水文分析与计算知识重点

1、1.洪水资料的分析处理洪水资料的分析处理： 洪水资料的选样洪水资料的审查洪水资料的插补延长洪水资料代表性分析方法。（一）洪水资料的选样：（1）年最大值法年最大值法：每年选取一个最大值，n 年资料可选出n 项年极值，包括洪峰流量和各种时段的洪量。（2）年多次法：年多次法：每年选取最大的 k 项，则由 n 年资料可选出 n*k 项样本系列，k 对各年取固定不变，如 k=3、5 等。（3）超定量法超定量法：选定洪峰流量和时段洪量的阀值 Qmo、Wto，超过该阀值的洪水特征均选作为样本，每年选出的样本数目是变动的。（4）超大值法超大值法：将 n 年资料看作一连续过程，从中选出最大的 n 项。（相当于以

2、第 n 项洪水为阀值的超定量法）对一般水利工程对一般水利工程： 采用年最大取样采用年最大取样； 对城市雨洪排水和工矿排洪工程对城市雨洪排水和工矿排洪工程：年多次法。年多次法。（二）洪水资料的审查（ “三性审查三性审查” ）（1 1）可靠性分析：可靠性分析：主要审查由于人为或天然原因的造成的资料错误或时空不合理现象。审查的具体内容一般包括：1）水位资料的审查：了解水位基准面的情况，水尺零点高程有无变化，检查施测断面有无变动。2 2）检查流量测验情况检查流量测验情况：检查测验方法、仪器等情况 。如断面布设是否合理、浮标测流系数是否合理、水位流量关系有无问题，特别是水位流量关系曲线的延长部分是否合理

3、。3）检查上下游河岸整治、溃堤、分洪、改道、堵口等情况及人类活动的情况。（2 2）一致性分析：）一致性分析：样本是否来自同一总体。不一致原因不一致原因：1）上游修建水库蓄水，改变原天然洪水、径流过程；2）大洪水情况下分洪或发生决口、溃堤；3）气候变化、下垫面覆被/土地利用变化。分析方法分析方法：水量平衡原理修正、相关关系修正、水文模型修正。（3）代表性分析：代表性分析：代表性是指样本与总体接近的程度。其他条件相同时，样本容量越小，抽样误差愈大；提高样本代表性的主要途径是增加样本长度增加样本长度；方法：历史洪水调查、插补延长历史洪水调查、插补延长、古洪水探测古洪水探测。（三）洪水资料的插补延长（

4、1）根据上下游测站的洪水特征值上下游测站的洪水特征值进行插补延长（2）利用本站峰量关系站峰量关系进行插补延长（3）利用降雨径流关系降雨径流关系进行插补延长（4）根据相邻河流测站的洪水特征值相邻河流测站的洪水特征值进行延长注意事项：1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料2）插补系列的项数一般不宜超过实测项数 n，最好不超过 n/23）外延不宜太远：对洪水，一般不超过实测资料的 304）相关密切, 02.洪水调查的意义：（1）增加样本容量，提高代表性。 ；（2）代表性愈好，抽样误差愈小；（3）只有增加信息量，犯取伪、弃真两类错误的概率才能同时

5、减小。3.不连序系列的经验频率计算：（1）分别处理法（分开处理法） ：对各自系列分别采用期望值公式计算各自样本的经验频率。（2）统一处理法：历史洪水+实测资料(包括其中的大洪水）作为一个样本统一在 N 中计算。1）为首的 a 项大洪水的经验频率:1NMPM,aM.21 ，2）实测系列中ln 项的经验频率：nlmlnlmPPPaam.211)1(，注意：分别（开）处理法 、统一处理法对适线法估计参数影响不大。（因对大洪水大洪水的计算两种方法是一样的） ；分别（开）处理法可能出现“重叠现象重叠现象”4.矩法的原理：用样本的矩估计相应总体的矩用样本的矩估计相应总体的矩。（1）连续样本：（2）水文中不

6、连序样本的矩法：5.5.适线法： 适线法是我国目前生产上一致采用的方法适线法是我国目前生产上一致采用的方法， 也是洪水规范也是洪水规范规定的方法。规定的方法。（1）经验适线法步骤： 样本由大到小排列，计算各项经验频率 ，得经验点据在机率图上（海森机率格纸）点绘经验点据假设一套参数初值)(CsCvQ、一般以矩法估计的参数为初值一般以矩法估计的参数为初值根据这套参数计算不同频率 p 下的相应设计值 Qp,得到所谓的理论点据（p,Qp） ；)1(CvQQp， 并根据理论点据绘出频率曲线 （理论频率曲线理论频率曲线）判断理论曲线与经验点据拟合是否理想。如果不理想，再重新假设一套参数，重复 ，直到满意为

7、止。（2 2）参数对曲线形状的影响：）参数对曲线形状的影响：Cv、Cs 相同的情况下，EX 增加曲线整体上移；EX、 Cs 相同的情况下，Cv 愈大曲线愈陡；EX、Cv 相同的情况下，Cs 愈大曲线上端愈弯曲下端愈平缓；（3）经验适线法的特点：方法直观、灵活、可以反映设计人员对资料的经验；因人而异，成果不唯一。我国设计洪水计算规范规定:“适线时，应尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心使曲线通过点群中心。 如点据缺乏规律， 可侧重考虑上部和中部的点可侧重考虑上部和中部的点据据，并使曲线尽量靠近精度较高的点据。对于特大洪水，应当分析它们可能的误差范围，不宜机械地通过特大洪水而使频率曲线脱离点不宜

8、机械地通过特大洪水而使频率曲线脱离点群群。 ”6.本站的统计参数 Cv的对比分析:（1）对于调蓄作用小而连续暴雨少的河流，Cv随历时的增加而减小。Qm 的 Cv也大于 WT的 Cv。（2）对于调蓄作用大且连续暴雨次数多的河流，随历时的增加 Cv反而增大，至 T 达到某一历时时 Cv达到最大值，然后再逐渐减小，在Cv增加的范围内，Qm的 Cv也小于 WT的 Cv。（3）只有当峰量关系是直线时，Qm的 Cv 与 WT的 Cv才相等。7.安全修正值安全修正值：Xp 估计的不确定性，为安全计，在估计的 Xp 上加个修正值XpXpXp7 . 0：可靠性系数，一般取诺模图，制成BCspCspBBBnCvx

9、Xp),(,在计算中如果考虑了历史洪水：n=n+(cd)*(N-n)c反映调查洪水项数的系数： 一项洪水时， c=0.2； 二或三项时， c=0.3；三项以上时，c=0.4d反映调查洪水精度的系数：一般，d=0.2；可靠时，d=0.3；精确时，d=0.48.水文频率分析误差？（1）样本代表性不足；（2）资料有误差(历史洪水调查的误差)（可靠性问题） ；（3）同总体假设成立？（4）计算方法（如适线法）有误差。 。 。通过对成果的合理性进行分析，尽可能降低误差！通过对成果的合理性进行分析，尽可能降低误差！第三章第三章防洪安全设计和设计洪水防洪安全设计和设计洪水1.风险率代表系统失效的可能性大小，代

10、表灾害的自然属性；损失与社会经济、抗洪能力、管理措施。 。 。有关，代表灾害的社会属性；2.3.防洪设计目标（两个方面） ：工程下游区防洪安全设计工程下游区防洪安全设计： 工程建成后， 下游防洪区未来洪水情势 （防洪断面的设计洪水） 。工程本身防洪安全设计工程本身防洪安全设计：工程所在地点未来洪水情势（工程位置的设计洪水） 。4.设计洪水过程线拟定流程设计洪水过程线拟定流程：控制时段选择（控制时段：选择一个时选择一个时段段 tk，按照这个时段设计洪量构成的洪水过程来防洪，保证：风险，按照这个时段设计洪量构成的洪水过程来防洪，保证：风险率率=设计标准设计标准、各种历时）设计洪峰洪量计算（洪峰、控

11、制时段内各种历时洪量） 选典型洪水过程线 （原则、 选择： 峰高量大峰偏后峰高量大峰偏后）典型洪水过程放大（同倍比、同频率）5.两种放大方法的比较：两种放大方法的比较：同倍比放大同倍比放大计算简单，常用于峰量关系好的河流，特别是长历时、多峰的洪水过程。适用于洪峰或时段洪量控制的水工建筑物。 （如堤防、分洪区）同频率放大同频率放大：典型洪水作用较小，常用于峰量关系不够好，峰型差别大的河流。适用于有调洪作用的水工建筑物。 （如水库）6.地区组成法：（1）相关法相关法：反映平均情况一般用于设计断面以上各地区洪水组成比例较为稳定的情况（2）典型地区组成同倍比放大法典型地区组成同倍比放大法：反映实测最可

12、能情况适用于洪水地区组成较复杂的情况（3）同频率地区组成法同频率地区组成法：偏于安全情况侧重于安全的方法：保证关键区域达到设计标准7.入库洪水与坝址洪水产生条件差异：（1）产流条件改变产流条件改变：库面由陆面产流变为库面直接承纳降水，入库洪水洪量增大。（2）汇流时间缩短汇流时间缩短：（3）原河槽调蓄能力丧失原河槽调蓄能力丧失：洄水末端到坝址处由原河边变为库区河边，调蓄能力丧失了。差异：洪峰增高，峰时提前，历时变短。洪峰增高，峰时提前，历时变短。影响差别的因素影响差别的因素：水库库型，蓄水深度，洄水长度，库区面积，暴雨中心位置。 。 。河道型水库：差别小；河道型水库：差别小；湖泊型：差别大。湖泊

13、型：差别大。8.入库设计洪水的推求：（1）合成流量法合成流量法（2）水量平衡法水量平衡法（3）峰量关系法峰量关系法（4）马斯京根法马斯京根法9.分期设计洪水：都需要一年中分几个时期，分期取年最大值,进行各分期设计洪水计算。分期设计洪水计算方法分期设计洪水计算方法：分期取样（一般是在规定时段内按年最大值法选择）（一般是在规定时段内按年最大值法选择）频率计算及合理性分析第七章第七章设计年径流及其分配设计年径流及其分配1.在一个年度内，通过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量年径流量。2.目前我国设计年经流计算中仍然假定年径流系列：独立随机同分布独立随机同分布3.设计年径流计算步骤：（1

14、）选定设计保证率 p；（2）推求指定 p 的年径流总量或某时段总量 Qp；（3）选典型年径流过程（逐月过程） ，根据 Qp 进行年内分配，得到设计年月径流过程 Qp(t)。（年总量或某个时段总量控制同倍比法同倍比法；多时段总量控制同频率法同频率法）4.大水体对年径流年际间的过度变化起着制约作用。CV（无水体）CV（有水体）5.相关展延的注意事项：（1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料（2）避免辗转相关(虚假相关)（3）假相关问题：研究相关时，必须直接建立原始变量间的相关（4）外延幅度问题：离开均值越远，插补展延误差越大；外延的幅度一般不

15、超过 50，即 0.5*(XmaxXmin )（5）插补的项数问题：要求：n 插补插补n 实测实测或或 n 插补插补n 实测实测/26.设计代表年的年内分配计算：（1）控制时段的选择：灌溉工程：选作物需水期,如整个需水期：410 月（主要需水期：79月）发电工程：选枯水期或选整个水文（利）年（2）选典型：水量相近原则：水量相近，则可能形成条件相差不会太远，这样用典型年分配情况去代表设计情况可能性更大些。对工程不利原则灌溉工程：选作物需水季节来水少的典型发电工程：选枯水季长，枯季水少，汛期水相对多的典型缩放：同倍比或同频率7.水文比拟法水文比拟法是将参证流域的某一水文特征量移用到设计流域的一种方

16、法。（1）选参证流域：气候及下垫面条件要尽可能相似；有较长的资料，以保证计算误差小。 （2）设计流域年径流量计算：1）直接移置径流深直接移置径流深（参设yy）条件：参证流域和设计流域年降雨量接近雨量接近，面积接近2）考虑雨量改正考虑雨量改正（参参设设yxxy） ：该年两流域降雨有较大差距降雨有较大差距时时，不宜直接移用年径流深，可假定“两流域的年径流系数相等两流域的年径流系数相等”3）移置降雨径流相关图移置降雨径流相关图（特点特点：由于参证流域 YX 关系是多年资料建立关系，反映的是一种综合关系，消除个别年份偶然因素的影响。 ）（3）移用参证流域月径流过程，根据设计流域的年径流，同倍比缩放，得

17、设计月径流过程.8.设计枯水径流计算：P设(k/n)*P非9.负偏（Cs0 为正偏态分布；CS0 为负偏态分布。如果 x 和 CV 一定时，增大 CS，则频率曲线头部变陡，尾部变平，中部向下。.暴雨推求设计洪水过程：推求设计暴雨，根据实测暴雨资料，采用系统分析和典型放大法求得；拟定产流方案，推求设计净雨 根据实测暴雨设计洪水资料，利用径流形成的基本原理，通过成因分析方法求得；拟定流域回流方案，根据实测暴雨设计洪水资料，利用回流的概念用成因分析方法求得；推求设计洪水过程线，由求得的设计暴雨，利用产流方案推求设计净雨过程，再利用流域汇流方案由设计净雨过程求得设计洪水过程。.典型洪水过程线放大方法优

18、缺点典型洪水过程线放大方法优缺点：同倍比放大法，同频率放大法。同倍比放大法是用同一个倍比值遍乘典型洪水过程线纵标值， 同频率放大法则用不同的倍比值分别放大峰、量，使放大的过程线峰、量都符合设计频率。同倍比放大法优点是简单且保持典型洪水过程线形状，缺点是峰、量不能同时满足设计频率。同频率放大法优点是峰、量同时满足设计频率，对工程偏于安全，缺点是工作量大，修匀带有主观任意性，不保持典型洪水过程线的形状。 .缺乏实测径流资料分析计算设计年径流：当缺乏实测径流资料时，应设法确定年径流量的三个统计参数， 均值和 CV 可用等值线图法或水文比拟法确定， CS/CV的值有地区规律，可查水文手册的分区值或参考邻近流域的值，也可以取 CS=2 CV 。年内分配可以用相似流域的代表年推求。.同一条河流上下游断面，哪个断面年径流量系列的均值大？哪个断同一条河流上下游断面，哪个断面年径流量系列的均值大？哪个断面年径流量系列的面年径流量系列的 CV 值大？哪个断面年径流量系列的值大？哪个断面年径