4第四章河川径流情势特征值分析与计算
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河川径流
第四章
河川径流情势 特征值分析与计算
4.1设计年径流的分析与计算 4.2设计洪峰流量(水位)的分析与计算
45
1
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
一、概述
1.设计洪水
洪水的概念 右图中： t1——涨水历时 t2——退水历时 T——洪水总历时 WT——一次洪水总量 Qm——洪峰流量
Q
B
Qm 洪水过程
计暴雨推求设计净雨，在推求设计洪水。
45 11
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.设计洪水计算的基本方法
由气象资料推求设计洪水(地区综合经验公式)
缺乏降雨径流资料，通过对气候和下垫面因素相似
地区与调查的洪水资料，建立洪峰流量或总量与主要 影响因素之间相关关系。 由可能最大降水推求设计洪水
45
23
有特大洪水的洪水样本系列经验频率的确定： 连序系列与不连序系列：指所构成的样本系列有无空位。
缺测
45
24
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
三、设计洪峰流量与水位计算
1.特大洪水处理
指特大洪水加入系列后，样本成为不连序系列，其 经验频率和统计参数的计算与连序系列不同。 考虑特大洪水时，经验频率的计算是采用将特大洪 水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算的方法。
45 27
1）独立样本法
把实测一般洪水系列与特大洪水系列都看作是从总体 中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可在各自系列中 连序排位，则特大洪水在不连序N年系列第M项经验频率计算 公式为：
M PM M 1,2,...,a N 1
式中，N为首项特大洪水重现期
N = T2 - T1 + 1
m l 1, l 2,, n
河川径流情势 特征值分析与计算
4.1设计年径流的分析与计算 4.2设计洪峰流量(水位)的分析与计算
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
一、概述
1.设计洪水
洪水的概念 右图中： t1——涨水历时 t2——退水历时 T——洪水总历时 WT——一次洪水总量 Qm——洪峰流量
Q
B
Qm 洪水过程
计暴雨推求设计净雨，在推求设计洪水。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.设计洪水计算的基本方法
由气象资料推求设计洪水(地区综合经验公式)
缺乏降雨径流资料，通过对气候和下垫面因素相似
地区与调查的洪水资料，建立洪峰流量或总量与主要 影响因素之间相关关系。 由可能最大降水推求设计洪水
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23
有特大洪水的洪水样本系列经验频率的确定： 连序系列与不连序系列：指所构成的样本系列有无空位。
缺测
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
三、设计洪峰流量与水位计算
1.特大洪水处理
指特大洪水加入系列后，样本成为不连序系列，其 经验频率和统计参数的计算与连序系列不同。 考虑特大洪水时，经验频率的计算是采用将特大洪 水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算的方法。
45 27
1）独立样本法
把实测一般洪水系列与特大洪水系列都看作是从总体 中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可在各自系列中 连序排位，则特大洪水在不连序N年系列第M项经验频率计算 公式为：
M PM M 1,2,...,a N 1
式中，N为首项特大洪水重现期
N = T2 - T1 + 1
m l 1, l 2,, n
思考题与习题
思考题与习题第2章 水文学的一般概念与水文测验2.1 如何量取河长?如何计量某河段的弯曲系数？ 2.2 简述平原河道平面形态特点与水流冲淤特性。
2.3如题2.3表，已知各河段特征点的河底高程及其间距，试求各河段的平均比降及 全河的平均比降。
2.4 什么叫流域分水线?如何量取流域面积？2.5 河川径流一般指的是什么?河川径流量可用哪几个特征值表示？2.6某河某水文站控制流域面积为566km 2,多年平均径流量为8.8m 3 / s ,多年平均降雨量为686.7mm ,试求其各径流特征值。
河段平均比降计算资料题2.3表2.7 我国南、北方河流的特征时期是什么？ 2.8 影响径流的主要因素有哪些？2.9什么叫水位?如何测定水尺的零点高程？2.10 简述如何用流速仪测量流速并计算流量。
2.11 含沙量与输沙率有何不同？ 2.12已测得13对水位一流量关系如题2.12表1所示，另有实测的水位一面积、水位一水面宽度以及用流速仪测得的4个水位一流量关系如题2.12表2所示。
试用断面特征法 将水位一流量关系曲线延长到最高水位H =4.0m 处。
实测水位一流量关系题2.12表1第三章水文统计基本原理与方法3.1 水文计算为什么要采用数理统计法？3.2 频率、概率和累积频率有什么区别?扼要说明累积频率的基本特性。
3.3 什么叫重现期?它和物理学中的周期有何区别？ 3.4 累积频率与设计频率有何区别？ 3.5 简述经验适线法的操作步骤。
3.6 试述计算经验频率曲线及理论频率曲线的意义。
3.7 设有系列：1, 2, 3, 4, 5, 6, 20,试求此系列的统计参数。
3.8有A , B 两系列，A 系列平均数为弓，偏态系数C s A ,对应的累积频率为P A ； B 系列平均数为，偏态系数为C s B , B 对应的累积频率为P B 。
若C s A >C s B ,试分析P A 与 P B 哪个大（扼要说明原因）？3.9已知统计参数Q =1000m 3/s , C v =0.5, C s =2C v ,试绘制理论频率曲线，并确定P =1%时的设计流量Q 设。
河川径流
为了便于对河川径流的分析研究和对不同河川径流进 行比较，就必须使用具有一定物理意义的，又能反映 径流变化尺度的径流特征值。它是说明径流特征的数 值。最常用的径流特征值有：
（l）流量Q 流量是指单位时间内通过某一横断面的水量，常用 单位为m3/s。其计算式：
Q＝AV A为过水断面面积（m2)；V为断面平均流（m/s）。 流量有瞬时流量、日平均流量、月平均流量、年平均 流量、多年平均流量等。
（2）填洼的特点 ①只有在有超渗雨或坡面流水的地方才 会产生填洼 即当降雨强度i小于下渗强度f时，全部降 雨下渗；当降雨强度大于下渗强度时， 就会有部分雨水被填洼。 ②填洼的水量最终消耗于蒸发和下渗。
（3）影响填洼的因素 填洼的水量大小与闭合洼地数量、大小 有关。 总之，在蓄渗过程中，植物截留、下渗、 填洼和蒸散发，都是降雨的损失过程， 只有当蓄渗得到满足之后才会产生地表 径流。
超渗雨水或超蓄雨水在重力作用下沿着坡面流 动的细小水流，叫做坡地漫流或坡面漫流。 当蓄渗得到满足以后，开始产生大量的地面径 流，进入漫流阶段。在漫流过程中，坡面水流 一方面继续接受雨水的补给，分别注入不同的 河槽；另一方面又继续消耗于下渗和蒸发。其 中下渗的水，一部分在一定条件下形成壤中流； 另一部分补给地下水，以地下径流形式流入河 槽。
mi Qi Ri Ki m0 Q0 R0
式中，m，Q，R含义同上。
问题：径流系数为1的含义？
上述这些径流特征值之间都存在着一定的关系， 并且可互相转换（表5．3）。
降雨强度，雨前土壤 含水量（影响下渗 率），与降雨量关系 不大 湿润地区或半干旱、半湿润 干旱地区或半湿润、 地区的多雨季节 半干旱地区的多雨季 节
径流调节
1.2!河川径流的表示方法及其基本特性
!一"径流的表示方法和度量单位
径流的表示方法和度量单位常用的有如下几种!
"##流量1!单位时间内流过河流某断面的水体积称为流量$以 *(%.计!根据某一 断面各个时刻=测得的流量 9$可绘得流量过程线 9/S"=#!各个时刻的流量是指该时刻 的瞬时流量!此外$还可以求得日平均流量&月平均流量&年平均流量及多年平均流量值!
行方法是通过实测样本资料来间接推求"估计$径流年际变化的总体统计规律的%这种方
法就是频率计算法%
水利工程的设计数据!通常用频率计算并根据设计频率而求得的%对应设计数据的
频率称为设计频率%设计频率和设计数值都反映设计标准%各类水工建筑物的设计标准
是由国家制定规范来规定的%
"#$频率计算的基本概念&
#$随机变量%为了认识自然界的运动规律!必须进行各种科学实验%在科学试验中!
要研究径流的变化规律"首先必须了解自然界的水循环# 地球上的水分主要存在于地表面上!地表面下及大气层中#由于太阳辐射热及地球 引力的作用"地球上各部分的水分不断地相互转换#地球表面的水受到太阳辐射热的作 用蒸发变为水汽"被气流带到空中"在适当的条件下凝结成水"以降水形式落到地面"降落 到地面的水"一部分蒸发"另一部分汇入河道流至海洋"这种周而复始的循环过程称为水 循环#形成水循环的内因是水的物理特性"因为水随着温度的不同"以固体!液体和气体 三种形态出现"因而使水分在循环过程中有转移!交换的可能#外因是太阳辐射热和地球 引力#太阳辐射热是地表热能的主要源泉"它促使冰雪融化!水分蒸发!空气流动等"因而 是水分循环的动力&地球引力是促使地面水流流归海洋的动力#除此而外"水循环路线的 构成和性质"流域的地质!地貌!土壤植被情况"对水循环也有一定的影响#
第四章河川径流PPT课件
河网密度表示一个地区河网的疏密程度。 它是流域中径流发展的标志之一。河网密 度越大，流域被洪水切割程度越大，径流 汇集较快；河网密度小，径流汇集慢，流 域排水不良。
Beijing Forestry
高甲荣 河川径流（水文与水资
University
源学）
15
河流的弯曲系数
某河流的实际长度与河流直线长度之比称河流 的弯曲系数。
上游：河谷狭、比降陡、流量小、流速大、冲刷占优势、 河槽多为基岩或砾石、多急滩、瀑布。黄河—内蒙托克托 县河口镇，长江—湖北宜昌
中游：中游比降与流速减小、流量加大、冲刷淤积都不严 重、河槽多为粗沙。长江—江西的湖口，黄河—河南孟津
下游：比降与流速更小、流量更大、淤积占优势、多浅滩 沙洲、河槽多细沙或淤泥
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高甲荣 河川径流（水文与水资
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源学）
12
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高甲荣 河川径流（水文与水资
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源学）
13
河长
在河槽中各断面的最低点的联线称为溪线，或中 泓线。
从河口到河源，沿河道溪线量得的距离为河长， 单位为km。
一般小比例尺的地形图不易找出河源，可将干流 最上游的看得清的溪线，沿垂直于等高线的方向 延长至分水线即河长的终点。
高甲荣 河川径流（水文与水资
University
源学）
6
水系横贯自然景观，如同身体中的血管
Beijing Forestry
高甲荣 河川径流（水文与水资
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源学）
7
水系的命名
外流河—流入海洋的河流，如长江、黄河
内流河—凡流入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流， 如新疆的塔里木河，青海的布喀河
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河流的弯曲系数
某河流的实际长度与河流直线长度之比称河流 的弯曲系数。
上游：河谷狭、比降陡、流量小、流速大、冲刷占优势、 河槽多为基岩或砾石、多急滩、瀑布。黄河—内蒙托克托 县河口镇，长江—湖北宜昌
中游：中游比降与流速减小、流量加大、冲刷淤积都不严 重、河槽多为粗沙。长江—江西的湖口，黄河—河南孟津
下游：比降与流速更小、流量更大、淤积占优势、多浅滩 沙洲、河槽多细沙或淤泥
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河长
在河槽中各断面的最低点的联线称为溪线，或中 泓线。
从河口到河源，沿河道溪线量得的距离为河长， 单位为km。
一般小比例尺的地形图不易找出河源，可将干流 最上游的看得清的溪线，沿垂直于等高线的方向 延长至分水线即河长的终点。
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水系横贯自然景观，如同身体中的血管
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7
水系的命名
外流河—流入海洋的河流，如长江、黄河
内流河—凡流入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流， 如新疆的塔里木河，青海的布喀河
工程水文学第四章
PP 1P2n . ..Pn 1 ni n1Pi
2. 垂直平分法（泰森多边形法） 条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。 假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
3. 等雨量线法 条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。
2.径流过程线的分析 2.径流过程线的分析
（3）
3. 径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：
R 3.6Qt
F
Q(m3/s)
前期洪 水未退 完的部 分
B 本次降雨形成的径流过程
H
C
I
C’ A
D E
F
D’
G
t(h)
深层地下径流（基流）
C′D′D的面积与AEF大约相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA
第四节 超渗产流的产流量计算
（一）概述 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的
下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强 度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是确定流域下渗的 变化规律。
第四节 超渗产流的分析与计算
流第 域四 产章 汇 流 分 析
第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理 和计算方法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨径流预报等内容的基础。
降雨P(t) 蒸发E(t)
产流计算
净雨R(t)
数量上相等
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第一节 概述
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着汇入地面和地下河网，并经河网汇流形成流域出口的径流过程的计算称
2. 垂直平分法（泰森多边形法） 条件：流域雨量站分布不太均匀，为了更好地反映各站在计算流域平均雨量中的作用。 假设：流域各处的雨量可由与其距离最近的雨量站代表。
PP 1f1P 2f2 F ...P nfni n1P i F fi
3. 等雨量线法 条件：当流域地形变化较大，而雨量站分布较密，能结合地形变化绘制等雨量线时。
2.径流过程线的分析 2.径流过程线的分析
（3）
3. 径流量的计算 黄色的面积（ABCDFA）：
R 3.6Qt
F
Q(m3/s)
前期洪 水未退 完的部 分
B 本次降雨形成的径流过程
H
C
I
C’ A
D E
F
D’
G
t(h)
深层地下径流（基流）
C′D′D的面积与AEF大约相等，ABCDFA≈ABCC′D′FEA
第四节 超渗产流的产流量计算
（一）概述 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中的
下渗的水量不易使整个包气带达到田间持水量，所以不产生地下径流，并且只有当降雨强 度大于下渗强度时才产生地面径流，这种产流方式称为超渗产流。关键是确定流域下渗的 变化规律。
第四节 超渗产流的分析与计算
流第 域四 产章 汇 流 分 析
第二章对径流的形成过程作了定性的描述，本章从定量的角度阐述降雨形成径流的原理 和计算方法，它是以后学习由暴雨资料推求设计洪水、降雨径流预报等内容的基础。
降雨P(t) 蒸发E(t)
产流计算
净雨R(t)
数量上相等
汇流计算
流域出口断面 径流过程Q(t)
第一节 概述
一. 流域产汇流计算基本内容 由流域降雨推求流域出口的河川径流，大体上分为两个步骤： ①产流计算：降雨扣除截留、填洼、下渗、蒸发等损失之后，转化为净雨的计算称为产流计算。 ②汇流计算：净雨沿着汇入地面和地下河网，并经河网汇流形成流域出口的径流过程的计算称
河川径流
珠穆朗玛峰的溪流
（三）水文统计/统计特征值
1. 算术平均数
又称均值，通常用x表示，设随机变量x有x1， x2……xn个值,则算术平均值为：
x1 + x2 + x3 + ⋯ + xn 1 n x= = ∑ xi n n 1
2.均方差σ 即变量x有x1，x2……xn个值，各值对的离差为， (x1 –x)、（ x2 -x ）、（ xn - x ），离差 值有正有负，均方差就是离差平方的平均数的 平方根。
2. 年内变化 根据一年内河流水情的变化，可分为若干个水情 特征时期，如汛期，平水期，枯水期或冰冻期等。 不同补给形式的河流，其年内变化特征也不一样。
（五）特征径流 1.洪水 河流水位达到某一高度，致使沿岸村庄、 城市建筑物、农田受到威胁时，称为洪水位。 分类 按照来源可分为 上游演进洪水 和 当地洪 水。 2.枯水 一年中没有洪水时期的径流，成为枯水径 流。 枯水径流主要来源于流域的地下水补给。
σ=
∑(x − x )
i
2
n
3 离差系数 用均方差与均值之比作为衡量相对离散程 度的参数，这就是离差系数
1 Cv = = x x
σ
∑(x − x )
i
2
n
Cv值、观测年数和准确程度的关系 值
达到下列准确度（％）必须观测的年数 Cv 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 +4.0 14 25 39 56 76 100 126 156 189 225 +5.0 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 +6.0 6 11 17 25 33 44 55 69 83 99 +7.0 5 8 13 19 25 33 42 50 62 74 +8.0 4 6 10 14 19 25 32 39 47 56 +9.0 3 5 8 11 15 20 25 31 38 45 +10.0 2 4 6 9 12 16 20 25 30 36 +20.0 1 1 2 2 3 4 5 6 8 9
水文学与水文地质学-Hydrology and hydrogeology
5.地下水的渗流运动
6.不同空隙性地下水的分布特征
7.地下水资源勘察与评价
8.地下水污染与防治
*教学内容、进度安排及要求
(Class Schedule
& Requirements)
教学内容
学时
教学方式
作业及要求
基本要求
考查方式
第一章绪论
2
课堂授课
第二章水文学基本知识
2
课堂Hale Waihona Puke 课第三章水文统计基本原理与方法
其它
（More）
备注
（Notes）
备注说明：
1.课程大纲一般为教师网上填写，填写要求会自动提示；对于新开课程，需要填着纸质大纲，并经院系教学委员会或专业委员会通过。
2．带*内容为必填项。
3．课程简介字数为300-500字；课程大纲以表述清楚教学安排为宜，字数不限。
2
课堂授课
第十二章地下水资源勘察与评价
2
课堂授课
第十三章地下水污染与防治
3
课堂授课
*考核方式
(Grading)
（成绩构成）
出勤：10%
平时作业：20%
期终考试：70%
*教材或参考资料
(Textbooks & Other Materials)
《水文学与水文地质学》，杨维，张戈，张平，编.机械工业出版社，2008年
3
课堂授课
第四章河川径流情势特征值分析与计算
2
课堂授课
第五章小流域暴雨洪峰流量的计算
3
课堂授课
暴雨强度公式计算
第六章水文地质学绪论
2
课堂授课
第七章地质基本知识
3
课堂授课
6.不同空隙性地下水的分布特征
7.地下水资源勘察与评价
8.地下水污染与防治
*教学内容、进度安排及要求
(Class Schedule
& Requirements)
教学内容
学时
教学方式
作业及要求
基本要求
考查方式
第一章绪论
2
课堂授课
第二章水文学基本知识
2
课堂Hale Waihona Puke 课第三章水文统计基本原理与方法
其它
（More）
备注
（Notes）
备注说明：
1.课程大纲一般为教师网上填写，填写要求会自动提示；对于新开课程，需要填着纸质大纲，并经院系教学委员会或专业委员会通过。
2．带*内容为必填项。
3．课程简介字数为300-500字；课程大纲以表述清楚教学安排为宜，字数不限。
2
课堂授课
第十二章地下水资源勘察与评价
2
课堂授课
第十三章地下水污染与防治
3
课堂授课
*考核方式
(Grading)
（成绩构成）
出勤：10%
平时作业：20%
期终考试：70%
*教材或参考资料
(Textbooks & Other Materials)
《水文学与水文地质学》，杨维，张戈，张平，编.机械工业出版社，2008年
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课堂授课
第四章河川径流情势特征值分析与计算
2
课堂授课
第五章小流域暴雨洪峰流量的计算
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课堂授课
暴雨强度公式计算
第六章水文地质学绪论
2
课堂授课
第七章地质基本知识
3
课堂授课