第5章 设计径流分析计算

可用年平均流量、年径流深、年径流总量或年径流模数表示
年径流变化 特性
01 交替变化的规律 年径流具有以年为周期的汛期与枯季交替变化 的规律
02 年径流量在年际间变化很大
有些河流年径流量的最大值可达到平均值的23倍，最小值仅为平均值的0.1~0.2
03 交替出现的现象
年径流量在多年变化中有丰水年组和枯水年组交 替出现的现象
3)移置参证流域年降雨径流相关图法。当设计流域与参证流域的气候条件相 似、自然地理条件相近、产汇流条件较为一致时，可移用参证流域的年降雨径 流相关关系。
【例题5-4】某以灌溉为主的水库，设计断面以上集雨面积F=497km2，无实测径 流资料，与实践领域同一气候区，下垫面条件相似，且代表性好的参证流域集雨 面积F=535km2，P=80%的Qp=8.50m3/s，试用水文比拟法推求设计站P=80%的设计 年径流？
3)设计依据站径流资料系列较短，而流域内有较长系列雨量资料，且降雨径 流关系较好时，可通过降雨径流关系插补延长。
5.3.2 设计年径流年内分配计算
设计年径流年内分配计算的方法与具有长期实测资料时的 相同，即同倍比法和同频率法。
5.4 缺乏实测径流资料时设计 年径流的分析计算
5.4.1 设计年径流量的计算
年径流计算 （来水计算）
设计的长期年、月径流量系列
这种形式的来水，通过长系列资料反映未来长时期内年径流 量的年际年内变化规律
代表年的年、月径流量：设计代表年和实际代表年
这种形式的来水，通过丰、平、枯水年的来水过程，反映未来不同年 型的来水情况
实际工作中，所遇到的水文资料情况有三种:具有长期实测径流资料； 具有短期实测径流资料；缺乏实测径流资料
缺乏实测径流资料、虽有短期实测径流资料但无法插补延长，在这种情 况下，设计年径流量及其年内分配只有通过间接途径来推求。目前，常用的 方法是水文比拟法、参数等值线图法、地区综合法和经验公式法等方法。
5.4.1.1水文比拟法
水文比拟法是将参证流域的某一水文特征量移用到设计流域的方法。 这种移用是以设计流域影响径流的各项因素与参证流域影响径流的各项 因素相似为前提。
二、设计径流成果合理性分析
设计径流成果的合理性可通过上下游、干支流及邻近流域的径流量 对比分析，按照水量平衡原则、水文要素地区变化规律等进行分析检验。
1)年径流量均值的检查。 2)年径流量变差系数Cv的检查。 3)年径流量变差系数Cs的检查。
5.2.3 设计年径流年内分配
一、代表年的选择
选择原则： 1)选择与设计年水量或某一段时间内设计水量相近的年份作为代表年。
5.1.3 设计年径流分析计算的目的和任务
目的：为水利工程规划设计和运行管理以及水资源供需 分析等提供主要依据即来水资料。
任务：分析和预测工程使用期限内的年径流及其变化， 为合理确定水利水电工程规模提供正确的水文依据。
设计年 径流的
形式
由于水利水电工程调节性能的差异和采用的径流调节计 算方法的不同，要求提供的设计年径流的形式也有所不 同，一般可归纳为下述两大类:
代表性就是指选择的资料系列这个样本对设计流域这个 总体的反映、接近程度。常用方法是将样本系列与更长系列 参证变量进行比较。
代表性 分析
周期性分 析
变量比 较分析
差积曲线 法
检验其是否包括了丰平枯水段，且丰枯 水段是否大致对称分布
长系列参证变量的比较分析
绘制逐年 Ki 1 与对应年份的关系曲线
累计平均 过程线法
用式(5-5)求出的各时段的缩放倍比K，对代表年各相应时 段进行分段缩放，即得出设计年径流的年内分配。
【例题5-2】某站具有25年实测径流资料，如表5-1，频率计算成果见表
5-2。试用同值比缩放法推求=10%、50%、90%设计年径流的年内分配。
解:
(1)根据代表年的选择原则，从实测资料中选择1960～1961年为P=10%的丰水 代表年，1978～1979年为p=90%的枯水代表年。并按年平均流量和年内分配 接近多年平均情况的原则，选出1980～1981年为p=50%的平水代表年。 以年水量为控制计算缩放系数 丰水年p=10%，K丰=12.6/11.6=1.09 平水年p=50%， K平=8.70/8.91=0.976 枯水年p=90%， K枯=5.74/5.19=1.11
计算设计年径流的年内分配，以各缩放系数乘以相应代表年逐月径 流量，即得丰、平、枯三种年型的设计年径流的年内分配，见表程属发电为主的水库，因此选最小4个月的水 量作为控制时段，频率计算成果见表5-4，仍选1978-1979年为枯水代表年， 试用同频率放大法计算p=90%时设计年径流的年内分配。
1)面积比拟法。当设计流域与参证流域的气候条件相似、自然地理条件相近 时，可将参证流域径流频率分析计算成果采用集水面积的比例进行缩放移用到 设计流域，即直接移用径流深。
y年，设 y年，参 F设 F参
式中：
y年，设 y年，参
F设 F参
——设计流域的年径流量，m3； ——参证流域的年径流量，m3； ——设计流域的集水面积，km2；
K Qp QD
二、设计年径流的年内分配计算
1)同倍比法。 整个分配过程按同一倍比K进行放大。K可选取按年水量控制和按供 水期水量控制这两种同倍比法。
K年

Q年，p Q年，D
K供

Q供，p Q供，D
用上面公式计算的倍比对整个代表年的月径流过程进行缩放，即 得设计年径流量年内分配过程
2)同频率法（多倍比法）。
5.3.1 设计年径流的分析计算
径流系列的插补延长可采用下列方法：
1)本站水位资料系列较长，且有一定长度的流量资料时，可 通过本站的水位流量关系插补延长。
2)上下游或邻近相似流域参证站资料系列较长，与设计依据站有一定长 度同步系列，相关关系较好，且上下游区间面积较小或邻近流域测站与设 计依据站集水面积相近时，可通过水位或径流相关关系插补延长
解： （1）通过对实测径流资料审查和对不同计算时段的径流量进行统计选
样后，便得到各计算时段的长期径流量系列。
（2）用第4章介绍的适线法分别进行频率计算，从而推求出指定设计 保证率的设计年径流量和其他控制时段的设计径流量。
（3）根据表5-1资料经适线法频率计算，求得该站年平均流量及最小 4个月水量的设计成果，如表5-2所示。
——参证流域的集水面积，km2
2)考虑雨量修正法。设计流域与参证流域的自然地理条件相近，但降雨量有 较大差别，在进行比拟时还需考虑雨量的修正，即直接移置参证流域径流系数，
y年，设 y年，参 F设 P年，设 F参 P年，参
式中： P年，设 ——设计流域的年平均雨量，mm； P年，参 ——参证流域的年平均雨量，mm。
在图5-1中，M为设计断面处，O为设 计流域面积的形心，位于等直线 600mm与650mm之间，并靠近 600mm等值线1/3的间距，用直线内 插法即可求得0点的多年平均径流深为：
600 1（650 600） 617mm 3
即为M设计断面以上集水面积的 多年平均径流深为617mm。
图5-1 多年平均年径流深等值 线图（单位mm）
5.1.2 影响年径流的因素
研究影响年径流量的因素具有重要意义。通过对影响因素分析研究，可 从物理成因方面深入探讨径流的变化规律；在径流资料短缺时可利用径流与 有关因素之间的关系来推求径流特征值，可对计算成果作分析论证。
影响年径流的因 素有哪些呢？
研究影响年径流量的因素，可从流域水量平衡方程式入手 。
2)选择对工程运行较不利的年份作为代表年。
年径流量接近设计年径流量的实测径流过程线可能不止一条，这时，应选 择其中较不利的过程线，使工程设计偏于安全，一般来说，对于灌溉工程，选 择灌溉需水季节径流比较枯的年份；对于水电工程，则选择枯水期较长、径流 又较枯的年份。
二、设计年径流的年内分配计算
1)同倍比法。 以其设计值与典型过程的数值之比，缩放典型过程的逐时段径流量， 得出设计年径流年内分配过程。常见的有按年水量控制和按供水期水量 控制这两种同倍比法。
水位资料
可靠性
水位流量关系
水量平衡
二、一致性分析：一致性就是指资料数据在人类活动条件下， 年际间资料数据及其规律的匹配程度。
气候条件
下垫面条件
1).成因分析法
(1)分项调查法。
(2)降雨径流模式法。
2).数理学方法 (1)相关分析法。
(2)双累积曲线法。
(3)时间序列提取趋势项法。
三、代表性分析：
绘制逐年 Qi j 与对应年份的关系曲线
5.2.2 设计年径流的分析计算
一、径流频率分析
1)统计时段选取。 2)频率分析。 3)参数估计方法：径流的均值、变差系数Cv和偏态系数Cs一般采用矩 法计算，然后用适线法调整确定Cv和Cs。
示例
根据表5-1的资料计算 该站年设计年径流及最 小4个月设计年径流。
5.2 具有长期实测径流资料时 设计年径流的分析计算
长期实测径流系列：设计代表站断面有实测径流资料系列，其长度 不小于规范规定的年数，即不应小于30年。
步骤： ①应对实测径流资料进行审查； ②运用数理统计方法推求设计年径流量； ③用代表年法推求径流年内分配过程。
5.2.1 径流资料审查
一、可靠性分析：可靠性就是资料数据应满足的适用精度， 即接近实际数值的程度。
各时段采用不同的放大倍比，放大后各时段的径流量都符合设计频率。 具体计算步骤： 1）根据要求选定几个计算时段，如最小1个月、最小3个月、最小5个月以 及全年四个时段(W1D、W3D、W5D和W12D)。 2）做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，如最 小1个月的设计径流量、最小5个月的设计径流量等。 3）按选择代表年的原则选定代表年，统计最小1个月的流量、最小5个月 的流量等，按同倍比或同频率方法对典型进行缩放，得到设计年径流量过程。