长江流域水文分析计算史略

长江流域水文分析计算史略
长江流域水文分析计算史略

长江流域水文分析计算史略

(2000年)

提要

本文为韩承荣主编的长江志水文篇的一部分,全文经过多次集体讨论修改后完成,其主要内容是叙述流域内各省市对设计暴雨、设计洪水产流汇流计算、径流、泥沙分析计算及水资源评价等的工作进展过程和成果记录,其中对丹江口水库和三峡水库的水文分析计算的史略较为详实。

关键词:水文分析计算水文手册水文图集设计洪水三峡水利枢纽丹江口水利枢纽

水文分析计算是水利水电和有关工程建设中规划设计工作的重要组成部分,为工程项目的规划、设计、施工和管理提供水文数据和成果,是研究工程项目经济合理性、技术可行性的重要依据。水文分析计算工作的主要内容包括:基本资料的收集和整理统计;设计洪水计算;设计暴雨及产、汇流计算;径流分析计算;泥沙分析计算;水资源评价及地下水、水情、水质等专项水文分析计算。

早期长江流域水利工程建设只是主事者根据对水文现象、河道水流变化的简易观察和一些朴素认识与体验来进行,虽然也有成功的实例,如都江堰工程、运河工程等,但因缺乏水文资料,不可能进行水文分析计算,致失败者屡见(如南阳方城间运河),甚至造成严重危害。近代水文科学传入中国以后,长江流域水利工程建设开始作些简单的水文分析计算工作,如云南螳螂川水电站在民国初年进行过径流计算。其后扬子江水道讨论委员会、扬子江水利委员会、长江水利工程总局,曾将长江主要水文测站资料整理统计刊用。江苏白茆闸、安徽华阳闸、湖北金水闸、四川綦江渠化工程都曾进行粗略的水文分析。三峡工程的勘测、规划及江汉整治计划中,曾应用汉口、宜昌及有关地区水文资料进行过粗略分析。1931年、1935年大洪水后曾对洪水形成原因、汉口与汉江碾盘山洪峰流量,运用数理统计频率分析,估算其重现期。当时的分析方法比较简单,加之战患频仍,政局动荡,工程建设维艰,即令有个别项目兴建,亦均赖外国人设计施工,水文分析计算工作难以开展。建国后,随着江河的开发治理和水利工程建设,长江流域水文分析计算工作迅速发展,成为水利水电工程及国民经济建设的一项重要基础工作。其技术发展约以70年代后期为界,大致可分为两个阶段:第一阶段,主要侧重于流域开发治理中的规划、设计、施工和水利枢纽建设中的水文计算问题,并多以洪水分析计算为主,到60年代后期已形成了适合长江特点的、比较完整的一套分析计算方法,并在较多经验的基础上编制设计洪水规范、水文计算规范等技术文件,统一了标准;第二阶段,由于水资源开发、利用、管理和保护问题日益突出,对防洪调度系统的研究、河口及沿海开发地区的水文计算、城市

水文及生态环境变化过程中水文规律的相应变化及其相互影响等新课题不断提出,近20多年来的水文计算围绕这些问题的研究,取得了新的进展。

经过40多年来的实践和研究,长江流域的水文分析计算技术发展已具有自己的特色:

(1)在设计洪水计算方面,由单纯对已发生大洪水资料的直接使用,到根据数理统计理论,运用随机模拟方法,从气象方面分析暴雨洪水的成因,进而发展到统计、成因有机综合的水文气象途径;同时,从计算坝址设计洪水到研究入库设计洪水也有可喜的进展。

(2)在水文资料应用方面,由仅仅应用短期少量实测水文资料,到充分利用我国历史文化悠久、文献典籍丰富的优势,查考历史雨情、水情记载,延展水文资料系列;尤以利用现代技术分析估算历史洪水的量级和重现期,具有开创性特色,其经验已得到国际水文界的重视。

(3)在频率计算方面,在广泛分析各种经验频率公式的基础上,提出了多个特大洪水加入的经验频率计算公式。

(4)在产、汇流方面,成功地研制出不同条件下的产流模型和实用的汇流曲线。

(5)在可能最大降水计算方面,长委会在国内最先将气象与水文结合,进行可能最大降水计算研究,提出了大面积长历时可能最大降水计算的一系列方法,并对水汽净输送量、对流模式等方法进行改进和创新。

长江流域水文分析计算的主要经验可概括为:重视基本资料;深入系统调查研究历史洪水和古洪水;加强综合分析,做好合理性检查;不断改进分析计算方法,提高成果精度和可靠性。

流域内开展水文分析计算的单位除水利系统的水文和设计部门外,还有能源、交通、铁道、农业、林业等部门的勘测设计机构和科研机构,以及河海大学、成都科技大学、武汉水利电力大学等高等院校,也结合教学生产,开展了这些工作。

本章主要记述设计洪水计算;设计暴雨计算;区域水文计算;水资源评价与分析和典型工程水文计算等。关于径流分析计算,因其分析计算方法基本上与设计洪水相同,有的工作内容已在有关章节中述及,而水利规划和某些专项工作所需设计径流的分析计算将在本志其他篇章中记述。

第一节设计洪水计算

设计洪水是根据流域洪水形成的客观规律,结合工程任务、规模和要求而拟定的某一设计标准的洪水。设计洪水计算的内容主要包括:推求设计洪峰流量、不同时段的设计洪水总量、设计洪水过程线,有时还需要提出设计洪水的地区组成和分期设计洪水等。根据工程性质和水文资料条件的不同,往往采用不同的计算方法。本节主要记述用流量资料推求设计洪水。

一、基本资料的整理分析

根据设计洪水计算的需要,应搜集和整理流域自然地理概况、流域和河道特征、流域的暴雨和洪水特性、现有水利设施和水土保持措施等资料。对设计洪水所依据的暴雨洪水资料和河道特征资料要重点进行复核。资料复核是在资料整编的基础上,侧重大水年、观测质量较差的年份进行复查,研究解决水文观测、整编遗留的重大技术问题。在50年代,水位资料复核着重资料的连续性和合理性。60年代,积累以前的经验,侧重测站基面采用是否统一,检查引测水准点的高程是否可靠,核定水尺零点高程的变化等方面。对于流量资料,建国以前及建国初期的测站多用浮标测流,复核此时期的资料,多采用水量平衡原理检查,特别注意浮标系数、借用断面是否适当等方面的问题;以后随着流速仪法普遍应用,资料复核侧重简测法、水面一点法是否有足够的精测比测分析。70年代以后,随着国民经济的发展,人类活动对水文影响日益突出,流域内水利水电工程增多,洪水系列的下垫面基础不一致。这一时期的流量资料应还原到同一基础,还原的方法一般为水量平衡法和建库前后峰量相关法等。

如实测洪水系列较短或实测期内有缺测年份,为使洪水系列增长和连续,增加统计资料的精度,需要进行插补延长。插补延长的方法有:上下游或邻近流域相关法;洪峰和洪量相关法和暴雨洪水相关法等。插补延长方法长期以来变化甚少,建国初期由于测站稀少,允许应用辗转相关法;随着测站增多,此法已基本上不再使用。对暴雨资料的插补延长,50年代曾应用站年法;随着测站增加,多直接移用邻站资料和应用暴雨等值线插补,有时也应用暴雨洪水关系插补面平均暴雨资料。

设计洪水分析计算要求具有较长系列的水文资料作基础。用短期资料计算设计洪水,成果代表性较差,但是当充分考虑历史洪水资料以后,计算成果的代表性可以得到显著改善。据早期所建一些大型水库统计,在使用了历史洪水资料以后的设计洪水数据经多次复核计算,始终比较稳定,本流域丹江口水利枢纽就是一个典型的例子。在设计洪水计算中充分运用调查的历史洪水或历史暴雨资料,提高计算精度,是长江水利水电工程建设实践中开创的一条重要经验。

(一)“35.7”暴雨调查资料的整理与分析

1935年7月上旬,长江流域发生了一次特大暴雨(简称“35.7”暴雨)。这次暴雨是中国有雨量观测资料以来的最大暴雨之一,为长江流域有记录以来强度最大的一次暴雨。分布面积广、强度大、持续时间长,造成澧水、清江、汉江、三峡区间下段及中下游严重的洪水灾害。建国前水文工作非常薄弱,站点很少,仪器设备差,观测精度不高,有的甚至是伪造的,不能反映暴雨的真实情况。位于清江下游隔河岩水利枢纽水文分析,急需弄清这次暴雨的成因。乃以上海徐家汇气象台和南京北极阁气象台绘制的东亚地面天气图为依据,分析暴雨发生前后的大气环流背景及该年7月2~7日暴雨天气过程,掌握了这次暴雨强度特大、持续时间长、暴雨期间雨区位置稳定少变、暴雨带长轴走向(不是常见的东西向,而是南北向)等特点及其成因,据以对雨区内13个雨量站的观测资料进行对照分析,否定了其中5个站,调整了3个站,为暴雨等值线图绘制打好基础。

暴雨等值线的绘制,主要依据实测雨量资料,参照现场调查定性定量分析估计成果,考虑地形影响及雨情水情地区分布情况、天气过程特点,并以调查洪水或实测洪水控制主要流域的时空分布,在水量平衡基础上进行调整。

五峰、兴山两个大暴雨中心,根据实测数据及调查的洪水资料,经水量平衡,结合地形条件,反复分析计算,予以认定。在分析暴雨等值线梯度大小及轴向时,注意了山脉走向,山坡陡度对水汽输送抬升和屏障的作用。这样,绘制出7月

3~7日的5d总雨量等值线和分日雨量等值线,以及7月1~10日、3~5日、4~6日的10d和3d总雨量等值线。

以上成果充分运用了暴雨调查资料,进行了较细致的考证和合理性分析,提高了成果可靠性,为清江隔河岩和汉江丹江口水利枢纽设计洪水计算提供了依据,曾获水电部科学技术进步奖。

(二)1870年洪水过程线调查资料的整理分析

对于1870年的洪水,有关省市及长办进行了多次反复的调查,收集渝~宜间沿江洪水题刻90余处,指认洪痕250余处,以及历史文献档案数百篇。通过各河段调查到的最高水面线分析,便能较可靠的推算洪峰流量,但如何推算出洪水的进程分配则很困难。后来又通过调查资料及文献,发现清同治十三年(公元1874年)编写的《万县志采访事实》记有1870年洪水上涨过程的描述,涪陵李渡镇居民的水账和忠县乌洋溪调查资料也有该年洪水涨落过程的参证资料;又从万县、巫山调查到紧接1870年主洪峰后的第二次峰的描述。于是乃以《万县志采访事实》为基础进行分析计算,按其描述过程,确定万县水位,并把涪陵、忠县、巫山的调查水位均演算到万县,这样得出一个完整的、具有前峰大、后峰小的双峰型万县洪水过程线如表2-1-23。根据万县站的水位流量关系,由水位过程换算出流量,再将此流量过程以洪流演进方法演算到宜昌,其结果与宜昌当地

调查的洪峰基本一致,从而为葛洲坝和三峡水利枢纽设计洪水提供了重要依据。这一成果载入《洪水调查》(水利电力出版社1978年出版)一书,作为应用调查历史洪水资料进行洪水过程线分析的典型实例。

表2-1-23 万县站1870年洪水过程调查分析成果

(三)古洪水资料调查整理

河流发生大洪水时,往往漂流着由流域面上带来的孢子、花蕊、草木、碎叶、根茎等杂物,而当洪水趋于平稳转退水阶段,又沿程停留或沉积于河岸的滞流处,如洞穴、凹壁、回流区等,然后又为泥土或坡积物所掩埋,得以长久保存下来。如通过调查勘测在沉积物顶面中采取样品,进行检测分析,可得到多种信息:①对古洪水平流沉积物顶面的高程和沉积环境加以测定,判析古洪水的最高水位;

②在实验室中测定所取样品中有机物的14C放谢性强度,按衰变原理可推算出古洪水发生的年代;③同次洪水沉积物可在河段中多处发现,因而可定出洪水比降,据此可估算古洪水流量;④多次洪水水面,可推得多次发生的洪水,构成古洪水系列。这些信息可以使历史洪水的考证大幅度延长;洪水频率曲线上端增加了可信的点据,洪水计算的精度因而明显提高。

“长江三峡工程古洪水研究”课题是根据1987年水电部和三峡工程水文专家认证组的建议,由中国长江三峡工程开发总公司资助,河海大学与长委协作进行。调查工作于1990年10月开始,经过课题组人员在三峡河段考查沉积剖面数百处,共取得古洪水沉积物样品92个,根据国家地震局碳14实验室的年代测定、河海大学的颗粒分析、江苏省冶金所的重矿物鉴定、分析沉积物采样点的水位、推算洪水流量。成果表明在三峡坝区,距今2500年来,没有发现比1870年更大的洪水。经水利部组织全国专家鉴定,认为成果达到国际先进水平。这也说明,

长委会所提出的三峡工程设计洪水分析计算成果,经古洪水资料加入检验论证,显得更为合理安全可靠。

二、长江洪水基本规律分析

为了推求设计洪水能尽量符合客观实际,需要掌握、认识河流或河段洪水的基本特性,诸如对洪水成因、组成、遭遇、变化特征等进行分析研究。1954年长江发生近百年来特大洪水,长委会在当年汛后立即组织对这年洪水的成因、天气气候及暴雨特性、水位流量变化、径流组成、洪峰和洪量变化特征、河道冲淤等作了详尽分析,提出了《1954年长江的洪水》分析报告。与此同时,从多方面收集整理1931年、1935年水文、气象资料及历史洪水资料进行分析对比。另外,为防汛抗旱需要,水情预报部门每年汛后,都对当年的雨情、水情变化和洪水特性作常规性的分析总结。40多年来,随着资料信息的增加、经验的积累、分析工作的深化,对长江洪水基本规律和变化特性有了比较全面的认识。

(一)洪水成因

长江洪水由降雨形成,流域内降雨则又主要受季风的影响。雨季与季风活动密切相关。一般年份长江中下游南岸地区先进入雨季,然后逐渐向西北、向上游推进,在这种情况下,中下游支流洪水与上游洪水即不致遭遇,长江中下游干流即无大洪水发生。

长江发生大洪水可概括为两种类型:一类是各地区的雨季较常年延后、提前或持续时间增长,形成面积广、强度大、总量大的降雨,致使上游和中下游洪水相遭遇,形成峰高量大的流域性大洪水(如1954年);另一类是部分地区或河段暴雨集中、强度特大、雨区稳定持续,形成地区性较大洪水(如1935年、1981年、1870年)。

(二)洪水组成与遭遇

长江干流汇集了各支流的来水,各年洪水来源不同,其组成与遭遇虽有差异,但也有一定的规律性。据多年水文资料的统计分析,金沙江流量较平稳,是组成宜昌洪水的主要基础(约占1/3);嘉陵江、岷江、沱江、乌江及三峡区间洪水相遭遇是形成宜昌洪峰的主要因素。宜昌以上洪水占大通洪量50%左右,对中下游重点防洪的荆江河段则占90%以上,占汉口洪量约66%。可见宜昌以上长江上游的洪水是长江中下游干流洪水的主要组成部分。另外,洞庭湖、鄱阳湖水系在洪水组成中也占较大比重,如洞庭湖四水约占汉口洪量的23.9%,约占大通洪量的19.6%;鄱阳湖五河约占大通洪量的14.9%。但上述组织只反映了洪水组成的一般情况,实际上各个洪水年之间存在较大差异,因此并不能反映大洪水及特大洪水的组成规律。60年代在研究设计洪水时,曾试图寻求长江干流若干控制站以上的洪水组成规律,进行过洪水组合频率的研究,但限于当时的条件,只能根

据历年实际洪水资料分析洪水组成的频率;由于在实际洪水资料中大洪水的频次很少,因此分析所得的组合频率也不能反映大洪水特别是特大洪水的组成规律。80年代中期以来,随着水文科学和电子计算技术的发展,又进一步开展了这项研究,并已取得一些初步成果。但由于长江流域幅员广大、支流众多,圆满地解决这一问题尚存在不少困难。

三、标准的拟订

设计洪水标准可分为两类:第一类为确保水库、堤防等水工建筑物安全的防洪设计标准;第二类为保障防护对象免除一定洪水威胁的防洪设计标准。在设计标准中,又分为正常运用的标准(通常称为设计标准)与非常运用的标准(通常称为校核标准)两级。

50年代中,设计洪水的计算,规定以频率计算为主,并参照苏联1948年规定标准,进行水库、堤防等水工建筑物的最大流量计算,按工程等级选用设计洪水数据。长江流域综合利用规划,汉江流域治理轮廓规划,长江中下游防洪排渍规划和丹江口、鸭河口、陆水等水利工程的初步设计均以频率计算为主进行水文分析计算。为了延长水文系列,增加频率计算成果的稳定性和精度,各单位进行了大量的洪水、枯水调查,在频率计算中加入历史资料计算,成为长江流域水文计算的一大特色。

关于水库设计洪水标准,1960年根据水电部的规定,水库按其规模大小分类,根据不同类型的水库分别确定水库工程设计标准与校核标准。大型水库按千年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核,并考虑可能最大洪水作为保坝洪水标准;中型水库按50~100年一遇洪水设计,500~1000年一遇洪水校核;小(一)型水库按30~50年一遇洪水设计,300~500年一遇洪水校核;小(二)型水为按20~30年一遇洪水设计,300年一遇洪水校核。丹江口、三峡、隔河岩、乌江渡、王强溪、万安等水利枢纽总库容在10亿立方米以上,规划设计均用千年一遇洪水设计,万年一遇洪水校核,并加安全保证值。

“文化大革命”期间,有些人主张直接采用调查(或实测)特大洪水,或在此特大洪水基础上再适当加成作为设计洪水,如乌江渡、黄龙滩、五强溪等水利工程,当时即是这样确定设计洪水数据的。从1966~1973年,成都勘测设计院在水文计算中,未采用频率计算方法,而直接采用历史洪水或历史洪水加成。1969年葛洲坝工程直接采用1788年历史洪水设计,1870年洪水校核。

1975年8月河南发生特大暴雨,水电部重新提出进行水库防洪安全复核,并确定大中型水库及主要的小型水库都要以可能最大洪水作为校核标准。安全复核的结果,大多数中、小型水库均需要加固,但所需决投资极大,且有些中、小

型水库也很难较合理地估算最大可能洪水,因此,对已建成的中、小型水库未严格按此标准进行加固。

第二类防洪设计标准,一般根据防护对象的重要性和防洪措施的具体情况而定,如特别重要的城市或特别重要的工矿区的防洪工程,其防洪标准应大于百年一遇的洪水;重要城市或重要工矿区为50至100年一遇洪水;中等城市或中等工矿区为20~50年一遇洪水;一般城市或一般工矿区为10~20年一遇洪水。上述标准是从防洪的需要出发,但往往并不能立即采取防洪措施达到要求的标准,而是根据需要与可能逐步提高标准。长江干流的堤防防洪标准一般以防御当地某一水位为准,因此各堤段的实际防洪能力很不一致。1954年大洪水以后,中下游干堤要求防御1954年实际出现的最高水位,即沙市44.67m、城陵矶33.95m、汉口29.73m、湖口21.68m、南京10.22m,约相当于频率计算的10~20年一遇的洪水位。1972年、1980年两次长江中下游防洪座谈会决定适当提高各地堤防的防御水位,即沙市45.00m、城陵矶34.4m、汉口29.73m、湖口22.50m、南京10.58m、高桥5.10m(未计台风影响)、吴淞口6.27m。其中高桥站为1980年补订,吴淞口站1988年则补订为上海市防御水位。

为了总结洪水计算经验,统一技术标准,水电部曾在1961~1964年间组织编写《水工建筑物设计洪水规范(草案)》。规划规定频率分析为全国大中型水利枢纽设计洪水的主要计算方法,并强调历史洪水资料的调查、考证和应用;对计算过程中各环节也提出统一的技术要求。规范虽未正式颁布,但在大中型水电工程设计中,大多已按草案应用。1978年8月,水电部颁发《水利水电工程设计洪水计算规范》(SDJ22-79试行),肯定了“多种方法,综合分析,合理选用”的设计洪水计算原则,增加了计算可能最大洪水的内容,频率计算法仍定为一种可行的计算方法。长办水文局是该规范主要编写单位之一。

1980年3月,水利部又委托长办和东北勘测设计院负责主编《水利水电工程水文计算规范》。通过广泛的调查研究,总结30年来水文计算方面的实践经验编写的规范,多次征求全国有关单位的意见,并经三次专业会议审定,1983年经水电部批准为部颁标准(SDJ214-83)。

1991年,由长委主编,南京水文水资源研究所为副主编,有水利部松辽委、能源部、水利部西北院、成都院参加,负责修订完成《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93),1993年由水利部、能源部发布实施。为了配合规范实施,便于设计人员理解规范的内容和方法,还同时编写具有可操作性特点的《水利水电工程设计洪水计算手册》一书。

四、计算方法

建国初期,长江流域的水利工程采用频率计算方法来确定不同设计标准的最大洪峰流量(或最高水位)和各种时段的洪水总量。在50年代,频率计算中的经验频率、频率曲线的线型和参数估算方法多参照苏联40年代末颁布的规范进行计算,如经验频率计算常采用中值公式,频率曲线线型常用克里斯基、闵克里型(克—闵型)。随着经验的累积和研究的深入,逐渐发现克—闵型不完全适用于长江,而皮尔逊Ⅲ型(P-Ⅲ)却大多适用,故60年代的规范(草案)、70年代的规范(试行)都介绍经验频率计算公式为数学期望公式(又称Weibull公式),不提倡应用中值公式。到80年代制订《水利水电工程水文计算规范》和90年代的《水利水电工程水文计算规范》则正式规定采用数学期望公式计算经验频率。对于频率曲线线型的采用也有类似情况,规定应采用P-Ⅲ型,如要采用其他线型则需经过分析论证。

在应用频率方法的早期,最大洪峰流量或最高水位的计算,对资料系列的选择注意较少,往往只要是一年中的最大值就选用,而忽视频率分析的前提条件——洪水系列中各项洪水应满足相互独立且服从同一分布的假定。经过较长时间的研究和资料积累,逐渐认识到:不同物理成因的洪水分布是不同的,具有不同统计特性,因此,不能混同作频率分析。例如暴雨洪水与融雪洪水(长江上游);梅雨期洪水与台风洪水(长江下游);有些地区的夏季洪水与秋季洪水(汉江流域)就不宜当作一个洪水系列,更不应把垮坝决口所形成的洪水加入系列。另外,由于流域内水利工程(主要是水库等蓄水工程)和水土保持措施的增多,影响到实测洪峰流量或最高水位的变化,因此,在用作频率计算时还需要进行还原。

由于洪水频率分析成果的质量在很大程度上取决于洪水系列的代表性,只有当洪水系列中各种量级洪水频率特性接近于总体分布时,设计洪水才具有可靠的精度。提高洪水系列代表性的基本途径是增加洪水系列的信息量,在这方面,长江流域50年代初便注意到了。60年代大规模地、系统地进行历史洪水的调查考证,就是增加洪水系列代表性的重点工作,已在基本资料的整理中记述不再赘言。

关于频率曲线的统计参数,长江流域水文部门和有关勘测设计院在采用矩法、极大似然法和适线法等传统估计方法,选择适线准则,综合对比分析等方面都积累了较丰富的实践经验,提出了满足工程设计的合理分析计算成果。70年代末期以来,结合生产实际,对美国提出的期望概率估计方法作了不少有效的研究工作:河海大学和长办水文局就长江三峡工程,成都勘测设计院就金沙江溪落渡水电站进行了设计洪水期望概率专题研究。按三峡洪水考证期830年,特大值9个;溪落渡洪水考证期173年,特大值7个,均模拟1000组样本。并同样用P-Ⅲ型平方和准则优选适线,估计的统计参数千年、万年一遇设计值,期望概率与设计标准两套成果都较接近,再次表明加入历史洪水计算设计洪水的重要性。

对设计洪水过程线的推求,一般选择资料较可靠、具有代表性、对工程防洪运用较不利的大洪水作为典型,采用放大典型洪水过程线的方法推求。放大的方法,多年来一直沿用“同频率放大法”和“同倍比放大法”两种。不过近年来对典型年的选择和两种放大方法的采用条件都比过去有更加深入全面的认识,因此,在1993年颁布的《设计洪水计算规范》中都有具体规定和说明。

80年代中期至今,在三峡工程前期科研和国家“七五”重点科技攻关中开展了洪水随机模拟和洪水风险研究。在宜昌和宜昌至城陵矶区间洪水过程随机模拟研究中,成功地运用解集模型、自回归模型解决了复杂的多站洪水过程模拟,研究成果具有信息利用量大,可反映丰富多样洪水组合等特点,并在“七五”攻关专题三峡工程防洪效益分析中予以应用。90年代初进行的“三峡工程洪水系统风险分析研究”中,对三峡工程的设计洪水、库水位、沙市水位、中游洪灾损失作了风险评估,论证了三峡水库的巨大防洪效益。

五、入库设计洪水计算

50~60年代初,长江水利水电工程洪水调节,基本上都是采用坝址洪水、静库容进行计算。通过大量已建水库的实测资料分析,了解到水库建成后入库洪水与坝址洪水有很大的差异,主要是建库前天然情况下的洪水在入库点至坝址河段具有河槽调蓄作用,建库后该河段成为库区使坝址处汇流条件发生如下显著变化:洪水波传播特性在这一河段变为波速传播,因而历时变短;人库洪水比坝址洪水的洪峰增高;涨水段洪量增大;洪峰出现时间提前;产流条件也有改变。因此,当进行水库防洪调度时,按坝址设计洪水、静库容调洪,就会与按入库洪水、动库容调洪有一定差异。全国众多水库多年运行的实际资料和经验也证实了这一点。60年代长办在长江支流陆水水库率先对这一问题进行了研究运用,取得很好的效果,流域内有关设计单位也先后开展了对入库洪水的研究,并在一些水利工程设计中得到应用。70年代为进一步总结在入库洪水计算方面的经验,水利水电规划设计总院专门组织了技术攻关,并在1993年颁布的设计洪水计算规范中正式规定,当二者相差较大时,应以入库洪水作为设计洪水。

80年代以来,长办、中南院、武汉水院等单位分别对我国许多已建、在建水库进行了入库洪水的分析研究。从概念、计算方法、库区洪水演进及判别准则提出了一些有价值的成果。长办研究的几个水库入库洪水与坝址洪水的差别如下页表2-1-24。

表2-1-24 水库入库洪水与坝址洪水比较示例单位:m3/s

入库洪水不能在建库前预先测得,而是根据水库的特点,参照已建水库的入库洪水与坝址洪水的关系近似推求。计算方法比较常用的有5种:①逆演法。将坝址处的区间洪水逆演至区间河段某一断面作为区间入库洪水,然后与其干支流入库点洪水同时叠加求得入库洪水。②同时流量叠加法。将干支流入库站的洪水与区间无控制支流的入库洪水同时刻叠加,得出集总型入库洪水。③错时流量叠加法。将不同远近的入流错开时间叠加得单一入流过程。④水量平衡法。按入库流量与出库流量之差应等于库容变化的原理,根据静库容曲线或动库容曲线推求入库洪水。⑤多维线性汇流法。把无控制区间分成若干等流时块,然后应用多维线性汇流系统方法进行入为洪水的推算。长办水文局根据涔天河(河道型)、陆水(湖泊型)与丹江口(并联型)3个不同类型水库的观测资料,对现行的5种方法进行检验,总结出各种方法的适用条件。对陆水水库,长办还根据洪水观测资料,考虑入库断面及支流入汇洪水过程及区间洪量与坝址出流过程平衡以后,采用化算流量法,推求出这一河段建库前的槽蓄关系式及洪流演进计算式,将坝址洪水还原为入库洪水,推算的各种频率的洪峰流量结果对比,表明大水削减比例大,小水削减比例小,符合一般河槽调蓄洪水的规律。

三峡工程的入库洪水研究开展较早,工作也更细致深入。除应用上述方法外,在三峡水利枢纽论证工作中,国家科委组织的“七五”重点科技攻关项目,由长委水文局负责,武汉水院参加,进行了三峡及其干流建库后三峡入库洪水的研究专题攻关。长委水文局具体承担其中的上游干支流建库后对三峡入库洪水的影响专题,武汉水院承担上游干支流建库入库设计洪水研究专题。前者采用地区组成法、概率组合法和随机模拟法等新方法,进行较全面系统的研究,在国内尚属首创;后者采用水文学和水力学的4种方法,计算三峡入库洪水,并着重计算入库

洪水系列,发展了入为洪水计算的理论和方法,提高了计算精度。该项目攻关历时三年,于1991年3月通过了国家评审鉴定验收。

第二节设计暴雨与小流域水文计算

一、设计暴雨计算

当有些河流流量资料太少,或没有流量资料,则一般可假定设计暴雨与设计洪水同频率,推求设计暴雨,然后再推求设计洪水。设计暴雨对于丘陵山区,可用来推求确保水库安全的防洪设计标准需要的设计洪水;对于平原圩区易涝区,可以用作研究涝区排涝标准。如长江中下游各省、市,除上海市规定设计重现期10~20年一遇的暴雨外,其余各省多为10年一遇,个别地区为5年一遇。具体设计暴雨和排涝天数参考值如次:湖北省设计暴雨为1日暴雨(243mm)4天排干;湖南省3日暴雨(180~250mm)3天排干;安徽省3日暴雨(172~262mm)3日排至作物耐淹水深;江西省3日暴雨(204~225mm)3~5天排至作物耐淹水深;江苏1日暴雨(150~200mm)2天排出;浙江省3日暴雨(178~317mm)4天排至作物耐淹水深;上海市1日暴雨(176~200mm)2天排出。

用设计暴雨推求设计洪水的工作内容,主要包括:面或点雨量资料的插补展延;设计暴雨量的确定;通过产流计算推求设计净雨;通过汇流计算推求设计洪水过程线等。

(一)设计暴雨

当设计流域内雨量站较少,观测资料系列较短,或各站资料起迄年份不一致,对这些情况,在建国初期到60年代利用相邻站间的资料进行插补展延。如比值法(即用系列长短不同的相邻两站同步资料的比值,由长系列站展延短系列站)和站年法(即以空间代替时间延长系列)等,但插延结果不够理想。随着观测资料系列增加,测站增多,70年代以后已很少应用,而且采用间接方法来推求设计面雨量。即先求出流域中心处的设计点雨量;然后再分析综合点雨量和面雨量的关系,间接求得指定频率的设计面雨量。

如果在流域中心处具有充分长期雨量资料的测站,就可依据该站的资料进行频率计算,求得各种时段的设计暴雨特征值。如中心处没有这样的测站,此时可用地理插值法来推求,即先求出流域中心附近各站的设计暴雨,绘成等值线图,通过插值法来确定流域中心处的各种时段设计暴雨特征值。

建国以来,流域水利水电勘测设计部门和水文部门十分重视长江暴雨的研究,积累了丰富的经验。在60年代初便完成了各地区最大24小时点雨量的统计参数等值线图、实测和调查最大24小时点雨量分布图及时面深关系表。70年代编制了历时为10分钟到3日的一系列暴雨统计参数等值线图。80年代以来着重

解决短历时设计暴雨中存在的问题,完成了1小时和6小时点雨量统计参数图表和10分钟点雨量统计参数图表。同时对暴雨点面关系作了专题实验研究,进一步提高了设计暴雨的精度。江西省德兴雨量站网密度试验区的实验分析成果被列入《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-93),如表2-1-25。

表2-1-25 江西省德兴雨量站网密度试验区暴雨定点定面关系

经大量资料分析表明,较长历时的定点定面关系的地域变化较小,可以在较大地区范围内综合和使用。

有了各种时段的设计点雨量,便可通过点面关系推求设计面雨量。点面关系有动点动面点面关系和定点定面点面关系两种。现行规范规定应采用本地区综合的定点定面关系,若采用动点动面关系应作适当的验证和修正。

(二)产流、汇流计算

求得设计面雨量之后,要分析研究其设计雨型(即时程分配),通过产流计算求出各时段设计净雨。50年代中期开始,在进行长江流域综合利用规划的水文计算工作中,便注意降雨径流规律分析,提出能提高净雨计算精度的“分区产流计算法”,编写了《长江水文分析》报告。50年代末,在总结长江流域规划水文计算经验基础上,长办水文水利计算室编写出版了《河流综合利用水文水利计算》一书,对广大水文水利工作者提高水文水利计算水平起到了较大作用。60年代初,华东水利学院提出“蓄满产流”的概念,研制了湿润地区降雨径流模型;80年代初又正式提出新安江降雨径流模型,在国内得到广泛应用,并提供国际水文交流,编入有关文件。以后南京水文研究所等单位又研制出超渗产流模型和两者相结合的模型。在这些成果中,对蒸发、散发计算及产流变化问题等方法上有所创新和特色。

在汇流计算方面,50年代初多应用经验单位线和等流时线法;60年代后又对瞬时单位线进行了研究,华东水利学院提出了“华水汇流曲线”,长办水文局也提出“长办汇流曲线”,并对较大流域提出“分单元法”,都得到广泛应用;70年代末,长办水文局出版了《水利工程实用水文水利计算》一书,总结了多年来产、汇流研究的新成果;80年代末,长办水文局又提出“多输入、单输出模型”解决降雨分布不均的汇流计算问题。

二、可能最大暴雨和洪水计算

可能最大降水(PMP)和可能最大洪水(PMF),首先由美国在30年代提出,并用于工程设计,作为重要水利工程的设计标准。中国是在三峡水利枢纽设计中,长办于1958年首先开始此研究。30多年来,开展了天气组合法、水汽输送法、典型年模拟放大法等多种方法研究,提出了具有实用价值的成果。

为了推动PMP和PMF工作开展,水电部于1965年委托长办水文局编写教材,并在汉口举办了全国性的水文气象研习班,对PMP和PMF的理论和方法进行学习和探讨;1975年又在南京华东水利学院举办类似的学习班,总结交流PMP和PMF 方法经验。

1975年8月河南发生特大洪水灾害以后,水电部要求各大中型水库及主要小型水库都要以可能最大洪水作为校核标准。在水电部统一部署下,1977年编制出全国的《可能最大暴雨等值线图》,对已建、拟建的大中型水库进行可能最大洪水复核。1978年,将可能最大洪水计算写入《水利水电工程设计洪水规范》,1983年、1992年水利部分别召开了PMP和PMF全国性经验交流会。长江流域大中型水利枢纽对PMP的估算除采用天气组合法外,还采用典型暴雨放大法和暴雨移置法。

根据流域的大小和资料条件,长江流域内其他大型水利枢纽,如丹江口、陆水、乌江渡、隔河岩、鸭河口、偏窗子、五强溪、二滩、漫湾、紫坪铺、洪家渡、以礼河、三岔河等,各承担设计单位都做了PMP和PMF分析计算。

三、小流域设计洪水计算

在小流域修建农田灌溉、排水设施、道路的桥涵建筑、城市和工矿地区的防洪工程等必须进行设计洪水计算。小流域设计洪水计算有下列特点:①小流域水文资料都较短缺,特别是流量资料;②工程措施涉及面广、数量多,计算方法应力求简便;③工程多为小型,对洪水的调节能力一般较小,其规模主要受洪峰流量控制,因此,在设计洪水计算中,洪峰流量是重点。

小流域设计洪水计算工作,在国外已有一百多年的历史,计算方法在逐步充实和发展。中国50年代初为了治淮工程的需要,在综合时段单位线方面做了许多工作,提出了淮河地区的综合单位线,解决了当时短缺资料情况下设计洪水问题,长江流域也有应用。稍后,研究发展了推理公式法,如林平一提出根据雨量资料计算小流域设计洪峰流量的公式——林平一公式;陈家琦提出的小流域设计洪水计算方法——推理公式,在长江流域应用较多。有些省并结合当地自然地理特点,提出了类似的计算方法,并分别编有与公式有关的设计雨强、成峰径流、汇流参数等查算表、诺模图的水文手册,方便适用。如四川、湖北、江西、安徽、

江苏等省分别针对深丘、浅丘、平原小区等不同情况,各自深入分析研究,求得适用本地区的经验公式参数、推理公式的损失参数和汇流参数。60年代初,长办翻译介绍J.E.纳什瞬时单位线成果后,在全流域广泛开展了研究,取得了大量实用成果,如对综合瞬时单位线的一阶矩和二阶矩与流域面积、河长、坡降等流域特征建立关系,绘制查算图表,计算简便,精度提高。近些年来随着电子计算机广泛应用,水文模拟模型为小流域设计洪水计算开辟了新途径,长江流域的关单位也进行了研究,但总的还处于探索阶段。

四、水文手册、图集编制

根据气候要素及其他地理要素的地区性规律,研究受地区影响的某些水文特征值的地区分布规律,并用等值线图或经验公式表示(如多年平均年径流等值线

等值线图、洪枯水地区经验公式等),编成手册、图集,图、年径流变差系数C

V

作为进行水文分析计算的工具。

(一)流域水文图集

建国初期,中小流域水文站很少,中国科学院地理所曾采用大流域水文资料对长江流域水资源的地区分布情况做过估算。50年代末,长办编制了以降水为主的《长江流域水文图集》;水利部在综合各流域、省(区)水文图集的基础上正式编印出版《中国水文图集》。

1975年8月河南发生特大暴雨后,水电部和中央气象局于1976年2月联合通知,全国成立编制可能最大暴雨等值线图领导小组办公室,长江流域为一大片,各省成立编制小组开展此项工作,并委托长办担任片长,负责组织协调。1977年11月在西安全国拼图会议上,审订通过了各省编制的可能最大暴雨等值线图,作为大中型和重要小型新建水库保坝洪水已建水库防洪复核的主要依据,并供流域面积小于1000km2的大型水库防洪安全校核参考。

继《可能最大暴雨图集》后,1979年水利部又部署了暴雨径流查算图表的编制工作,长江流域各省即组织力量进行。1983年5月水电部在秦皇岛召开全国暴雨径流查算图表评审会议,认定各省分析计算的成果,并于同年7月正式发文批准使用,在缺乏流量资料的地区,可作为中小型水利水电工程水文计算、设计的依据。

此外,水利部还于1992年编印出版《中国历史大洪水》,其中长江流域干支流的历史大洪水部分由长办水文局与有关省编写。

(二)各省(区)水文手册、图集

为适应水利建设高潮,1958年,长江流域各省(区)即开始陆续编制本地区的水文手册。由于长江流域幅员辽阔,各省自然地理条件和要求各不相同,新编制的水文手册、图集的内容、深度,既有共性,又各有特点。

安徽全省水文分析计算及与之有关的手册图表,从水文总站、分站,到中心站、实验站均有专人负责。任务、要求为:(1)提供专业性工程水文计算的基本信息和依据。自1958年起,先后编出:《安徽省水文统计》、《安徽省水文图集》、《安徽省防汛手册》、《安徽省暴雨分析》、《安徽省降水量分析》、《安徽省年径流分析》等;并作出两参数单位线的研究,推理公式的改进与应用,洪水过程线非线性化处理等成果;以后又完成安徽省可能最大降水和可能最大洪水计算等。(2)提供全省中小型水利水电工程的通用性水文分析计算方法。如《中小型水库水文计算》、《群众性水利工程水账计算方法》、《水利工程的控制运用》、《水文计算简易查算图表》、《淮北平原坡水区排涝模数的计算》,以及区域性水文手册、水文统计等。(3)普及水文分析计算基本知识,提高水文计算水平。曾编印《实用水文水利计算》、《地县级实用水文手册编制大纲》、《水文测站服务指南》、《水文计算习题集》等。(4)为各部门提供水文分析的咨询服务,曾为濉阜铁路桥涵孔径及桥墩台开挖深度提供设计依据;为解决跨省区水利纠纷,协调跨省区的水文参数的计算;根据内河水文规律,为江河闸坝过鱼设计提供新型设计方案;指导省公路设计院洪水图集编制;为大专院校提供水文分析计算信息数据。

四川省水系较多,产汇流条件差异较大,由四川省水文总站负责牵头,邀请成都勘测设计院,成都工学院等单位,在1959年编的省水文手册和东部地区水文图集基础上,根据新增的水文实验资料,于1965年及1968年分别编印出《四川省东部地区各河流水文特征手册》,分上下两册。上册为径流部分,下册为四川省东部地区中小河流水文计算参考资料。为适应无资料地区农田基本建设群众性小水利工程水文计算需要的基本方法和综合成果,1975年编制了《四川省可能最大暴雨洪水计算手册》,应用四川省水文手册推理公式法及瞬时单位线法,提出暴雨参数和产汇流参数的地区综合成果。

1981年完成《四川省水文区划》,经几次审定,现已纳入《四川省农业资料和区划》一书中。按照水文要素在地域内相似性与区域间差异性进行分区划片,分析它对农业生产的利害影响,是一项有实用价值的成果。

其他各省在水文手册、水文图集方面,也都作了不少工作。如江西省

1958~1984年先后编印出版省、县水文手册和水文特征值统计,完成《江西省可能最大暴雨及频率暴雨图集》、《江西省历史雨洪灾害摘编》、《江西省短历时暴雨参数等值线图》、《江西省暴雨洪水查算手册》和《江西省洪水调查资料》等。江苏省1958年起陆续编制《江苏省水文手册》、《江苏省可能最大暴雨图集》、《江苏省暴雨洪水图集》、《江苏省短历时暴雨洪水灾害摘要》、《江苏省水文特征手册》等。云南省先后编出《云南省实用水文手册》、《云南省中小

型水库设计洪水参数手册》等。湖北、湖南、贵州等省的工作与上述各省类似,不一一列述。

第三节水资源评价与分析

一、长江流域首次水资源调查评价

(一)任务缘由与工作内容

根据《1978~1985年全国科学技术发展规划纲要(草案)》的108项重点科学技术项目中的第一项《农业自然资源调查和农业区划》,国家农委、国家科委、农业部、中国科学院于1979年4月联合召开全国农业自然资源调查和农业区划会议,并以国家农委、国家科委1979年(79)国科发四字第363号文,下达了《农业自然资源和农业区划研究》中的分项(二):农业自然资源的第六项“水资源的综合评价和合理利用研究”。水利部乃于1979年8月组织水利系统开展全国水资源调查、评价工作,并决定分两阶段进行。第一阶段,要求在较短时间内,以现有资料为基础,先提出水资源的初步成果(简称初账)以满足各方面的需要。“初账”要求概略的回答:(1)全国有多少水资源量(包括地表水、地下水,不包括海水),其地区分布、时间变化、质量标准、可靠程度如何;(2)社会经济发展需要多少水量,包括各种用水的现状,近期和远景预测;(3)供需平衡存在什么问题;(4)采用什么措施解决。第二阶段,要求全国采用统一的技术标准,在精度、深度、广度方面都要较第一阶段的成果有显著提高(简称细账)。

评价内容包括六个方面:(1)主要水文要素的时空分布,包括水汽输送,降水、径流、蒸发。(2)地表水资源量。要调查清楚分区水资源量、江河水资源量和入海水量。(3)地下水资源量。包括评价参数的确定,平原地区地下水资源,山丘区地下水资源,地下水的水质。(4)水资源总量。(5)水质。包括天然水质,流域污染负荷,水质评价,泥沙。(6)水资源开发利用。包括水资源开发利用现状,旱、涝、洪灾分析,水资源利用预测,解决水资源供需矛盾的对策和措施,结论和建议。

(二)工作过程

全国水资源评价工作,由水利部统一领导。全国按流域划分为10片,长江流域片由长办任片长(长办还同时担任浙、闽、台诸河及西南诸河两片片长),负责片内各省(区)的组织协调工作。由于水资源评价在长江尚属首次,缺乏经验,乃采用先试点,以点带面的方式,顺利完成了初步成果阶段和正式成果阶段的水资源评价工作。

1、初步成果

1980年6月,长办与江西省水利厅协作,进行试点,除要求完成初步成果外,并探索进行正式成果阶段评价的技术要求和方法。试点内容包括:水文基本资料的统计分析;各种水文特征值等值线图绘制,分区水资源量估算和有关专题研究等。经过2个多月的努力,除完成“初账”外,还提出专题经验总结8篇。同年10月召开了有流域内各省(区、市)从事水资源评价工作的技术骨干参加的经验交流会,推广试点成果。根据此次试点的经验,结合各省(区、市)的具体情况,全面开展调查评价工作。由于各级组织领导重视,技术措施适当,全流域“初账”成果于1981年上半年即基本结束,提出了长江流域及各省(区、市)水资源调查评价初步成果报告。

2、正式成果

为了保证水资源调查评价正式成果的质量,要求所用基本资料的基础一致,即资料系列不受或基本不受人类活动的影响,如系列中有些年份受到较大影响,便要进行“还原”计算;要求时间同步,全国统一采用1956年到1979年共24年的水文资料进行统计分析,不足24年的要插补或外延;要求评价方法统一,评价内容相同。故由水利部聘请有关专家成立水资源调查评价技术小组,制定评价的工作提纲和技术细则,于1981年和1982年先后下达《地表水资源调查和统计分析工作提纲》、《地下水资源调查和统计分析工作提纲》、《地表水资源调查和统计分析工作技术细则》、《地下水资源调查和统计分析工作技术细则》4个文件。

根据水资源评价的内容,评价工作按地表水、地下水和水质三部分分别进行。

(1)地表水资源。为了贯彻上述4个文件的要求,1982年4月,由长办和珠江水利委员会共同主持,在湖南湘潭召开了长江流域、浙闽台、西南诸河、珠江流域四片组织协调工作与经验交流会,片内所属17个省(区、市)及有关单位参加。会议介绍了正式成果阶段的工作进展情况及存在的主要问题,交流基本资料的统计分析情况,包括基本资料的审查落实、系列插补延长方法、系列代表性论证、统计参数分析计算与选用等。并着重针对我国南方地区的特点,专门研究了径流还原的目的、要求、还原标准、还原方法、人类活动对径流影响的主要和次要因素及技术问题,取得比较一致的意见。同时决定以湖南省为正式成果阶段的试点,由长办水文局组织力量,协同湖南省分赴湖南各地区开展工作,取得试点经验。接着于1982年10月,长办与珠委一道,在广东南海召开了南方地区地表水资源试点成果讨论会,会上分别由湖南、广东介绍了经验,进一步推动了工作的进展。

1983年6月,长办水文局派员参加水电部召开的全国水资源技术小组和全国水资源汇总小组联席会议,讨论了全国地表水汇总要求和报告编写提纲。会后

即于8月在昆明召开了长江流域、浙闽台、西南诸河三片水资源汇总会,按汇总要求,协调、统一和初步平衡了三片地表水资源所有图表(按规定共13幅图,15种表),并于年底在北京参加了全国范围的中国地表水资源评价讨论审查会,通过长江地表水资源评价正式成果报告。

(2)地表水资源。长办水文局于1982年11月在成都科技大学召开地表水、土壤水和地下水三水转化专题讨论会。1983年3月参加了由南京水文研究所在江苏徐州召开的有关地下水资源专题技术讨论会,对提高地下水资源评价提供了新鲜经验。同年5月为全面探索长江流域有关地下水资源调查评价的具体技术问题的方法和经验,长办水文局协同水电部水文局,在湖南省开展试点,前后历时5个月,并于9月与珠委一起,在广州联合召开了中国南方地区地下水资源调查评价技术经验交流会。会上对适应我国南方地区的基流分割方法、水文地质参数的分析计算与经验成果的选用、地下水资源量的分布等作了充分的讨论和交流,初步明确了工作开展的协调步骤和相应的措施等。1984年7月在安徽屯溪召开了长江流域等三片地下水资源评价技术小组扩大会议,会上通过了地下水资源汇总技术要求。这个要求,为8月在昆明召开的长江流域等三片地下水资源汇总协调会打好了基础。同年12月,参加了全国地下水资源汇总,成果获得通过。

(3)水质。为了配合完成地表水水质正式报告阶段的工作,长办水文局根据上级指示精神,在河海大学环境水利所的技术指导下,作了进展安排,并于1982年5月在武汉召开了三片地表水水质汇总协调会,对正式报告阶段成果中资料的收集整理、分析、协调、汇总的要求等方面进行了初步协调汇总。在此基础上,按水利部规定要求各省(区、市)积极进行水质评价。1983年5月在重庆召开了长江流域等三片地表水水质调查评价汇总协调会。与此同时还开展了天然水质调查评价工作,以进一步补充水质评价成果,并完成了《长江流域水质评价》报告。

(三)工作成果

长江流域水资源评价工作于1979年下半年开始,到1985年基本完成,历时6年。长办完成刊印《长江流域水资源评价》(浙、闽、台片和西南诸河片报告亦同时刊印);各省完成刊印各自的水资源评价初步成果报告一本、正式成果报告三本(即地表水、地下水、水质,除文字总结报告外,还附有彩色图表)。长江流域选用站基本资料包括:雨量站2643个,蒸发站594个,流量站814个,共约90000站年。另外水电部根据全国资料于1987年正式出版《中国水资料评价》,同时出版英文本对国外发行。书中列出各流域、各省(区、市)行政区的水资源情况。通过对长江流域水资源的评估分析获得如下一些认识。

长江流域地表水资源量相对较丰富,但人均占有量并不高。全流域有9513亿m3,约占全国27114亿m3的35%。流域内二级区水资源量,以洞庭湖所占比重最大,其次为金沙江和鄱阳湖,太湖最小。以面积比而言,二级区中,洞庭、鄱阳两区径流深最大,金沙江最小。各二级区不同保证率的地表水资源量如表

2-1-26。

表2-1-26 长江流域各二级区不同保证率地表水资源量统计

由于长江流域人口众多,按人均占有水资源量约为2760m3,仅约为世界人均占有量的四分之一。

水资源在地区上的分布不均,年内变化明显,年际变化较小。水资源受降水制约,其地区分布、季节变化和年际变化,基本上与降水趋势一致。

总体天然水质良好,但水质污染亟待控制。长江流域的天然水质是良好的,但由于近年来工业废水、生活和其他污水的任意排放,河流水体受到不同程度的污染,干流一些江段形成明显的岸边污染带,一些支流江段也普遍受到污染。就此次评价的河段分析,共有相当于5.7%的河长的水质已达重污染,不能利用。

在长江流域首次水资源评价分析工作中,经过全流域广大水文计算工作者的努力,完成了9万站年资料的综合分析,成果报告经专家鉴定认为,基础资料扎实、图表完整、内容丰富、分析正确、论证合理、成果可靠,1985年被国家农委评为一等成果奖。另外,在一些技术环节及专题方面,进行了较深入的探讨研究,取得了新的进展。例如,长江流域平原水网湖区地表、地下径流的分析计算;高山短缺降水资料地区等值线图的绘制;水面蒸发折算系数的分析论证;山丘区

水文计算课程设计报告

设计任务一 飞口水利枢纽位于青河中游,流域面积为10100km.试根据表5—3及5—4所给资料,推求该站设计频率为95%的年径流及其分配过程,并与本流域上下游站和邻近流域资料比较,分析成果的合理性。 5-3 青口站实测年平均流量表 5-4 飞口站枯水年逐月平均流量表

5-5 青河及邻近流域各测站年径流量统计参数 青口站年最大洪峰流量理论频率曲线计算表 由表格可算出Q Cv

其中Ki=17.18 为各项模比系数,列于表中第(5)栏, 说明计算无误,=0.5929 为第(7)栏的总和。 选配理论频率曲线 (1)由Q=597m /s,Cv=0.2,并假定Cs=2.5Cv,查附表1,得出相应于不同频率P的值,列于表4-2的第二栏按Qp=Q(Cv P+1)计算P,列入第(3)栏。将表4-2中的第(1)栏和第(3)栏的对应值点绘曲线,发现理论频率曲线上段和下段明显偏低,中段稍微偏高。(2)修正参数,重新配线。根据统计参数对频率曲线的影响,需增大Cs。因此,选取Q=597m /s,Cv=0.20,Cs=3Cv,再次配线,该线与经验频率点据配合良好,即可作为目估适线法最后采用的理论频率曲线。 4-2 理论频率曲线选配计算表 此处选择Cs=3Cv,运用公式Qp=Q (Cv p+1)通附录(查表可查出p值)需求推出95%的年径流=-1.45 Qp=597[0.2×(-1.49×0.2+1)] Qp=419.09 Qp=419 m /s 3. 典型年的选择 从青口站的17年径流资料中可看出1970.5~1971.4年,1976.5~1977.4年,1977.5~1978.4年年径流量分别396m /s,438m /s,377m /s都与年径流量比较接近。

空间分析之水文分析

空间分析之水文分析 一、目的与要求: 1.学习目的 水文分析:根据DEM提取河流网络,进行河网分级,计算流水累积量、流向、水流长度、根据指定的流域面积大小自动划分流域。 通过本次学习应达到以下目的: ①理解基于DEM数据进行水文分析的基本原理。 ②掌握利用ArcGIS提供的水文分析工具进行水文分析的基本方法和步骤。 2.学习要求 ①了解水文分析工具 ② DEM的预处理:填洼 ③流向分析 ④计算流水累积量 ⑤计算水流长度 ⑥提取河流网络 ⑦流域分析(盆域、分水岭)

二、水文分析基本操作步骤 1.填充洼地 对原始DEM数据进行洼地填充,得到无洼地的DEM: 在【ArcToolbox】中,双击【SpatialAnalyst工具】→【水文分析】→【填洼】,弹出“填洼”对话框,如下图: 点击确定,得无洼地的DEM【fill_dem】,结果图如下:

2.流向分析 在上一步的基础上进行,在【ArcToolbox】中,双击【SpatialAnalyst 工具】→【水文分析】→【流向】,按下图所示指定各参数: 点击确定,得到无洼地DEM生成的水流方向栅格【Flowdir_dem】,

注意:在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码(D8算法),来确定水流方向。 3.计算汇流累积量 在上一步的基础上进行,在【ArcToolbox】中,双击【SpatialAnalyst 工具】→【水文分析】→【流量】,按下图所示指定各参数:

确定后执行完成得到汇流累积量栅格【flow_acc】,如图: 4.提取河流网络 在上一步的基础上进行,打开【Arctoolbox】,双击【Spatial Analyst 工具】→【地图代数】→【栅格计算器】,在【地图代数表达式】中输入公式:Con(“flow_acc”>800,1),【输出栅格】指定为:【StreamNet】如图:

武汉大学水文测验实习报告

水文测验实习报告 韦昭华 2014301580040

目录 实验一:气象要素观测实验 (3) 1.观测场 (3) 2.百叶箱 (5) 3.气温的测量 (6) 4.空气湿度的测量 (8) 5.风的测量 (9) 实验二:水文年鉴查阅和使用 (10) 实验三:参观汉口水文监测站 (14) 1.降水的观测 (17) 2.蒸散发的观测 (18) 3.参观水情气象遥测系统 (19) 实验四:流量观测 (21) 实验五:水下地形测量 (27)

实验目的: 水文资料是水利水电工程及其它建设工程规划设计的基本依据,而水文资料来源于水文测验。水文测验包括水位、流量、含沙量、输沙率、降水、蒸发、地下水水位、水质等的测定与收集,这些资料收集工作要借助于水文仪器来进行, 要靠一整套方法来完成。动手操作仪器,了解水文测验的基本方法等就是水文实习课的基本要求 实验一:气象要素观测实验 实验目的: 气象学是研究大气中所发生的物理现象和物理过程的科学。陆地水文学是研究陆地上水文循环规律的科学,包括降水的时空分布,水分的蒸发,以及地表径流和河川径流的形成过程等。 气象观测中空中气象观测和地面气象观测观测两种。本次实验进行地面气象观测,其指在地面上用目力和用设置在地面的仪器直接进行的观测。 地面气象观测的内容包括云、能见度、天气现象、风、温度、湿度、气压、降水、蒸发、日照及地温等。

1.观测场 观测场的要求: 地点一般设在能较好地反映本地较大范围气象要素特点的地方,四周必须空旷平坦,避免局部地形的影响。在城市或工矿区,观测场应选择在城市或工矿区最多风向的上风方。观测场边缘与四周孤立障碍物高度的十倍以上;距离较大水体(水库、湖泊、河海)的最高水位线,水平距离至少在 100m以上。观测场大小应为 25m×25m,如确因条件限制,可为 16m(东西向)×20m(南北向)。场地应该平整,保持有均匀草层。为保护场地的自然状态,场内要铺设0.3~0.5m宽的小路,只准在小路上行走。观测场四周应设高度约 1.2m 的稀疏围栏且四周 10m范围内不能种植高杆作物须能保持气流畅通。要保持场内整洁,经常清除观测场上的杂物。 仪器布置要求: (1)高的仪器安置在北面,低的仪器顺次安置在南面,东西排列成行;仪器之间,南北间距不小于 3m,东西间距不小于 4m。仪器距围栏不小于 3m;观测场门最好开在北面,仪器安置在紧靠东西向小路的南面;

大学水文分析及计算课程设计报告

水文分析计算课程设计报告书 学院:水文水资源 专业:水文与水资源工程 学号: 姓名: 指导老师:梁忠民、国芳

2015年06月12日 南京 目录 1、设计任务 (1) 2、流域概况 (1) 3、资料情况及计算方案拟定 (1) 4、计算步骤及主要成果 (2) 4.1 设计暴雨X p(t)计算 (2) 4.1.1 区域降雨资料检验 (2) 4.1.2 频率分析与设计雨量计算 (3) 4.2计算各种历时同频率雨量X t,P (9) 4.3 选典型放大推求X P (t) (9) 4.4 产汇流计算 (9) 4.4.1 径流划分及稳渗μ值率定 (12) 4.4.2 地表汇流 (17) 4.5 由设计暴雨X P(t)推求Q P(t) (18) 4.5.1 产流计算 (18) 4.5.2 地面汇流 (18) 4.5.3地下汇流计算 (19) 4.5.4 设计洪水过程线 (20) 5、心得体会 (22)

1、设计任务 推求良田站设计洪水过程线,本次要求做P校,即推求Q0.01%(t)。 2、流域基本概况 良田是赣江的支流站。良田站以上控 制的流域面积仅为44.5km2,属于小流域, 如右图所示。年降水均值在1500~ 1600mm之,变差系数Cv为0.2,即该 地区降雨充沛,年际变化小,地处湿润地 区。暴雨集中。暴雨多为气旋雨、台风雨, 季节为3~8月,暴雨历时为2~3日。 3、资料情况及计算方案拟定 3.1资料情况 设计站(良田)流量资料缺乏,邻近站雨量资料相对充分,具体如表3-1: 表3-1 良田站及邻近地区的实测暴雨系列、历时洪水、特大暴雨资料 站名实测暴雨流量系列特大暴雨、历史洪水 良田75~78 (4年)Q=216m3/s,N=80(转化成X1日,移置峡江站)峡江53~80 (28年) 36~80 (45年) 桑庄57~80 (24年)X1日=416mm,N=100~150(74.8.11) 寨头57~80 (24年) 沙港特大暴雨X1日=396mm,N=100~150(69.6.30)

【精选】水文水利计算

第一章绪论 1水文水利计算分哪几个阶段?任务都是什么? 答:规划设计阶段水文水利计算的主要任务是合理地确定工程措施的规模。 施工阶段的任务是将规划设计好的建筑物建成,将各项非工程措施付诸实施 管理运用阶段的任务是充分发挥已成水利措施的作用。 2我国水资源特点? 答:一)水资源总量多,但人均、亩均占有量少(二)水资源地区分布不均匀,水土资源配 置不均衡(三)水资源年际、年内变化大,水旱灾害频繁四)水土流失和泥沙淤积严重(五)天然水质好,但人为污染严重 3水文计算与水文预报的区别于联系? 答:水文分析与计算和水文预报都是解决预报性质的任务。 (1)预见期不同,水文计算要求预估未来几十年甚至几百年内的情况,水文预报只能预报 几天或一个月内的未来情况。(2)采用方法不同,水文计算主要采用探讨统计规律性的统计 方法,水文预报采用探讨动态规律性的方法。 4水文分析与计算必须研究的问题? 答:(1)决定各种水文特征值的数量大小。(2)确定该特征值在时间上的分配过程。(3)确定该特征值在空间上的分布方式。(4)估算人类活动对水文过程及环境的影响。 次重点:广义上讲,水文水利计算学科的基本任务就是分析研究水文规律,为充分开发利用水资源、治理水旱灾害和保护水环境工作提供科学的依据。 第二章水文循环及径流形成 1水循环种类:大循环、小循环 次重点定义:存在于地球上各种水体中的水,在太阳辐射与地心引力的作用下,以蒸发、降水、入渗和径流等方式进行的往复交替的运动过程,称为水循环或水分循环。 2水量平衡定义,地球上任意区域在一定时段内,进入的水量与输出的水量之差 等于该区域内的蓄水变化量,这一关系叫做水量平衡。 3若以地球陆地作为研究对象,其水量平衡方程式为 多年平均情况下的水量平衡方程式若以地球海洋作为研究 对象,其水量平衡方程式为多年平均全球水量平衡方程式 流域水量平衡的一般方程式如下:若流域为闭合流域, 则流域多年平均p=E+R 4干流、支流和流域内的湖泊、沼泽彼此连接成一个庞大的系统,称为水系。 5河流一般分为河源、上游、中游、下游及河口五段。

水文地质勘察课程设计指导书讲解

《水文地质勘察》课程设计指导书 《水文地质勘察》是一门水文与水资源工程专业重要专业课程,该课程除课堂讲授水文地质勘察基本原理和工作方法外,还要特别加强对学生实践知识、动手能力和分析问题与解决问题能力的训练。本课程设计的目的就是为了巩固课堂学习的理论知识,理论联系实际,提高学生实际分析解决问题及编写报告的初步能力,为学生毕业论文(设计)的编写打下一个良好的基础。 一、课程设计名称 1、东王村地区水文地质条件及地下水资源供水意义分析 2、编制3号专门水文地质孔设计柱状图 3、宝兰高速铁路ZK03钻孔岩心编录 二、方法与步骤 1、认真仔细阅读东王村地区水文地质资料。包括水文地质图(图1),(平面图、剖面图)及相关资料(表1、表 2、表3); 2、在系统分析东王村地区地质背景(地形、地层、构造)的基础上,对该区水文地质条件进行分析; 3、东王村地区地下水资源供水意义分析; 4、编写课程设计报告。 5、编制3号专门水文地质孔设计柱状图。 6、认真阅读宝兰高速铁路ZK03钻孔资料,对岩心进行编录并绘制钻孔柱状图。 三、有关基本知识 1、水文地质图 水文地质图是反映一个地区地下水情况及其与自然地理和地质因素相互关系的图件。它是根据水文地质调查的结果绘制的。通常由一张图(主图)或一套相同比例尺的辅助图件来表示含水层的性质和分布、地下水的类型、埋藏条件、化学成分与涌水量等。主图是为对区域地下水的形成与分布建立总的概念而编制的反映主要水文地质特征的综合性图件,即综合水文地质图。辅助图件则包括基础性图件(如地质图、地貌图、实际材料图等)、地下水单项特征性图件(如潜水等水位线及埋深图、承压水等水压线图、水化学类型分区图、地下水储量分区图等)以及专门性水文地质图(如供水水文地质图、矿区水文地质图、环境水文地质图、地下水开采条件分区图等),一般是小面积大比例尺,针对某一方面或某一项自然改造利用而编制的图件。

水文分析计算课程设计

《水文分析与计算》课程设计指导书 ———设计年径流及设计洪水的计算 一、课程设计的目的 1.掌握PIII型频率曲线的制作方法 2. 掌握设计年径流及其年内分配的计算方法 3.掌握考虑历史特大洪水的设计洪水及其过程的计算方法 二、课程设计任务 1.根据所给资料推求设计年径流与设计年内分配过程 表1是某站1958~1976年各月径流量资料,根据所给资料推求P=10%的设计丰水年、P=50%的设计平水年、P=90%的设计枯水年的设计年径流量;并计算P=90%的设计枯水年径流年内分配过程。 要求:理论频率曲线采用PIII型分布,由矩法作参数无偏估计,并以估计值为初值,用目估适线法选配理想的理论频率曲线,注意比较验证均值X a、变差系数C V、偏态系数C S对频率曲线的影响效果。检查所选最终的理论频率曲线的合理性,并计算所求设计频率的相应设计年径流,年径流分配过程采用典型年同倍比放大法。 3

三、课程设计成果要求 要求提交设计成果:一份电子文档,一份打印文档。设计中的计算可采用采用excel 或编程计算,编程语言可采用FORTRAN 语言、C 语言、Basic 语言或同等功能的语言编程。要求程序正确、可靠、可运行,符合结构化程序设计思想,具有易读性、可修改性、可验证性、通用性,关键变量应作注释说明。计算结果要表格化,便于检查、保存和打印。设计设计报告,其重点是对计算成果的说明和合理性分析及其有关问题的讨论。要求文字流畅,简明扼要;图表整齐清楚,名称、编号齐全;封面统一,最后装订成册。 四、课程设计的考核 平日考勤、设计报告,加上抽查提问及上机操作,对成绩进行综合评定。 五、课程设计时间与地点 时间: 2013年5月9日星期四 地点: 学院 六、实验原理 1.经验频率计算 经验频率:P=m/(n+1)*100%,模比系数:Q Q Ki i = 2.线型选择 频率曲线一般应采用皮尔逊Ⅲ型。 3.频率曲线参数估计 平均值:n 1 ∑== n i i Q Q 变差系数:() 1 n 11 2 --= ∑=n i i v K C 4.偏态系数:Cs=2-3Cv 七、实验步骤 1、将测站所得数据年份及年平均流量数据复制与Excel 表格中,并列出序号,同时计算出年平均流量的均值。 2、另起一列,将年平均流量数据按从大到小排列。按数学期望公式计算出相应经验频率P=m/(n+1)*100%。在画图软件上绘制经验点距。再计算出各相应的模比系数Ki (Q Q Ki i =)和(Ki-1)2。 3、选定水文频率分布线型(选用皮尔逊Ⅲ型)。 表2 某站年径流量频率计算表

水文分析计算课程设计-2.设计暴雨

2、设计暴雨推求 依据良田站控制小流域的特点,本次计算区域设计面降雨首先采用区域综合法计算面设计暴雨量,然后依据暴雨公式计算短历时设计降雨量,并选取典型暴雨同频率放大推求设计暴雨过程。 1. 区域降雨资料检验 为推求该区域设计面降雨量,选取吉安、桑庄、寨头与峡江四站降雨检验该区降雨是否选同一总体。选择四站1957~80年数据(74年出现极值暴雨,不参加检验),对各站数据取自然对数,对转换后数据进行均值与方差检验,各站转换后系列的均值及方差见表2-1。 表2-1 吉安、桑庄、寨头与峡江站最大一日降雨资料取对数转换后 的均值与方差 项目P吉安P峡江P桑庄P寨头 均值X 4.562 4.453 4.519 4.482 样本方 差0.0980.0970.1460.071 1)均值检验 选取均值差异最大的吉安站(X 1 )和峡江站(X2)两站进行检验。 假设H : X1 = X2 构造统计变量: 取α=0.10,查得|tα/2|=1.68>|t|,接受假设H,即可认为吉安、桑庄、寨头与峡江站均值相等。 2)方差检验 选取方差差异最大的桑庄站(S1)和寨头站(S2)两站进行检验。 假设H : S 1 = S 2 构造统计变量:

取α=0.10,查得F1=2.05,F2=0.49。可认为F2

从淮泗河流域水文计算浅谈水文分析与计算的新思路

1引言 目前江苏省内农区汇流计算方法主要有实测资料法和暴雨洪水图集法(以下简称图集法),图集法推荐了3种汇流计算方法,即推理公式法、瞬时单位线法和总入流槽蓄法;城市汇流计算方法主要有水文学方法(等流时线法、时段单位线法和瞬时单位线法)、水力学方法和推理公式法。农区和城区现有两种相同的汇流计算方法,即瞬时单位线法和推理公式法。由于推理公式法仅能计算出设计标准下的洪峰流量,无法得到相应的设计洪水过程线,无法将农区与城区的洪水过程同时序叠加,因此只能采用瞬时单位线法分别推求农区及城区的设计洪水过程线并同时序叠加,得到流域的设计洪水过程线。 2淮泗河流域水文计算方法 2.1淮泗河流域概况2.1.1工程概况 淮泗河已列入《江苏省中小河流专项规划(2013—式计算其他因素下的最小时间t。设V=0.2cm3,K=5.0×10-10~5.0×10-14cm/s,40cm2≤A≤400cm2,ΔP≤500kPa,其中要求A和ΔP最小情况下得1h≤t<12h的最优化配置。土工膜渗透系数试验条件优化配置结果见表3。从表3中可知,在上述测试条件下的优化配置中,K>5.0×10-10cm/s时,对测试条件可不做要求,对于K>5.0×10-14cm/s时,试样过水面积和试验水压力应选最大值;对于K<5.0×10-13cm/s时,可根据已有仪器对照表3选择。 4结论 防渗土工膜的渗透系数很小,测试往往需要很长时间,过长的试验时间又会带来渗透水量测试值的偏差,进而影响试验结果的准确,另外长时间水压力下试验还会对仪器造成损坏。因此,如何控制渗透系数试验时间,便于操作和提高试验结果的准确性有着重要的意义。为缩短测试时间,一方面可通过增大试样过水面积来缩短,但试样最大过水面积又受试验仪器限制不可能很大,另一方面可通过增大试验水压力来缩短,但试验最大水压力不能大于土工膜耐静水压。本文通过土工膜渗透系数测定中对时间最优化配置,得到:测试土工膜渗透系数K=5.0×10-10~5.0×10-12cm/s时,现行规程要求的试样过水面积和水压力条件均满足对测试时间要求;土工膜渗透系数K≤5.0×10-13cm/s时,选择试验过水面积200cm2,水压力200kPa较适宜;当土工膜渗透系数K≤5.0×10-14cm/s时,试样过水面积和试验水压力应选最大值,在这种条件下试验,应注意做好仪器保护和防止体变管水量蒸发损失措施■ 表3土工膜不同渗透系数条件下最短测试时间优化配置10010040400.20.3100400.20.2402000.21004000.21005000.22002000.22003000.23002000.23003000.24001000.24002000.2 400 500 0.951.439.534.779.537.639.53 6.366.364.249.534.77 19.07 5.0E -115.0E -12 5.0E -13 5.0E -14 100400.40.195.0E -10渗透系数 (c m/s )时间 (h )条件渗透水量 (c m 3)面积(c m 2)水压力 (kPa )【摘要】随着社会经济的发展, 城市化进程的加快,城市面积不断扩大,改变了流域的下垫面条件,导致流域的产汇流条件发生显著变化,进而对流域洪水产生一定的影响。由于城区与农区产汇流条件差异较大,城区洪水具有产汇流快、洪水过程线历时短、洪峰流量大等特点,对于流域范围内既有城区又有农区的河道,传统的水文分析与计算方法并不适用,目前尚无这类河道水文计算的通用方法。本文以淮泗河水文分析方法为例,探讨适用这类河道的水文分析与计算方法。【关键词】城市洪水 水文分析 瞬时单位线 胡建林 杨 飞仲兵兵 陈宗桥 (淮安市水利勘测设计研究院有限公司淮安 223005) 从淮泗河流域水文计算浅谈水文分析与计算的新思路 科技论坛

螳螂川青龙~蔡家村河段电站水文分析计算报告

昆明市西山区 螳螂川青龙~蔡家村河段水电站工程 初步设计报告 2.水文

目录 2.水文 (1) 2.1流域概况 (1) 2.1.1自然地理及河流概况 (1) 2.1.2流域内水利工程分布情况 (3) 2.1.4水文气象概况 (7) 2.2水文基本资料 (8) 2.2.1水文气象站点 (8) 2.2.2水文资料“三性”分析 (8) 2.3径流 (12) 2.3.1滇池入湖水量计算 (12) 2.3.2滇池出湖水量计算 (12) 2.3.3滇池~蔡家村站区间水量计算 (15) 2.3.4蔡家村站规划水平年径流量计算 (16) 2.3.5年径流合理性分析 (18) 2.3.6电站设计年径流量 (19) 2.3.7设计代表年径流分配 (20) 2.4洪水 (21) 2.4.1洪水标准 (21) 2.4.2洪水特性分析 (21) 2.4.3蔡家村水文站设计洪水计算 (22) 2.4.4设计洪水合理性检查 (23) 2.4.5电站坝址设计洪水 (25) 2.5枯季施工洪水 (25) 2.6泥沙 (26)

2.水文 2.1流域概况 2.1.1自然地理及河流概况 普渡河属金沙江下段右岸一级支流,位于东经102°09′~103°05′、北纬24°28′~26°18′范围内,流域地势南低北高、东高西低,南部为滇池盆地,北部为禄劝深山河谷,南北最长205 km,东西最宽90 km,平均海拔高程2250 m,涵盖了昆明市嵩明县、官渡区、盘龙区、五华区、西山区、呈贡县、晋宁县、安宁市、富民县、禄劝县、寻甸县、东川市共12个县(市)区和楚雄州禄丰县、武定县一部份。流域东面受禄劝县拱王山(向南延伸至嵩明县草白龙山及呈贡县梁王山)控制,与东川市小江水系、寻甸县牛栏江水系及宜良县南盘江水系相分隔,流域西面受武定县及禄劝县境内三台山(向南延伸至禄丰县及安宁市)控制,与武定县猛果河水系相分隔,流域南面则背靠晋宁县白龙山,与玉溪市元江流域为枕,流域北面为金沙江河谷,为普渡河金沙江汇入口。 根据云南省水利厅2002年7月出版的《云南省河流状况》调查报告,普渡河发源于嵩明县大哨乡梁王山喳啦箐,源地高程2705 m,河口处高程762 m,全河总落差1943 m,全长363.6 km,平均比降5.3‰,控制径流面积11657 km2。 习惯上将普渡河流域分为三段,滇池出口海口以上为普渡河上游区,称为滇池流域,控制径流面积2920 km2,河长(含滇池)120 km,其中:滇池水面30.2 km,滇池入湖干流盘龙江嵩明境内河长46.6 km,官渡区境内河长37.7 km,盘龙区境内河长5.5 km。

河海大学水文分析与计算课程设计报告定稿版

河海大学水文分析与计算课程设计报告 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

水文分析计算课程设计报告书 学院:水文水资源 专业:水文与水资源工程 学号: 姓名: 指导老师:梁忠民、李国芳 2015年06月12日 南京 目录 1、设计任务 (1) 2、流域概况 (1) 3、资料情况及计算方案拟定 (1) 4、计算步骤及主要成果 (2) 4.1 设计暴雨X p(t)计算 (2) 4.1.1 区域降雨资料检验 (2) 4.1.2 频率分析与设计雨量计算 (3) 4.2计算各种历时同频率雨量X t,P (9) 4.3 选典型放大推求X P (t) (9) 4.4 产汇流计算 (9) 4.4.1 径流划分及稳渗μ值率定 (12) 4.4.2 地表汇流 (17) 4.5 由设计暴雨X P(t)推求Q P(t) (18) 4.5.1 产流计算 (18) 4.5.2 地面汇流 (18)

4.5.3地下汇流计算 (19) 4.5.4 设计洪水过程线 (20) 5、心得体会 (22)

1、设计任务 推求江西良田站设计洪水过程线,本次要求做P 校,即推求Q 0.01%(t)。 2、流域基本概况 良田是赣江的支流站。良田站以上控制的流域面积仅为44.5km 2,属于小流域,如右图所示。年降水均值在1500~1600mm 之内,变差系数Cv 为0.2,即该地区降雨充沛,年际变化小,地处湿润地区。暴雨集中。暴雨多为气旋雨、台风雨,季节为3~8月,暴雨历时为2~3日。 3、资料情况及计算方案拟定 3.1资料情况 设计站(良田)流量资料缺乏,邻近站雨量资料相对充分,具体如表3-1: 表3-1 良田站及邻近地区的实测暴雨系列、历时洪水、特大暴雨资料 3.2 方案拟定 本次课设采用间接法推求设计洪水,即是由推求的设计暴雨, 经过产汇流计算得到设计洪水。示意图如下: 4、设计暴雨XP(t)的计算 4.1 设计暴雨X p (t)计算 4.1.1区域降雨资料检验 站名 实测暴雨流量系列 特大暴雨、历史洪水 良田 75~78 (4年) Q=216m 3 /s ,N=80(转化成X 1日,移置峡江站) 峡江 53~80 (28年) 吉安 36~80 (45年) 桑庄 57~80 (24年) X 1日 寨头 57~80 (24年) 沙港 特大暴雨 X 1日 (移置到寨头站)

水文分析与计算知识重点

水文分析与计算 第二章洪峰和时段洪量频率分析 水文过程的随机特性描述 洪水资料的分析和处理 历史洪水的调查和考证 设计成果的合理性分析 抽样误差和安全修正值 第三章防洪安全设计和设计洪水 防洪水文设计概念 设计频率(标准)与设计洪水概念 设计洪水过程线 设计洪水的地区组成 入库设计洪水和分期设计洪水 第四章设计暴雨分析计算 暴雨特性分析 点暴雨频率计算 面暴雨量频率计算 设计暴雨时空分布计算 由设计暴雨推求设计洪水 第五章小流域设计洪水计算 小流域设计洪水计算特点、方法 小流域设计暴雨 推理公式推求设计洪水 水科院推理公式 设计洪水过程线 地区经验法推求设计洪水 第六章可能最大暴雨/洪水(PMP/PMF)计算 概述 可降水量计算 PMP推求 短历时PMP PMP等值线图应用 第七章设计年径流及其分配 概述 年径流的影响因素分析 设计年径流计算的一般方法 缺乏资料时设计年径流计算 设计枯水径流计算 负偏(Cs<0)分布的频率计算

第二章洪峰和时段洪量频率分析 1.洪水资料的分析处理:洪水资料的选样→洪水资料的审查→洪水资料的插补延长→洪水资料代表性分析方法。 (一)洪水资料的选样: (1)年最大值法:每年选取一个最大值,n年资料可选出 n项年极值,包括洪峰流量和各种时段的洪量。 (2)年多次法:每年选取最大的k项,则由n年资料可选出n*k项样本系列,k对各年取固定不变,如k=3、5等。 (3)超定量法:选定洪峰流量和时段洪量的阀值Q mo、W to,超过该阀值的洪水特征均选作为样本,每年选出的样本数目是变动的。 (4)超大值法:将n年资料看作一连续过程,从中选出最大的n项。(相当于以第n项洪水为阀值的超定量法) 对一般水利工程:采用年最大取样;对城市雨洪排水和工矿排洪工程:年多次法。 (二)洪水资料的审查(“三性审查”) (1)可靠性分析:主要审查由于人为或天然原因的造成的资料错误或时空不合理现象。审查的具体内容一般包括: 1)水位资料的审查:了解水位基准面的情况,水尺零点高程有无变化,检查施测断面有无变动。 2)检查流量测验情况:检查测验方法、仪器等情况。如断面布设是否合理、浮标测流系数是否合理、水位流量关系有无问题,特别是水位流量关系曲线的延长部分是否合理。 3)检查上下游河岸整治、溃堤、分洪、改道、堵口等情况及人类活动的情况。 (2)一致性分析:样本是否来自同一总体。 不一致原因: 1)上游修建水库蓄水,改变原天然洪水、径流过程; 2)大洪水情况下分洪或发生决口、溃堤; 3)气候变化、下垫面覆被/土地利用变化。 分析方法:水量平衡原理修正、相关关系修正、水文模型修正。 (3)代表性分析:代表性是指样本与总体接近的程度。 其他条件相同时,样本容量越小,抽样误差愈大;提高样本代表性的主要途径是增加样本长度;方法:历史洪水调查、插补延长、古洪水探测。 (三)洪水资料的插补延长 (1)根据上下游测站的洪水特征值进行插补延长 (2)利用本站峰量关系进行插补延长 (3)利用降雨径流关系进行插补延长 (4)根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长 注意事项: 1)参证站和设计站在成因上有密切的联系,参证站具有充分长的资料,两站有一段相当长的平行观测资料 2)插补系列的项数一般不宜超过实测项数n,最好不超过n/2 3)外延不宜太远:对洪水,一般不超过实测资料的30% 4)相关密切, ρ>0 2.洪水调查的意义: (1)增加样本容量,提高代表性。;

水文气象报告

目录 1 前言 2 沿线水文条件 3 河流跨越 3.1 颍河 3.2 泉河 4 设计气象条件选择 4.1 气象站及气候概况 4.2 设计最大风速取值 4.3 导线覆冰取值 4.4 气温及雷暴日数 5 结语 1 前言 工程,为一新建工程,该工程主要为电气化铁路配套的110kV太和牵引站供电。 本线路位于安徽省阜阳市及所属太和县境内,线路起自110kV太和牵引站,终止与在建的220kV程集变电站,线路路径走向主要向南方向,分别跨越颍河及泉河,颍河及泉河均为通航河流,线路路径长约km。 本阶段水文气象专业的主要工作是:现场踏勘、水文调查、气象调查、收资。主要进行沿线历史洪水调查、洪涝调查、大风及覆冰等气象灾害的调查,收集沿线水利工程设施及规划,附近线路运行情况,线路沿线气象站最大风速、覆冰、气温、雷暴日数等气象资料。内业工作主要是分析计算水文、气象等设计参数,并分析确定设计气象条件,编制水文气象报告。 本线路经过地区有阜阳市及太和县气象观测站,与线路相距较近,具有多年观测统计资料,是本工程气象原始资料的主要来源。 注:报告中水位及高程均为黄海高程系统。 2 沿线水文条件 本线路所经地段地貌单元主要为淮北平原区,地形略有起伏,地形总趋势为自西北向东南倾斜。 本线路位于安徽省阜阳市及所属太和县境内,线路起自110kV太和牵引站,向行走,经过新陈集西,傅庄,孙营,于龙口以东跨越颍河,继续向南行走,经李集西,后新庄,于张三湾以西跨越泉河,继续向南行走,直至220kV程集变电站。线路总长约km,跨越颍河、泉河为通航河流。 本线路经过老泉河洼地内涝积水区,主要分布小胡至泉河北岸,原为泉河,后泉河改道后,现为泉河洼地。据现场查勘及水利部门收资了解到,1954年泉河大洪水时地面淹没水深1.5~2.0m,可行小船;1975年大水期间,地面有积水,水深一般约1.0~1.5m。在一般年份,泉河洼地地段,存在内涝积水,水深0.5~1.0m,时间较长。 本线路沿线经过一些小的沟渠,如柳青沟柳河等,它们分别汇入颍河或泉河,主要起到排泄内涝积水的作用,目前无大的整治规划,其最高水位建议按现状堤顶高程确定。 本线路经过一些小的排涝及灌溉沟渠,线路立塔位置只要留有一定的距离即可。 3河流跨越

水文分析与计算(20110801)

水文分析与计算 1 旧石马河基本概况 旧石马河位于石马河西侧,原为石马河河道,1966年东深供水工程建设时兴建了部分新河道,现该河道主要排除区内西侧大部分地区的雨水,为天然土渠。全流域面积17.8km2,干流河长6.3km,河道加权平均坡降1‰,旧石马河排站以上面积16.8km2,干流河长5.6km,河道加权平均坡降1.4‰。建塘水闸至环城路段长约3.8km,河底宽约30~90m。主要支流有东岸涌、湖头水、新湖水、面前湖水等。旧石马河部分跨河建筑物过水断面狭窄,还有很多地段房屋建在渠道上,严重缩窄了渠道断面,影响泄洪。 2 水文资料情况 桥头镇没有水文观测站及气象观测站,仅在镇水利所设有雨量观测设施。本次收集了镇水利所1993~2007年共15年的日降雨观测资料和东莞市气象局1957~2005年降雨观测资料及历年最大1日降雨量。因镇水利所观测资料序列较短,且没有经过整编,本次仅采用收集到的东莞市气象局观测的1957~2005年资料分析桥头镇的降雨特征。 3 暴雨及洪水特性 暴雨类型主要有锋面雨和台风雨,锋面雨一般发生在4~6月,降雨范围和强度大、历时长;台风雨一般出现在7~9月,降雨范围小、历时短,强度大。一次降雨持续时间多在三日以内,以一日为主。

从降雨量及降雨过程特征分析可知,造成局部地区洪涝灾害的降雨主要为短历时暴雨,其特点是暴雨历时短而强度大。 本地区洪水由暴雨形成,洪水出现时间与暴雨出现时间相一致,也大多发生于4~9月。 4 设计暴雨计算 (1)实测暴雨成果 根据东莞市气象局资料,以及东莞其他站点最大1日与最大24h 暴雨,分析得最大24h暴雨与最大1日暴雨换算系数为1.1,求得东莞市1957~2005年历年最大24h暴雨系列,采用PIII型曲线进行适线分析,得到设计暴雨参数和设计结果(表1)。 表1 东莞市最大24h暴雨频率分析成果 (2)等值线成果 设计洪水分析计算需要有不同历时暴雨,但短历时暴雨的实测资料一般完整性较差,也难于收集,因此,采用《广东省暴雨参数等值线图》(2003年版)(以下简称《等值线图》查算不同历时的暴雨参数。 根据桥头镇中心位置,查《广东省暴雨径流查算图表》(以下简称《图表》)和《等值线图》,求得不同时段暴雨均值和变差系数,结果见表2。

海原县陶家沟水库水文分析报告

海原县陶家沟水库水文分析计算报告 二○一二年七月

项目名称:海原县陶家沟水库水文分析计算报告委托单位: 承担单位: 批准: 审定: 审核: 项目负责: 报告编写:

目录 1任务由来 (1) 2流域概况 (1) 2.1自然概况 (1) 2.2气象要素 (2) 3水文站点及水文资料 (2) 4水文要素 (3) 4.1降水 (3) 4.2水面蒸发 (3) 4.3径流 (4) 4.4悬移质输沙量 (4) 5暴雨洪水特性 (4) 5.1暴雨特性 (4) 5.2洪水特性 (5) 6.设计洪水 (5) 6.1设计暴雨 (5) 6.2设计洪水 (6)

海原县陶家沟水库水文分析计算报告 1任务由来 为了充分发挥水利工程设施在国民经济持续发展中的基础作用,减少洪水灾害损失,改善当地生态环境,提高当地群众的生产生活条件,保证库区生产安全,海原县水务局拟对陶家沟病险水库除险加固,委托宁夏水文水资源勘测局编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》,我局接到任务后,经现场勘测和收集相关水文资料,编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》,为该工程提供设计依据。 2流域概况 2.1 自然概况 陶家沟水库地处海原县树台乡王坡村,水库大坝选址在园河支流韩庄河流域陶家沟出口,地理位置为东经105°30′26.8″,北纬36°29′10.6″(位置图见附图1),坝址以上控制流域面积15.8km2(经量算),河长9.0km,为小(二)型洪水库。水库始建于1975年,总库容15万m3,现状最大坝高16米。水库主要功能是拦沙防洪,保证下游群众的生命生产安全,经过多年运行,水库淤积严重,输水建筑物老化失修,现有效库容不能满足防洪要求。 陶家沟发源于南华山西麓,流域属中温带干旱黄土丘陵区,多山岑沟壑,沟道发育良好,自然发育,土壤为黑垆土,植被覆盖率低,植被较差,水土流失比较严重。

水文分析

遥感与地理信息系统上机报告 班级:地化21202 序号:15 姓名:成绩: 一、实验题目:水文分析 二、实验目的 1. 了解ArcGIs,Maplnfo的基本功能; 2. 利用水文分析工具提取地表水流径流模型的水流方向、汇流累积量、水 流长度、河流网络以及对研究区的流域进行分割等。 三、实验方法与结果: 转成矢量河流数据(Stream To Feature)Archydro模型上机实习内容; 1.数据准备:数字高程模型(DEM), 首先导入已知DEM的矢量数据,利用ArcGIS的ArcToolBox中Data Management Tools/Raster/CLIP工具,载出所需流域DEM数据。 水文流域DEM数据图1 2.流向计算 利用原始DEM数据,采用Flow Direction工具计算,得到每个表格的流

向。 3.洼地计算 基于原始DEM的坡向,计算洼地。

经过求洼后的洼地分布图 4.填洼计算 根据Sink扫描找出洼地,用Fill工具将洼地点的高程值设为与相邻点的最小高程值,这样迭代直到填平所有的洼地。填洼后形成了新的经过修正无凹陷DEM。 填洼后无凹陷DEM图 5.重新计算流向数据利用FILL后的新的DEM重新计算Flow Direction。

填洼后的流向计算 6.汇流累积量计算 6.1 利用无凹陷的dem求坡向,得到坡向分布数据。 6.2 利用flow accumulation命令计算出每个格网上淤累积汇流数,越是 上游的格网累积量越小;越处于下游累积数越大。 汇流累积量计算

7.水流长度 水流长度指地面上一点沿水流方向到流向起点(或终点)间的最大地面距离在水平面上的投影长度。 (1)在arctoobox中选择[spatial analyst 工具]/[水文分析]/[水流长度],打开水流长度工具; (2)[输入栅格流向数据]为fdirfill;在[输出栅格]中指定保存路径及名称;(3)[侧向方向]:选择downstream或upstream; (4)[输入权重栅格数据]; (5)单击[确定],完成操作。

水力计算案例分析报告

学院工程技术学院课程设计任务书 2013年 12 月 2 日至 2013 年 12 月 20 日 课程名称:工程水文案例分析及实训 专业班级: 2011级水利水电工程1班 姓名:飘 学号: 1115030041 指导教师:洪晓江 2013年12月2日

案例一流域产流与汇流计算 习题4-2 某流域1992年6月发生一次暴雨,实测降雨和流量资料见表4-13。该次洪水的地面径流终止点在27日1时。试分析该次暴雨的初损量及平均后损率,并计算地面净雨过程。 表4-13 某水文站一次实测降雨及洪水过程资料 案例二设计年径流量分析计算 习题7-2 某水利工程的设计站,有1954~1971年的实测年径流资料。其下游有一参证站,有1939~1971年的年径流系列资料,如表7-7所示,其中1953~1954年、1957~1958年和1959~1960年,分别被选定为P=50%、P=75%和P=95%的代表年,其年的逐月径流分配如表7-8示。试求: m s 表7-7 设计站与参证站的年径流系列单位:3/ 注本表采用的水利年度为每年7月至次年6月。

(1)根据参证站系列,将设计站的年径流系列延长至1939~1971年。 (2)根据延长前后的设计站年径流系列,分别绘制年径流频率曲线,并分析比较二者有何差别。 (3)根据设计站代表年的逐月径流分配,计算设计站P=50%、P=75%和P=95%的年径流量逐月径流分配过程。 表7-8 设计站代表年月径流分配 单位:3/m s 案例三 洪峰流量推求计算 习题8-1 某河水文站有实测洪峰流量资料共30年(表8-10),根据历史调查得知1880年和1925年曾发生过特大洪水,推算得洪峰流量分别为32520/m s 和32100/m s 。试用矩法初选参数进行配线,推求该水文站200年一遇的洪峰流量。 表8-10 某河水文站实测洪峰流量表 案例四 暴雨资料推求设计洪水 习题9-3 已知设计暴雨和产、汇流计算方案,推求P=1%的设计洪水。 资料及计算步骤如下。 (1)已知平恒站以上流域(2992F km =) 1%P =的最大24h 设计面雨量为152mm ,其时程分配按1969年7月4日13时至5日13时的实测暴雨进行(表9-9),Δt 取3h ,可求得设计暴雨过程。

工程水文分析计算集成应用软件[v2.28]_使用说明书

工程水文分析计算集成应用软件PHAC v2.28 使用说明书 贵州省水利水电勘测设计研究院 2011年8月18日

目录 1概述 (1) 2主要计算内容和结构特点 (1) 2.1 计算内容和单元 (2) 2.2 软件结构和特点 (2) 3软硬件环境要求 (3) 4使用说明 (3) 4.1 系统安装 (3) 4.2 系统启动 (5) 4.3 一般性的Windows窗口操作 (5) 4.4 数据库通用操作 (5) 4.5 计算过程简述 (7) 4.6 各计算单元使用说明 (8) 4.6.1 P—Ⅲ型频率曲线分析计算 (8) 4.6.2 河道加权平均比降计算 (11) 4.6.3 水库库容曲线计算 (13) 4.6.4 径流及降水系列统计分析 (16) 4.6.5 暴雨洪水计算 (21) 4.6.6 洪水过程线同频率法放大 (27) 4.6.7 水位流量关系计算 (30) 4.6.8 水库泥沙淤积计算 (33) 4.6.9 河道水面线推算 (38) 4.6.10 农作物灌溉定额计算 (43) 4.6.11 水库灌溉及乡镇供水计算 (46) 4.6.12 水能计算 (50) 4.6.13 洪水调节计算 (53) 4.6.14 渠道设计流量计算 (56) 4.6.15 绘制相关线等水文常用曲线 (58) 4.7 主窗口的编辑功能 (59) 4.7.1 文本编辑环境 (59) 4.7.2、图形绘制环境 (61) 4.8 其它操作及事项 (62) 5、结束语 (64)

1 概述 水文是水利水电工程勘测设计的主专业之一,主要任务是对水利水电工程的水文、水利进行分析计算,以确定工程规模、等级和将发挥的效益,涉及到流域特性、气象、径流、洪水、泥沙、水利动能等内容。其中大量的工作发生在数理统计、水文系列资料统计和水量平衡等方面上,分析计算工作是水文专业的主要特点。一直以来,作为水文工作者,我们都力求从繁琐的计算工作中解脱出来,因此,从八十年代的PC—1500机到当初简陋的苹果机,后来再由DOS到Windows操作平台,我们的软件开发工作就从未间断过,1998年推出《工程水文分析计算集成应用软件PHAC v1.0》,采用全新的Windows界面,不再是过去那种单打一的小计算程序,而是将水文专业大部分计算内容集成化的大软件,所有的输入数据及主要计算结果均以数据库存档,计算结果以各种图表输出,还可自动生成常用的AutoCAD图形,可以说,本软件是一个大型的计算机辅助设计集成应用软件。工欲善其事,必先利其器,使用本软件,可提高工效数十倍,大大缩短设计周期,经济效益十分显著。目前,这一软件已经成为我院水文专业人员不可多得的好帮手,并欢迎省内外同行业人员推广应用。 《工程水文分析计算集成应用软件PHAC v2.28》(2011)是在前述版本的基础上,不断修改更新的结果。本软件2000年通过贵州省水利厅鉴定,并荣获贵州省第四次工程设计计算机优秀软件贰等奖,荣誉证书如下: 2 主要计算内容和结构特点 本软件是集成化的工程水文分析计算辅助设计应用系统。在Windows平台上集数据库、AutoCAD于一身。是经我院从事水文工作近二十年的专业工程师,积多年的工作和编程经验,历经无数次的优化和实际应用而推出的。软件产品具有极佳的可靠性,功能强大、操作简便

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