第四章河川径流课件

第四章第四章河川径流河川径流BeijingForestryUniversity1高甲荣河川径流（水文与水资源学）第四章河川径流BeijingForestryUnive主要内容n河流与流域n正常径流量计算n径流量的年变化n径流的年内分配n枯水径流n河流泥沙BeijingForestryUniversity2高甲荣河川径流（水文与水资源学）主要内容河流与流域BeijingForestryUniv1.河流与流域n基本概念n河系特征n流域特征BeijingForestryUniversity3高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流与流域基本概念BeijingForestryUniv1基本概念n河流和水系n干流和支流n外流河和内流河n河流分段n流域BeijingForestryUniversity4高甲荣河川径流（水文与水资源学）基本概念河流和水系BeijingForestryUniv河流和水系n河流地表水在重力的作用下，沿着陆地表面上的线形凹地流动，并汇集于各级河槽上n经常或间歇性的水流及河槽（河床）是构成河流的两个因素n水系大小河流构成脉络相通的水流系统n干流直接入海或内陆湖泊的河流n汇入干流的河流叫一级支流；流入一级支流的称二级支流；依次类推。如渭河是黄河的一级支流，径河是黄河二级支流。BeijingForestryUniversity5高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流和水系河流地表水在重力的作用下，沿着陆地表面上的线形凹黄土高原地貌与水系BeijingForestryUniversity6高甲荣河川径流（水文与水资源学）黄土高原地貌与水系BeijingForestryUniv水系横贯自然景观，如同身体中的血管BeijingForestryUniversity7高甲荣河川径流（水文与水资源学）水系横贯自然景观，如同身体中的血管BeijingFores水系的命名n外流河流入海洋的河流，如长江、黄河n内流河凡流入内陆湖泊或消失于沙漠中的河流，如新疆的塔里木河，青海的布喀河n水系一般以干流命名，取长度最长，水量最大的作为干流n但有时也根据习惯来决定，如大渡河比岷江长度和水量都大，但习惯上一直把大渡河作为岷江的支流BeijingForestryUniversity8高甲荣河川径流（水文与水资源学）水系的命名外流河流入海洋的河流，如长江、黄河Beijing河流的分段n河源：河流的发源地，长江的正源为托托河；黄河的正源为卡日曲n上游：河谷狭、比降陡、流量小、流速大、冲刷占优势、河槽多为基岩或砾石、多急滩、瀑布。黄河内蒙托克托县河口镇，长江湖北宜昌n中游：中游比降与流速减小、流量加大、冲刷淤积都不严重、河槽多为粗沙。长江江西的湖口，黄河河南孟津n下游：比降与流速更小、流量更大、淤积占优势、多浅滩沙洲、河槽多细沙或淤泥n河口：河流的出口处，河流注入海洋或湖泊处，有大量的泥沙淤积形成三角洲。一条河流直接注入另一河流的叫支流河口BeijingForestryUniversity9高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流的分段河源：河流的发源地，长江的正源为托托河；黄河的正源流域的概念n分水线：当地形向两侧倾斜，使雨水分别汇集到两条河流中去，这一起着分水作用的脊线，山脊线的连线为分水线，分水线两边的雨水分别汇入不同的流域n流域：汇集地面水和地下水的区域。它是分水线所包围的区域，地面分水线与地下分水线分别构成地面集水区和地下集水区。由于受地质构造的影响，有时地面水和地下水的分水线不完全重合，将发生两个相邻流域的水量交换。一般大中流域交换水量比流域总水量小得多，而对于小流域或岩溶地区的流域，这种地下的水量交换占流域总水量的比重较大。n闭合流域流域的地面、地下水的分水线重合时n非闭合流域流域地面、地下分水线不重合时，即本流域与邻近流域有水量交换BeijingForestryUniversity10高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域的概念分水线：当地形向两侧倾斜，使雨水分别汇集到两条河流降水区域和流域面积的界限BeijingForestryUniversity11高甲荣河川径流（水文与水资源学）降水区域和流域面积的界限BeijingForestryU2河系特征水系形状根据干流与支流的分布及组合情况的不同，可分以下几种类型n扇形水系：各支流较集中地汇于干流。流域呈扇形或圆形n羽状水系：干流较长，支流从左右岸相间呈羽状汇入干流n平行水系：若干近似乎行的支流汇入干流。如淮河蚌埠以上地区的水系就是平行水系。n混合状水系:大多数河流的水系并不是由单一的某种水系过程，一般都包括上述两种或三种形式，把这种由两种以上的水系复合而成的水系为混合状水系。BeijingForestryUniversity12高甲荣河川径流（水文与水资源学）河系特征水系形状BeijingForestryUnBeijingForestryUniversity13高甲荣河川径流（水文与水资源学）BeijingForestryUniversity13高河长河长n在河槽中各断面的最低点的联线称为溪线，或中泓线。n从河口到河源，沿河道溪线量得的距离为河长，单位为km。n一般小比例尺的地形图不易找出河源，可将干流最上游的看得清的溪线，沿垂直于等高线的方向延长至分水线即河长的终点。n河长是确定河流落差、比降、汇流时间和流量的重要参数。n量算河长可用细线、曲线计或小分规顺弯逐段量取。BeijingForestryUniversity14高甲荣河川径流（水文与水资源学）河长在河槽中各断面的最低点的联线称为溪线，或中泓线。Bei河网密度河网密度单位流域面积内干、支流的总长度称河网密度。可用下式计算：n河网密度干、支流总长度/流域面积n河网密度表示一个地区河网的疏密程度。它是流域中径流发展的标志之一。河网密度越大，流域被洪水切割程度越大，径流汇集较快；河网密度小，径流汇集慢，流域排水不良。BeijingForestryUniversity15高甲荣河川径流（水文与水资源学）河网密度单位流域面积内干、支流的总长度称河网密度。可用下河流的弯曲系数河流的弯曲系数某河流的实际长度与河流直线长度之比称河流的弯曲系数。n它表示河流平面形状的弯曲程度。弯曲系数越大，表明河流越弯曲，径流汇集相对较慢，对航运及排洪不利。n河流的弯曲系数河流的实际长度/河流的直线长度BeijingForestryUniversity16高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流的弯曲系数某河流的实际长度与河流直线长度之比称河流的弯曲河流的平面形态河流按流经地区特性可分成山区河流和平原河流。n山区河流平面形态复杂，多急弯、卡口，两岸和河心常有突出的巨石，河岸曲折不齐，宽度变化大。n在平原河道中，由于河水的环流和冲淤作用，河道常常表现为蜿蜒的平面形态。在河流的凹岸，水深较大称为深槽，深槽对岸为浅滩，表现为凸岸。BeijingForestryUniversity17高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流的平面形态河流按流经地区特性可分成山区河流和平原河流河流的纵横断面河流的纵横断面n河流的断面可分为纵断面和横断面。n纵断面是指河底高程沿河长的变化，一般用纵断面图表示。n横断面是指垂直于流向的断面。两边以河岸为界，下面以河底为界。分单式及复式两种，单式端面水面宽度随水深的变化没有突变点，是连续变化的，而复式断面水面宽度随水深的变化有突变点，是不连续的。BeijingForestryUniversity18高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流的纵横断面河流的断面可分为纵断面和横断面。Beijing河流横断面类型BeijingForestryUniversity19高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流横断面类型BeijingForestryUniver河流的比降n河槽纵断面特征可用落差、比降和河槽平均坡度表示n落差是指河段两端的河底高程差n河道的总落差是指河源至河口的高程差n比降指河段落差与相应河段长度之比即单位河长的落差n河底比降河段上、下游两点的高程差/河段长度n当河槽纵断面呈折线时，通过下游端断面河底处作一斜线（AB），使此斜线以下面积与原河底线以下面积相等。AB线的坡度即为河槽的平均坡度。BeijingForestryUniversity20高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流的比降河槽纵断面特征可用落差、比降和河槽平均坡度表示BeBeijingForestryUniversity21高甲荣河川径流（水文与水资源学）BeijingForestryUniversity21高河道平均比降的计算n(h0+h1)l1/2+(h1+h2)l2/2(h2+h3)l3/2+(hn-1+hn)ln/2=(h0+JL+h0)L/2n整理后可得到河槽的平均坡度nJ=(h0+h1)l1+(h1+h2)l2+(hn-1+hn)ln-2h0L/L2n其中L为河长，li为各段河长，hi为相应各段的河底高程。BeijingForestryUniversity22高甲荣河川径流（水文与水资源学）河道平均比降的计算(h0+h1)l1/2+(h1+h2)l2河流横比降n河流横断面的水面，一般并不是水平的，而是横向倾斜或凹凸不平的，这种河流表面横向的水面倾斜称为横比降。n产生横比降的原因主要有三个：n其一是地球自转产生的偏转力，n其二是河流转弯处的离心力，n其三是洪水涨落的影响。BeijingForestryUniversity23高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流横比降河流横断面的水面，一般并不是水平的，而是横向倾斜或产生横比降的原因分析n地球自转产生的偏转力，在北半球总是作用于物体运动方向的右侧，因此，河流有向右运动的倾向，从而使右岸水面高于左岸。n在河流转弯处，由于离心力的作用使凹岸的水面高于凸岸。n在涨水时河槽水位和流量剧增，两岸阻力大流速小，而中间流速大，水位的增率比两岸大，因此中间水面高，两岸水面低，河流表面呈凸形；相反，在落水时，水位和流速的减率中间大两岸小，使得两岸水面高而中间水面低，河流表面呈凹形。BeijingForestryUniversity24高甲荣河川径流（水文与水资源学）产生横比降的原因分析地球自转产生的偏转力，在北半球总是作用于产生横比降的原因分析n由于水面横比降的存在，使河流的横断面上产生一种水内环流，它与流向垂直,水内环流随水流运动呈螺旋状向前运动。n河流转弯处的水内环流表现为：n在水面上水由凸岸流向凹岸n在河底处水由凹岸流向凸岸n河流左转弯时，环流按顺时针方向旋转BeijingForestryUniversity25高甲荣河川径流（水文与水资源学）产生横比降的原因分析由于水面横比降的存在，使河流的横断面上产产生横比降的原因分析n河流右转弯时，环流按逆时针方向旋转。由于河流转弯处水内环流的影响，使凹岸受到冲刷，被冲刷的泥沙带到凸岸淤积，从而使河流越来越弯曲。n涨水时水内环流表现为：在水面上水由中间流向两岸，再河底处由两岸流向中间，涨落水时的水内环流使河流横断面由单式变为复式，即由单一的抛物线型演变成W型BeijingForestryUniversity26高甲荣河川径流（水文与水资源学）产生横比降的原因分析河流右转弯时，环流按逆时针方向旋转。由于在水面上水由凸岸流向凹岸在河底处水由凹岸流向凸岸BeijingForestryUniversity27高甲荣河川径流（水文与水资源学）在水面上在河底处BeijingForestryUniveBeijingForestryUniversity28高甲荣河川径流（水文与水资源学）BeijingForestryUniversity28高3流域特征 （一）、流域的几何特征（一）、流域的几何特征n流域面积：流域面积：流域分水线和出流断面所包围的面积称流域面积，单位为km2。流域面积是河流的重要特征。n它不仅决定河流的水量也影响径流的过程。在其它因素相同时，一般流域面积越大，河流的水量也越大，对径流的调节作用也大,洪水过程较为平缓，枯水流量相对较大；n面积越小，流量也越小，如遇短历时暴雨常很容易形成陡涨陡落的洪水过程，枯水流量也较小。n是一个非常重要的特征值，一般可用求积仪法、数方格法、称重法等进行测定。BeijingForestryUniversity29高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域特征（一）、流域的几何特征B流域的长度和平均宽度流域的长度和平均宽度n流域长度为河源到河口几何中心的长度，单位为km，如果流域左右岸对称，一般可以用干流长度代替。n具体求算时以河口为中心，任意长为半径，画出若干圆弧，各交流域的边界于两点，这些弧线中点的连线的长度即为流域长度。n流域的平均宽度是指流域面积与流域长度的比值n比较狭长的流域，水的流程长、径流不易集中，洪峰流量较小。n反之，径流容易集中，洪水威胁大。BeijingForestryUniversity30高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域的长度和平均宽度流域长度为河源到河口几何中心的长度，单位流域形状系数流域形状系数n流域形状系数Ke是流域分水线的实际长度与流域同面积圆的周长之比。n流域形状与圆的形状相差越大，流域形状系数Ke,也越大。nKe值接近于1时，说明流域的形状接近于圆形,这样的流域易造成大的洪水。nKe值越大，流域形状越狭长，径流变化越平缓。BeijingForestryUniversity31高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域形状系数流域形状系数Ke是流域分水线的实际长度与流域同面流域不对称系数n不对称系数Ka表示流域左右岸面积分布的不对称程度。n流域的不对称系数是左右岸面积之差与左右岸面积之和的比值。n流域的不对称系数，当Ka愈大时，流域愈不对称。左、右流域面积内的来水也愈不均匀。径流不易集中，调节作用大。BeijingForestryUniversity32高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域不对称系数不对称系数Ka表示流域左右岸面积分布的不对称程（二）流域地形特征n流域平均高度：指流域范围内地表平均高程。可用下式计算nH0=(a1h1+a2h2.+anhn)/An式中H0流域平均高度mnai相邻两等高线间的面积，km2nhi相邻两等高线的平均高度，mnA流域总面积，km2BeijingForestryUniversity33高甲荣河川径流（水文与水资源学）（二）流域地形特征流域平均高度：指流域范围内地表平均高程。流域地形特征n流域平均坡度：是坡地漫流过程的一个影响因素，在流域洪水汇流计算时，是一个重要参数。按下式计算nJ=(a1J1+a2J2.+anJn)/An式中J流域平均坡度nJi相邻两等高线间的平均坡度nai相邻两等高线间的面积，km2nA流域面积，km2n面积高程曲线：有些水文要素随高程而变，为了研究其对水文特征值的影响，要了解面积随高程的分布情况n面积高程曲线可通过求积仪量算相邻两条等高线间的面积，并将高于一定高程的累积面积与该高程作图而得BeijingForestryUniversity34高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域地形特征流域平均坡度：是坡地漫流过程的一个影响因素，在流（三）流域自然地理特征n流域的地理位置流域的地理位置：流域地理位置是以流域中心和流域边界的地理坐标的经纬度来表示n流域的地理位置是说明离海洋的距离以及与其他较大山脉的相对位置，它影响水汽的输送和降雨量的大小。BeijingForestryUniversity35高甲荣河川径流（水文与水资源学）（三）流域自然地理特征流域的地理位置：流域地理位置是以流域中流域的气候条件n流域的气候因素包活降水、蒸发、气温、湿度、气压及风速等。n河川径流的形成和发展主要受气候因素控制，俄罗斯著名气候学家A.H.沃那伊科夫认为，河流是气候的产物。n降水量的大小及分布，直接影响径流的多少，蒸发量年、月径流量有重大影响。气温、湿度、风速、气压等主要通过影响降水和蒸发而对径流产生间接影响。BeijingForestryUniversity36高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域的气候条件流域的气候因素包活降水、蒸发、气温、湿度、气压流域的土壤、岩石性质和地质构造n土壤、岩石性质主要指土壤结构和岩石水理性质，如水容量、给水度、持水性、透水性等n地质构造指断层、折皱、节理、新构造运动等，这些因素与下渗损失、地下水运动、流域侵蚀有关，从而影响径流及泥沙情势。BeijingForestryUniversity37高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域的土壤、岩石性质和地质构造土壤、岩石性质主要指土壤结构和流域自然地理特征n流域的植被流域的植被：主要包括植被类型、在流域内的分布状况、复被率、郁闭度、生物量、生长状况等等。n植被是影响径流最为积极的因素之一，它能够起到涵养水源、调节径流的作用。n流域内湖泊与水库流域内湖泊与水库：湖泊和水库对径流有着巨大的调节作用，流域内湖泊和水库越多，对河川径流的调节作用越大BeijingForestryUniversity38高甲荣河川径流（水文与水资源学）流域自然地理特征流域的植被：主要包括植被类型、在流域内的分布河道类型Bach-und Fluss-typologie:Tiefen/Breitenver-hltnis:Es lsst sich daraus auch der Typ des Sediment-transportes und die Stabilitt der Ufer ableiten.In geschiebe-reichen Wildbchen tritt vor allem der Typ Nr.5 auf.(THORNE et al.1997,S.180)河道模式分叉 蛇曲 直线河道悬移输沙河床输沙混合输沙BeijingForestryUniversity39高甲荣河川径流（水文与水资源学）河道类型Bach-undFluss-typologie:河流类型In dieser Typisierung werden den unverzweigten die verzweigten Gwerinne gegenber-gestellt und den gestreckten die gewundenen.Die anastomosed rivers“treten bei Wild-bchen kaum auf.Die geraden Bche sind meist durch Felsufer vorgeprgt.Mander treten besonders in Gebieten mit Ufern aus kohsivem Material auf,whrend die Furka-tionsgerinne sich bei nicht kohsivem Material bilden.(THORNE et al.1997,S.182)直线蜿蜒BeijingForestryUniversity40高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流类型IndieserTypisierungwerd河流类型Lngsprofil eines steilen Baches mit typischem Tmpel-Stufen-System(Stufen-Becken-System).Die Stufen werden vielfach von verkeilten groben Blcken gebildet,die dem System hohe Stabilitt verleihen.(Aus DITTRICH 1998,S.47,nach SCHCHLI 1991),Plaikbach,Bad Drnberg bei Hallein.Die Bildung dieses Stufen-Tmpelsystems ist ein Selbstorganisationsprozess mit Stabilisierungseffekt.Dieser Bachlauf-Typ kommt vor allem in den obersten Oberlufen vor.BeijingForestryUniversity41高甲荣河川径流（水文与水资源学）河流类型Lngsprofileinessteilen跌水池塘系统Stufen bilden sich in steilem grobblockigem(Mornen)-Material hufig aus(li)Auch in heien Quellen(Yellow stone NP)bilden sich solche Stufen durch Organismenwachstum;vertikale MandrierungBeijingForestryUniversity42高甲荣河川径流（水文与水资源学）跌水池塘系统Stufenbildensichin河溪类型Grobblockiges Geschiebe erhht die Bachbettrauhigkeit;Abstrze dissipieren sehr viel kinetische Energie infolge hoher Turbulenz und Luftdurchmischung(Yellowstone Nationalpark 1993)BeijingForestryUniversity43高甲荣河川径流（水文与水资源学）河溪类型GrobblockigesGeschiebeer河道分叉类型Querprofil eines Furkationsbaches Hhenmastab 10 fach nach LISLE&MADEJ,1992);Tagliamento,Italien einer der letzten groen Furkationsflsse in MitteleuropaFurkation nach Hochwasser 1987 im Stubai-Tal Tirol(Ruez)海拔BeijingForestryUniversity44高甲荣河川径流（水文与水资源学）河道分叉类型QuerprofileinesFurkati河道分叉类型Entstehung von Bnken und Verzweigungen nach KNIGHTON(1998)心滩沉积横向转换河滩分割急流险滩BeijingForestryUniversity45高甲荣河川径流（水文与水资源学）河道分叉类型EntstehungvonBnkenun分叉类型Der bergang vom Mander zum Furkations-flu geht sehr unvermittelt und wird bei Begradigun-gen von Bchen oft ungewollt mit nachteiligen Folgen erzielt.(nach KHAN 1971,zit.nach SIMONS&SENTRK 1992,S.34)弯曲坡度BeijingForestryUniversity46高甲荣河川径流（水文与水资源学）分叉类型DerbergangvomManderz蛇曲类型Manderbildung in sehr flachen Bereichen mit weniger Sedimenttransport und kohsiven Uferbank-Material.Links Mander im Westsibierischen Tiefland,rechts Manderbach im Yellowstone Nationalpark.BeijingForestryUniversity47高甲荣河川径流（水文与水资源学）蛇曲类型Manderbildunginsehrfla蛇曲类型Das Wasser fliet in einem Gerinne schraubenartig und vertieft dadurch die Auenseite eines Bogens,whrend an der Innenseite Material abgelagert wird.Dadur ch entstehen die asymetgrischen Querprorlich flieender Bche und Flsse.(aus KNINGHTON 1998,S.218).BeijingForestryUniversity48高甲荣河川径流（水文与水资源学）蛇曲类型DasWasserflietineinemBeijingForestryUniversity49高甲荣河川径流（水文与水资源学）BeijingForestryUniversity49高河溪分类坡度过水断面俯视图河流类型BeijingForestryUniversity50高甲荣河川径流（水文与水资源学）河溪分类坡度过水断面俯视图河流类型BeijingFores河道等级系统BeijingForestryUniversity51高甲荣河川径流（水文与水资源学）河道等级系统BeijingForestryUnivers2.正常径流量计算n在一个年度内，通过河川某一断面的水量，称为该断面以上流域的年径流量。n河川径流在时间上的变化过程有一个以年为周期循环的特性，这样，我们就可以用年为单位分析每年的径流总量以及径流的年际与年内分配情况，掌握它们的变化规律，用于预估未来各种情况下的变化情势。n河川径流量是以降水为主的多因素综合影响的产物n表现为任一河流的任一断面上逐年的天然年径流量是各不相同的，有的年份水量一般，有的年份水量偏多，有的年份则水量偏少。BeijingForestryUniversity52高甲荣河川径流（水文与水资源学）正常径流量计算在一个年度内，通过河川某一断面的水量，称为该断多年平均径流量n年径流量的多年平均值称为多年平均径流量n多年平均径流量QQi/nnQi各年的年径流量之和nn年数。n在气候和下垫面基本稳定的条件下，随着观测年数的不断增加，多年平均年径流量Q趋向于一个稳定数值，这个稳定数值称为正常年径流量。BeijingForestryUniversity53高甲荣河川径流（水文与水资源学）多年平均径流量年径流量的多年平均值称为多年平均径流量Beij多年平均年径流量与正常年径流量n正常年径流量是反映河流在天然情况下所蕴藏的水资源，是河川径流的重要特征值。n在气候及下垫面条件基本稳定的情况下，可以根据过去长期的实测年径流量，计算多年平均年径流量来代替正常年径流量。n但是正常年径流量的稳定性不能理解为不变性，因为流域内没有固定不变的因素。n就气候和下垫面条件来说，也是随着地质年代的进展而变化，只不过这种变化非常缓慢，可以不用考虑n但是大规模的人类活动，特别是对下垫面条件的改变将使正常年径流量发生显著变化。BeijingForestryUniversity54高甲荣河川径流（水文与水资源学）多年平均年径流量与正常年径流量正常年径流量是反映河流在天然情正常年径流量的推算方法n根据观测资料的长短或有无，正常年径流量的推算方法有三种：有长期实测资料，有短期实测资料和无实测资料。n有长期实测资料n有短期实测资料n无实测资料BeijingForestryUniversity55高甲荣河川径流（水文与水资源学）正常年径流量的推算方法根据观测资料的长短或有无，正常年径流量有长期实测资料时正常年径流量的计算有长期实测资料时正常年径流量的计算n实测系列足够长、具有代表性，计算的多年平均值趋于稳定n流域特性不同，其平均值趋于稳定所需时间也不会相同n对于那些年径流的变差系数Cv变化较大的河流，所需观测系列要长一些，反之则短些n当满足以上条件时，可用算术平均法直接计算出nQ=Qi/nnn-为观测年数nQi-为某年的年径流量n此法的关键是分析资料的代表性，即各种特征值，同时还要同邻近流域进行对比分析BeijingForestryUniversity56高甲荣河川径流（水文与水资源学）有长期实测资料时正常年径流量的计算实测系列足够长、具有代表性有短期实测资料时正常年径流量的推算有短期实测资料时正常年径流量的推算n短期实测资料是指一般仅有几年或十几年的实测资料，且资料的代表性较差。n如果利用算数平均法直接计算将会产生很大的误差，因此，计算前必须把资料系列延长，提高其代表性。n延长资料的方法，主要是通过相关分析，即通过建立年径流量与其密切相关的要素（称为参证变量）之间的相关关系，然后利用有较长观测系列的参证变量来展延研究变量年径流量的系列BeijingForestryUniversity57高甲荣河川径流（水文与水资源学）有短期实测资料时正常年径流量的推算短期实测资料是指一般仅有几参证变量的选择n（1）参证变量与研究变量在成因上是有联系的。当需要借助其他流域资料时，参证流域与研究流域也需具备同一成因的共同基础）。n（2）参证变量的系列要比研究变量的系列长。n（3）参证变量与研究变量必须具有一定的同步系列，以便建立相关关系。n当有好几个参证变量可选时，可以选择与研究变量关系最好的作为首选参证变量，也可以同时选择好几个参证变量，建立研究变量与所选参证变量间的多元相关关系。n总之，以研究成果精度的高低作为评判参证变量选择好坏的标准。n水文上常用的参证变量是年径流量资料和年降水量资料。BeijingForestryUniversity58高甲荣河川径流（水文与水资源学）参证变量的选择（1）参证变量与研究变量在成因上是有联系的。当利用年径流资料展延插补资料系列n在研究流域附近有长期实测年径流量资料，或研究站的上、下游有长期实测年径流量资料的水文站。n经分析，证明其径流形成条件相似后，可用两者的相关方程延长插补短期资料。n当资料很少，不足以建立年相关时，也可先建立月相关，展延插补月径流量，然后计算年径流量。BeijingForestryUniversity59高甲荣河川径流（水文与水资源学）利用年径流资料展延插补资料系列在研究流域附近有长期实测年径流例41今有某河流拟在乙站处修建水库，乙站流域面积F1200km2，具有19561959年、19641966年共7年实测年径料，需展延插补该站系列，以提供水库水文设计依据。乙站上游的甲站，流域面积F=820km2，有19521971年共20年较长系列，经分析甲站可作为参证站BeijingForestryUniversity60高甲荣河川径流（水文与水资源学）例41今有某河流拟在乙站处修建水库，乙站流域面积F1表4-1实测年径流资料年份19521953195419551956甲站8.7316.517.610.110.1乙站15.4年份19571958195919601962甲站8.19154.676.618.13乙站12.5257.0年份19631964196519661967甲站10.225.97.462.368.93乙站40.412.03.76年份196819691970甲站7.075.656.26乙站BeijingForestryUniversity61高甲荣河川径流（水文与水资源学）表4-1实测年径流资料年份195219531954195可见，两站相关点据密集，可通过相关点群中心定一条单一曲线，乙站缺测资料年份即可用此相关线插补和外延，最后可得20年资料。计算20年的算术平均值即为乙站正常年径流量BeijingForestryUniversity62高甲荣河川径流（水文与水资源学）可见，两站相关点据密集，可通过相关点群中心定一条单一曲线，乙表4-2乙站平均流量插补延长年份19521953195419551956甲站8.7316.517.610.110.1乙站13.625.727.415.815.4年份19571958195919601962甲站8.19154.676.618.13乙站12.5257.010.312.7年份19631964196519661967甲站10.225.97.462.368.93乙站15.940.412.03.7613.9年份196819691970甲站7.075.656.26乙站11.08.829.77BeijingForestryUniversity63高甲荣河川径流（水文与水资源学）表4-2乙站平均流量插补延长年份195219531954利用年降水资料展延插补资料系列n 一般降水资料容易取得，资料系列也较径流资料为长，当不能用径流资料延长时，可用流域内或流域外降水资料进行展延插补。n但必须分析降水与径流的关系地好坏。一般在湿润地区降水充沛，径流系数大，径流量与降水量间的相关关系较密切，而在干旱地区或半干旱地区，蒸发量大，大部分降水消耗于蒸发，年径流量与年降水量之间的关系不够密切，此时，可适当增加参证变量，如降雨强度等。n当资料很少时，也可通过建立月降水量与月径流量间的相关关系，然后推算年径流量BeijingForestryUniversity64高甲荣河川径流（水文与水资源学）利用年降水资料展延插补资料系列一般降水资料容易取得，资料系计算实例n例42某河支流有甲、乙两站(图43)，甲站流域面积为992km2，有1953一1955年、19591969年实测年径流量资料，而甲、乙两站同时具有较长期的降水资料(表43)。需插补甲站缺测年份流量资料BeijingForestryUniversity65高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例例42某河支流有甲、乙两站(图43)，甲年份195319541955195619571958甲站径流22.455.624.0降水1345.72305.41396.21598.61603.21073.8乙站降水1559.92493.01526.61961.61712.41313.6年份195919601961196219631964甲站径流23.124.220.519.817.215.7降水1576.81604.81487.31530.81292.81276.8乙站降水1660.41681.61577.31594.41452.21491.0年份196519661967196819691970甲站径流15.620.821.011.426.5降水1298.71504.71478.61204.41589.41542.3乙站降水1461.51571.71603.41186.21771.61631.7BeijingForestryUniversity66高甲荣河川径流（水文与水资源学）年份195319541955195619571958甲站径流计算实例n由于乙站无实测径流资料，甲站缺测年份只能采用本流域的降雨径流关系插补。甲站以上流域平均降水量，可用甲乙两站年降水量算术平均值求得。甲站以上年径流深h用下式计算，nh=QT/F/1000(mm)BeijingForestryUniversity67高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例由于乙站无实测径流资料，甲站缺测年份只能采用本流域的计算实例以甲站各年径流深与流域平均雨深点绘关系(图44)，由图可见，关系尚密切，可以定线使用。根据年降雨径流相关图，就可以由甲站以上平均雨量资料插补甲站缺测年份之年径流然后计算正常年径流量。BeijingForestryUniversity68高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例以甲站各年径流深与流域平均雨深点绘关系(图4计算成果年份1956195719581970备注年平均流量31.527.110.424.8多年平均流量=22.8BeijingForestryUniversity69高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算成果年份1956195719581970备注年平均流量计算实例n例4-3某流域甲、乙、丙三站有较长期降雨资料，甲站流域面积F=5800km2,仅有1967一1970年四年短期径流资料，需延长甲站径流系列。甲站实测各月平均流量及三站相应年份各月降雨量如表45、表46BeijingForestryUniversity70高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例例4-3某流域甲、乙、丙三站有较长期降雨资料，甲站流表4、5甲站测实流量月123456年196715.125.047.1109165325196820.526.660.4179215147196919.42.380.482.1141160197029.231.430.214221990月789101112196791.521110247.590.329.4196823811210470.478.329.2196913610558.913392.217.319701743821436.383.271.2BeijingForestryUniversity71高甲荣河川径流（水文与水资源学）表4、5甲站测实流量月123456年196715.12甲乙丙各站降雨量（mm）年份站1234561967甲9.72l.348.076.99138.4406.9乙9.121.046.579.6160.8295.0丙9.220.332.389.8152.5374.51968甲乙丙1969甲乙丙1970甲乙丙BeijingForestryUniversity72高甲荣河川径流（水文与水资源学）甲乙丙各站降雨量（mm）年份站1234561967甲9.计算实例n甲站实测流量资料较短，流域内其他站又无实测流量资料，故用流域内三个雨量站资料，点绘出流域月平均降雨深与甲站平均径流深相关图，由图可见，相关点群较为散乱。n但仔细分析各月相关点的分布尚有一定的规律，11月至次年1月为该河的枯水季节；由于此期间蒸发量较大，且农业用水较多，相关线偏右。2月至5月，相关点在两相关线之中，为此，根据点群的分布规律，可定出三组相关线。BeijingForestryUniversity73高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例甲站实测流量资料较短，流域内其他站又无实测流量资料，计算实例n延长甲站缺测年份径流资料时，可用流域内三个雨量站资料，求出各月流域平均雨深，再在相关图上相应曲线插补各月径流资料。n其他步骤同上例。n上述三个例子的相关分析都属图解相关法，n即利用研究变量和参证变量的同步资料，点绘经验相关点据n然后根据点群的分布情况和趋势，通过点群中心，目估定出一条平均线n这种方法简便、灵活，可以在目估定线时，充分考虑个别点据的偏离，合理定线。由误差理论可知，每于个点据出现在不位同置的机率是不同的，考虑到这种情况，对个别偏离很大的点据，不能与其他集中的点据一律看待，相关线应根据大多数点据定出BeijingForestryUniversity74高甲荣河川径流（水文与水资源学）计算实例延长甲站缺测年份径流资料时，可用流域内三个雨量站资料无实测资料时正常年径流量的推求n由于我国的水文站网还不是很完善，只在一些较大的河流上有水文观测站，而在实际工作中常常遇到的小流域，根本没有径流量的观测资料，甚至连降雨资料也没有n因此，在计算正常年径流量时，需要利用一些特殊的方法，常用的方法有等值线图法、水文比拟法、径流系数法和水文查勘法BeijingForestryUniversity75高甲荣河川径流（水文与水资源学）无实测资料时正常年径流量的推求由于我国的水文站网还不是很完善等值线图法n把相同数值的点连接起来的线叫等值线。在地图上把观测到的水文特征值标记出来，然后把相同数值的各点连成等值线，即可构成该特征值的等值线图n闭合流域多年径流量的主要影响因素是气候因素，而气候因素有地区性，即降雨量与蒸发量具有地理分布规律。n因此，受降雨量和蒸发量影响的多年平均年径流量也具有地理分布规律。n利用这一特点绘制多年平均年径流量的等值线图，并用它来推算无实测资料地区的多年平均年径流量。BeijingForestryUniversity76高甲荣河川径流（水文与水资源学）等值线图法把相同数值的点连接起来的线叫等值线。在地图上把观测等值线图法n由于径流量的多寡与流域面积的大小有直接关系，为了消除这项影响，多年平均年径流量等值线图一般以径流深或径流模数为度量单位。n河川任一断面的径流量是由该断面以上流域面积上各点的径流汇集而成，所以不能将多年平均年径流深值点绘在该观测断面处，而应点绘在与多年平均年径流深最接近流域平均值的那一点。n在实际工作中，一般点绘在流域面积的形心处（可作不同方向平分流域的直线，其交点即为形心）。n在山区，径流量有随高程增加而增大的趋势，因此应将多年平均年径流深值点绘在流域平均高程处。n目前，各省（区）编制的水文手册一般都绘有本省（区）的多年平均年径流深和各种频率的年径流深等值线图BeijingForestryUniversity77高甲荣河川径流（水文与水资源学）等值线图法由于径流量的多寡与流域面积的大小有直接关系，为了消应用等值线图推求步骤n先在图上勾绘出流域的分水线，再找出形心，而后根据等值线内插读出形心处的多年平均年径流深值。n如果流域面积较大或地形复杂，等值线分布不均匀，也可用加权平均法推算，即：nY0=(y1f1+y2f2+.ynfn)/Fn式中yi相邻两径流深等值线的平均值，nfi相邻两等值线间面积；nF流域面积，nY0多年平均年径流深。n等值线图法一般对大流域查算的结果精度高一些。对于小流域，因小流域可能不闭合和河槽下切不深，不能汇集全部地下径流，所以使用等值线图有可能导致结果偏大或偏小，应结合具体条件加以适当修正。BeijingForestryUniversity78高甲荣河川径流（水文与水资源学）应用等值线图推求步骤先在图上勾绘出流域的分水线，再找出形心，水文比拟法n水文现象具有地区性，如果某几个流域处在相似的自然地理条件下，则其水文现象具有相似的发生、发展、变化规律和相似的变化特点。n与研究流域有相似自然地理特征的的流域称为相似流域（即参证流域）。水文比拟法就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。n移用相似流域研究资料的方法较多，如选择相似流域的径流模数、径流深度、径流量、径流系数以及降水径流相关图等。n但是，地球上不可能有两个流域完全一致，或多或少存在一些差异，倘若相似流域与研究流域之间仅在个别因素上有些差异时，可以考虑不同的修正系数加以修正BeijingForestryUniversity79高甲荣河川径流（水文与水资源学）水文比拟法水文现象具有地区性，如果某几个流域处在相似的自然地水文比拟法n若研究流域与相似流域的气象条件和下垫面因素基本相似，仅流域面积有所不同，这时只考虑面积的影响，则研究流域的正常年径流量有如下关系式：nQ研/F研Q参/F参n如果使用径流深或径流模数，则不需需修正即可直接使用n若两流域的年降水量有不同时，则nQ研/P研Q参/P参n式中P研和P参分别为研究流域与参证流域的年降水量BeijingForestryUniversity80高甲荣河川径流（水文与水资源学）水文比拟法若研究流域与相似流域的气象条件和下垫面因素基本相似水文比拟法的应用n水文比拟法是在缺乏等值线图时是一个较为有用的方法。n即使在具有等值线图的条件下，而研究流域面积较小，它的年径流量受流域自身特点的影响很大，因此对研究流域影响水文特征值的各项因素进行一些分析，可以避免盲目地使用等值线图而未考虑局部下垫面因素所产生的较大误差。n因此，对于较小流域，水文比拟法更有实际意义BeijingForestryUniversity81高甲荣河川径流（水文与水资源学）水文比拟法的应用水文比拟法是在缺乏等值线图时是一个较为有用的径流系数法n当小流域内（或附近）有年雨量资料，且雨量与径流关系密切时，可利用多年平均降雨量与径流量间的定量关系计算年径流量nW1000CPFn式中W多年平均径流总量，m3nC该地区年径流系数，与研究区植被、地形、地质、主河道长度等因素有关，可通过调查并参考省、地水文手册确定。nP研究地区多年平均降雨量（mm），可从省、地区的水文手册查出，或向附近水文站、雨量站查询。nF研究流域的集水面积（km2）。n本方法计算成果的准确程度取决于径流系数，如所选径流系数精度较高可获比较正确的结果BeijingForestryUniversity82高甲荣河川径流（水文与水资源学）径流系数法当小流域内（或附近）有年雨量资料，且雨量与径流关系水文查勘法n对于完全没有资料，也找不到相似流域的小河或间歇性河流，此时可进行水文查勘，收集水文资料，进行正正常年径流量的估算。n这项任务一般是通过野外实地查勘访问，了解多年期间典型水位过程线，河道特性，建立水位流量关系曲线，从而推算出近似的流量过程线，并估算其正常年径流量。n水文查勘工作，不仅对完全无资料的小河有必要，就是对有资料的大流域也是不可缺少的。BeijingForestryUniversity83高甲荣河川径流（水文与水资源学）水文查勘法对于完全没有资料，也找不到相似流域的小河或间歇性河正常年径流量推求方法小结n上述几种方法外，还可利用经验公式推求年正常径流量（或以多年平均年径流量代替）。n由于经验公式都是根据各地实测资料分析得出的，有其局限性，这些经验公式一般可以在当地的水文手册中查得。n需要指出：为满足工程设计或规划的需要，为慎重起见一般不只用一种方法计算，往往运用几种方法推算的成果相互验证，以保证计算成果的精度。BeijingForestryUniversity84高甲荣河川径流（水文与水资源学）正常年径流量推求方法小结上述几种方法外，还可利用经验公式推求水文与水资源学作业（一）n某水文站控制面积为797km2，有均匀分布的7个雨量站。1998年年平均流量为47.8km3/s，该年各雨量站的年降雨量列于下表。试求该流域1998年年径流量、年径流深、年平均径流模数和年平均径流系数。测站编号1234567年降雨量(mm)2330.6 2559.6 2527.52546.0 2763.8 2544.0 2694.7BeijingForestryUniversity85高甲荣河川径流（水文与水资源学）水文与水资源学作业（一）某水文站控制面积为797km2，有3.径流量的年变化n常年径流量反映了河流拥有水量的多少，但并不反映具体某一年的水量，这是因为径流量是一个随机变量，每年的数值都不相同所致，即径流量具有年际变化。径流量具有年际变化。n由于河川径流是流域自然地理因素综合影响的产物n气候因素具有明显得年际变化特征，即使较为稳定的下垫面因素每年都不尽相同，因此，受其影响的河川径流量也具有明显的年际变化。BeijingForestryUniversity86高甲荣河川径流（水文与水资源学）径流量的年变化常年径流量反映了河流拥有水量的多少，但并不反映径流量的年际变化n年际变化就是径流量每年都不相同，有些年份大，有些年份小。n每一条河川年径流的变化，都具有本流域自然地理条件所赋予的特点，这些特点主要是反映在径流年变化的幅度上。n在雨量丰沛的地区如我国东南沿海及华南一带，年降水量变化小，因而年径流变化也小；n而在雨量相对较少而且在时间分配上相当集中的地区，如华北、西北地区，降雨量的年际变化大，径流量的年际变化也大BeijingForestryUniversity87高甲荣河川径流（水文与水资源学）径流量的年际变化年际变化就是径流量每年都不相同，有些年份大，径流量的年际变化推求n径流量的年际变化最好用成因分析法进行推求，但由于年径流量在时间上的变化是气候因素和自然地理因素共同作用、相互综合的产物n而这些影响因素本身又受其他许多因素的影响和制约，因果关系相当复杂，现阶段的科学水平，尚难完全应用成因分析法可靠地求出其变化规律n同时，前后相距几年的年径流之间并无显著的关系，各年径流间可认为彼此独立，其变化具有偶然性，因此，只能利用概率论和数理统计的方法研究其发生、变化的情势。n应用数理统计方法计算年径流量变化，实际上就是计算相应于某一频率的设计年径流量，按其资料情况的不同可分为两种情况BeijingForestryUniversity88高甲荣河川径流（水文与水资源学）径流量的年际变化推求径流量的年际变化最好用成因分析法进行推求数理统计方法n重现期：等量或超量的水文特征值平均多少年出现一次。n重现