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工程水文学辅导资料十二 主 题：第七章 设计年径流分析及径流随机模拟（第一、二、三、四、五节） 学习时间：2014年12月15日－12月21日 内 容： 这周我们将学习本门课程内容的第七章第一、二、三、四、五节。希望下面的内容能加深同学们对相关知识的理解。 一、学习要求 1. 掌握长期实测资料的设计年径流频率分析计算 2. 掌握短期实测资料的设计年径流频率分析计算 3. 掌握缺乏实测资料的设计年径流频率分析计算 4. 掌握设计枯水流量分析 二、主要内容 （一）长期实测资料的设计年径流频率分析计算 较长年径流系列：是指设计代表站断面或参证流域断面有实测径流系列，其长度不小于规范规定的年数，即不应小于30年。 如实测系列小于30年，应设法将系列加以延长；如系列中有缺测资料，应设法予以插补。 如有较明显的人类活动影响，应进行径流资料的还原工作。 年径流频率曲线 我国大多数河流的年径流频率分析，可以采用P-Ⅲ型频率分布曲线，但规范同时指出，经分析论证亦可采用其他线型。 皮-Ⅲ型年径流频率曲线有三个参数，其中均值（ ）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 =2～3 Cv。 在进行频率适线和参数调整时，可侧重考虑平、枯水年份年径流点的趋势。 径流资料的分析计算步骤 （1）应对实测径流资料进行三性审查（可靠性、一致性、代表性）。 （2）运用数理统计的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。 可靠性审查 可靠性审查应从审查测验方法、采集成果、处理方法和处理成果着手。一般可从以下几个方面来进行： 水位资料的审查：检查原始水位资料情况并分析水位过程线形状，从而了解当时观测质量，分析有无不合理现象。 水位流量关系曲线的审查：检查水位流量关系曲线绘制和延长的方法，并分析历年水位流量关系曲线的变化情况。 水量平衡的审查：根据水量平衡原理，下游站的径流量等于上游站径流量加区间流量。通过水量平衡检查即可衡量径流资料的精度。 1949年前的水文资料质量较差，审查时应特别注意 一致性审查 应用数理统计方法进行计算分析时，要求组成系列的水文资料都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测量断面上获取的(同一成因)。故年径流系列的一致性是建立在气候条件和下垫面条件稳定性的基础上。 一般来说，只要下垫面条件的变化不是非常显著，可以认为径流系列具有一致性。 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。 资料代表性审查 实测的年径流系列可看成总体的一个随机样本，因此资料的代表性是指样本的统计特征能否反映总体的统计特征。样本对总体的代表性的好坏反映在样本的统计参数与总体统计参数的接近程度，样本代表性愈高，则设计结果精度愈好。 依据数理统计原理，当样本容量愈大，则抽样误差愈小，说明长系列样本代表性高的可能性要大，故实测样本水文代表性可以通过与有成因联系的更长期的其它系列（视为近似代表总体）的分布参数作比较来衡量。 将实测径流系列经过审查和分析后，再按水利年度排列为一个新的年、月径流系列。然后，从这个长系列中选出代表段，代表段中应包括有丰、平、枯水年，并且有一个或几个完整的调节周期，代表段的年径流量均值、离差系数应与长系列的相近。用这个代表段的年、月径流量过程来代表未来工程运行期间的年、月径流量变化。这个代表段就是水利计算所要求的所谓“设计年、月径流系列”。 实际代表年法就是从实测年、月径流量系列中，选出一个实际的干旱年作为代表年，用其年径流量分配过程直接与该年的用水过程相配合而进行调节计算，求出调节库容，确定工程规模。选出的年份就称为实际代表年，其年、月径流量，就是实际代表年年、月径流量。 用这种方法求出的调节库容，不一定符合规定的设计保证率。但由于曾经发生的干旱年份给人以深刻的印象，认为只要这样年份的供水得到保证，就达到修建水库的目的了。实际代表年法在小型灌溉工程的设计中得到广泛应用。 （二）短期实测资料的设计年径流频率分析计算 目的：当设计站实测径流系列长度小于规范所规定的长度，即不足30年或虽有30年资料但系列不连续或代表性不足时，一般要进行插补延长，以提高计算精度及保证成果的可靠性。 思路：寻求与设计断面径流有密切关系并有较长观测系列的参证变量，建立二者的相关关系，将设计断面年径流系列插补延长至规范要求的长度。 常用参证变量：1）设计断面水位；2）上下游或邻近河流测站的径流量；3）流域的年降水量。 参证变量的选用条件： 1）参证资料要与设计站的径流资料在成因上有密切的联系（同一气候区，下垫面条件相近），以保证展延成果的可靠性； 2）参证资料要与设计站的径流资料要有一段足够长的同期观测资料（不少于10年），用以建立可靠的相关关系； 3）参证资料必须有足够长的实测系列（具有较好的代表性），除用以建立相关关系的同期资料外，还应有用以展延设计站缺测年份的年/月径流系列。 在规划设计中小型水利水电工程时，往往遇到在坝址处仅有短期径流资料的情况。由于径流资料系列短，如直接根据这些资料进行计算，求得的成果可能具有很大的误差。为了提高计算精度，保证成果的可靠性，必须设法展延年、月径流系列。 在水文计算中，常用相关法展延系列。即建立设计站的年、月径流资料与参证资料的相关关系，然后利用较长系列的参证资料通过相关关系来展延设计站的年、月径流资料。 将设计断面年径流系列适当地加以延长至规范要求的长度。当年径流系列适当延长以后，其频率分析方法与本章第二节所述完全一样。 利用上下游站或邻近河流测站实测径流资料，延长设计断面的径流系列。右图为甲站与乙站年径流的相关图。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg 平行观测资料不能太少 假如平行观测项数过少，或观测时期气候条件反常，或其中个别年份有特殊的偏高，其相关结果将歪曲两变量间本来的关系，展延系列时势必带来系统误差；平行观测项数越多，其相关关系越可靠。 用相关法展延系列时，要求设计变量与参证变量平行观测项数不得过少，一般应在12~15项以上。 避免辗转相关和假相关 如果一条河流或不同的河流仅有一个测站的资料年限较长，上、下游几个站均需借助该站的资料进行插补延长，有时还得用辗转相关，但应用时必须注意成果的精度，并分析合理性。因为辗转相关常隐匿了实际上累积的巨大误差，予人以虚假现象，最终成为假相关。 在建立相关关系时，当应用无因次量，标准化量，或含有相同变量时，容易出现假相关（如径流模数与流域面积相关），应直接在原始变量之间寻求关系。 系列外延的幅度不宜过大 利用实测资料建立的相关关系，只能反映在实测资料范围内的定量关系，外延时一般不宜超出实测资料范围太远，如对于年径流量不宜展延超过实测变幅的50% 插补项数不能太多 插补的项数以不超过实测值的项数为宜，最好不超过后者的一半。 （三）缺乏实测资料的设计年径流频率分析计算 年径流均值的估算 根据年径流深均值等值线图，可以查得设计流域年径流深的均值，然后乘以流域面积，即得设计流域的年径流量。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg 年径流Cv值的估算 年径流深的Cv值，也有等值线图可供查算，方法与年径流均值估算方法类似，但可更简单一点，即按比例内插出流域重心的Cv值就可以了。 年径流Cs值的估算 年径流的Cs值，一般采用Cv的倍比。按照规范规定，一般可采用Cs＝2～3Cv。 在确定了年径流的均值、Cv、Cs后，便可借助于查用P-Ⅲ型频率曲线表，绘制出年径流的频率曲线，确定设计频率的年径流值。 （四）设计枯水流量分析 枯水流量 枯水期的最小流量，河川径流的一种特殊形态。其往往制约着城市的发展规模、灌溉面积、通航的容量和时间，也是决定水电站保证出力的主要因素。 当设计代表站有长系列实测径流资料时，可按年最小选样原则选取一年中最小的时段径流量或最小流量，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＝l-P 的关系，因此在系列排队时按由小到大排列。此外，年枯水流量频率曲线的绘制与时段径流频率曲线的绘制基本相同，也常采用P-Ⅲ型频率曲线适线。 当设计断面短缺径流资料时，设计枯水流量主要借助于参证站延长系列或成果移置，与本章前述方法基本相同。但枯水流量较之固定时段的径流，其时程变化更为稳定。因此，在与参证站建立径流相关时，效果会好一些。 利用GIS和RS等空间信息技术，建立设计站的地形地貌特征与径流量的相关关系，推求无资料设计站的设计径流量。 三、相关例题 （一） 选择题 1. 相关法展延系列时要求。（ ）。
A. 观测在15-20项以上 B. 避免辗转相关
C. 利用原始变量 D. 外延幅度不超过50%
2. 径流是由降水形成的，故年径流与年降水量的关系（ ）。
A. 一定密切 B. 一定不密切
C．在湿润地区密切 D．在干旱地区密切
【参考答案】 1.ABCD 2.C
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