06第六章 年径流分析与计算(2)

2019-04-09 15:16

随着每次相关误差的累积和传播,最终延长C设年径流系列的精度并不会因之提高,因此辗转相关不宜提倡。二是系列外延的幅度不宜过大,一般以控制在不超过实测系列的50%为宜。

二、缺乏实测径流资料时设计年径流量的估算

在部分中小设计流域内,有时只有零星的径流观测资料,且无法延长其系列,甚至完全没有径流观测资料,则只能利用一些间接的方法,对其设计径流量进行估算。采用这类方法的前提是设计流域所在的区域内,有水文特征值的综合分析成果,或在水文相似区内有径流系列较长的参证站可资利用。 (一)参数等值线图法

我国已绘制了全国和分省(区)的水文特征值等值线图和表,其中年径流深等值线图及Cv等值线图,可供中小流域设计年径流量估算时直接采用。 1.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。

如果设计流域内通过多条年径流深等值线,可以用面积加权法推求流域的平均径流深,见图8—2。计算公式为:

R??RiAi/?Ai (8-2)

i?1i?1nn式中Ri——分块面积的平均径流深,mm;Ai——分块面积,km; R——流域平均径流深,mm。

其中流域顶端的分块,可能会在流域以外的一条等值线之间,如图8—2中的及RnAn。 R=700+(800-700)

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OA(mm) OB 上述两种计算流域年径流深均值的方法,都不是很严格的,但作为径流深均值的估值,已经可以满足要求了。

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年径流深均值确定以后,可通过下列关系确定年径流量:

W=KRA (8-3)

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式中W——年径流量,m R——年径流深,mm;

2

A——流域面积,km;

K——单位换算系数,采用上述各单位时,K=1000。

2.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。 3.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。

(二)经验公式法 年径流的地区综合,也常以经验公式表示。这类公式主要是与年径流影响因素建立关系。例如,多年径流均值的经验公式有如下类型:

Q?b1An1 (8-4)

或 Q?b2An2P (8-5)

mQ——多年平均流量,m3/s;

A——流域面积,km.

2

P ——多年平均降水量,mm;

b1,b2、n1、n2、m——参数,通过实测资料分析确定,或按已有分析成果采用。

不同设计频率的年平均流量Qp,也可以建立类似的关系,只是其参数的定量亦各有不

这类方法的精度,一般较等值线图法低。但在进行流域初步规划,需要快速估算流域的地表水资源量及水力蕴藏量时,有实用价值。 (三)水文比拟法

水文比拟法是无资料流域移置(经过修正)水文相似区内相似流域的实测水文特征的常用方法,特别适用于年径流的分析估算。当设计断面缺乏实测径流资料,但其上下游或水文相

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似区内有实测水文资料可以选作参证站时,可采用本法估算设计年径流。

本法的要点是将参证站的径流特征值,经过适当的修正后移用于设计断面。进行修正的参变量,常用流域面积和多年平均降水量,其中流域面积为主要参变量,二者应比较接近,通常以不超过15%为宜;如径流的相似性较好,也可以适当放宽上述限制。当设计流域无降水资料时,亦可不采用降水参变量。年径流移置的形式如下:

Q?K1K2Qc (8—6)

式中Q,Qc——分别为设计流域和参证流域的多年平均流量,m/s;

K1、K2——分别为流域面积和年降水量的修正系数,K1=A/Ac,K2?P/Pc; A、Ac——分别为设计流域和参证流域的流域面积,km; P、Pc——分别为设计流域和参证流域的多年平均降水量,mm。

年径流的Cv值可以直接采用,一般无须进行修正,并取用Cs=2—3Cv。

如果参证站已有年径流分析成果,也可以用下列公式,将参证站的设计年径流直接移用于设计流域。

2

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Qp?K1K2Qp,c (8—7)

下标严代表频率,其他符号的意义同前。

水文比拟法成果的精度,取决于设计流域和参证流域的相似程度,特别是流域下垫面的情况要比较接近。

当设计断面有不完整的径流资料时,如只有少数几年的年径流资料,或只有若干年的汛期或枯水期的径流资料,虽不足据以延长年径流系列至所需长度,但仍应充分加以利用,如与参证站的同步径流资料点绘,可以进一步论证二者的径流相似程度。

三、流量历时曲线的绘制

在有部分径流资料的情况下,还可以用绘制流量历时曲线的方法,满足某些工程,如小型水电站、航运和漂木等在规划设计中确定对水资源利用保证率的初步需要。在一些有径流频率分析计算成果的大中型水利水电工程中,为了专项设计任务的需要,有时也可以绘制这种曲线,作为深入分析研究的辅助手段。在我国的小型水力发电站水文计算规范中,已将此法列为一项重要的工作内容。

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流量历时曲线是累积径流发生时间的曲线,表示等于或超过某一流量的时间百分数。径流统计时段,可按工程的要求选定,常采用日或旬为单位。当资料年数较多时,为简化计算,也可以按典型年(详见下节)或丰平枯代表年绘制流量历时曲线。当资料年数较少时,也可采用全部完整年份的流量资料绘制流量历时曲线。

现以代表年日平均流量历时曲线为例,说明曲线的制作方法和步骤。将代表年365个日平均流量分为n级(n=20—50),取每组资料的平均值,从大到小排队,与累积时间百分数对应点绘,即得代表年的日平均流量历时曲线。对应于某一流量,可以从曲线上查得年内出现等于或大于该值历时的百分数,如为80%,即一年内有80%的时间,流量将不小于该指定值。这对小水电站的保证出力计算、河流可通航天数和漂木天数的估算,具有重要的实际意义。图8—4给出了某水文站日平均流量历时曲线的一个示例。

第四节 设计年径流的时程分配

河川年径流的时程分配,一般按其各月的径流分配比来表示。年径流的时程分配与工程规模和水资源利用程度关系很大。元径流调节设施的灌溉工程,完全利用天然河川径流,主要依赖灌溉期径流的大小,决定对水资源的利用程度。灌溉期径流比重较大的河流,径流利用程度比较高,反之较低。对水库蓄水工程来说,非汛期径流比重愈小,所需的调节库容愈大;反之则小。如图8-5所示。设来水量相同,汛期与非汛期的来水比例不同,但需水过程相同。图(a)中枯季径流较小,为满足需水要求,所需调节库容V1较大;图(b)中枯季径流较大,所需调节库容V2较小。

因此,当设计径流量确定以后,还须根据工程的目的与要求,提供与之配套的设计径流时程分配成果,以满足工程规划设计的需要。但是径流年内分配的随机性很强,即使年径流总量相同或接近时,其在年内按月分配的过程,也可能有很大的差异。如何确定一个合理的设计年径流分配过程,常用下列几种方法。 一、代表年法

在工程水文中,常采用按比例缩放代表年径流过程的方法,来确定设计年径流的时程分配。代表年法比较直观和简便,采用较广。 (一)代表年的选择

(1)根据设计标准,查年径流频率曲线,确定设计年径流量Wp或Qp。为了检验工程在不同来水年份的运行情况,又常选出丰平枯三个年份(如频率P=20%、50%、80%或P=25%、

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50%、75%)为代表年。对水资源综合利用工程,其中分项任务(城市供水、发电、灌溉等)设计标准各有不同,应选出相应于各个分项任务设计标准的代表年。

(2)在实测年径流资料W实(或Q实)中,选出年径流量接近Wp (或Qp)的年份。这种年份有时可能不只一个,可选出供水期径流较小的年份为代表年。

(二)年径流时程分配计算

当代表年选定以后,统计出实测年径流W实(或Q实),并求出设计年径流Wp,(或Qp)与实测年径流的比例系数K。

K?Wp/W实 (8—8a)

或 K?Qp/Q实 (8—8b)

用此系数遍乘代表年各月的实测径流过程,即得设计年径流的按月时程分配。 二、虚拟年法

在水资源利用规划阶段,有时并不针对某项具体工程的具体标准,而只作水资源利用的宏观分析或评估,则年径流的时程分配可采用一种多年平均情况,即年和各月的径流均采用多年平均值,并列出丰、平、枯三种代表年的年径流及按月时程分配。目前许多大中河流均有年、月径流的多年均值及其不同频率的相应计算值可供采用。这种年径流的时程分配型式,不是来自某些代表年份,而是代表多年的统计特征,是一种虚拟的年份,故称虚拟年法。 三、全系列法

评价一项水资源利用工程的性能和效益,最严密的办法是将全部年、月径流资料,按工程运行设计进行全面的操作运算,以检验有多少年份设计任务不遭到破坏,从而较准确地评定出工程的保证率或破坏率。显然,这种方法较之上述两种方法更为客观和完善。它的缺点是计算较繁,特别是当年、月径流系列较长时,工作量很大,手工操作比较困难。但是,由于电子计算机的迅速推广和普及,上述困难不难克服。因而全系列法已越来越多地引起重视和被采用。

四、水文比拟法

对缺乏实测径流资料的设计流域,其设计年径流的时程分配,主要采用水文比拟法推求,即将水文相似区内参证站各种代表年的径流分配过程,经修正后移用于设计流域。先求出参证站各月的径流分配比?,遍乘设计站的年径流,即得设计年径流的时程分配。月径流分配比按下式推求:

?i?yi/Y (8—9)

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