工程水文学第六章 由流量资料推求设计洪水ppt课件

1、 第六章 由流量资料推求设计洪水 第一节 概述 一、水库的防洪功能 在河流上筑坝建库，目的在于兴利除害。为了兴利灌溉、发电等，需求设置一定的兴利库容，调理年、月径流，使之符合人们的要求。为水利水库本身平安和下游防护区的平安，还必需设置一定的库容拦蓄洪水。 水库在设计水工建筑物时，必需选择一相应的洪水作为根据。 二、设计规范二、设计规范 如何选择水工建筑物的设计洪水，涉及一个规范如何选择水工建筑物的设计洪水，涉及一个规范问题，即设计规范。问题，即设计规范。 我国现行规范：我国现行规范： GB50201-94 SL252-2000 水利水电工程等别确定水利水电工程建筑物级别确定水库工程建筑物防洪规

2、范确定 水利水电工程防洪规范： 正常运用规范设计洪水：确定水库的设计洪水位、设计泄洪流量等。不超越这种规范的洪水降暂时，水库枢纽一切任务维持正常形状。 非常运用规范校核洪水：确定水库的校核洪水位。这种规范的洪水降暂时，水库枢纽的某些正常任务可以暂时破坏，次要建筑物允许损毁，但主要建筑物必需确保平安。启动非常溢洪道 三、现行设计洪水计算的根本方法和内容三、现行设计洪水计算的根本方法和内容 根本方法根本方法 频率计算法频率计算法 以符合某一频率的洪水作为设计洪水。以符合某一频率的洪水作为设计洪水。如百年一遇、千年一遇等。如百年一遇、千年一遇等。 该方法将洪水作为随机事件，根据概该方法将洪水作为随机

3、事件，根据概率实际由已发生的洪水来推估未来能够发生的率实际由已发生的洪水来推估未来能够发生的符合某一频率规范的洪水作为设计洪水。符合某一频率规范的洪水作为设计洪水。 水文气候法 因频率计算缺乏成因概念，假设资料太短，用于推求稀遇洪水根据就很缺乏。且近年来，我国一再出现超规范的特大洪水，设计规范一再提高。 水文气候法从物理成因入手，根据水文气候要素推求一个特定流域在现代气候条件下，能够发生的最大洪水(PMF)作为设计洪水。 2. 设计洪水的内容设计洪水的内容 设计洪峰流量设计洪峰流量 设计洪水内容：设计时段洪量设计洪水内容：设计时段洪量 设计洪水过程线设计洪水过程线 对于桥梁、涵洞、调理性能小的

4、水库：普通只对于桥梁、涵洞、调理性能小的水库：普通只推求设计洪峰流量，如葛洲坝电站，其泄洪闸以设推求设计洪峰流量，如葛洲坝电站，其泄洪闸以设计洪峰流量控制计洪峰流量控制Q m=110000m3/s)。 对于大型水库：调理性能高，可以洪量控制，对于大型水库：调理性能高，可以洪量控制，即库容大小主要由洪水总量决议。如三峡水库，即库容大小主要由洪水总量决议。如三峡水库， 拦拦洪库容洪库容300.2亿亿m3。 普通水库都以峰和量同时控制。普通水库都以峰和量同时控制。 第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求 一、资料审查 “三性审查：可靠性、一致性、代表性。 1.资料可靠性的审查与矫正 实测洪水资料： 对

5、检验和整编进展检查，重点放在观测与整编质量较差的年份。包括水位观测、流量检验、水位流量关系等。 历史洪水资料： 一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是审查洪水发生的年份的准确性。 2. 资料一致性的审查与复原资料一致性的审查与复原 所谓洪水资料的一致性，就是产生各年洪水的流所谓洪水资料的一致性，就是产生各年洪水的流域产流和汇流条件在调查观测期中应根本一样。域产流和汇流条件在调查观测期中应根本一样。 假设发生了较大的变化，需求将变化后的资料复假设发生了较大的变化，需求将变化后的资料复原到原先天然形状的根底上，以保证抽样的随机性原到原先天然形状的根底上，以保证抽样的随机性和能与历史资料组成一个具有一致

6、性的系列。和能与历史资料组成一个具有一致性的系列。 例如：上游建了比较大的水库，那么应把建库后例如：上游建了比较大的水库，那么应把建库后的资料经过水库调洪计算，修正为未建库条件下的的资料经过水库调洪计算，修正为未建库条件下的洪水。洪水。 3. 资料代表性的审查与插补延伸 实践任务中要求延续实测的洪水年数普通不少于30年，并有特大洪水参与。 当实测洪水资料缺乏代表性时，应插补延伸和补充历史特大洪水，使之满足代表性的要求。插补延伸主要是采用相关分析的方法。 二、样本选取 河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历年洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算

7、的首要问题。 目前采用年最大值法选样。 年最大值法选样： 即从资料中逐年选取一个最大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。 固定时段普通采用1、3、5 、7、15、30天。大流域、调洪才干大的工程，设计时段可以获得长些；小流域、调洪才干小的工程，可以获得短一些。 三、特大洪水的处置 1. 特大洪水 是指实测系列和调查到的历史洪水中，比普通洪水大得多的稀遇洪水。 历史上的普通洪水是没有文字记载和留下洪水痕迹,只需特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证,所以调查到的历史洪水普通就是特大洪水。 特大洪水可以发生在实测流量期间之内,也可以发生在实测流量期之外。 普通地 时，QN可以思索

8、作为特大洪水处置。 2、为什么要思索特大洪水？ 目前我们所掌握的样本系列不长，系列愈短，抽样误差愈大，假设用于推求千年一遇、万年一遇的稀遇洪水，根据就很缺乏。 假设能调查到N年Nn中的特大洪水，就相当于把n年资料展延到了N年，提高了系列的代表性，使计算结果更合理、准确。 3、特大洪水重现期 重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。 要准确地定出特大洪水的重现期是相当困难的，目前，普通是根据历史洪水发生的年代来大致推估。 从发生年代至今为最大 N=设计年份-调查期发生年份+ 1 从调查考证的最远年份至今为最大 N=设计年份-文献考证期最远年份+ 1例6-1：199

9、2年长江重庆宜昌河段洪水调查结果分析。 又经调查，在四川忠县长江北岸2km处的选溪山洞中调查到宋绍兴23年南宋赵构年号即1153年一次大洪水。 该洪水小于1870年洪水，经过调查还可以一定自1153年以来1870年洪水为最大，那么1870年洪水的重现期为： N1992-1153+1840年 可以看出： 这样确定特大洪水的重现期具有相当大的不稳定性，要准确地确定重现期就要追溯到更远的年代，但追溯的年代愈远，河道情况与当前差别越大，记载愈不详尽，计算精度愈差，普通以明、清两代六百年为宜。 例例6-2：河北省滹沱河黄壁庄水库设计洪水计算。：河北省滹沱河黄壁庄水库设计洪水计算。 过程: 1955年设计

10、，资料n=18年： Q0.1%=12600m3/s； 1956年发生特大洪水Q=13100m3/s，直接参与资料系列n=19，未做特大洪水处置： Q0.1%=25900m3/s； 将1956年洪水做特大洪水处置，但不加历史特大洪水： Q0.1%=19700m3/s； 再参与历史特大洪水1794、1853、1917、1939： Q0.1%=22600m3/s 1963年又发生了一次特大洪水 ， Q=12000m3/s ，参与并做特大洪水处置： Q0.1%=23300m3/s。 由此可见：参与特大洪水有助于提高样本的代表性和设计洪水的可靠性。但应留意的是，年代越久，由于河流演化等缘由，推算的洪峰流

11、量能够存在较大误差，必需尽能够的从多方面调查、论证。 4、思索特大洪水时阅历频率的估算、思索特大洪水时阅历频率的估算 参与特大洪水后，资料系列的特征：参与特大洪水后，资料系列的特征： 1连序系列和不连序系列：连序系列和不连序系列： 所谓所谓“连序与连序与“不连序，不是指时间上延续不连序，不是指时间上延续与否，只是说所构成的样本中间有无空位与否，只是说所构成的样本中间有无空位. 特大洪水参与系列后，样本成为不连序系列，其阅历频率和统计参数的计算与连序系列不同。 思索特大洪水时阅历频率的计算根本上是采用将特大洪水的阅历频率与普通洪水的阅历频率分别计算的方法。 两种计算方法：独立样本法、一致样本法。

12、 设： N 历史调查期年数； n 实测系列的年数； ln年中的特大洪水项数； a N年中可以确定排位的特大洪水项数含 资料内特大洪水 l 项； m 实测系列在n中由大到小陈列的序号， m=l+1 ，l+2，.，n； Pm 实测系列第m项的阅历频率； PM 特大洪水第M序号的阅历频率， M=1，2，.，a。 1独立样本法 把实测普通洪水系列与特大洪水系列都看作是从总体中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可分别在各个系列中进展排位。特大洪水系列的阅历频率计算公式为： 实测系列的阅历频率仍按连序系列阅历频率公式计算： 当实测系列中含有特大洪水时，虽然这些特大洪水提到与历史特大洪水一同排序，但这些特

13、大洪水亦应在实测系列中占序号，即实测系列的排序为 m=l+1,l+2,.,n。2一致样本法一致样本法将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史调查期调查期N年内一致排位。年内一致排位。 特大洪水的阅历频率仍采用下式：特大洪水的阅历频率仍采用下式：n - l项实测普通洪水的阅历频率计算公式为：项实测普通洪水的阅历频率计算公式为： 例6-4：特大洪水阅历频率计算。 资料： 某水文站有1935年至1972年的最大洪水资料，其中1949年为最大，并经过考证以为该

14、洪水应作为特大值处置。另外经洪水调查还查明自1903年以来70年间的3次大洪水，其大小排序分别为1921、1949、1903年，并能断定没有脱漏掉比1903年更大的洪水。同时，还调查到1903年以前还有3次大于1921年的特大洪水，其为序依次为1867、1952、1832年，但因年代长远，小于1921年的洪水无法查清，现按上述两种方法估算各特大洪水的阅历频率。 5、思索特大洪水时统计参数确实定 1初步估计参数矩法 假设系列中n-l年的普通洪水的均值为 、均方差为n-l，在假设它们与除去特大洪水后的N-a年总的普通洪水系列的均值 、均方差 N-l 相等，即: 的条件下可导出： 其中：xj特大洪水

15、；xi普通洪水。 Cs值： 对于Cv0.5的地域，Cs=(34Cv； 对于0.51.0的地域，Cs=(23Cv； 此外，还可以采用权函数法来估计Cs。四、频率曲线线型选择 P-型频率曲线五、频率曲线总体参数估计 1.阅历适线法目估适线法 尽量照顾点群的趋势 曲线经过点群中心 偏重思索中上部的较大洪水点据 对特大洪水作详细分析 六、推求设计洪峰、洪量 求指定频率的水文变量设计值。 例6-5：某河水文站实测洪峰流量资料共30年，历时特大洪水2年，历时考证期102年，试用矩法初选参数进展配线，推求该水文站200年一遇的洪峰流量。某河水文站洪峰流量经验频率计算表（a=2，l=0)序号洪峰流量PMa=M

16、/(N+1)m/(n+1)(1-PMa)m/(n+1)Pm=PMa+(1-PMa)m/(n+1)25200.01 21000.02 114000.032 0.032 0.051 212100.065 0.063 0.083 39600.097 0.095 0.114 49200.129 0.127 0.146 58900.161 0.158 0.178 68800.194 0.190 0.209 77900.226 0.221 0.241 87840.258 0.253 0.272 96700.290 0.285 0.304 106500.323 0.316 0.336 116380.355

17、0.348 0.367 125900.387 0.380 0.399 135200.419 0.411 0.431 145100.452 0.443 0.462 154800.484 0.474 0.494 164700.516 0.506 0.526 174620.548 0.538 0.557 184400.581 0.569 0.589 193860.613 0.601 0.620 203680.645 0.633 0.652 213400.677 0.664 0.684 223220.710 0.696 0.715 233000.742 0.728 0.747 242880.774 0

18、.759 0.779 252620.806 0.791 0.810 262400.839 0.822 0.842 272200.871 0.854 0.873 282000.903 0.886 0.905 291860.935 0.917 0.937 某站洪峰流量频率曲线序号特大洪峰流量序号一般洪峰流量(Xi-X)2(xi-x)225201140037364896609692200212102601769388129396013912949201108895890918096880858497790412098784388099670688910650396911638260112590913

19、52044891451059291548011449164701368917462156251844021609193864040120368479612134061009223227022523300823692428889401252621056252624012040927220134689282001497692918616080130166177241合计47201654263382582882950 取C v=0.7，令Cs=3Cv。查附表2，得不同频率P的KP值。那么Q P=K P Q或查附表1，得不同频率P的 值，用公式计算Q P。参数估计:第一次适线结果：某站洪峰流量频率曲线

20、某站洪峰流量频率曲线第二次最终适线结果：求200年一遇的洪峰流量？ P=0.5%，Cv=0.8，Cs=3.5Cv=2.8 查附表，得Kp=4.87 Q0.5%=4.87587=2859m3/s 或：查附表，得=4.84，代入 有： Q0.5%=587 1+0.84.84 = 2859m3/s 七、设计洪水估计值的抽样误差七、设计洪水估计值的抽样误差 频率计算是用有限样本估算总体的参数，必然频率计算是用有限样本估算总体的参数，必然存在误差。存在误差。 统计参数的误差与所选的频率曲线线型有关统计参数的误差与所选的频率曲线线型有关。当总体分布为。当总体分布为P-型，对于型，对于n年连序序列，用矩年连

21、序序列，用矩法估计参数时，样本的均方误的计算公式为：法估计参数时，样本的均方误的计算公式为： 均值的相对误差为： 设计洪水xp的均方误近似公式为： 其中：B为CS和P的函数，查诺模图。 规范规定：对大型或重要的中型工程，应计算校核规范洪水的抽样误差。经综合分析检查，假设成果偏小，应加平安修正，普通不超越计算值的20%。或 八、计算成果的合理性检验1检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时之间的关系；普通地：历时增长，均值增大，Cv、Cs普通减小。 第三节 设计洪水过程线的推求 定义：设计洪水过程线是指具有某一规范的洪水过程线。 作用 ：调洪演算，以确定防洪建筑物的规模尺寸等。 方法：类似推求设计年径流的年内分配，从实测资料中选取典型洪水过程线，按设计洪峰、洪量放大，即得设计洪水过程线。 同频率放大、同倍比放大。 一、典型洪水过程线的选择 1、思索原那么： 峰高量大，接近设计条件下的稀遇洪水。 代表性，其发生季节、地域组成、洪峰次数、峰量关系能代表本流域大洪水。 对平安不利，峰型集中、主峰靠后。 普通地：假设符合条件的洪水过程能够不止一条，也可以选择几个典型过程，分别推求设计洪水过程线，供调洪计算时分析比较。 例如： 丹江口