设计年径流及其年内分配共73页

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全 年
90%枯 水年
代表 年
（代表
年为 1971— 设计 1972年） 年
44.5 50.0 54.5 20.8 23.1 16.9 11.8 8.0 4.8 12.3 18.1 15.8 23.4 38.6 43.4 47.3 18.0 20.0 14.7 10.2 6.9 4.2 10.7 15.7 13.7 20.3
一、水文资料的三性审查 可靠性审查 一致性审查 代表性审查
可靠性审查
① 水位审查 ② 水位～流量关系审查 ③ 水量平衡审查
一致性审查
人类活动的影响：蓄水、供水、水土 保持、引水工程等，改变了天然径流过程。 需考虑径流的还原计算，使得全部系列建 立在同一基础上。
代表性审查
1．年径流系列是否包括了一个比较完 整的丰平枯水文周期。
2、利用月降雨量展延月径流量
造成月降雨径流关系点据离散的原因在 于没有考虑流域蒸发和降雨月内分配对 径流的影响。
三、相关展延系列时必须注意 的问题
（一）平行观测项数的多寡问题 相关法展延系列时，要求设计变量与参证 变量平行观测项数不能过少，一般应在 15-20项以上。
（二）辗转相关问题 （三）假相关问题
（2）同频率法
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。
具体计算步骤：
1）根据要求选定几个时段，如最小一个月、最小三 个月、最小七个月、年四个时段；
2）作各个时段的水量频率曲线，并求得设计频率的 各个时段径流量；
， 率曲线为P—III型。 （1）求该水库设计频率为90%的年径流量？ （2）按下表1径流年内分配典型，求设计年 径流的年内分配？

要功能而定； （2）统计历年相应计算时段的径流量，构成径流量系列， 进行频率分析计算，求出指定频率（用水保证率）所相应时 段径流量值(计算设计时段径流量)；
（3）采用缩放典型年径流过程的方法求设计年内的径流过
程(求设计年径流量在各月或旬的分配)； （4） 按设计年的径流过程和设计用水过程进行水平衡计算 ，确定出设计库容。
（1） 确定计算时段：
计算时段的选择与水资源工程的主要功
能有关，如：
◆ 灌溉工程一般取灌溉期或灌溉期内的主
要需水期作为计算时段；
◆ 以发电为主的水电工程一般取枯水期或 年作为计算时段。
（2）设计时段径流量的计算
A. 频率计算:
根据历年逐月径流量资料，统计各年
的计算时段的径流量，组成一样本系列；
枯随时序变化基本上一致)；
参证变量系列较长，本身具较高的代
表性。
【例】设计站A：20年(1970 - 1989)径流系列，参证
站B：40年(1950 - 1989) 径流系列，验证设计站A的代 表性。(例9-1，P176)
验证： 经分析，A和B年径流量的时序变化具较好的
同步性，站B可选为参证站。
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
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。
通过水量平衡计算，求得逐年所需的库容值; 将库容值由小到大排列，计算各项的经验频率 ，作出库容频率曲线； 按设计要求规定一用水保证率P，查得相应的设

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水利年：从水库开始蓄水到次年该时间为止，是针对某
一具体工程而言的，计年的起始时间因工程用途(如发 电、灌溉、调洪、蓄水等)的不同而不同
日历年：从每年1月1日至12月31日为止
闭合流域年径流量受气候和下垫面共同影响。湿润 地区，降水多，蒸发慢，降水量起决定作用；干旱
地区，蒸发强，降水少，降水量和蒸发量都起重要
(一) 参证站法(水文比拟法)
根据气候、自然地理条件一致的参证站资料来估 算设计流域的水文特征参数的方法，即将参证站的径 流特征值经过适当修正后移用于设计断面 1 多年平均径流量的计算
(1)当设计流域和参证流域条件相似(处于同一河流的
上、下游，且面积相差不大，或不在同一河流，但气
候与下垫面条件相似)时，可直接移置径流深或流量，
一年内的高水位和大流量称为洪水，低水位和低流
某河某年流量过程线图
工程规模与来水、用水、保证率的关系 丰、枯水年的径流量和流域用水量决定了所需水
库库容的大小；当年径流量相同时，径流的年内分
配也将影响库容的大小 设计保证率P：工程规划设计的既定目标不被破 坏的年数占总年数的百分比，又称工程的设计标准。 反映水资源利用的保证程度
常用的参证变量—— 设计断面的水位、上下游测 站或邻近河流测站的径流量、流域的降雨量等
参证变量应具备条件—— 参证变量与设计断面径 流量在成因上有密切关系；参证变量与设计断面径流 量有较长期的同步观测资料；参证变量的系列较长， 并有较好的代表性 例P98
2 频率计算 我国河流年径流总体分布一般采用P-Ⅲ型分布曲线， 用水利年度
幻灯片 3
进行频率计算
P-Ⅲ型分布曲线参数的确定：均值一般直接采用计算 值；离差系数Cv先用矩法估算，并根据适线拟合最优

而同频率法由于分段采用不同倍比缩放，求得的设计年内分配有可能不同于 原代表年的分配形状 .
实际工作中为了使设计年内分配不过多地改变代表年分配形状，计算时段 不宜取得过多，一般选取两至三个时段。 2) 用同倍比法缩放求得的设计年内分配常随控制时段的不同、代表年的不同 而不同，使调节计算求得的库容值有较大的变动；
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第二节 影响年径流的因素
3.人类活动对年径流量的影响 直接影响：直接改变流域的年径流量； 间接影响：通过改变下垫面的性质而影响年径流量的。通常，使蒸发增 加，从而使年径流量减少。 二、影响径流年内分配的因素 1. 气候因素 2. 下垫面因素 森林： 土壤和水文地质条件： 岩溶：
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第三节 具有长期实测资料时设计年径流计算
(二) 设计时段径流量的计算 1 计算时段的确定 设计灌溉工程，取灌溉期作为计算时段。 设计水电工程，采用枯水期或年作为计算时段。 2 频率计算 (1)当计算时段为1年时
利用水利年，统计各年的径流量； 按由大到小顺序排列，得到随机系列。 (2)当计算时段为其它时段时 根据历年逐月径流量资料，统计时段水量. [注]不固定起讫时间，可以不受 水利年度分界的限制。必须是连续的. 把时段水量按大小次序排列，即构成计算系列。
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第二节 影响年径流的因素
一、对年径流量的影响 1. 气候因素对年径流量的影响 2. 流域下垫面因素对年径流量的影响 （1）地形
地形主要通过对气候因素(降水、蒸发、气温)的影响而间接对年径流量发生 作用。 （2）湖泊 （3）流域大小 流域面积大，流域的地面与地下蓄水能力强； 流域面积大,流域内各局部地区径流的不同期性愈明显； 大流域比小流域对径流的调节作用更为明显； 大流域中河道的切割较深，有较多的地下基流补给。

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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比系 数，用ki表示，则有
（8-2）
二、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（或洪水期）和枯水期， 或汛期与非汛期。径流在一年内的这种变化称为年内变化。
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。我们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 份称为平水年，径流的这种变化称为年际变化。
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三、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
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第一节 年径流量变化及其影响因素 第二节 有较长资料时设计年径流频率分析计算 第三节 短缺资料时设计年径流的频率分析计算 第四节 设计年径流的时程分配 第五节 设计枯水流量分析计算 第六节 多年平均输沙量的估算
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第一节 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
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P-Ⅲ型年径流频率曲线有三个参数，其中均值（ x ）一般直接采用 矩法计算值；变差系数（Cv）可先用矩法估算，并根据适线拟合最优的 准则进行调整；偏态系数（Cs）一般不进行计算，而直接采用Cv的倍比， 我国绝大多数河流可采用Cs＝2~3Cv。在进行频率适线和参数调整时， 可侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。 4、其他注意事项 （1）参数的定量应注意参照地区综合分析成果
(4) 对分析成果进行合理性检查
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第二节 有较长资料时设计年 径流频率分析计算

4 设计年径流量的计算4.1 正常年径流量的计算在一个年度内，通过河川某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。

河川径流在时间上的变化过程有一个以年为周期循环的特性，这样，我们就可以用年为单位分析每年的径流总量以及径流的年际与年内分配情况，掌握它们的变化规律，用于预估未来各种情况下的变化情势。

河川径流量是以降水为主的多因素综合影响的产物，表现为任一河流的任一断面上逐年的天然年径流量是各不相同的，有的年份水量一般，有的年份水量偏多，有的年份则水量偏少。

年径流量的多年平均值称为多年平均径流量多年平均径流量Q＝∑Q i/n∑Q i各年的年径流量之和n——年数。

在气候和下垫面基本稳定的条件下，随着观测年数的不断增加，多年平均年径流量Q 趋向于一个稳定数值，这个稳定数值称为正常年径流量。

显然，正常年径流量是反映河流在天然情况下所蕴藏的水资源，是河川径流的重要特征值。

在气候及下垫面条件基本稳定的情况下，可以根据过去长期的实测年径流量，计算多年平均年径流量来代替正常年径流量。

但是正常年径流量的稳定性不能理解为不变性，因为流域内没有固定不变的因素。

就气候和下垫面条件来说，也是随着地质年代的进展而变化，只不过这种变化非常缓慢，可以不用考虑，但是大规模的人类活动，特别是对下垫面条件的改变将使正常年径流量发生显著变化。

根据观测资料的长短或有无，正常年径流量的推算方法有三种：有长期实测资料，有短期实测资料和无实测资料。

4.1.1 有长期实测资料时正常年径流量的推算有长期实测资料的含意是：实测系列足够长，具有一定的代表性，由它计算的多年平均值基本上趋于稳定。

由于各个流域的特性不同，其平均值趋于稳定所需的时间也是不会相同。

对于那些年径流的变差系数Cv变化较大的河流，所需观测系列要长一些，反之则短些。

所谓代表性一般是指在观测系列中应包含有特大丰水年，特小枯水年及大致相同的丰水年群和枯水年群。

当满足以上条件时，可用算术平均法直接计算出正常年径流量。

年径流及其年内分配例析1、概况本水库位于广东省，地处南亚热带，属南亚热带典型的季风海洋气候，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长、无霜期等气候特征。

冬季，蒙古高压势力强盛，极地大陆气团笼罩华南地区，气候干冷，睛天为主，春季（2～4月）大陆高压衰减，副热带高压西伸，温湿水汽开始流入，常出现梅雨天气；夏初南北气团进退不定，受西风带系统和热带系统共同作用，5～6月份有连续暴雨和特大暴雨，7～8月份随副热高压的北移，高压西北雨带也移至江淮一带，受热带季风影响，以热带气旋和热带低压形成的暴雨为本流域主要降雨过程，有些年份台风活动较少，雨量偏少，后汛期结束，气温高而出现干旱，9～11月东亚季风减弱，北方冷空气开始活动，天气晴朗少云，有些年份出现秋旱。

由于天气系统的影响，流域暴雨有明显的前后汛期之分。

每年4～6月份为前汛期，受西风带天气系统的影响，平均可发生10次暴雨过程。

降雨以锋面雨为主，虽然暴雨量级不大，但局地性较强，时程分配较集中，年最大暴雨强度往往發生在该时期内。

7～9月份为后汛期，受热带天气系统的影响，进入盛夏季节，降雨以台风雨为主，虽然暴雨时程分配较为均匀，但降雨范围广，总量大。

从年最大24h及3d雨量均值等值线来看，流域暴雨量自南向北呈递增趋势。

流域多年平均降雨量1823.6mm，最大年降雨量为2885mm，最小年降雨量为1157mm。

前汛期（4～6月）占年降雨量的48.1%，后汛期（7～9月）占年降雨量的33 2%，合计半年（4～9月）降雨量占全年的81.3%，形成丰、枯季节不均的状况。

水库坝址处控制集水面积92.3km2，主要任务为供水，兼顾防洪和发电，水库供水分为应急备用供水和常态供水。

水库建成于1976年，有人工观测水位、自记水位、蓄水量查算、人工观测降雨量、自记雨量、蒸发渗漏、出流量查算、反推入库流量、不定期进出库流量施测等观测项目。

具有1977年4月～2013年3月共36年的日径流量系列，该资料已经过有关水文部门的审查，符合可靠性、一致性和代表性要求。

三、实际代表年（多用于小型灌溉工程）
从实测年、径流系列月径流量系列中，选出一 实际干旱年作为代表年，用其径流分配过程与该年 的用水过程进行调节计算，求出调节库容，确定工 程规模。
缺点：用该方法求出的调节库容，不一定符合规 定的设计保证率。
四、设计代表年径流量及年内分配计算
1：步骤
⑴按工程要求确定计算时段，对各种时段径流量 进行频率计算，求指定频率的各种时段的设计流量值。
年份
3
4
5
月平均流量(m3/s)
6 7 8 9 10 11 12
1
2
(年 均m量3平流/s)（期供月T水供）水[供月m量3水/）(W期s]T供*
所需库容 V[m3/(s*
月）
1958~1959 16.50 22.00 43.00 17.70 4.63 2.46 4.02 4.84 1.98 2.47 1.87 21.6 11.92 3 6.32 2.68
⑵在实测径流资料中，按一定原则选取各种代表 年。灌溉工程只选枯水年，水电工程选丰、平、枯代 表年。
⑶求设计时段径流量与代表年相应时段流量比值， 对代表年径流过程按此值进行缩放。
2、设计时段径流量
⑴计算时段的确定 灌溉工程：一般取灌溉期。 水电工程：采用枯水期或年。 ⑵频率计算 按计算时段统计资料。 如：
1975~1976 22.40 37.10 58.00 23.90 10.60 12.40 6.26 8.51 7.30 7.54 3.12 5.56 16.89 0 0.00 0.00
某站月径流量表表11年份月平均流量1011121958195916502200430017704632464024841982471872160119219591960725869163026107157506811862672734202037771960196182119502640246073596232020719819023513201003196119621470177019803040520487910346342292248162964196219631290157041605070194010407482975302671791801439196319643204987151620555228213127218154645387473196419659911250129034606905552003271621170993067871965196639026601520136061213404271050821903835848106419661967952290013502540254035826722319327614153010231967196813001790332043001050358167157182142121236109419681969945156015503780427065535225418426842590012621969197012201150339025001270730365496318235388357103519701971163024804100307024208306508754527964103801508197119725086102430228034034549227917613022387672419721973328117037101640102019205754414535598478891129197319741540385041605740317056865645525916317652117721974197532854811801710144014303843694675166261110842197519762240371058002390106012406268517307543125561689三实际代表年多用于小型灌溉工程从实测年径流系列月径流量系列中选出一实际干旱年作为代表年用其径流分配过程与该年的用水过程进行调节计算求出

第３２卷第６期　２０１０年６月　人民黄河　

ＹＥＬＬ０Ｗ　ＲＩＶＥＲ　Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．６　

Ｊｕｎ．，２０１０　

【水文・泥沙】　

设计年径流及其年内分配计算软件的开发研究　靳晟，雷晓云，李　慧　（新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐８３００５２）　

摘要：为解决设计年径流计算工作量大和一些类似软件计算准确性差的问题，利用ＤＥＬＰＨＩ７．０、ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ　２００５、　ＥＸＣＥＬ开发了自动计算软件，解决了传统方法计算量大、精度低和一些类似软件计算准确性低的问题；用户在使用过程　中只需要先将水文长期实测径流资料数据导入到数据库中即可方便使用；该软件不但具有自动选择代表年功能，而且具　有手动选择代表年功能，可以更好地解决设计年径流及其年内分配的计算问题。　关键词：软件开发；数据库设计；年内分配；设计年径流　中图分类号：Ｐ３３３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００．１３７９．２０１０．０６．０１６　

设计年径流计算是指在水利规划和工程设计中，对通过河　流某指定断面相应于设计标准的年径流量及其各时段径流分　配的计算，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）流量或相应的统计参数。为解决传统设计年径流计算工作　量大和一些类似计算软件计算准确性差的问题，笔者对如何利　用ＤＥＬＰＨＩ７．０、ＳＱＬ　ＳＥＲＶＥＲ　２００５、ＥＸＣＥＬ自动导入实测径流　资料、绘制Ｐ一Ⅲ型频率曲线，并根据没汁频率和计算时段推　求设计年径流量及其年内分配的方法　进行了研究。　１数据库设计和自动导入实测径流资料　数据库设计是指根据用户需求研制数据库结构的过程。按　照规范设计方法，数据库设计一般分为需求分析、概念结构设　计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库的运行　和维护等几个步骤。由于数据库结构设计的好坏将对系统的效　率、功能的扩展产生很大的影响，因此合理的数据库结构有利　于应用程序的实现，也有利于提高数据存储的效率和保证数据　的完整一致。依据数据库设计规范和国家水利行业相关标准，　设计年径流分析计算软件主要数据表分别见表１、表２。其中：表　１用于存储不同频率Ｐｔ（Ｏ．００ｏ　１≤　≤０．９９９　９）对应的海森　几率格纸横坐标三　（共９　９９９个Ｐ　值，对应９　９９９个　．值），以　便自动绘制经验点据和Ｐ—ｌｉｔ型频率曲线；表２用于存储水文　长期实测径流资料数据，以便软件进行设计年径流分析计算。　表１几率数据　由于水文长期实测径流资料通常保存在ＥＸＣＥＬ文件中且　数据量往往较大，因此由软件自动把ＥＸＣＥＬ文件中的实测径　流资料导入到基础数据表中。实现过程如下：①创建打开。　ＥＸＣＥＬ文件的对话框；②由用户选择需要导入的ＥＸＣＥＬ文件；　・３８・　③建立ＥＸＣＥＬ对象和工作薄对象，且将ＥＸＣＥＬ显示属性设置　为假；④显示数据导入时间进度框，并设置最大值；⑤软件控制　ＥＸＣＥＬ自动计算每月上、中、下旬的流量平均值及每月、年的流　量平均值；⑥将ＥＸＣＥＬ文件中的实测径流资料和计算出的流　量平均值逐行对应导入到基础数据表中；⑦若检测ＥＸＣＥＬ文　件的数据格式不正确，则显示出错且退出重选；⑧若成功导人　数据，则放弃保存在后台打开的ＥＸＣＥＬ文件，关闭ＥＸＣＥＬ中　的对象并释放ＥＸＣＥＬ变量。　表２基础数据　

WUHEE
（二）年径流分析计算的内容： 1. 基本资料信息的搜集和复查 2. 年径流频率分析计算 3. 提供设计年径流的时程分配 4. 枯水流量分析 5. 成果合理性检验
WUHEE
第二节 有较长资料时设计年径流频率分析计算
实测年径流系列不小于 20年。 一、资料“三性”审查 可靠性
测验和整编的正确性 一致性
线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为 ：
P设=（k/n ）P非
WUHEE
WUHEE
二、短缺水文资料时的枯水流量计算
借助于参证站 延长系列或成果移置。
由于枯水流量比固定时段径流时程变化更 稳定，即使只有少数几年资料，也可建立较好 的相关关系 。甚至可以直接移用参证站的频率 分析结果，经 相关分析，转化为本站的相应频 率的设计枯水流量。
设法展延径流系列的长度。 2. 设计断面附近完全没有径流实测资料
利用年径流统计参数的地理分布规律，间接 地进行年径流估算。
WUHEE
一、有较短年径流系列时设计年径流频率分析方法
关键： 展延年径流系列。
方法： 建立设计断面年径流与参证变量（有较长观 测系列）的相关关系，来适当展延设计断面年径 流系列至规范要求长度。
按年最小选样原则，选取一年中 最小的时 段径流量 ，组成样本系列。
枯水流量常采用 不足概率q，即以小于和等
于该径流的概率来表示，它和年最大选样的概
率p有q=1- p的关系。因此在系列排队时按由
小到大 排列。
当枯水径流系列（ n项）中有k项为非零时（ n-k项为零），首先对k 项非零系列求频率曲
线，再转换为全系列的频率曲线。转换关系为 ：
一、径流特性
1. 径流季节分配 丰水期和枯水期、汛期和非汛期