第三节 设计年径流量推求在线视频

同学们

大家好！今天我们介绍工程水文基本知识的第三节：

设计年径流量的推求

我们可以通过实测的年径流资料获得其总体分布规律

但若要确定与用水部门设计频率相应的

设计年径流量则需了解如何推求设计年径流量

本节内容包含：年径流量和设计年径流量的定义

如何推求正常年径流量和设计年径流量

及根据设计频率得到典型年径流的年内分配

那么什么是年径流量？年径流量是指一个水文年度内

通过河流某一断面的水量叫做该断面以上流域的年径流量

常用年平均流量（ m3/s ）、年径流总量（m3）表示

如图所示

这是某条河流1940至1970年的年径流量过程线

其年径流量采用的是年平均流量值

从图中可以看出

年径流在年际之间变化较大

丰水年的年径流量值可达枯水年的2至3倍

影响年径流量大小的因素很多

主要表现为三方面：气候因素、

流域下垫面因素及人类活动

气候因素中的年降水量和年蒸发量是

引起年径流量变化的主要原因

但年降水量在影响年径流量的因素中起决定性作用

流域下垫面指地形、植被、土壤、

地质、湖泊、流域面积等

下垫面条件和流域蓄水量的改变也

同样影响年径流量的变化

人类活动对年径流量的影响包括直接影响

如跨流域调水和间接影响如修建水库

植树造林等

设计年径流量与年径流量有什么不同呢？

不同的用水部门都有自己的设计标准

根据其设计标准来确定设计频率

设计年径流量就是相应于某一设计频率的年径流量

如图中灌溉部门的设计频率为55%

则相应于频率55%所对应的年径流量

Q=20m3/s就为灌溉部门的设计年径流量

正常年径流量即多年平均径流量值

是反应河川径流蕴藏量的一个重要水文特征值

如有n年的年径流资料

其多年平均流量值Q0表示为各年的

年平均流量相加除以年数n

那么正常年径流量W0值为

多年平均流量值Q0乘以一年的时间

31.5乘以10的6次方秒

对于规划阶段的水电站来说

设计年径流量的推求是径流调节计算和

装机容量确定的基础

分析计算设计年径流首先需要对实测径流进行审查

主要包括可靠性审查

一致性审查和代表性审查

其次是设计年径流量的推求

最后用典型年法获得典型年径流年内分配过程

我们来看一看推求设计年径流量的一个大概流程：

首先根据频率计算法绘制经验频率曲线和理论频率曲线

通过适线法使理论频率曲线与经验频率曲线配合

最后根据用水部分的设计频率获得

相应于设计频率的设计年径流量值

根据实测资料

可以计算绘制经验频率曲线

由于水文序列为样本序列

当m=n时

即最末项xn出现几率为100%

这表明样本末项为总体最小值

显然不符合水文实际情况

因此经验频率不再采用上节中的累积频率计算公式

而是用水文中常用的数学期望公式来估计经验频率

公式为P=m/(n+1),P为大于等于随机样本序列xi的频率

采用数学期望公式

可始终保证样本中的最末项出现的几率小于100%

我们以某站15年的年径流实测资料为例

来说一说如何绘制经验频率曲线

首先把15年的实测的水文变量按从大到小进行排列

其次根据P=m/(n+1)计算其经验频率

最后以经验频率为横坐标

水文变量为点纵坐标

绘经验频率点据

根据点群分布趋势

绘出一条光滑曲线

就为经验频率曲线

经验频率曲线直观易懂

计算简便

但从以15年实测资料绘制的经验频率曲线图中发现

曲线中频率范围为6.75%— 93.25%

而水利工程中

往往要求推算更大和更小频率相应的数值

如发电要求频率为95%-99%的径流值

防洪要求频率为0.1%千年一遇的大洪水

如果采用目估法延长经验频率曲线

可靠性差

因此我们需采用理论频率曲线

理论频率曲线是具有一定数学方程式的曲线形式

水文中常使用的是皮尔逊Ⅲ型曲线

其数学方程式为：

式中xp为某一频率P的随机变量

φ是离均系数

随频率P和偏态系数Cs值而变

可根据P和Cs值查皮尔逊Ⅲ型

曲线离均系数表查相应的φ值

如何绘制理论频率曲线呢？首先

根据水文实测序列的x、Cv、Cs值

从Kp表中查各频率对应的Kp

其次计算与P对应的xp值

最后以xp为纵坐标

P为横坐标

即可绘出理论频率曲线

采用适线法来调整理论频率曲线

即考虑Cv、Cs对曲线的影响

目估理论和经验频率曲线的配合程度

若不理想

调整 Cv和Cs统计参数直到配合较好为止

根据某站15年的年径流资料

绘制了经验频率曲线后

还需绘制其理论频率曲线

通过计算得Cv=0.23, 取Cv=0.25

Cs=2Cv,绘制了第一条理论频率曲线

如图中蓝色点据所示

目估发现该条理论频率曲线左边偏低

右边偏高

调大Cv可使曲线左边抬高右边降低

重新取Cv=0.3

Cs=2Cv

绘制了第二条理论频率曲线

如图中红色点据所示

目估第二条理论频率曲线

与经验频率曲线配合理想

最终取第二条理论频率曲线

水电站规划设计过程中

要进行多方案大量的水利水能计算

为了简化计算工作量

常选择若干个典型年作为长径流资料的代表

水电站水能计算通常选取丰水年、

平水年和枯水年三个典型年

设水电站的设计保证率P0=90%

相应于频率（1- p0 ）、50％和

P0 的分别为丰水年、平水年和枯水年

利用年径流理论频率曲线可确定典型年的年水量

从水量接近的实际年中选取代表年

最后将代表年各月流量按典型年与

实际年水量的比值进行修正

即可得到典型年径流的年内变化过程

如图所示

根据电站的设计保证率P0=90%

在理论频率曲线上得到相应于

P0=90%的枯水年典型年的年径流量Q为358 m3/s

选取与该年径流量值接近且水量枯

枯水期长的为实际枯水年

其年径流量为370 m3/s

将枯水年各月流量按典型年与

实际年水量的比值0.967进行修正

如表所示

即可得到设计枯水年典型年的年内径流分配

以同样的方法可计算设计中水年和平

水年典型年的月平均流量

同学们

今天的课程

我们学习了如何根据实测的水文资料

绘制经验频率曲线和理论频率曲线

并根据理论频率曲线和设计保证率推求设计年径流量

学习了如何选取代表年并计算典型年的年内径流分配过程

这些知识点的理解和掌握是后续径流调节

计算和水能计算的重要基础

今天的课程就到这里

感谢大家观看和学习！