设计年径流计算的代表年法设计优化方案

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：在确定设计代表年的径流时，一般要求年径流量及一些计算时段的径流量达到指定的设计频率。如计算时段为年，则按水利年统计逐年年径流量，构成年径流量系列。试求p＝10%的设计丰水年、p＝50%的设计平水年、p＝90%的设计枯水年的设计年径流量。以年水量控制求缩放倍比K，由式得设计枯水年设计年径流年内分配计算。表G1.2设计年径流年内各月及全年径流量单位：m3/s这种推求设计年径流过程的方法，称为同倍比缩放法。

根据工程要求或计算任务，设计代表年又可分为设计丰、平（中）、枯水年三种情况，并且通过不同频率来反映丰、平、枯水情况。一般丰水年的频率不大于25%，平水年的频率取50%，枯水年的频率不小于75%。对于灌溉工程、城镇供水工程只需推求设计保证率p设相应的设计枯水年；对于水电工程一般应推求频率1-p设、50%、p设分别相应的设计丰、平、枯三个代表年。水资源规划或供需分析中，一般需推求频率分别为20%（丰水）、50%（平水）、75%（偏枯）、90%或95%（枯水）的代表年。这些设计频率（也称为指定频率）相应的年径流量，称为设计年径流量；设计年径流量在年内各月（或旬）的分配称为设计年内分配。

当设计频率确定后，设计代表年的年、月径流量的计算内容包括两个环节：①设计年径流量及设计时段径流量的计算；②设计年内分配的计算。

1.设计年径流量及设计时段径流量的计算

（1）计算时段的确定。在确定设计代表年的径流时，一般要求年径流量及一些计算时段的径流量达到指定的设计频率。因此在对年径流量进行频率计算时，常需对其他计算时段的径流量也进行计算。计算时段，也称统计时段，它是按工程要求确定的。对灌溉工程，则取灌溉期或灌溉期各月作为计算时段；对水电工程，年水量和枯水期水量决定发电效益，采用年及枯水期作为计算时段。

（2）频率计算。如计算时段为年，则按水利年统计逐年年径流量，构成年径流量系列。如计算时段为枯水期3个月，则统计历年连续最枯的3个月总水量，组成时段枯水量系列。《水利水电工程水文计算规范》（SL278—2002）规定，径流频率计算依据的系列应在30年以上。通过对年径流量系列或时段径流量系列频率计算，可推求指定频率的年径流量或时段径流量，即为设计年径流量或设计时段径流量。应注意，适线时在照顾大部分点据的基础上，应重点考虑中下部平水年和枯水年点群的趋势定线；Cs值一般可采用（2～3）Cv。当调查到历史特枯水年（或枯水期）径流量时，必须慎重考证确定其重现期，然后合理确定其在样本中的经验频率，再进行绘点配线确定统计参数。

（3）成果的合理性检查。应用数理统计方法推求的成果必须符合水文现象的客观规律，因此，需要对所求频率曲线和统计参数进行下列合理性检查：

1）要求年及其他各时段径流量频率曲线在实用范围内不得相交。即要求同一频率的设计值，长时段的要大于短时段的，否则应修改频率曲线。

2）各时段的径流量统计参数在时间上能协调。即均值随时段的增长而加大，Cv值一般随时段的增长而有递减的趋势。

3）要求统计参数与上下游、干支流、邻近河流的同时段统计参数在地区上应符合一般规律。即流量的均值随流域面积的增大而增大，Cv值一般随流域面积的增大有减小的趋势。如不符，应结合资料情况和流域特点进行深入分析，找出原因。

4）可将年径流量统计参数与流域平均年降水量统计参数进行对比。即年径流量的均值应小于流域平均年降水量的均值；而一般以降雨补给为主的河流，年径流量的Cv值应大于年降水量的Cv值。

【例G1.1】拟兴建一水利水电工程，某河某断面有18年（1958～1976年）的流量资料，见表G1.1。试求p＝10%的设计丰水年、p＝50%的设计平水年、p＝90%的设计枯水年的设计年径流量。

（1）进行年、月径流量资料的审查分析，认为18年实测系列具有较好的可靠性、一致性和代表性。

（2）将表G1.1中的年平均径流量组成统计系列，按照适线法进行频率分析，从而求出指定频率的设计年径流量，频率计算结果如下：

2.设计年内分配的计算

当求得设计年径流量及设计时段径流量之后，根据工程要求，求得设计频率的设计年径流量后，还必须进一步确定月径流过程。目前常用的方法是：先从实测年、月径流量资料中，按一定的原则选择代表年。然后依据代表年的年内径流过程，将设计年径流量按一定比例进行缩放，求得所需的设计年径流年内分配过程。

（1）代表年的选择。代表年从实测径流资料中选取，应遵循下述三条原则：

1）水量相近的原则。即选取的代表年年径流量或时段径流量应与相应的设计值接近。

2）选取对工程不利的年份。在实测径流资料中水量接近的年份可能不止一年，为了安全起见，应选用水量在年内的分配对工程较为不利的年份作为代表年。如对灌溉工程而言，应选灌溉需水期径流量比较枯，而非灌溉期径流量又相对较丰的年份，这种年内分配经调节计算后，需要较大的库容才能保证供水，以这种代表年的年径流分配形式代表未来工程运行期间的径流过程，所确定的工程规模对供水来说具有一定的安全保证程度。对水电工程而言，则应选取枯水期较长、枯水期径流量又较少的年份。

3）水电工程一般选丰水、平水和枯水3个代表年，而灌溉工程只选枯水1个代表年。

（2）设计年径流年内分配计算。按上述原则选定代表年径流过程线后，求出设计年径流量与代表年年径流量之比值K年或求出设计供水期水量与代表年的供水期水量之比值K供，即

然后，以K年或K供值乘代表年的逐月平均流量，即得设计年径流的年内分配过程。

【例G1.2】接前例，求设计枯水年p＝90%的设计年径流的年内分配。

（1）代表年的选择。p＝90%的设计枯水年，Q年，90%＝6.82m3/s，与之相近的年份有1971～1972年（Q＝7.24 m3/s）、1964～1965年（Q＝7.87 m3/s），1959～1960年（Q＝7.78 m3/s）、1963～1964年（Q＝4.73 m3/s）。考虑分配不利，即枯水期水量较枯，选取1964～1965年作为枯水代表年，1971～1972年作比较用。

（2）以年水量控制求缩放倍比K，由式（G1.1）得

设计枯水年

（3）设计年径流年内分配计算。以缩放倍比K乘以各自代表年的逐月径流，即得设计年径流年内分配，结果见表G1.2。

表G1.2　设计年径流年内各月及全年径流量　　单位：m3/s

这种推求设计年径流过程的方法，称为同倍比缩放法。该方法简单易行，计算出来的年径流过程仍保持原代表年的径流分配形式，但求出的设计年径流过程，只是计算时段（年或某一时段）的径流量符合设计频率的要求。有时需要几个时段和全年的径流量同时满足设计频率，则需用同频率缩放法。具体计算方法与由流量资料推求设计洪水中的“同频率放大法”相同。

设计年径流计算的代表年法设计优化方案

相关推荐