第五章設(shè)計(jì)年徑流第一節(jié)設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算的目的和內(nèi)容一、年徑流含義：在一個(gè)年度內(nèi)，通過(guò)河流某一斷面的水量為年徑流。表示方法：年平均流量年徑流深R年徑流模數(shù)M年徑流總量W二、徑流特性1、徑流的季節(jié)分配因?yàn)榻邓谀陜?nèi)分配不均勻，年徑流在年內(nèi)分配也不均勻，有洪水期和枯水期之分。2、徑流的地區(qū)分布雨量在地區(qū)分布不均，造成徑流的地區(qū)差異明顯。我國(guó)年徑流的地區(qū)分布規(guī)律是從東往西遞減。3、徑流的周期性

決大多數(shù)河流一年內(nèi)洪水期和枯水期交替出現(xiàn)，周而復(fù)始。年與年之間有連續(xù)偏豐或偏枯段交替出現(xiàn)。年平均流量接近多年平均流量的年份為中水年年平均流量大于多年平均流量的年份為豐水年年平均流量小于多年平均流量的年份為枯水年（一）、氣候因素對(duì)年徑流量的影響濕潤(rùn)地區(qū)干旱地區(qū)三、影響年徑流量的因素從流域水量平衡可知：年徑流量取決于年降雨量、年蒸發(fā)量及流域水量變化量。降雨、蒸發(fā)是氣候因素；流域蓄水狀態(tài)主要是下墊面因素起作用。（二）下墊面因素對(duì)對(duì)年徑流量的影響地形、植被、土壤和地質(zhì)、湖泊和沼澤、流域大小等三、年徑流分析的目的和內(nèi)容（一）目的

年徑流年內(nèi)的洪水期、枯水期交替出現(xiàn)，年際間有的為多水年，有的為枯水年，使得河川徑流的天然特性與用水部門的需求不相適應(yīng)。解決的方法：興建水利工程，對(duì)天然徑流進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，將天然徑流在時(shí)間上和地區(qū)上按用水要求重新分配。興建水利工程，需用一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)水庫(kù)。

豐水年因?yàn)榻邓啵瑥搅鞫啵畮?kù)來(lái)水量大，降水多的年份，作物要求灌溉的水量較少，來(lái)水與用水矛盾不突出。

枯水年降雨少，徑流小。來(lái)水小，而用水大，水庫(kù)需供水的要求大。

水庫(kù)庫(kù)容取得大些，灌溉用水的保證程度高些，但投資大，相反，水庫(kù)造得小些，可節(jié)省投資，但灌溉用水得不到保證。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即設(shè)計(jì)保證率問(wèn)題。除灌溉工程外，供水工程、水力發(fā)電工程、航運(yùn)工程等工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都用設(shè)計(jì)保證率表示。保證率=工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的既定目標(biāo)不被破壞的年數(shù)/運(yùn)行年數(shù)例一水庫(kù)有85%年份可以滿足灌溉需要，其保證率=85%不能滿足的年份有15%，即其破壞率為15%。相應(yīng)于保證率的年徑流量為設(shè)計(jì)年徑流量。工程規(guī)模與來(lái)水、用水、保證率的關(guān)系上述n個(gè)庫(kù)容值V1,V2,…,Vn從小到大進(jìn)行排列得到V1

*,V2*,V3

*,,,,Vn*以數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算各項(xiàng)庫(kù)容對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率p1,p2,…,pn；將經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)點(diǎn)繪在概率格紙上，并選配理論頻率曲線；以設(shè)計(jì)保證率p推求滿足設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)庫(kù)容vp。①當(dāng)Q來(lái)、q用一定時(shí)，p↗，則vp↗；②當(dāng)p、q用一定時(shí)，Q來(lái)↗，則vp↘；③當(dāng)Q來(lái)、p一定時(shí)，q用↗，則vp↗（二）年徑流分析計(jì)算的內(nèi)容（1）基本資料信息的搜集和復(fù)查基本資料和信息：設(shè)計(jì)流域和參證流域的自然地理概況、流域河道特征，人類活動(dòng)、水文氣象資料等設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算的目的：推求不同保證率的年徑流量和

分配過(guò)程。對(duì)搜集到的資料要進(jìn)行資料的三性檢查：A、資料的可靠性分析：徑流資料通常以水文年鑒的方式公布出版，一般資料是比較可靠的，但不排除有個(gè)別錯(cuò)誤。

可靠性審查主要審查當(dāng)時(shí)的測(cè)驗(yàn)方法、整編方法（Z-Q關(guān)系曲線的繪制和延長(zhǎng)方法)。通過(guò)上下游和干支流水量平衡來(lái)檢查數(shù)據(jù)是否合理。干支流各站年徑流量之和+區(qū)間年徑流量=下游站年徑流量B、資料的一致性分析

應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的前提之一，要求統(tǒng)計(jì)系列具有一致性，即由同一成因的資料所組成。對(duì)年徑流系列而言，資料的一致性表現(xiàn)在流域氣候條件和下墊面條件的穩(wěn)定性上的。

下墊面條件由于人類活動(dòng)影響變化較大，使資料的一致性受到破壞。對(duì)受到人類活動(dòng)影響時(shí)期的水文資料進(jìn)行還原計(jì)算。C、資料的代表性分析

資料的代表性是指樣本資料的統(tǒng)計(jì)特性能否很好反映總體的統(tǒng)計(jì)特性。樣本對(duì)總體代表性的高低，可通過(guò)2者統(tǒng)計(jì)參數(shù)的比較來(lái)判斷。方法：1、進(jìn)行年徑流的周期性分析

n年徑流資料一般都在其均值上下波動(dòng)，并有豐、枯水年交替出現(xiàn)的規(guī)律，若n年天然徑流系列中，豐水年組多于枯水年組，則計(jì)算的均值可能偏大。一般而言，系列中豐、平、枯水年組各有一個(gè)，可認(rèn)為系列具有較好的代表性。2、與更長(zhǎng)系列參證變量進(jìn)行比較參證流域：同一氣候區(qū)內(nèi)下墊面條件相似的鄰近流域。參證變量：與設(shè)計(jì)斷面徑流關(guān)系密切的水文氣象要素。如：年、月徑流量；年、月降雨量等

可取水文相似區(qū)內(nèi)其他測(cè)站（參證站）觀測(cè)期更長(zhǎng)，并被論證有較好代表性的年徑流系列或年降水系列。選擇參證站的條件：（1）參證變量與設(shè)計(jì)變量在物理成因上密切相關(guān)（2）參證變量與設(shè)計(jì)變量有足夠長(zhǎng)的一段同期觀測(cè)資料（3）參證變量本身有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料，且系列本身代表性較好。

設(shè)某站A有n年實(shí)測(cè)年徑流資料，為了檢驗(yàn)n年資料的代表性，在同一氣候區(qū)，選擇下墊面條件相似且有長(zhǎng)系列年徑流資料N年（N>n)。有同期觀測(cè)資料n年的B站作為參證站。A、計(jì)算B站N年系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)B、從B站長(zhǎng)系列中取出與A站同期的n年資料，計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)

若2者大致接近，則認(rèn)為參證站B的n年資料的代表性較好。從而推斷設(shè)計(jì)站An年系列也有較高的代表性。Nn（2）年徑流量的頻率分析計(jì)算（3）確定年徑流在年內(nèi)的分配過(guò)程（4）對(duì)成果進(jìn)行合理性分析第二節(jié)有較長(zhǎng)資料時(shí)年徑流頻率分析計(jì)算

(資料長(zhǎng)度n>30年)一、資料的審查二、年徑流的頻率計(jì)算

當(dāng)年徑流資料經(jīng)過(guò)審查后，應(yīng)按逐年逐月統(tǒng)計(jì)其徑流量，組成年徑流系列和月徑流系列。資料取自水文年鑒，是按日歷年刊布的。

在水資源利用工程中，為便于水資源的調(diào)度運(yùn)用，常按水利年度重新排列歷年逐月的徑流系列。水利年度：以水庫(kù)蓄泄循環(huán)作為一年的起訖點(diǎn)。即水庫(kù)開(kāi)始蓄水作為水利年度的開(kāi)始，經(jīng)蓄滿，放空作為水利年度的結(jié)束。長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)年月徑流資料按水利年度進(jìn)行劃分后，即為“設(shè)計(jì)年月徑流系列”我國(guó)大多數(shù)河流的年徑流頻率分析采用皮爾遜三型分布。有長(zhǎng)系列徑流資料的頻率計(jì)算方法同于上章所介紹的方法具體步驟：1、將實(shí)測(cè)資料由大到小排序，計(jì)算各項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率2、選定水文頻率分布線型3、假定一組參數(shù)4、由計(jì)算不同的P對(duì)應(yīng)的值5、點(diǎn)繪點(diǎn)據(jù)，分析人員憑經(jīng)驗(yàn)判斷調(diào)整參數(shù)，看與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合的情況若不理想，則修改參數(shù)再次計(jì)算。6、根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合情況，選出一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應(yīng)于該曲線的參數(shù)作為總體參數(shù)的估值。年徑流頻率計(jì)算中，在進(jìn)行適線和參數(shù)調(diào)整時(shí)，可側(cè)重考慮平枯水年份的點(diǎn)群趨勢(shì)。注意：（1）參數(shù)的定量應(yīng)參照地區(qū)綜合分析成果。中小流域的參數(shù)值可參考全國(guó)各地的中小河流年徑流深和變差系數(shù)的等值線圖，看其地區(qū)分布是否合理。（2）歷史枯水年徑流的考證和引用。第三節(jié)有較短年徑流系列時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算短缺資料情況可分2種（1）設(shè)計(jì)站只有較短系列徑流實(shí)測(cè)資料

n<30年（2）設(shè)計(jì)斷面附近完全沒(méi)有實(shí)測(cè)資料。一、有較短實(shí)測(cè)年徑流系列時(shí)設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算關(guān)鍵：展延年徑流系列年徑流系列插補(bǔ)展延的方法是利用第七章中所講的相關(guān)分析法。通過(guò)建立設(shè)計(jì)站年徑流與參證站相應(yīng)的水文要素之間的相關(guān)關(guān)系，利用參證站長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料，把設(shè)計(jì)站的年徑流系列延長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度，使短系列展延為長(zhǎng)系列。常用的參證變量：設(shè)計(jì)斷面的水位上游或下游或鄰近河流測(cè)站的徑流量流域的降雨量（一）、利用本站的水位資料延長(zhǎng)年徑流系列（二）、利用徑流資料展延系列1、利用年徑流資料展延資料

當(dāng)設(shè)計(jì)站站上或下游站具有長(zhǎng)期徑流資料時(shí)，可選作參證站。利用參證變量與設(shè)計(jì)變量的同期觀測(cè)值建立2者的相關(guān)關(guān)系，然后用參證變量的長(zhǎng)系列將設(shè)計(jì)變量延長(zhǎng)到一定長(zhǎng)度。2、利用月徑流資料展延資料

當(dāng)設(shè)計(jì)站實(shí)測(cè)年徑流系列太短，難以建立年徑流量相關(guān)關(guān)系，或規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要求提供設(shè)計(jì)年、月徑流系列時(shí)，可考慮建立月徑流相關(guān)關(guān)系來(lái)延長(zhǎng)設(shè)計(jì)變量。（月徑流量用徑流深表示）當(dāng)設(shè)計(jì)站與參證站流域面積相差不大時(shí)，可得較好結(jié)果。但影響月徑流量的因素比影響年徑流量的因素復(fù)雜得多，月徑流量間的相關(guān)關(guān)系不如年徑流量間的相關(guān)關(guān)系密切。（三）、利用降雨資料展延系列1、利用年降雨資料展延系列

在濕潤(rùn)地區(qū)，年徑流系數(shù)較大，年徑流量與流域上的平均年降雨量關(guān)系密切。可選用流域平均降雨量作為參證變量展延年徑流量系列。

在干旱地區(qū)，年降雨量中的大部分耗于蒸發(fā)，年徑流系數(shù)小，年徑流量與年降雨量相關(guān)關(guān)系并不密切，難以利用其展延年徑流系列。2、利用月降雨資料展延系列

當(dāng)設(shè)計(jì)站實(shí)測(cè)年徑流量系列太短，不足以建立年降雨徑流相關(guān)關(guān)系，或規(guī)劃設(shè)計(jì)要求提供設(shè)計(jì)年、月徑流系列時(shí)，可考慮建立月降雨與月徑流量相關(guān)關(guān)系。

月降雨與月徑流量相關(guān)關(guān)系之間的關(guān)系較差，相關(guān)點(diǎn)據(jù)一般比較散亂，應(yīng)查明原因并改正。月降雨與月徑流量相關(guān)關(guān)系較差的原因：（1）枯季月份降雨量不大，月徑流主要受E，S影響，月降雨與月徑流量在成因上聯(lián)系較差。改正方式；分別建立非枯季月降雨徑流相關(guān)圖及枯季上月與本月徑流量相關(guān)圖。兩圖聯(lián)合運(yùn)用。（2）月降雨量與月徑流量在時(shí)間上不對(duì)應(yīng)，月末降雨所產(chǎn)生的徑流大部分在下月形成。二、缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的估算

在一些中小設(shè)計(jì)流域內(nèi)，有時(shí)只有零星的徑流觀測(cè)資料，無(wú)法展延。有的甚至完全無(wú)徑流觀測(cè)資料。可利用年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)的地理分布規(guī)律，間接進(jìn)行年徑流估算。

閉合流域影響流域多年平均徑流量的主要因素是年降水量及年蒸發(fā)量，它們都具有地理分布規(guī)律。所以多年平均年徑流量也有地理分布規(guī)律。流域下墊面因素(如流域面積大小等)，對(duì)多年平均徑流量亦有影響。這是非分區(qū)因素，為消除此項(xiàng)因素的影響，將流域多年平均年徑流量除以流域面積，即用徑流深（mm）表示。

大多數(shù)水文變量及其特征值都具有漸變的地理變化規(guī)律,因而可以制作等值線圖或分區(qū)圖。這樣，對(duì)于無(wú)資料流域可采用地理插值的方法求得各水文變量值或其特征值，從而解決無(wú)資料流域的水文計(jì)算問(wèn)題，稱這樣的方法為等值線圖法。

河流任一斷面的徑流量是由該斷面以上流域面積上各點(diǎn)的徑流匯集而成，并不是這個(gè)斷面處的數(shù)值；而是代表流域的平均值。因此，在繪制等值線圖時(shí)不能將多年平均年徑流深值點(diǎn)繪在這一斷面處，而應(yīng)點(diǎn)繪在流域面積的形心處。在山區(qū)，徑流量有隨高程增加而增大的趨勢(shì)，所以多年平均年徑流深值應(yīng)點(diǎn)繪在流域平均高程處。

利用等值線圖推求無(wú)資料流域的多年平均年徑流深時(shí)，須首先在圖上畫出流域范圍，定出流域形心。在流域面積較小，流域內(nèi)等值線分布均勻的情況下，可由通過(guò)流域形心的等值線確定該流域的多年平均年徑流深，或根據(jù)形心附近的兩條等值線，按比例內(nèi)插求得。如流域面積較大或等值線分布不均勻時(shí)，可用等值線間的面積加權(quán)計(jì)算流域平均年徑流深。（一）、參數(shù)等值線圖法

我國(guó)已繪制了全國(guó)和各省（區(qū)）的水文特征值等值線圖和表。其中年徑流等值線圖及變差系數(shù)等值線圖可直接采用。1、年徑流均值的估算（1）設(shè)計(jì)流域內(nèi)通過(guò)多條年徑流深等值線

當(dāng)流域面積很大或等值線分布不均勻時(shí)，可用面積加權(quán)法求得流域的平均徑流深先繪出通過(guò)流域長(zhǎng)短軸的垂線，其交點(diǎn)近似位于重心位置。過(guò)O點(diǎn)作垂直于現(xiàn)有等值線（700，800），交點(diǎn)為A、BRi

為分塊面積的平均徑流深。Ai分塊面積。R流域平均徑流深。(2)流域內(nèi)通過(guò)的等值線少或沒(méi)有時(shí)2、年徑流值的估算也有等值線圖查算，方法與年徑流均值的估算方法相似，也可按比例內(nèi)查出流域重心的3、年徑流的估算一般采用的倍比，按規(guī)范規(guī)定=（2—3）設(shè)計(jì)年徑流量W=KAR

當(dāng)流域面積較小，流域內(nèi)等值線分布均勻時(shí)，可由通過(guò)流域形心的等值線確定該流域的多年平均徑流深，或根據(jù)形心附近的2條等值線按比例內(nèi)插。參數(shù)確定后，由設(shè)計(jì)頻率可求得相應(yīng)的年徑流值。（二）、水文比擬法

水文比擬法是將氣候與自然地理?xiàng)l件一致的參證流域水文特征值直接移用到設(shè)計(jì)流域的一種方法。

水文比擬法的基礎(chǔ)是，影響設(shè)計(jì)流域年徑流量的各項(xiàng)因素與參證流域的極為相近，所以這個(gè)方法的關(guān)鍵在于恰當(dāng)選擇參證流域。

另外，流域面積不能相差太大，最好不超過(guò)15%，參證站有較長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)徑流資料，則將參證站的設(shè)計(jì)值直接移用到設(shè)計(jì)流域。K1、K2分別為流域面積和年降雨量的修正系數(shù)。若參證站無(wú)年徑流分析成果，則，年徑流的值可直接采用，無(wú)須修正。=（2—3）

大流域一般都有較長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)徑流資料，實(shí)際上極少使用等值線圖來(lái)推求多年平均徑流深。

等值線圖一般是根據(jù)中等流域資料繪制的，中等流域多年平均徑流深等值線圖實(shí)用意義較大，使用精度較高。

中等流域比小流域有較大的調(diào)蓄補(bǔ)償作用。小流域使用等值線圖方法可能使成果偏小或偏大，應(yīng)結(jié)合具體條件適當(dāng)修正。第四節(jié)設(shè)計(jì)年徑流的時(shí)程分配

當(dāng)求得設(shè)計(jì)年徑流量之后，因?yàn)閺搅饕荒陜?nèi)分配很不均勻，洪枯流量相差較大。年內(nèi)分配不同，對(duì)所需興利庫(kù)容影響較大。

確定設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配，實(shí)際就是求設(shè)計(jì)年徑流量過(guò)程線，通常用逐月的平均流量表示。一、代表年法

代表年法是先計(jì)算設(shè)計(jì)年來(lái)水量和設(shè)計(jì)年用水量，通過(guò)選擇典型年，計(jì)算其來(lái)、用水過(guò)程，然后對(duì)代表年進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，即可確定出年調(diào)節(jié)水庫(kù)的興利庫(kù)容。根據(jù)對(duì)典型年來(lái)、用水是否縮放，代表年法可分為設(shè)計(jì)代表年法和實(shí)際代表年法。（一）設(shè)計(jì)代表年法設(shè)計(jì)代表年法：按一定原則選一個(gè)典型的年內(nèi)分配過(guò)程，并按此典型計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配。1、典型年的選擇原則；（1）選擇年徑流量接近設(shè)計(jì)年徑流量的年份作為典型。即認(rèn)為年徑流量與年內(nèi)分配有一定聯(lián)系，年徑流量接近的年份，其年內(nèi)分配一般也比較接近（2）選擇分配情況對(duì)工程不利的年份灌溉工程：選灌溉期徑流量相對(duì)較小，非汛期徑流量較大，需要的庫(kù)容較大。水電工程：取枯水期較長(zhǎng)，徑流又較枯的年份。判斷題；在代表年選擇中，當(dāng)選出的代表年不止一個(gè)時(shí)，對(duì)灌溉工程應(yīng)取枯水期較長(zhǎng)，徑流較枯的年份。

水力發(fā)電工程一般選豐、平、枯三個(gè)代表年；城鎮(zhèn)供水和農(nóng)業(yè)灌溉工程只選枯水年為代表年。2、徑流年內(nèi)分配計(jì)算典型年選定后，求出設(shè)計(jì)年徑流量與典型年徑流量之比值

用此系數(shù)乘代表年各月的實(shí)測(cè)徑流過(guò)程得設(shè)計(jì)年徑流的月分配。二、虛擬年法該法用于作水資源利用的宏觀分析或評(píng)估時(shí)使用。年徑流=多年平均徑流月徑流=多年月平均徑流同時(shí)給出豐、平、枯三種代表年的年月徑流及年內(nèi)分配。年徑流及年內(nèi)分配不是來(lái)自某些代表年，只是多年的統(tǒng)計(jì)特征，是虛擬年份。三、全系列法將全部年、月徑流系列資料，按工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算。四、水文比擬法適用于缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的設(shè)計(jì)流域。

將水文相似區(qū)內(nèi)的參證站各種代表年的徑流分配過(guò)程，移用到設(shè)計(jì)流域。1、求出參證站各月的徑流分配比

如果找不到合適的參證站，但設(shè)計(jì)流域有降雨資料，可將月降雨量分配比直接移用于年徑流的分配。該法精度較差，適用于小流域。中等以上流域一般不宜采用此法。五、徑流歷時(shí)曲線

徑流的時(shí)程分配和流量過(guò)程著重考慮流量出現(xiàn)的時(shí)間。有些工程（水力發(fā)電、航運(yùn)、放木等）