第四章 设计洪水流量

1、第第 4 章章 设计洪水流量设计洪水流量 与设计水位计算与设计水位计算 Chapter 4 Calculation of Design Flood Flow and Flood Water Level 4.1 概概 述（述（Introduction） 4.1.1 设计洪水的意义及内容设计洪水的意义及内容 桥梁、涵洞、堤防、水坝和城市防洪工程，在桥梁、涵洞、堤防、水坝和城市防洪工程，在 未来长期运行过程中，随时都面临着洪水破坏的威未来长期运行过程中，随时都面临着洪水破坏的威 胁。对公路桥梁工程来说，在发生洪水时，必须保胁。对公路桥梁工程来说，在发生洪水时，必须保 证桥梁能安全宣泄洪水，公路能畅通

2、。因此，在规证桥梁能安全宣泄洪水，公路能畅通。因此，在规 划设计公路桥梁时，桥涵的孔径、桥梁的高度、墩划设计公路桥梁时，桥涵的孔径、桥梁的高度、墩 台基础的埋置深度、调治构造物的尺寸等，都应根台基础的埋置深度、调治构造物的尺寸等，都应根 据洪水的大小来设计。据洪水的大小来设计。 确定设计洪水频率后，可以按照一定的方法推确定设计洪水频率后，可以按照一定的方法推 求相应于该频率的设计洪水流量，简称求相应于该频率的设计洪水流量，简称设计流量设计流量， 以及相应的以及相应的设计水位设计水位、设计流速设计流速和和过水断面面积过水断面面积， 作为桥孔设计、墩台冲刷计算的依据。作为桥孔设计、墩台冲刷计算的依

3、据。 但河流的洪水有大有小，用多大的洪水来设计但河流的洪水有大有小，用多大的洪水来设计 桥梁？这就需要有一个标准，这个标准称为桥梁？这就需要有一个标准，这个标准称为设计洪设计洪 水标准水标准，用频率（或重现期）表示，称为，用频率（或重现期）表示，称为设计洪水设计洪水 频率频率。 4.1.2 设计洪水标准设计洪水标准 （Design Criterion of Flood） 设计标准由国家统一制定。桥涵工程依据：交通设计标准由国家统一制定。桥涵工程依据：交通 部颁布的部颁布的公路工程技术标准公路工程技术标准（JTJ001-97）和）和 公路工程水文勘测设计规范公路工程水文勘测设计规范（JTG C3

4、0-2002）。）。 首先根据首先根据公路工程技术标准公路工程技术标准确定确定公路的等级公路的等级 和桥梁的大小和桥梁的大小，然后按照，然后按照公路工程水文勘测设计规公路工程水文勘测设计规 范范，确定设计洪水频率（或重现期），最后推求相，确定设计洪水频率（或重现期），最后推求相 应于该频率的应于该频率的设计流量设计流量，以及相应的，以及相应的设计水位设计水位、设计设计 流速流速和和过水断面面积过水断面面积。 桥涵分类桥涵分类 多孔跨径总长多孔跨径总长 L (m) 单孔跨径单孔跨径 L0 (m) 特大桥特大桥 L 500 L0 100 大大 桥桥100 L 500 40 L0 100 中中 桥桥

5、 30 L 100 20 L0 40 小小 桥桥 8 L 30 5 L0 20 涵涵 洞洞 L 8 L0 30a，并有若干次特大洪水（实，并有若干次特大洪水（实 测和调查的测和调查的历史历史洪水）。洪水）。 设计资料设计资料：桥位断面实测年最大洪峰流量系列及若干：桥位断面实测年最大洪峰流量系列及若干 次历史调查洪水资料；实测水位次历史调查洪水资料；实测水位流量关系、水位流量关系、水位流流 速关系、水位速关系、水位过水断面关系等。过水断面关系等。 4.2.1 设计洪峰流量的推求设计洪峰流量的推求 2、资料的审查资料的审查 （1）资料可靠性的审查与改正）资料可靠性的审查与改正 资料的可靠性是指资料

6、的正确与否资料的可靠性是指资料的正确与否，要从流量，要从流量 资料的测验方法、水位流量关系、整编精度和水量资料的测验方法、水位流量关系、整编精度和水量 平衡等方面进行检查。平衡等方面进行检查。 （2）资料一致性的审查与还原）资料一致性的审查与还原 资料系列的一致性是指组成该系列的流量资资料系列的一致性是指组成该系列的流量资 料，都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和料，都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和 同一测流断面条件下获得的。同一测流断面条件下获得的。因气候条件变化缓慢，因气候条件变化缓慢， 故主要从人类活动影响和下垫面的改变来审查。若故主要从人类活动影响和下垫面的改变来审查。若

7、不能满足一致性要求，则需进行一致改正。不能满足一致性要求，则需进行一致改正。 （3）资料代表性的审查与插补延长）资料代表性的审查与插补延长 洪水系列的代表性，是指该洪水样本的频率分洪水系列的代表性，是指该洪水样本的频率分 布与其总体概率分布的接近程度布与其总体概率分布的接近程度，如接近程度较高，如接近程度较高， 则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反 之较低。之较低。 样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计 参数的比较加以判断。但总体分布是未知的，无法直参数的比较加以判断。但总体分布是未知的，无法直

8、 接进行对比，人们只能根据对洪水规律的认识，与更接进行对比，人们只能根据对洪水规律的认识，与更 长的相关系列对比，进行合理性分析与判断。长的相关系列对比，进行合理性分析与判断。 我国大部分河流由于实测年限有限，所以目前我我国大部分河流由于实测年限有限，所以目前我 们所掌握的样本系列不长，系列愈短，抽样误差愈大。们所掌握的样本系列不长，系列愈短，抽样误差愈大。 而且在实测期内不一定发生大洪水，所以洪水系列不而且在实测期内不一定发生大洪水，所以洪水系列不 一定含有特大洪水资料，如果用一般的中小洪水资料一定含有特大洪水资料，如果用一般的中小洪水资料 进行设计，设计成果不可靠。特别是用于推求百年一进行

9、设计，设计成果不可靠。特别是用于推求百年一 遇、三百年一遇的高标准洪水，根据就很不足。遇、三百年一遇的高标准洪水，根据就很不足。 如果能获得这种洪水资料，比如果能获得这种洪水资料，比如能调查到如能调查到 N 年年 (Nn) 中发生的特大洪水中发生的特大洪水，就相当于把就相当于把 n 年资料延长年资料延长 到了到了 N 年年，提高了系列的代表性提高了系列的代表性，能，能使计算成果更加使计算成果更加 合理、可靠。合理、可靠。 桥位河段历史上肯定发生过很多次特大洪水。历桥位河段历史上肯定发生过很多次特大洪水。历 史上曾经发生过的史上曾经发生过的特大洪水，往往会造成严重的洪涝特大洪水，往往会造成严重的

10、洪涝 灾害，在历史文献中一般会有详细的记载和留下洪水灾害，在历史文献中一般会有详细的记载和留下洪水 痕迹可供查证，所以调查到的历史洪水一般就是特大痕迹可供查证，所以调查到的历史洪水一般就是特大 洪水。洪水。 【例例】1955年规划河北省滹沱河黄壁庄水库时，按当年规划河北省滹沱河黄壁庄水库时，按当 时具有的时具有的1919-1955年期间断断续续的年期间断断续续的20年实测洪水年实测洪水 资料推求千年一遇设计洪峰流量资料推求千年一遇设计洪峰流量Qm=7500m3/s。1956 年发生了一次洪峰流量为年发生了一次洪峰流量为13100m3/s的特大洪水，显的特大洪水，显 然原设计成果值得怀疑。将然原

11、设计成果值得怀疑。将1956年特大洪水直接加入年特大洪水直接加入 实测资料组成实测资料组成21年的样本系列，对此样本直接进行频年的样本系列，对此样本直接进行频 率计算也是不合适的。率计算也是不合适的。 后在滹沱河调查到后在滹沱河调查到1794、1853、1917和和1939年年 4次特大洪水，将次特大洪水，将1956年洪水和历史调查洪水作特大年洪水和历史调查洪水作特大 值处理，得千年一遇设计洪峰值处理，得千年一遇设计洪峰 Qm= 22600m3/s，比原设，比原设 计值大得多。计值大得多。1963年又发生了一次大洪水，洪峰流年又发生了一次大洪水，洪峰流 量为量为12000m3/s，再将其作为特

12、大洪水也加入样本，得，再将其作为特大洪水也加入样本，得 千年一遇设计洪峰流量千年一遇设计洪峰流量 Qm= 23500m3/s。这次计算的洪。这次计算的洪 峰流量只变化了峰流量只变化了4 %，显然设计值已趋于稳定。由此可显然设计值已趋于稳定。由此可 看出特大洪水处理的重要性。看出特大洪水处理的重要性。 3、洪峰流量频率分析方法洪峰流量频率分析方法 特大洪水的处理特大洪水的处理 （1）问题的提出）问题的提出 什么叫特大洪水什么叫特大洪水 比系列中一般洪水大得多的比系列中一般洪水大得多的稀遇洪水（稀遇洪水（rare flood） 称为称为特大洪水（特大洪水（extraordinary flood），

13、并且通过洪水，并且通过洪水 调查可以确定其量值大小及其重现期者。调查可以确定其量值大小及其重现期者。 特大洪水可以发生在实测记录期间的特大洪水可以发生在实测记录期间的n年之内年之内， 也可以发生在实测期的也可以发生在实测期的n年之外年之外，前者称资料内特大前者称资料内特大 洪水洪水，后者称资料外特大洪水（历史特大洪水），如后者称资料外特大洪水（历史特大洪水），如 下下图。图。 也可以资料内资料外都有特大洪水。一般也可以资料内资料外都有特大洪水。一般， 这样的洪水这样的洪水QN可以考虑作为特大洪水处理。可以考虑作为特大洪水处理。 特大洪水重现期的确定特大洪水重现期的确定 特大洪水可能有多次，首先

14、必须确定出特大洪水可能有多次，首先必须确定出首位特首位特 大洪水的重现期大洪水的重现期，然后在该重现期内对其它特大洪水，然后在该重现期内对其它特大洪水 进行从大到小排位，计算每项洪水的经验频率。但要进行从大到小排位，计算每项洪水的经验频率。但要 准确地定出准确地定出首位首位特大洪水的重现期是相当困难的特大洪水的重现期是相当困难的，目目 前前，一般是根据历史洪水发生的年代来大致推估。一般是根据历史洪水发生的年代来大致推估。 1）从发生年代至今为最大从发生年代至今为最大 N = 设计年份设计年份 - - 发生年份发生年份 + 1 2）从调查考证的最远年份至今为最大从调查考证的最远年份至今为最大 N

15、 = 设计年份设计年份 - - 调查考证期最远年份调查考证期最远年份 + 1 这种方法确定的特大洪水的重现期具有相当这种方法确定的特大洪水的重现期具有相当 大的不稳定性大的不稳定性，如果，如果要更加准确地确定历史洪水要更加准确地确定历史洪水 的重现期势必就要追溯到更远的年代的重现期势必就要追溯到更远的年代，但追溯的但追溯的 年代愈远年代愈远，历史，历史记载可能愈不详尽，记载可能愈不详尽，河道情况与河道情况与 当前差别也愈大当前差别也愈大，计算精度反而愈差计算精度反而愈差，所以，我，所以，我 国国一般以明清两代以来六百年为宜一般以明清两代以来六百年为宜. 【例例4-1】确定特大洪水重现期确定特大

16、洪水重现期 长江重庆宜昌河段洪水调查，同治九年长江重庆宜昌河段洪水调查，同治九年(1870年年) 川江发生特大洪水川江发生特大洪水，沿江调查到石刻沿江调查到石刻91处（如处（如下下图）图）， 推算得宜昌洪峰流量推算得宜昌洪峰流量Qm=110000 m3/s。该该洪水为洪水为1870 年以来为最大年以来为最大，则则重现期：重现期：N=1992- -1870+1 =123 (a)，这么大的洪水平均，这么大的洪水平均123年就发生一次年就发生一次，可能可能 性不大。又经调查性不大。又经调查， 忠县东云乡长江岸石壁上有两处忠县东云乡长江岸石壁上有两处 宋代石刻，记述宋代石刻，记述“绍兴二十三年癸酉六月

17、二十六日水绍兴二十三年癸酉六月二十六日水 泛涨。泛涨。”这是长江干流上发现最早的洪水题刻。这是长江干流上发现最早的洪水题刻。 据洪痕实测，忠县洪峰水位为据洪痕实测，忠县洪峰水位为155.6m。又据历。又据历 史洪水调查，宜昌站洪峰水位为史洪水调查，宜昌站洪峰水位为58.06m，推算流量，推算流量 为为92800 m3/s，3天洪量为天洪量为232.7亿亿m3。宋绍兴二十三。宋绍兴二十三 年即公元年即公元1153年，该次洪水也小于年，该次洪水也小于1870年洪水年洪水，所，所 以以可以推断可以推断1870年洪水是年洪水是 1153 年以来最大的洪水年以来最大的洪水， 故故1870年洪水的重现期为

18、：年洪水的重现期为：N=1992- -1153+1=840 (a) （2）连序系列和不连序系列）连序系列和不连序系列 连序系列（连序系列（ complete n-year series ）：洪水样本中每：洪水样本中每 一项从大到小排位，序号是一项从大到小排位，序号是连续连续顺位排列的系列。如：顺位排列的系列。如： 实测系列。实测系列。 不连序系列（不连序系列（ incomplete N-year series ）：洪水样本：洪水样本 加入特大洪水后的系列称为加入特大洪水后的系列称为不连序系列不连序系列，即从大到小，即从大到小 排位，序号不连续，其中一部分属于漏项、缺项位的排位，序号不连续，其中

19、一部分属于漏项、缺项位的 系列。如：加入历史调查洪水的系列。系列。如：加入历史调查洪水的系列。 不连序系列经验频率和统计参数的计算方法与不连序系列经验频率和统计参数的计算方法与 连序系列有所不同。这样，就要研究有特大洪水的连序系列有所不同。这样，就要研究有特大洪水的 不连序系列的排序和频率计算以及参数估计的方法，不连序系列的排序和频率计算以及参数估计的方法， 称为称为特大洪水处理特大洪水处理。 特大洪水的排序，对可以定量的特大洪水，可特大洪水的排序，对可以定量的特大洪水，可 根据洪峰流量的大小进行排位。对无法定量的历史根据洪峰流量的大小进行排位。对无法定量的历史 调查洪水，可根据历史文献记载中

20、不同次洪水的雨调查洪水，可根据历史文献记载中不同次洪水的雨 情、水情、灾情的描述分析比较后确定序位。情、水情、灾情的描述分析比较后确定序位。 （3）考虑特大洪水时经验频率的计算）考虑特大洪水时经验频率的计算 不连序系列经验频率（不连序系列经验频率（考虑特大洪水时经验考虑特大洪水时经验 频率频率）计算：计算： 设调查及实测设调查及实测(包括空位包括空位)的总年数为的总年数为 N 年（即年（即 首位特大洪水的重现期），连续实测期为首位特大洪水的重现期），连续实测期为 n 年（年（n 包包 含在含在 N 中），共有中），共有 a 次特大洪水，其中有次特大洪水，其中有 l 次发生次发生 在实测期，在实

21、测期，a - - l 次是历史特大洪水。次是历史特大洪水。 a l n N 设设 计计 年年 份份 追追 溯溯 最最 远远 年年 份份 个个特特大大： 个个）内内个个特特大大（包包括括 ln lnaN : 目前国内有两种计算特大洪水与一般洪水经验频目前国内有两种计算特大洪水与一般洪水经验频 率的方法。率的方法。 1) 独立样本法独立样本法 此法是把包括历史洪水的长系列此法是把包括历史洪水的长系列(N年年)和实测的和实测的 短系列短系列(n年年)看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，看作是从总体中随机抽取的两个独立样本， 各项洪峰值可在各自所在系列中排位。因为两个样本各项洪峰值可在各自所在系列中

22、排位。因为两个样本 来自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把来自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把 经验点据绘在一起，共同适线。经验点据绘在一起，共同适线。 特大洪水的经验频率为：特大洪水的经验频率为： )14( 1 N M PM 式中，式中， M = 1，2， ，a x P(%) 100 一般洪水的经验频率为：一般洪水的经验频率为： )24( 1 n m P m 式中，式中，nllm, 2, 1 2) 统一样本法统一样本法 将实测一般洪水系列与特大值系列共同组成将实测一般洪水系列与特大值系列共同组成 一个不连序系列作为代表总体的样本，不连序系一个不连序系列作为代表总体的样本，不

23、连序系 列的各项可在调查期限列的各项可在调查期限N年内统一排位。年内统一排位。 特大洪水的经验频率为：特大洪水的经验频率为： )14( 1 N M PM 式中，式中，M = 1，2，a 一般洪水的经验频率为一般洪水的经验频率为: 剩下剩下 N a 项的频率范项的频率范 围为：围为：1- -PMa ，而实际而实际 x P(%) 100 PMa 最后一项的经验频率：最后一项的经验频率： 1 N a PMa 只知只知 n l 项。先将项。先将 n l 项在项在 0 1 内计算经验频率：内计算经验频率： )10( 1 ln lm m = l + 1，l + 2， ，n x P(%) 100 PMa 然

24、后按（然后按（ 1- - PMa ） 为比例缩小，并接到为比例缩小，并接到 PMa 之后，最后得：之后，最后得： )34( 1 ) 1 1( 1 1 )1( ln lm N a N a ln lm PPP MaMam m = l +1，l + 2，n 上述两种方法，我国目前都在使用。一般说，上述两种方法，我国目前都在使用。一般说， 独立样本法把特大洪水与实测一般洪水视为相互独立独立样本法把特大洪水与实测一般洪水视为相互独立 的，这在理论上有些不合理，但比较简单，在特大洪的，这在理论上有些不合理，但比较简单，在特大洪 水排位可能有错漏时，因不相互影响，这方面讲是比水排位可能有错漏时，因不相互影响

25、，这方面讲是比 较合适的。当特大洪水排位比较准确时，理论上说，较合适的。当特大洪水排位比较准确时，理论上说， 用统一样本法更好一些。用统一样本法更好一些。 【例例4-2】东北某桥位河段有东北某桥位河段有19351960年实测资料，年实测资料， 其中，其中，1960年为特大洪水，洪水位年为特大洪水，洪水位 Z1960 . 并调查到并调查到 1888年（光绪十四年）发生的特大洪水，洪水位年（光绪十四年）发生的特大洪水，洪水位 Z1888 . 并考证到并考证到1810年（嘉庆十五年）发生的特大洪年（嘉庆十五年）发生的特大洪 水，洪水位水，洪水位 Z1810 . 经过对历史文献的论证，上述三次经过对历

26、史文献的论证，上述三次 洪水排序为：洪水排序为： Z1960 Z1810 Z1888 26年实测系列中排第二位的是年实测系列中排第二位的是1945年，年，洪水位洪水位 Z1945 . 从当时从当时 调查研究的调查研究的1960年出发，试计算上述四次洪年出发，试计算上述四次洪 水经验频率。水经验频率。 解：解：)(151118101960aN )(26119351960an 1,3 la （1）独立样本法）独立样本法 %66. 0 1151 1 1960 P %32. 1 1151 2 1810 P %97. 1 1151 3 1888 P %41. 7 126 2 1945 P （2）统一样本

27、法）统一样本法 1 ) 1 1( 1 1 )1( ln lm N a N a ln lm PPP MaMam %74. 5 1126 12 ) 1151 3 1( 1151 3 1945 P 【例例4-3】某桥位断面某桥位断面19351972年年38年洪水资料中，年洪水资料中， 有有5年因战乱缺测，故实有洪水资料年因战乱缺测，故实有洪水资料33年。其中年。其中1949年年 为最大，经考证应作为特大值处理。另外，为最大，经考证应作为特大值处理。另外，洪水调查洪水调查 查明自查明自1903年以来的年以来的70年间，为首的三次大洪水，其年间，为首的三次大洪水，其 大小排位依次为大小排位依次为1921

28、、1949、1903年，并能判断不会年，并能判断不会 遗漏掉比遗漏掉比1903年更大的洪水。年更大的洪水。此外，经考证此外，经考证在在1903年年 以前，还以前，还发生过发生过三次大于三次大于1921年的特大洪水，其序位年的特大洪水，其序位 为为1867、1852、1832、1921年，但因年代久远，年，但因年代久远，这一这一 期间期间小于小于1921年的洪水则无法查清。现按上述两种方年的洪水则无法查清。现按上述两种方 法估算各项经验频率。法估算各项经验频率。 1832190319351972 1832 1852 1867 1903 1921 1949 实测期实测期调查期调查期 历史考证期历史

29、考证期 根据上述情况，实测洪水根据上述情况，实测洪水n=33年年，调查期分作，调查期分作 两个时期：其一是两个时期：其一是18321972年，记为年，记为N2=141年，在年，在 此期间能够进行排位的有此期间能够进行排位的有1832、1852、1867和和1921年年 洪水，顺序为洪水，顺序为1867、1852、1832、1921，而，而1949、 1903年则不能在这一调查期中排位。其二是年则不能在这一调查期中排位。其二是1903 1972年，记为年，记为N1=70年，其中仅有年，其中仅有1903、1921、1949 年的洪水能在年的洪水能在N1中排位，它们的大小顺序为中排位，它们的大小顺序

30、为1921、 1949、1903年，见年，见下下图图，频率计算见频率计算见下下表表4-3。 1832 38 1867 调查调查 或或 实测实测 系列年数系列年数洪水序位洪水序位洪水洪水 年份年份 经经 验验 频频 率率 n N m M 独立样本法独立样本法 统一样本法统一样本法 调调 查查 期期 N2 141 (1832 1972) 11867 同独立样本法同独立样本法 21852 31832 41921 调调 查查 期期 N1 70 (1903 1972) 11921 抽到上一栏排列抽到上一栏排列 抽到上一栏排列抽到上一栏排列 21949 31903 实测期实测期 n 33 （1935 19

31、72） 1 1949 抽到上一栏排列抽到上一栏排列 抽到上一栏排列抽到上一栏排列 2 1940 0070. 0 1141 1 12 M P 0141. 0 1141 2 22 M P 0211. 0 1141 3 32 M P 0282. 0 1141 4 42 M P 0282. 0 170 2 21 M P 0423. 0 170 3 31 M P 0421. 0 1170 12 )0282. 01 (0282. 0 21 M P 0560. 0 1170 13 )0282. 01 (0282. 0 31 M P 0588. 0 133 2 2 m P 0846. 0 1133 12 )0

32、560. 01 (0560. 0 2 m P （4）不连序序列统计参数估计）不连序序列统计参数估计 SV CCQ, 1、用矩法初估参数：、用矩法初估参数： 假定：假定：N a 年系列与年系列与 n l 年实测系列的均值和均年实测系列的均值和均 方差相等，即：方差相等，即： lnaN lnaNxx 适线法（适线法（curve fitting method） l n N ln aN lnaN xx a n li iln N ai i aNx ln xx aN x 11 1 , 1 N ai n li ii x ln aN x 11 所以所以N年系列的均值为：年系列的均值为： a j N ai ij

33、 Nxx N x 11 1 a j n li ij x ln aN x N11 )44( 1 a j ln j xaNx N1 )( 1 N年系列的年系列的CV值为：值为： 由：由： 22 lnaN 由此可证明：由此可证明： N ai n li N i N i xx ln xx aN 11 22 )( 1 )( 1 N ai n li ln i aN i xx ln xx aN 11 22 )( 1 )( 1 即：即： N ai n li N i N i xx ln aN xx 11 22 )()( a j n li N i N j a j N ai N i N jN xx ln aN xx

34、N xxxx N 11 22 1 2 1 22 )()( 1 1 )()( 1 1 ) 54 ()()( 1 11 11 22 a j n li N i N j NN N VN xx ln aN xx Nxx C 令：令： N ln N j j x x x x K )1 ( 1 )() 1( 1 1 22 1 2 lVn a j jVN C ln ln aNK N C CSN 按经验的方法选取：按经验的方法选取： CVN 0.50 CSN /CVN = 34 0.50 1.00 CSN /CVN = 23 2、三点法三点法 同第三章第同第三章第4节。节。 不连序系列用三点法初估参数更简单。不连

35、序系列用三点法初估参数更简单。 适线法应注意：适线法应注意： 曲线应尽可能通过点群中心，适当照顾上、中部曲线应尽可能通过点群中心，适当照顾上、中部 大洪水；大洪水； 曲线应尽量靠近峰量数值、重现期精度较高的点曲线应尽量靠近峰量数值、重现期精度较高的点 据；据； 应参照同一气候区内其余站参数变化规律进行调应参照同一气候区内其余站参数变化规律进行调 整。整。 【例例4-4】 某桥位河段实测洪峰流量资料某桥位河段实测洪峰流量资料30 a，另调查，另调查 到二次历史特大洪水，调查考证期到二次历史特大洪水，调查考证期N = 102 a。试求。试求 200年一遇的设计洪峰流量。年一遇的设计洪峰流量。 1、

36、计算经验频率，点绘经验点据、计算经验频率，点绘经验点据 独立样本法独立样本法 特大洪水：特大洪水：a = 2，l = 0，N = 102 一般洪水：一般洪水：n =30，l = 0 统一样本法统一样本法 计算结果见下表计算结果见下表 。 序号序号 洪峰洪峰 流量流量 独立样本法独立样本法 统一样本法统一样本法 序号序号 洪峰洪峰 流量流量 独立样本法独立样本法 统一样本法统一样本法 PM Pm PM Pm PM Pm PM Pm 25200.0100.010 15 4800.4840.494 22000.0190.019 16 4700.5160.525 1 14000.0320.050 17

37、 4620.5480.557 2 12100.0650.083 18 4400.5810.589 3 9600.0970.114 19 3860.6130.620 4 9200.1290.146 20 3680.6450.652 5 8900.1610.177 21 3400.6770.683 6 8800.1940.209 22 3220.7100.716 7 7900.2260.241 23 3000.7420.747 8 7840.2580.272 24 2880.7740.778 9 6700.2900.303 25 2620.8060.810 10 6500.3230.336 26

38、2400.8390.842 11 6380.3550.367 27 2200.8710.873 12 5900.3870.399 28 2000.9030.905 13 5200.4190.430 29 1860.9350.936 14 5100.4520.462 30 1600.9680.969 某河洪峰流量经验频率计算（某河洪峰流量经验频率计算（a = 2，l = 0） 800 1600 2400 3200 2、参数估计、参数估计 矩法矩法 68. 0 /587 3 V C smx 调整参数，最后采用：调整参数，最后采用： VSV CCCsmx5 . 380. 0/587 3 VSV CC

39、Csmx370. 0/587 3 适线法适线法 初试取：初试取： 3、求设计值、求设计值 T = 200 a ，P = 0.5% ，CV = 0.80，CS = 3.5 CV 查查K值表，得值表，得KP = 4.87，桥位断面设计流量：，桥位断面设计流量： smxKx PP /285958787. 4 3 1、利用历史调查洪水推算统计参数利用历史调查洪水推算统计参数 如果桥位河段能调查到三次以上历史洪水，其中如果桥位河段能调查到三次以上历史洪水，其中 至少能定量出二次洪峰流量及其重现期，则可推至少能定量出二次洪峰流量及其重现期，则可推 算算 。 设可以定量及确定重现期的二次历史调查洪水的设可以

40、定量及确定重现期的二次历史调查洪水的 洪峰流量及其经验频率为：洪峰流量及其经验频率为： Q1 ，P1 Q2 ，P2 V CQ, 4.2.2 利用历史调查洪水推算设计流量利用历史调查洪水推算设计流量 设历史洪水服从设历史洪水服从P-型分布，且上述两点在频率型分布，且上述两点在频率 曲线上，则有：曲线上，则有： QCQ QCQ VP VP )1( )1( 2 1 2 1 令：令： VP VP C C Q Q 2 1 1 1 2 1 可解得：可解得： 21 1 PP V C 式中式中、P已知，已知，是是CS的函数，若的函数，若假定假定CS =（34） CV ，则则可以看作是可以看作是CV的函数。上式

41、是的函数。上式是CV的隐函数，的隐函数， 可通过试算解出可通过试算解出CV值，并求出值，并求出CS值。又：值。又： VPVP C Q C Q Q 21 11 21 SV CCQ,求出求出 后，根据设计洪水频率，就可求出设计后，根据设计洪水频率，就可求出设计 值值QP。 21 1 PP V C 【例例4-5】江西赣州区某桥位，江西赣州区某桥位，1980年经洪水调查，得年经洪水调查，得 如下资料：如下资料： 1、四次历史洪水、四次历史洪水 从大到小排列为：从大到小排列为：1882年（光绪八年（光绪八 年），年），1935年，年，1967年，年，1955年；年； 2、可靠洪痕、可靠洪痕 1967年、

42、年、1955年。用形态法计算得：年。用形态法计算得： Q67=10946m3/s， Q55=10111m3/s； 3、地区经验关系、地区经验关系 CS=4CV。 求：求： 统计参数统计参数 五十年一遇设计流量五十年一遇设计流量 解：解： N = = 1980- -1882+1=99（a） 年份：年份： 1882 1935 1967 1955 Q（m3/s） 10946 10111 （%） 1 2 3 4 0826. 1 10111 10946 55 67 Q Q 55675567 0826. 1 10826. 11 V C 1 N M P 29. 2%457. 2%3 40. 24,60. 0

43、 5567 时，时， 设 PP CCC VSV 60. 091. 0 29. 20826. 157. 2 0826. 0 V C 31. 2%462. 2%3 80. 24,70. 0 5567 时，时， 再设 PP CCC VSV 70. 0693. 0 31. 20826. 162. 2 0826. 0 V C 取取 CV=0.70，CS=4CV=2.80 31. 2%462. 2%3 5567 时，时，时，时，PP sm C Q Q V /3862 70. 062. 21 10946 1 3 67 67 sm C Q Q V /3864 70. 031. 21 10111 1 3 55

44、55 smQ/3863 3 取取 求设计流量求设计流量 ，CV=0.70，CS=4CV=2.80， 当当 P=2%时，时， P P = 3.11 smQ/3863 3 sm QCQ VPP /12273 3863)70. 011. 31 ( )1 ( 3 2、利用历史调查洪水资料推算利用历史调查洪水资料推算 如果桥位河段调查到若干次历史洪水，并且能定如果桥位河段调查到若干次历史洪水，并且能定 量和确定出较可靠的重现期，可直接作量和确定出较可靠的重现期，可直接作部分频率曲线部分频率曲线， 推求设计流量。推求设计流量。 Q P P QPQi ，Pi %100 1 N M P 设计桥梁时，为什么要考

45、虑设计桥梁时，为什么要考虑 历史调查洪水？考虑特大洪历史调查洪水？考虑特大洪 水对设计成果有何影响？水对设计成果有何影响？ 4.3 由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水 (Design Flood Based on Rainstorm Data) 略略 4.4 小流域设计洪水计算小流域设计洪水计算 （Design Flood Computation for Small Watershed ） 交通部门一般将集水面积小于交通部门一般将集水面积小于100 km2的流域称的流域称 为为小流域小流域。公路沿线跨越的小河、溪沟、沟壑均属于。公路沿线跨越的小河、溪沟、沟壑均属于 小流域。小流域。

46、小流域设计洪水计算的特点：小流域设计洪水计算的特点： 没有实测流量资料；调查洪水资料少；没有实测流量资料；调查洪水资料少； 小流域集水面积小，自然地理条件单一，计算方小流域集水面积小，自然地理条件单一，计算方 法允许作适当的简化；法允许作适当的简化； 在基本保证精度的条件下，力求简便。在基本保证精度的条件下，力求简便。 计算方法计算方法：推理公式，地区经验公式，历史洪水调查：推理公式，地区经验公式，历史洪水调查 分析法和综合单位线法。分析法和综合单位线法。 4.4.3 经验公式法计算设计洪峰流量经验公式法计算设计洪峰流量 （Empirical Formula ） 利用一个地区内小流域水文站实测

47、的和调查的暴利用一个地区内小流域水文站实测的和调查的暴 雨洪水资料，建立洪峰流量与其主要影响因素之间的雨洪水资料，建立洪峰流量与其主要影响因素之间的 经验相关关系，该关系就是洪峰流量的地区经验公式。经验相关关系，该关系就是洪峰流量的地区经验公式。 在该地区内，无实测洪水资料的流域用它来推求设计在该地区内，无实测洪水资料的流域用它来推求设计 洪峰流量，就是地区经验公式法。洪峰流量，就是地区经验公式法。 注意：注意：经验公式地区性很强，用哪个地区的资料建立经验公式地区性很强，用哪个地区的资料建立 的经验公式，原则上只适用于该地区，一般不允许移的经验公式，原则上只适用于该地区，一般不允许移 到其它地

48、区使用。到其它地区使用。 1、以流域面积为参数的地区经验公式以流域面积为参数的地区经验公式 )634( N PP FCQ 式中，式中，QP：设计频率为：设计频率为P的设计洪峰流量，的设计洪峰流量，m3/s； F ：集水面积，：集水面积，km2； N，CP：经验指数和经验系数，随地区和频：经验指数和经验系数，随地区和频 率而变，可查各省的率而变，可查各省的水文手册水文手册或设计手册。或设计手册。 2、以流域面积和净雨量为参数的经验公式以流域面积和净雨量为参数的经验公式 )644( ,24 nm PP FCRQ 式中，式中，R24,P：设计频率为：设计频率为P，历时为，历时为24h的设计净雨的设计

49、净雨 量，量，mm； C，m，n：经验系数、经验指数，查各省：经验系数、经验指数，查各省 水文手册水文手册或设计手册。或设计手册。 3、交通科学研究院经验公式交通科学研究院经验公式 )654()( 5 4 2 3 FZhQ PP 式中，式中，：地貌系数；与流域面积、地形、主河道比：地貌系数；与流域面积、地形、主河道比 降有关；降有关； hP ：设计径流深，设计径流深，mm； Z ：植物截流和填洼损失量，：植物截流和填洼损失量，mm； ：洪峰传播中变形对洪峰流量影响的折减系数；：洪峰传播中变形对洪峰流量影响的折减系数； ：流域降雨不均匀影响洪峰流量的折减系数；：流域降雨不均匀影响洪峰流量的折减系

50、数； ：湖泊、塘堰、小水库调节作用影响洪峰流量的：湖泊、塘堰、小水库调节作用影响洪峰流量的 折减系数。折减系数。 4.5 桥位断面设计洪峰流量桥位断面设计洪峰流量 及设计水位的推求及设计水位的推求 Calculation of Design Flood Peak Flow and Stage of Bridge Location Section 4.5.1 桥位断面设计洪峰流量桥位断面设计洪峰流量 （ Design Flood Peak Flow of Bridge Location Section ） 一、桥位断面有实测洪水资料一、桥位断面有实测洪水资料 桥位断面有长期（桥位断面有长期（n

51、30a）实测洪水资料，且桥）实测洪水资料，且桥 位河段有若干次历史调查洪水资料。按位河段有若干次历史调查洪水资料。按4.2计算。计算。 二、桥位断面缺乏实测洪水资料二、桥位断面缺乏实测洪水资料 1、桥位断面上、下游或附近相邻流域有实测洪水资料、桥位断面上、下游或附近相邻流域有实测洪水资料 采用采用水文比拟法水文比拟法 桥位断面桥位断面 FB 水文站或形态断面水文站或形态断面F 水文站水文站 或形态或形态 断面断面F 当桥位断面和水当桥位断面和水 文站断面或形态断文站断面或形态断 面的集水面积相差面的集水面积相差 小于小于5%时，直接将时，直接将 水文站或形态断面水文站或形态断面 的实测资料移用

52、到的实测资料移用到 桥位断面，然后按桥位断面，然后按 有资料情况计算设有资料情况计算设 计流量。计流量。 桥位断面桥位断面 FB 水文站或形态断面水文站或形态断面F 水文站水文站 或形态或形态 断面断面F 面积比法面积比法 )734( )( , Pm N B PmB Q F F Q 式中，式中，N为经验指数，查水为经验指数，查水 文手册或设计手册。一般：文手册或设计手册。一般： 大、中河流：大、中河流：N=0.50.7 小河流：小河流： N=0.70.85 通常：通常： N=2/3 桥位断面桥位断面 FB 水文站或形态断面水文站或形态断面F 水文站水文站 或形态或形态 断面断面F 面积雨量比法

53、面积雨量比法 )474( )()( , 21 24 ,24 , Pm N B N P PB PmB Q F F R R Q 式中，式中，N1、N2为经验指数，查为经验指数，查 水文手册或设计手册。水文手册或设计手册。 2、桥位断面有若干次历史调查洪水资料桥位断面有若干次历史调查洪水资料 利用历史调查洪水反推三个统计参数，进而推利用历史调查洪水反推三个统计参数，进而推 求设计洪峰流量；或作部分频率曲线推求。求设计洪峰流量；或作部分频率曲线推求。 3、利用暴雨资料推求利用暴雨资料推求 三、小流域设计洪峰流量三、小流域设计洪峰流量 推理公式推理公式，地区经验公式地区经验公式，综合单位线法等，综合单位线法等， 或查各省的水文手册或设计手册。或查各省的水文手册或设计手册。 4.5.2 桥位断面设计水位桥位断面设计水位 （ Design Flood Stage of Bridge Locatio