探析Cv值在水利水电工程中的修正应用.pdf

第7期(总第112期)中国水能及电气化NO．7(TOTALNO．112)2014年7月ChinaWaterPower&Electritication探析C值在水利水电工程中的修正应用张文成(贵州省黔东南州水利电力勘察设计院，贵州凯里556000)摘要：本文主要探讨在综合考虑引用站与项目所在地的气象水文条件以及下垫面条件的情况下对径流资料引用过程中变差系数的修正问题，并与其他修正方法进行结果比较，以工程实例计算相关参数说明该修正的科学性与合理性，以确保其满足工程安全。关键词：年径流；变差系数；修正；工程安全中图分类号：P333．9文献标识码：A文章编号：1673-8241(2014)074)0514)4AnalysisofCorrectiveApplicationofCValueinWaterConservancyandHydropowerProjectZHANGWen—cheng(SoutheastGu&houWaterConservancyandPowerSurveyandDesignInstitute，Kaili556000，China)Abstract：Correctionofvariationcoefficientintherunofdatacitingprocessundertheconditionofcomprehensivelyconsideringmeteorologicalandhydrologicalconditionsaswellasunderlyingsurfaceconditioninthereferencestationandprojectlocationismainlydiscussedinthepaper．Theresultsthereofalecomparedwithothercorrectionmethods．Relatedparametersarecalculatedwithprojectexamplesfordescribingscientificityandrationalityofcorrectionandensuringthatitmeetsprojeetsafety．Keywords：annualrunof；coeficientofvariation；corection；projectsafety变差系数(C值)是水电站年径流频率计算的修正以满足工程安全要求。关键参数，其取值是否正确与合理关系着其他水文参1变差系数(C值)的定义数的合理与否，决定着相关水利水电工程的安全与效益。然而，在工程水文及水利计算中，由于条件限制在水文学中，变差系数(C值，也称离势系数)及各方面因素，很多水利工程所在地缺乏实测的径流是衡量流域径流年际变化的重要参数之一，它反映了资料，就需要从其附近的水文(位)站、气象站等年径流量总体系列的离散程度。在径流频率计算中，引用资料，进而进行年径流频率计算。但在引用资料一般都采用皮尔逊Ⅲ型曲线，它包含三个基本参数：的过程中，必须认真考虑各方面因素，如：流域的水均值、离势系数C、偏态系数C。采用矩法对其进情、雨情、下垫面条件等，这就需要对各种系数进行行估算时，假设的实测系列有n项，各项的值为57 科学研究及工程设计ScientificResearch&EngineeringDesign。、、、⋯、，则均值为年径流量的c值反映年径流量总体系列离散程A=：～!±±圣±：：：±墨：=一，Xi度，c值大，年径流的年际变化剧烈，对水利资源nni=1的利用不利，而且易发生洪涝灾害；C值小，则年模比系数Ki：。而均值只能表示变量系列水平的高径流量的年际变化小，有利于水资源的利用。C值低，不能反映系列中各变量值相对于均值集中或离散的大小影响着频率曲线的分布，也影响着年、月径流的程度，即不能反映总体偏离中心值的程度。在系列的分配过程。中，离均差()大，说明系列的离散程度大；反3以塘冲水库为例的C值修正分析之，则其离散程度小。为此，可采用均方差(标准差)来衡量资料系列的离散程度，即3．1工程概况塘冲水库地处三穗县滚马乡塘冲村河段，坝址以上集水面积185kin，多年平均流量3．35m。／s，年径均值相同的两个系列，or大则离散程度大，or小则离流量1．057亿in。工程的主要任务是灌溉，兼顾供水散程度小。对于某些径流系列来说，它们的均值不同和发电，塘冲水库灌区灌溉面积4409．2hm(其中新但它们的均方差相同，也就不能用均方差来度量系列增田2563hm、改善田1769．4hm、果林地76．8hm)，的离散程度。为了消除均值对系列离散程度的影响，年平均灌溉毛用水量为3060万m，最大年用水量水文统计中采用均方差与均值之比作为衡量系列相对3881万Hl3，P=80％保证率年灌溉用水量3481万『n3，离散程度的参数，称为变差系数(离势系数)，用C并为三穗县城及黔东循环经济工业区生产运行提供来表示。即1407万m。／年的水源保障。c==专／∑(一)’／∑(Ki一1)塘冲水库总库容3956万m。，正常蓄水位为／Z^√n702．00m，相应库容3031万m，有效库容2730万m。坝后电站装机1．26MW，保证出力1．58MW，多年平2C值的作用均发电量530万kW·h，年利用小时数4210h。在涉水工程设计初期，需要对涉水工程的设计年3．2c值修正演算径流进行分析计算，以确定工程不同保证率下的正常查《贵州省地表水资源》中1956～1979年年径年来水量，从而指导工程运行管理过程中的兴利调流变差系数c等值线图并结合工程地理条件分析，节。而设计年径流分析计算的核心就是计算设计流域塘冲水库坝址年流量c值比六洞桥水文站偏大，六年径流的3个统计参数：年径流均值()、变差系数洞桥水文站C值取0．29，塘冲水库以上流域属于山(C)和偏态系数(C)。对于水文水利计算，c值区河流，考虑坝址安全，其C，值取0．31，塘冲水库的选取至关重要，它关系着农业灌溉、航运、水力发坝址年流量成果采用C值修正。该修正根据六洞桥电等能否在设计保证率下正常运行，也是水库大坝及站经验值与C值取0．29频率曲线值的比值。修正塘下游防洪安全的重要参考因子，它关系着各项与水有冲水库坝址处c值取0．31频率曲线值，修正计算成关的民生建设，尤其是在无实测径流资料的地区，对果见表1。然后以c修正后的结果与用面积比修正后c值的选取必须综合考虑流域降雨情况、下垫面情的结果进行比较，见表2。况等因素。 科学研究及工程设计ScientificResearch＆EngineeringDesign表1塘冲水库坝址年流量C值修正计算成果六洞桥水文站塘冲水库坝址序号年份年径流排序频率查得值比例查得值查得值×0．243C修正后(m／s)(％)(m／s)(m／s)(1TI／s)的结果1l965—196618．267l5．917．691．032017．954．364．5O21966～196710．433477．310．650．978910．432．532．4831967～l96821．8924．521．181．033321．735．285．464l968～196917．37818_217．261．OO6517．494．254．285l969～197016．87l125．016．2O1．041216．353．974．1461970～197l14．O01943．214．060．995614．053．413．4071971～197216．10l227．315．891．013516．O13．893．9481972～197312．372761．412．271．007912．152．952．989l973～197415．821329．515．601．013915．713．823．87101974～l975l3．5O2352．3l3．151．O26413．083．183．26111975～197611．772965．911．830．9952l1．682．842．8212l976～197715．551636．414．791．051114．833．6O3．79131977～197815．581431．815．321．017215．43．743．81141978～19791O．383579．510．400．998510．172．472．4715l979～198013．I22659．112．491．O50412．383．0l3．16161980～198ll3．822147．7l3．6O1．016313．5633O3．35171981～198213．952045．513．821．0O9213．83．353．38181982～198319．075lJ．4l8．681．021119．O34．624．72191983～19848．52409O．98．800．96818．492．O62．0o201984～l98514．571840．914．3Ol_018914．3l3．483．54211985～19869．O33988．69．190．98228．892．162．12221986～l98710．583375．010．900．9708lO．72．602．52231987～19889．623681．810．120．95019．882．402．2824l988～19899．463784．19．830．96279．572．332．24251989～l990l0．823272．711．140．97131O．952．662．58261990～199113．2O2556．812．721．038112．623．073．18271991～199218．476】3．6l8．161．Ol73l8．464．494．56281992～199311．822863．612．060．980211．922．902．8429l993～199414．671738．614．551．008414．573．543．57301994～199522．01l2．322．810．964723．515．715．5l311995～199610．933170．5l1．370．961711．192．722．62321996～l99711．733068．2l1．6O1．Ol10l1．442．782．81331997～199816．941022．716．531．025116．714．064．1634l998～19998．294l93．28．350．99348．O21．951．94351999～200017．0l92O．5l6．881．007617．074．154．18362000～200115．561534．115．O51．034015．113．673．8O372oo1～2002l3．52225O．013．381．010413．323．243．27382002～200319．2449．1l9．320．996019．724．794．77392003～200413．392454．512941．034812．853．123．234020O4～200519．2436．820．110．957020．585．004．794I2005～20067．554295．57．780．96997．431．8l1．75422006～20076．464397．77．000．92306．621．6l1．48432007—20089．233886．49．520．96919．242．252．18年径流均值l3．7616．17l3．703．333．34 科学研究及工程设计ScientificResearch＆EngineeringDesign表2中果与面积比修正结果对比情况4’结日语旧六洞桥水文站塘冲水库坝址4．1结论序号年份年径流C修正后的面积比修正的(nl／s)结果(131／s)结果(1／1。／s)在工程水文计算中，很多中小河流无实测径流资1l965—1966l8．264．504．29料，涉水工程径流频率计算的传统方法主要是资料的21966～196710．432．482．45移植，但在资料的引用过程中往往受水文工作者主观31967～196821．895．465．144l968～1969l7．374．284．O8的影响比较大。而该设计中c值修正的方法实际上51969～197016．874．143．96是一种区域化方法，它是通过流域属性寻找目标流域61970～197114．003．403．297l971～1972l6．103．943．78(无资料流域)的参考流域(有资料流域)，利用有81972～197312．372．982．91资料流域的相关参数推求无资料流域的相关参数，从91973～197415．823．873．7210l974～1975l3．503．263．17而对无资料流域进行水文水利计算。区域化方法由于l11975～l97611．772．822．77可以利用更多的信息，因而可以在很大程度上降低不121976～1977l5．553．793．65确定性的影响，提高工程设计的精度，是目前解决无131977～1978l5．583．813．6614l978～19791O．382．472．44资料流域径流计算问题的有效途径之一。151979～198013．123．163．O8年径流变差系数是反映年径流变化的一个量，它16l980～198ll3．823．353．25171981～198213．953．383．28体现出年、月径流总体偏离均值的程度，在一定程度181982～198319．074．724．48上反映出流域属性以及地区的气候条件。年径流变差l91983～19848．522．002．O0201984～l98514．573．543．42系数的大小主要与流域地形、土壤、地质、植被、湖211985～19869．032．122．12泊、沼泽和流域面积以及气候条件有关，表现如下：22l986～19871O．582．522．49a．中小河流年径流深C值随着降水量C值的增23l987～l9889．622．282．26241988～19899．462．242．22大而增大。251989～199010．822．582．54b．湿润地区的C值相对较小，干旱地区的c值261990～1991l3．203．183．1O27199l1992l8．474．564．34相对较大。281992～199311．822．842．78c．高山冰川区的c值相对较小，而黄土高原及291993199414．673．573．45301994～199522．015．515．17其他土层厚、地下潜水位低的地区相对较大。311995～19961O．932．622．57d．西北高原湖群区及沼泽地区下游c值有偏大321996一l997l1．732．8l2．7633l997～l99816．944．163．98的趋势。341998～19998．291．941．95e．地下水补给丰富的流域C值较小。35l999—200017．Ol4．184．O0￡蒸散发量大的地区c，值较蒸散发量小的地区362000～200115．563．803．66372OO1—200213．523．273．18偏大。3820o2～200319．244．774．52g．流域地层隔水性越强、径流系数越大，则其392003—2004l3．393．233．15402oo4～200519．244．794．52径流量系列越稳定、c值越小，反之越大。412005—20067．551．751．77h．对于西南岩溶地区，其产流基本上可以概括422006—20076．461．481．52432OO7～20089．232．182．17为蓄满产流，所以使得流域基流相对较大，c值较年径流均值13．763．343．23小。(下转第61页) 科学研究及工程设计ScientificResearch＆EngineeringDesignd．不同模式之间，仅考虑复相关系数及剩余标3结果分析与结论准差，则模式二优越。但如果考虑预报结果情况，则回归分析是处理变量之间非确定性函数关系的基可看出模式一、模式四较优。本方法之一，特别是在观测值系列较长、样本较多的e．该例中，因下游水位变化不大，如直接用水情况下，采用回归分析对大坝的变形和变形原因之间位代替水深进行计算，既可简化计算，亦获得了较好进行物理解释，通过试算表明：结果。当大坝上、下游水位均有测量时，建议采用模a．所选定的几种回归模式的复相关系数R均在式四。计算还表明：水压分量因子考虑水深(或水0．96以上；同时进行检验，由样本计算的各模式位)的更高次方并不一定有助于获得理想结果，因为的F值均大于表明几种模式回归效果总体较次数再高，矩阵病态的概率增大，拟合精度的可靠性好。在此例中，计算复相关系数尺与进行F检验，结也会大大降低。实际工作中，建议n取4。论是一致的。参考文献b．选择的各回归因子对径向位移的影响显著程[1]陈永奇，吴子安，吴中如．变形监测分析与预报[M]．北京：测度并不尽相同。即使同一回归因子，在不同模式中的绘出版社，1998．影响效果也有差别。[2]黄铭，李珍照．大坝监测空间位移统计模型研究[J]．武汉水利电力大学学报，1999，32(3)：19-21．c．就所选测点而言，经对几种模式的水压位移[3]李珍照．大坝安全监测[M]．北京：中国电力出版社，1997．分量、温度位移分量、时效位移分量进行分离，都表[4]李珍照．混凝土坝观测资料分析[M]．北京：水利电力出版社，1989．明测点径向位移主要受水压、时效作用的影响，而温[5]李青岳，陈永奇．工程测量学[M]．北京：测绘出版社，1995．度位移分量较小。但不同模式分离的水压位移分量、[6]刘大杰，陶本藻．实用测量数据处理方法[M]．北京：测绘出版社，2000．温度位移分量、时效位移分量又不一样，说明由于回[7]缪韧，樊天龙，曾兼权，丁晶．大坝变形观测资料分析的组合模归因子的相关性，要想严格有效地区分某一种分量的型[J]．水力发电，1998(5)：58-61．大小仍存在困难。[8]任权．大坝变形观测[M]．南京：河海大学出版社，1989．+”+”+“+”+++“+”q-”+“+“+t．+”+⋯+”-b“+”+⋯十“+”+“+⋯+“十“+“+一+“+”-+-“+“+“+”十+“+”十”十”+”十”十“—”—+“十“—”—1一(上接第54页)查得值稍大。i．对于贵州省来说，黔西南晴隆、安龙地区cb．对于山区河流来说，由于其汇流时间较短，值一般在0．35左右，黔南罗甸以及黔西南册亨、望因此对查得的c，值应取其适当偏大值。谟等地C值为0．4；黔东南除了雷公山地区C值为c．设计站在引用参证站资料时，对引用参数应0．35，其他地区均在0．3左右；东部铜仁地区c，值作多因素的修正，如流域面积、下垫面条件、降雨大概在0．25左右；北部除乌江、湄潭以及赤水河地量、气候等。区C值可达0．35外，其他地区在0．25～0．3之间；d．在中小河流的涉水工程中，若设计流域无实西部六盘水及毕节地区C值在0．25～0．3左右；黔测资料，建议采用c修正法进行年径流频率计算。中地区除红枫湖及清镇地区C值可达0．35外，其他参考文献地区在0．3左右。总体分布为：黔南及黔西南、赤水[1]SL278-2002水利水电工程水文计算规范[S]．河及乌江地区为两个高值区，其余地区均相对较小。[2]SL196—97水文调查规范[s]．4．2建议[3]雒文生，宋星原．工程水文及水利计算[M]．第二版．北京：中国水利水电出版社，2010．a．对于没有实测径流资料的中小河流涉水工程[4]刘德波，赵廷华，魏家红．水库工程水文分析及水利计算方法来说，通过c等值线图进行查值时，实际取值应比的应用技术[M]．郑州：黄河水利出版社，2012．61