CN106874625B - 一种前置库容积的确定方法及确定系统 - Google Patents

一种前置库容积的确定方法及确定系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种前置库容积的确定方法及确定系统，前置库容积的确定方法包括以下步骤：收集水文站实测水文资料和雨量站降水资料；审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性，对于不满足可靠性、一致性和代表性的实测系列水文资料进行修正；选取进入汛期后的第一场洪水，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量；根据干旱半干旱地区的实际情况，选择高频洪水水量确定前置库容积，前置库容积与第一场洪水水量相等。本发明通过水库流域每年的第一场携污能力最大的洪水来确定前置库容积的规模，有效地减少水源地污染物的入库总量，获得污水处理与资源化的最佳效益。

Description

一种前置库容积的确定方法及确定系统
技术领域
本发明属于水环境污染控制领域，具体涉及一种前置库容积的确定方法及确定系统。
背景技术
近年来，随着水库流域(水源地)内人口的不断增加，村社城镇化脚步的不断加快，以及流域内农牧业等不断发展，流域内人均排污量以及各种农牧业污染物的排放量也不断增加。大量农药、化肥、牲畜粪便、垃圾和工矿业污染物等进入库区，致使水库水质不断恶化，水体富营养化现象日趋严重，甚至出现水华爆发等现象，严重影响水库供水安全。
前置库技术作为一种新型生态污水净化处理工艺，是利用前置库湿地从上游到下游的水质污染物浓度变化梯度特点，根据水库流域地形条件、各入库河道的水力学特性条件，在入库河道的末端修建一个或者若干个子库与主库相连，通过延长水力停留时间，促进水中泥沙及营养盐的沉降，同时利用子库中大型水生植物、藻类等进一步吸收、吸附、拦截营养盐，从而降低进入下一级子库或者主库水中的营养盐含量，抑制主库中藻类过渡繁殖，减缓富营养化进程，改善水质。
目前，在前置库工程设计过程中，如何确定前置库库容设计规模，使入库径流中的污染物能被有效去除，获得污水处理与资源化的最佳效益，是持续有效改进前置库去污效果所亟需解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种前置库容积的确定方法及确定系统。
本发明所采用的技术方案为：一种前置库容积的确定方法包括以下步骤：收集水文站实测水文资料和雨量站降水资料；审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性，对于不满足可靠性、一致性和代表性的实测系列水文资料进行修正；选取进入汛期后的第一场洪水，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量；根据干旱半干旱地区的实际情况，选择高频洪水水量确定前置库容积，前置库容积与第一场洪水水量相等。
进一步地，所述实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表，所述实测降水资料包括逐日降水量表。
进一步地，所述收集水文站实测水文资料和降水资料的步骤中，收集30年以上的所述实测水文资料。
进一步地，所述高频洪水为2～5年一遇的洪水。
进一步地，所述审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性的具体过程为：实测水文系列资料的可靠性通过历年水位流量关系的比较，上下游及干支流的水量平衡，降雨径流关系进行审查；实测水文系列资料的一致性采用分项调查法、降雨径流模式法、相关分析法、双累积曲线法、时间序列提取趋势项法，以及考虑上游水利工程影响的还原计算方法进行审查；实测水文系列资料的代表性采用周期性分析、长系列参证变量的比较分析、差积曲线法、累计平均过程线法和滑动平均法进行审查。
进一步地，所述对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量的具体过程为：
从有实测水文资料的首年起，统计历年的第一场洪水的洪峰流量和时段洪量，选取历年第一场洪水的洪峰流量的最大值和时段洪量的最大值，将历年第一场洪水的洪峰流量的最大值组成洪峰流量系列，将历年第一场洪水的时段洪量的最大值组成时段洪量系列；
频率曲线的统计参数采用均值
Figure BDA0001248504190000021
变差系数Cv和偏态系数Cs表示，采用矩法估算参数初值；对于n年连续系列，矩形法计算各统计参数的公式为：
Figure BDA0001248504190000022
Figure BDA0001248504190000023
Figure BDA0001248504190000031
频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，利用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线调整统计参数，采用适线法选定最优的频率曲线的统计参数；
通过对洪峰流量和时段洪量系列进行频率分析计算，得到第一场洪水的各频率设计洪峰和时段洪量成果；根据与上下游、干支流和邻近流域已有成果进行比较，对洪峰流量和时段洪量频率分析成果进行合理性检查；
采用放大典型洪水过程线的方法计算设计洪水过程线，计算得到设计洪水水量。
更进一步地，放大典型洪水过程线时，根据工程和流域的洪水特性选择同频率放大法或同倍比放大法。
进一步地，所述对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量的具体过程为：设计面雨量的计算采用直接法或间接法，当流域面积小于或等于50km2时，采用设计点雨量替代设计面暴雨量；根据设计暴雨成果，采用地区水文手册方法计算设计洪水水量。
更进一步地，所述地区水文手册方法包括地区经验公式、推理公式和瞬时单位线。
一种前置库容积的确定系统，包括资料收集模块、资料审查模块、设计洪水水量计算模块和前置库容积输出模块；
所述资料收集模块用于收集水文站实测水文资料和降水资料；所述实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表，所述实测降水资料包括逐日降水量表；
所述资料审查模块用于审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性；
所述设计洪水水量计算模块用于计算设计洪水水量，其中，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量；
所述前置库容积输出模块用于根据第一场洪水水量输出前置库容积。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过水库流域每年的第一场携污能力最大的洪水来确定前置库容积的规模，有效地减少水源地污染物的入库总量，获得污水处理与资源化的最佳效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种前置库容积的确定方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种前置库容积的确定方法，其包括以下步骤：
S1、收集水文站实测水文资料和雨量站降水资料，其中，实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表等资料，实测降水资料包括逐日降水量表。进一步地，一般收集不少于30年的实测水文资料。
S2、审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性，对于不满足可靠性、一致性和代表性的实测系列水文资料进行修正，其具体过程为：
实测水文系列资料的可靠性可通过历年水位流量关系的比较，上下游及干支流的水量平衡，降雨径流关系等进行审查。
实测水文系列资料的一致性可采用分项调查法、降雨径流模式法、相关分析法、双累积曲线法、时间序列提取趋势项法，以及考虑上游水利工程影响的还原计算等方法进行审查。
实测水文系列资料的代表性常用周期性分析、长系列参证变量的比较分析、差积曲线法、累计平均过程线法和滑动平均法等方法进行审查。
S3、选取进入汛期后的第一场洪水，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于无实测水文资料的地区通过暴雨资料计算设计洪水水量。其中，北方干旱半干旱地区的汛期一般从6月起。
1)对于有实测水文资料的地区，从有实测水文资料的首年起，统计历年的第一场洪水的洪峰流量和时段洪量，选取历年第一场洪水的洪峰流量的最大值和时段洪量的最大值，将历年第一场洪水的洪峰流量的最大值组成洪峰流量系列，将历年第一场洪水的时段洪量的最大值组成时段洪量系列。
频率曲线的统计参数采用均值
Figure BDA0001248504190000051
变差系数Cv和偏态系数Cs表示，采用矩法估算参数初值。对于n年连续系列，矩形法计算各统计参数的公式为：
Figure BDA0001248504190000052
Figure BDA0001248504190000053
Figure BDA0001248504190000054
频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，利用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线调整统计参数，采用适线法选定最优的频率曲线的统计参数。
通过对洪峰流量和时段洪量系列进行频率分析计算，得到第一场洪水的各频率设计洪峰和时段洪量成果。根据与上下游、干支流和邻近流域已有成果进行比较等方法对洪峰流量和时段洪量频率分析成果进行合理性检查。
采用放大典型洪水过程线的方法计算设计洪水过程线，计算得到设计洪水水量。需要说明的是，典型洪水过程线的选择，需考虑反映地区洪水特性、对工程运用较不利的场次洪水。放大典型洪水过程线时，可根据工程和流域的洪水特性选择同频率放大法或同倍比放大法。
2)对于缺乏资料条件的地区，使用地区暴雨图集(水文手册)计算设计暴雨。设计面雨量的计算通常有直接法和间接法两种，如采用泰森多边形等方法计算面雨量。当流域面积小于或等于50km2时，可采用设计点雨量替代设计面暴雨量。
根据上述设计暴雨成果，采用地区水文手册方法计算设计洪水水量。其中，地区水文手册方法包括地区经验公式、推理公式和瞬时单位线等。
S4、根据干旱半干旱地区的实际情况，选择高频洪水(2～5年一遇)的第一场洪水水量确定前置库容积，前置库容积与第一场洪水水量相等。
基于本发明前置库容积的确定方法，本发明还提供了一种前置库容积的确定系统，其包括资料收集模块、资料审查模块、设计洪水水量计算模块和前置库容积输出模块。
资料收集模块用于收集水文站实测水文资料和降水资料。实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表等资料，实测降水资料包括逐日降水量表。
资料审查模块用于审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性，对于不满足可靠性、一致性和代表性的实测系列水文资料进行修正。
设计洪水水量计算模块用于计算设计洪水水量，其中，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于无实测水文资料的地区通过暴雨资料计算设计洪水水量。
前置库容积输出模块用于根据第一场洪水水量输出前置库容积。
下面举例说明本发明前置库容积的确定方法计算的实例，但本发明的内容并不限于此。
实施例
若已知某水库流域从东北向西南走向呈不规则狭长矩形区域。该水库流域东西长约42.7km，南北宽约37.7km，流域覆盖面积755km2。该水库流域地势东北高西南低，高程在50m至1421m之间，最大高差为1371m。该水库流域内主要有四条支流汇入水库。
根据入库四条支流河道水文站实测1963～2014年共52年的入库实测水文资料，分析计算历年第一场洪水的洪峰流量和时段洪量，选取最大值组成系列。其中，实测水文资料包括历年洪水要素摘录表和逐日平均流量表等资料。
频率曲线的统计参数采用均值
Figure BDA0001248504190000061
变差系数Cv和偏态系数Cs表示，采用矩法估算参数初值，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线调整统计参数，并进行合理性分析后，得到各支流测站不同频率的第一场洪水的洪峰流量和时段洪量成果。
根据各入库河道控制流域面积与水文测站集水面积，采用水文比拟法计算入库各河道头场洪水洪峰和时段洪量成果。各入库河道第一场洪水计算成果如表1所示。
四条入库河流第一场洪水过程线采用同频率放大法。典型洪水过程线是放大的基础，从实测洪水资料中选择典型时，同时应考虑下列条件：①选择峰高量大的洪水过程线，其洪水特征接近于设计条件下的稀遇洪水情况；②要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、地区组成、洪峰次数、峰量关系等能代表本流域上大洪水的特性。
选取2012年该水库入库第一场洪水过程线作为典型。
表1入库河道第一场洪水计算成果表
Figure BDA0001248504190000071
该水库四条支流入库口各设置一个前置库生态系统。通过调节来水在前置库区的滞留时间，使径流污水中的泥沙和吸附在泥沙上的污染物质在前置库沉降；利用前置库生态系统吸收去除水体和底泥中的污染物，使水体得到净化。经前置库湿地净化后的水体再排入水库。
根据各河流入库口地形条件，充分利用河口地形条件加大湿地面积，确保河道污水通过前置库生态湿地净化后再排入水库。考虑支流河道入库口地形地貌条件、不同频率洪水时段洪量、当地施工条件、施工期土石方工程量平衡以及弃土弃渣量等综合因素，水库前置库采用经计算的以能够容纳3年一遇的第一场雨洪量为原则。支流Ⅰ的第一场雨洪量为169万m3，前置库容积为169万m3；支流Ⅱ的第一场雨洪量为144万m3，前置库容积为144万m3；支流Ⅲ的第一场雨洪量为34万m3，前置库容积为34万m3；支流Ⅳ的第一场雨洪量为29万m3，前置库的容积为29万m3。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种前置库容积的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
收集水文站实测水文资料和雨量站降水资料；
审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性，对于不满足可靠性、一致性和代表性的实测系列水文资料进行修正，所述审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性的具体过程为：实测水文系列资料的可靠性通过历年水位流量关系的比较，上下游及干支流的水量平衡，降雨径流关系进行审查；实测水文系列资料的一致性采用分项调查法、降雨径流模式法、相关分析法、双累积曲线法、时间序列提取趋势项法，以及考虑上游水利工程影响的还原计算方法进行审查；实测水文系列资料的代表性采用周期性分析、长系列参证变量的比较分析、差积曲线法、累计平均过程线法和滑动平均法进行审查；
选取进入汛期后的第一场洪水，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量，所述对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量的具体过程为：
从有实测水文资料的首年起，统计历年的第一场洪水的洪峰流量和时段洪量，选取历年第一场洪水的洪峰流量的最大值和时段洪量的最大值，将历年第一场洪水的洪峰流量的最大值组成洪峰流量系列，将历年第一场洪水的时段洪量的最大值组成时段洪量系列；
频率曲线的统计参数采用均值
Figure FDA0002504161030000011
变差系数Cv和偏态系数Cs表示，采用矩法估算参数初值；对于n年连续系列，矩形法计算各统计参数的公式为：
Figure FDA0002504161030000021
Figure FDA0002504161030000022
Figure FDA0002504161030000023
其中，Xi为第i年第一场洪水的洪峰流量的最大值；频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，利用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线调整统计参数，采用适线法选定最优的频率曲线的统计参数；
通过对洪峰流量和时段洪量系列进行频率分析计算，得到第一场洪水的各频率设计洪峰和时段洪量成果；根据与上下游、干支流和邻近流域已有成果进行比较，对洪峰流量和时段洪量频率分析成果进行合理性检查；
采用放大典型洪水过程线的方法计算设计洪水过程线，计算得到设计洪水水量；
根据干旱半干旱地区的实际情况，选择高频洪水水量确定前置库容积，前置库容积与第一场洪水水量相等。
2.如权利要求1所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，所述实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表，所述实测降水资料包括逐日降水量表。
3.如权利要求1所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，所述收集水文站实测水文资料和降水资料的步骤中，收集30年以上的所述实测水文资料。
4.如权利要求1所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，所述高频洪水为2～5年一遇的洪水。
5.如权利要求1所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，放大典型洪水过程线时，根据工程和流域的洪水特性选择同频率放大法或同倍比放大法。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，所述对于无实测水文资料的地区通过暴雨资料计算设计洪水水量的具体过程为：设计面雨量的计算采用直接法或间接法，当流域面积小于或等于50km2时，采用设计点雨量替代设计面暴雨量；根据设计暴雨成果，采用地区水文手册方法计算设计洪水水量。
7.如权利要求6所述的一种前置库容积的确定方法，其特征在于，所述地区水文手册方法包括地区经验公式、推理公式和瞬时单位线。
8.一种应用权利要求1-7所述方法的前置库容积的确定系统，其特征在于，它包括资料收集模块、资料审查模块、设计洪水水量计算模块和前置库容积输出模块；
所述资料收集模块用于收集水文站实测水文资料和雨量站降水资料；所述实测水文资料包括历年洪水水文要素摘录表和逐日平均流量表，所述实测降水资料包括逐日降水量表；
所述资料审查模块用于审查实测系列水文资料的可靠性、一致性和代表性；
所述设计洪水水量计算模块用于计算设计洪水水量，其中，对于有实测水文资料的地区通过流量资料计算设计洪水水量，对于缺乏资料条件的地区通过暴雨途径计算设计洪水水量；
所述前置库容积输出模块用于根据第一场洪水水量输出前置库容积。
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《汤旺河流域水文资料的"三性"分析》;石月;《黑龙江水利科技》;20151231;第43卷(第1期);第16-19页 *
《由暴雨资料计算小流域设计洪水》;陈建军;《黑龙江科技信息》;20100830;第285页 *
《由流量资料推求设计洪水特征值的原理、方法及应用》;徐加林等;《中国防汛抗旱》;20150430;第25卷(第2期);第60-62页 *

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