 ( yi yi1) fi 2F
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形心点
将等值线图法求得的多年平均年径流量，年径流量离差系数Cv直 接向作文英为200系5.12列.8 的均值和离差系数。系列的偏差系数Cs作经验选取，
一般可取Cs=2Cv 。也可选用《水文手册》中各地区Cs的经验值。 当流域的湖泊率大，Cv值本身较小，可取Cs>2Cv；湖泊率小，Cv本 身较大，取Cs<2Cv。 由求得的三个统计参数，直接应用矩法推求理论累积频率曲线， 在该曲线上查取一定频率标准下的设计值即为所推求的设计年径 流量。 二、水文比拟法推求设计年径流量和年内分配 水文比拟法是把参证站水文特征值直接移用到设计流域的一种方 法。将气象条件、下垫面条件相似的流域选为参证站，当流域面 积相差不大时，直接移用参证站的多年平均年径流量，如多年平 均年径流深度和多年平均的径流模数M；直接移用参证站年径流量 的向离文英差200系5.12数.8 Cv。