如何解决缺乏实测径流的设计年径流计算问题

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：以上所述，是推求设计代表年的年径流量及其年内分配。影响年径流量变化的因素主要是气候因素，因此，年径流量Cv值具有地理分布规律，可以应用年径流量Cv等值线图来估算缺乏实测径流资料的流域的年径流量Cv值。

在进行水利水电工程规划设计时，经常遇到小河流上缺乏实测径流资料的情况，或者虽有短期实测径流资料但无法展延。在这种情况下，设计年径流量及年内分配只有通过间接途径来推求。目前常用的方法是水文比拟法和参数等值线法。

4.2.3.1　水文比拟法

水文比拟法就是将参证流域的水文资料移置到设计流域上来的一种方法。这种移置是以设计流域影响径流的各项因素，与参证流域影响径流的各项因素相似为前提。因此，使用本方法的最关键的问题在于选择恰当的参证流域。参证流域应具有较长的实测径流资料系列，其主要影响因素与设计流域相近，可通过历史上旱涝灾情调查和气候成因分析，说明气候条件的一致性，并通过流域查勘及有关地理、地质资料，论证下垫面情况的相似性，流域面积也不要相差太大。

采用水文比拟法，将参证流域的年、月径流资料移置到设计流域有下列几种情况：

（1）直接移置径流深。最简单的情况是直接把参证流域的设计代表年、月径流深移置到设计流域作为设计代表年的来水过程。直接移置的条件是：①两个流域的年降雨量基本相等；②两个流域的自然地理情况十分相近；③两个流域的面积不能相差太大。

（2）考虑雨量修正。当设计流域与参证流域的自然地理条件相近，但降雨量情况有较大差别时，就不能直接移置径流深，就必须考虑雨量进行修正。

可假定两流域的径流系数α参与α设相等，即y设／x设＝y参／x参，则可通过雨量修正求得y设。方法是用某代表年的设计流域的年降雨量x年，设与参证流域年降雨量x年，参的比值乘以参证站的年径流深y年，参来求得设计流域的年径流深y年，设。即

有了设计流域的年径流深y年，设，可根据参证流域该代表年的月径流分配，得出设计流域逐月径流深y月，设，即可用下列公式计算：

如设计流域缺乏该代表年的降雨资料，则可根据有关手册上提供的多年平均年降雨量等值线图，查得设计流域中心处和参证流域中心处的多年平均年降雨量值x年，设和x年，参，然后用式（4.3）计算设计流域的年径流深y年，设。

（3）移置参证流域的年降雨径流相关图。首先根据参证流域的降雨和径流资料作出年降雨径流相关图，并移置到设计流域。再由设计流域代表年的降雨量查图得设计流域的年径流深。其逐月径流过程可根据参证流域的月径流分配过程按年径流量同倍比缩放求得。这样做不是简单的移用年径流系数，而是移用参证流域多年的降雨径流关系，消除个别资料的偶然因素影响，可望得到较上述两种方法更符合实际的成果。

（4）移置参证流域的降雨径流模型及其参数。用设计流域的代表年逐日降雨量资料和蒸发资料作为模型的输入，通过计算输出逐日模型的径流深，按月求和即得设计流域的年、月径流过程。该法考虑了降雨的年内分配，因此比移置年降雨径流相关图求得的年径流深更为精细。由于各月径流深是采用设计流域自己的降雨过程求得的，因此降雨与径流的对应关系较好。该法虽然具有上述一些优点，但由于枯季各月的径流量大部分来自流域蓄水，只有一部分是由本月降雨所形成，所以该法求出来的枯季各月的径流误差较大。

以上所述，是推求设计代表年的年径流量及其年内分配。当采用长系列操作法进行调节计算时，需要提供历年逐月流量资料，同样可用上述的水文比拟法来推求。

4.2.3.2　工等值线图法

水文特征值主要指年径流量、时段径流量、年最大降水量、时段降水量，最大1d、3d等降水量等。水文特征值的统计参数主要是均值、Cv，其中某些水文特征值的参数在地区上有渐变规律，可以绘制参数等值线图。

水文特征值主要受气候因素和下垫面因素影响。气候因素主要指降水、蒸发、气温等，在地区上具有渐变规律，是地理坐标的函数。下垫面因素主要指土壤、植被、流域面积、河道坡度、河床下切深度等，在地区上变化是不连续的、突变的。当影响水文特征值的因素随地理坐标不同而发生连续变化时，利用这种特性就可以在地图上作出它的等值线图。反之，有些水文特征值其值不随地理坐标而连续变化，就无法绘制等值线图。

目前，我国已编制了全国及各种分区的水文查算图表，可供缺乏实测资料流域水文分析计算使用。值得注意的是，用等值线图推求设计年径流，一般适用于300～5000km2流域，对于小（或很大）流域，由于受下垫面因素影响较大，其地理分布规律不明显。

（1）多年平均年径流量的推求。影响闭合流域多年平均年径流量的主要因素是气候因素：降雨与蒸发。由于降水量和蒸发量具有地理分布规律，因此，可以绘制多年平均年径流量等值线图，并用它推求缺乏实测径流资料地区的多年平均径流量。为了消除流域面积对多年平均年径流量等值线的影响，在绘制等值线时，总是以径流深（mm）为计量单位。

用等值线图推求无实测径流资料流域的多年平均年径流量时，须首先在图上描出设计断面以上流域范围；其次定出该流域的形心。当流域面积较小，流域内等值线分布均匀的情况下，流域的多年平均年径流量可以通过流域形心的等值线直接确定，或者根据形心附近的两条等值线按比例内插求得。如流域面积较大，或等值线分布不均匀时，则应采用加权平均法推求。

式中：h为设计站的多年平均年径流量，mm；f1，f2，…为两相邻等值线间的部分流域面积，km2；F为设计断面以上控制面积，km2；h1，h2，…为等值线所代表的多年平均年径流量，mm。

（2）年径流量变差系数Cv的推求。影响年径流量变化的因素主要是气候因素，因此，年径流量Cv值具有地理分布规律，可以应用年径流量Cv等值线图来估算缺乏实测径流资料的流域的年径流量Cv值。年径流量Cv值等值线图的绘制和使用方法，与多年平均年径流量等值线图相似。但应注意，年径流量Cv值等值线图的精度一般较低。

（3）设计年径流量的年内分配。设计年径流量的年内分配，即直接移用参证流域各种代表年的月径流量分配比。

由等值线图可查得无资料流域的年径流统计参数均值、Cv，至于偏态系数Cs值一般通过Cs与Cv的比值定出。根据水文比拟法可直接移用参证流域Cs与Cv的比值，或查水文手册上分区给出的Cs与Cv的比值。在多数情况下，常采用Cs＝2Cv。

求得上述3个参数后，可由已知的设计频率查P-Ⅲ型的K值或Φ值表，即可推求设计年径流量或丰、平、枯3个代表年的设计年径流量。各省水文手册配合参数等值线图，都按气候及地理条件作了分区，并给出了分区的丰、平、枯典型分配过程以备查用。

如何解决缺乏实测径流的设计年径流计算问题

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