工程水文學第5章設計年徑流及年內分配的計算

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?第五章 設計年徑流及年內分配的計算第一節概述 第二節影響年徑流的因素 第三節具有長期實測資料時設計年徑流量 第四節具有短期實測徑流資料時第五節 缺乏實測徑流資料時設計年徑流量 1419第六節流量歷時曲線 18第七節設計枯水流量分析計算課前學習指導課程要求(1 )熟悉年徑流的定義和我國年刀徑流時空變化特性;(2 ) 了解工程規模與來、用水、保證率的關系;(3 )熟悉影響年徑流年內分配的因素;(4 )掌握不同資料情況下設計年徑流及其年內分配的分析與計算方法;(5 ) 了解流量歷時曲線與設計枯水流量計算方法;(6 ) 了解年徑流隨機模擬的一般原理與方法課時安排共需6個課內學時,8個課外學時課前思考年徑流是依據什么年度進行統計?水文資料審查應包括哪幾個方面,各口的含義是什么?如何利用同頻率與同倍比方法縮放年月徑流過程?各白的優缺點?插補延長年月徑流系列時應注意什么?應川水文比擬法的關鍵?年月徑流資料短缺的含義是什么?學習重點掌握不同年月徑流資料條件下,如何推求設計年徑流及其年內分配; 難點如何對年月徑流建立水文隨機模型并進行隨機生成?第一節概述一、年徑流的變化特性在一個年度內,通過河流出口斷ifii的水雖,叫做該斷面上以上流域的年徑流量,它 常用年平均流量、年徑流深、年徑流總量或年徑流模數表示。一?般不用FI歷年,而是用 水利年作為一個年度。年徑流變化的一些特性:1) 年徑流具冇大致以年為周期的汛期與枯水期交替變化的規律,但各年汛、枯水期 的歷時有長有短,發生時間有早有遲,水量也有人有小,基木上年年不同,從不重復, 具有偶然性質。2) 年徑流在年際間變化很大,有些河流豐水年徑流量可達平水年的2-3倍,枯水年 徑流量只有平水年的0. 1-0. 2倍。為了便于相互比較,可采用豐水年模比系數K豐和枯 水年模比系數K枯表示。式中:為多年平均流量。3) 年徑流在多年變化屮有豐水年紐和枯水年纟R交替出現的現象。圖5-1 (a)黃河陜 縣站曾出現過連續11年(1922-1932)的少水年組,而后的1935-1949年則基本上是多 水年組。圖5-1 (b)松花江哈爾濱站1927年以前的30年基本上是少水年組,而后的 1928-1966年基本上是多水年組。浙江新安江水電站也曾出現邊連續13年(1956T968) 的少水年組。這說明河流的年徑流量具有或多或少的持續性。此變化特性對于水資源開 發利用、防汛等是不利的。二、工程規模與來水、用水、保證率的關系上述年徑流量的自然變化情勢往往與用水部門的需水有矛厲。為了按時按竝地滿足 用水部門的需求耍求,必需興建水利工程(如水庫等),對犬然徑流加以人工調節,按 用水要求泄放。各項水利工程的規模如何確定呢?今以確定灌溉水庫的庫容(V)為例說明如下:在豐水年份,由于降雨量多,河流中水量豐富,R作物要求的灌溉水屋較少,來水 與用水的才盾不突出,解決這種豐水年份的灌溉要求,所需的工程規模(如水庫的庫 容)較小。如圖5-2中僅八刀份來水小于用水,故用以滿足灌溉用水所需的庫容(V)較 小。來水過程q用水過程莎|v水庫供水-n-y] R~m1 2 3 4 i / S y IQ 11 12 (戶)圖5-2豐水年來水、用水對照圖相反,在枯水年份,降用聚小,河流屮水量也較枯,并且由于氣溫高,蒸發人,耗 水很多,作物要求的灌溉水量卻很大,來水與用水的才盾就很突出。為了滿足這種枯水 -省略部分-時(%)圖5-12日流量歷時曲線流量歷時曲線在水力發電、航運和木材流放等工程設計的水利計算屮有看重要的意 義,因為這些工程的設計,不僅取決于流量的時序更替,而R還取決于流量的持續歷 時。根據工程設計的不同要求,歷吋曲線可以用不同的方法繪制,并具有各種不同的吋 段,因而冇各種不同的名稱,常見的冇:一、多年綜合日流量歷時曲線多年綜合日流量歷吋曲線是根據所有各年份的實測日平均流量資料繪成的,它能反 映流量在多年期間的歷時情況。在工程設計中,有時要求繪制豐水年(或枯水年)的綜合F1流量歷時曲線,它是根據 各豐水年(或枯水年)的實測口平均流最資料繪成的。此外,還有所謂豐水期(枯長期、灌溉期)的綜合F1流量歷時Illi線,它是根據所有各 年豐水期(枯水期,灌溉期)的實測H平均流量資料繪成的。二、 典型年日流量歷時曲線代表年FI流量歷時曲線是根據某一年份的實測日平均流量資料繪成的,曲線的縱坐 標為口平均流量或其相對值(模比系數),橫坐標則為丿力時口數或相對歷時(占全年的百分 數)。在工程設計中,常常需要各種典型年(豐水年,小水年,枯水年)的H流量歷時|11|線。 繪制代表年U流雖歷時曲線時,典型年的選擇應按照以前所述選擇典型年的原則來進行。三、 平均日流量歷時曲線平均歷時曲線是以各年同歷時的H平均流量的平均值為縱坐標,具相應歷時為橫坐 標點繪的曲線。平均歷時曲線是一種虛擬的曲線。與綜合歷時曲線相比,它的上部較低 而下部較高,小間則人致與綜合llh線重合。利用平均歷時Illi線的這種性質,有人建議- 種根據平均歷吋曲線來繪制綜合歷吋曲線的簡化方法,即在歷吋為10%?90%的范圍 內,用平均曲線的作圖方法作圖;在歷時〈10 %和歷時>90%的兩端,則根據實測年份中 絕對最人和最小11流量數值目估定線。當缺乏實測徑流資料時,綜合或代表年H流量歷時Illi線的繪制,可按水文比擬法來 進行,即把相似流域以模比系數為縱坐標的口流最歷時曲線直接移用過來,再以設計流 域的多年平均流量(間接方法求出)乘縱處標的數值,就得出設計流域的口流量歷時曲 線。在選擇相似流域時,必須使決定丿力時曲線形狀的氣候條件和徑流天然調節程度相 似。天然調節程度是由-?些地方性因素,如流域而積大小,湖泊率、森林率、地質。第七節設計枯水流量分析計算一、短缺水文資料時的枯水流量估算當設計斷而短缺徑流資料時,設計枯水流量主要借助于參證站延長系列或成呆移置,與本章第三節所述方法基本相同。但枯水流量較Z固定時段的徑流,其時程變化更 為穩定。因此,在與參證站建立徑流相關時,效果會更好一些?;蛘哒f,條件可以適當 放寬。例如,當設計站只有少數兒年資料,與參證站的相似性較好時,也可建立較好的 枯水流量相關關系。在這種情況下,英至可以不進行設計站的徑流系列延長和頻率分 析,而直接移用參證站的頻率分析成果,經上述相關關系,轉化為本站的相應頻率的設 計枯水流量。在設計站完全沒冇徑流資料的情況下,還可以臨時進行資料的補充收集工作,以 應需要。如果能施測一個枯水季的流量過程,則對于建立30天以下時段的枯水流量關 系,有很大用處;如只研究FI最小流量,那么在枯水期只施測兒次流量(如10次流 量),就可與參證站流量建立相關關系。小結本章主要內容是應川水文統計理論預測年刀徑流未來變化情勢,包括資料的審 杳與處理等,所計算出的設計年年徑流和年內分配成果可為水利工程的規劃設計提供依 據。學好本章也可為學好后續章節如第六章由流量資料推求設計洪水奠定基礎。
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