农水工程水文第8章 由流量推设计洪水

第七章由流量资料推求设计洪水第一节概述第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求第三节设计洪水过程线的拟定一、洪灾与防洪措施（1）洪灾

洪灾通常是指暴雨、融雪或其他原因所形成的较集中的流量超过河道宣泄能力（安全泄量）而出现的大水泛滥成灾现象。（2）防洪措施工程措施

（水库、堤防、蓄洪区、分洪道、排涝泵站等）非工程措施（水文预报、洪水预警、防洪抢险预案、洪水保险等）第一节概述tQ12Q(t)Q’(t)二、防洪安全设计的两类课题

1、水工建筑物本身的防洪安全问题

2、水工建筑物对下游的防洪安全问题三、水利水电工程的洪水设计标准我国的洪水设计标准：根据防洪对象的重要性、工程规模以及发挥的效益，确定的统一的洪水频率p（设计标准风险率），但并非经济上最优。三、水利水电工程的洪水设计标准(续)对防洪区的防洪安全标准，依据防护对象的重要性分级设定。P125表7-1对水利水电工程枢纽本身的防洪标准，根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性，将工程分成5个等级，P126表7-2枢纽工程中的各种水工建筑物，按照其所属的枢纽的等级、该水工建筑物本身的作用和重要性分成5个等级。

P126表7-3不同级别永久性水工建筑物的正常运用和非正常运用的洪水标准。P126表7-4和表7-5三、水利水电工程的洪水设计标准(续)满足某一标准的洪水的表达形式或计算途径分为两类：①以洪水发生频率（或重现期）表示设计洪水和校核洪水的标准；

适用于大多数大中型水利工程。②以气象上的“可能最大降水”推算“可能最大洪水”作为洪水的最高标准。适用于土石坝、核电站等工程。

（一）问题的提出

根据水库调洪计算原理，在一定的调洪方式下，水库出流流量q(t)是入流流量Q(t)的函数，而不是个别入流洪水特征(如Qm和Wt)所能决定的。因此，对水库设计来说，需要预估的不仅是可能出现的洪峰流量数值，或某时段洪量的大小，而要预估可能出现的洪水流量过程。——设计洪水过程的计算问题。四、设计洪水过程的概念（一）问题的提出(续)

一次洪水过程包含多个特征，如洪峰和洪量，在一般情况下它们出现的频率是互不相等的。任何一场现实洪水过程的重现期或频率都是无法定义的。（二）设计洪水过程的概念

设计洪水过程——具有规定功能的一场特定洪水，其功能是：以频率等于设计标准的设计洪水为基础而规划设计出的工程，其防洪安全事故的风险率恰好等于指定的设计标准。四、设计洪水过程的概念

设计洪水是指符合设计标准的洪水，是堤防和水工建筑物设计的依据。描述设计洪水特性的三要素：

1、设计洪峰流量

2、不同时段的设计洪水量

3、设计洪水过程线

1、设计洪峰流量设计洪水过程的最大流量。

2、不同时段的设计洪水量设计洪水过程中1天、3天、7天等固定时段的连续最大洪水量。简称最大一日洪量、最大三日洪量、最大七日洪量等。3、设计洪水过程线

包含了设计洪水的所有信息，是水库防洪规划设计的重要依据。1、设计洪水计算内容（1）设计洪峰流量（2）不同时段的设计洪量（3）设计洪水过程线五、设计洪水计算的内容和途径2、设计洪水计算途径只讨论有水文气象资料情况下的计算途径：

a.由流量资料推求设计洪水

b.由暴雨资料推求设计洪水

c.由气象资料推求设计洪水a.由流量资料推求设计洪水计算框图：典型洪水过程放大输入洪峰、洪量资料洪峰、洪量频率计算设计洪峰流量、设计时段洪量典型洪水过程设计洪水过程b.由暴雨资料推求设计洪水计算框图：典型暴雨过程放大输入暴雨资料暴雨量频率计算设计时段雨量典型暴雨过程设计洪水过程设计暴雨过程产汇流计算c.由气象资料推求设计洪水计算框图：典型暴雨过程放大输入露点、风速等资料可能最大暴雨计算可能最大时段雨量典型暴雨过程可能最大洪水过程可能最大暴雨过程产流、汇流计算第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求

所谓选样是指从洪水流量资料中，确定逐年的洪水特征值。常选洪峰流量、固定时段最大洪量作为洪水的特征值。固定时段长一般取1天、3天、7天等。一、洪水资料的选样

年最大值法选样：

每年选取一次最大值，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。二、洪水资料的审查

进行洪水资料的可靠性、一致性、代表性审查。方法与“年径流资料审查”相同。

可靠性审查：审查资料是否存在人为或天然原因造成的资料错误或时空不合理现象。

一致性审查：审查资料是否具有相同的成因条件，即是否来自同一总体。

代表性审查：审查资料系列（样本）与总体的接近程度，即样本能否较好地代表总体。三、洪峰流量和洪量系列的频率计算

由于水文上不得不根据样本去估计总体，所以洪峰、洪量频率计算成果的可信程度与资料的代表性很有关系。

（一）加入特大洪水的作用

特大洪水是指比实测系列中的一般洪水大得多的稀遇洪水。包括调查历史洪水和实测洪水中的特大值。例：三峡水库的设计洪水，按千年一遇标准设计。依据的是宜昌站实测洪水系列（从1887年开始至1992年计算）。如果仅仅依靠实测系列进行计算，推求千年一遇的设计值，将具有较大的抽样误差。

提高样本代表性的主要途径是增加样本长度。途径：插补延长；历史洪水调查、古洪水探测。。。通过历史洪水调查，得到了至1153年的若干历史特大洪水信息。

其中，1870年洪水是1153年～1992年共840年以来的最大洪水。将调查考证的历史洪水加入到实测洪水系列共同组成样本，扩大了样本信息，提高了代表性。

通过古洪水探测，表明1870年洪水可能是2500年以来的最大洪水。这样1870年洪水的极端性进一步得到证实。其它历史大洪水（二）考虑特大洪水的经验频率计算方法

有分开处理和统一处理两种方法，只介绍分开处理法。

原则：把特大洪水、实测系列中的一般洪水，看成分别抽自同一总体的两个独立的样本。

（a）历史洪水和实测系列中的l个特大值构成一组样本，单独在N

中排队；（b）实测系列中的所有洪水（包括l个特大值）构成一组样本，单独在

n

中排队。实测系列中特大洪水

历史洪水Nn

Q

t

经验频率计算公式：一般洪水：特大洪水：M——特大洪水排位的序号，M=1，2，…a;N——调查最远的年份至实测资料最后一年的年数；m——实测洪水排位的序号，m=l+1，l+2，…n;l——实测洪水系列中特大值的项数；n——实测洪水的项数。例：某水文站有1949-2008年实测洪峰流量资料，其中1963年洪峰流量为实测范围内最大，达到14800m3/s，其它实测值按大小排列为8130、7800、……3760、3300。另外调查到两场历史洪水，其中1860年的洪峰为18100m3/s，1912年的洪峰为12800m3/s，调查期内没有遗漏大洪水资料。试采用分开处理法求出各洪峰流量的经验频率，并列出计算式。表1洪峰流量经验频率计算表Qm(m3/s)18100148001280081303300P（三）统计参数的确定1、矩法初估参数

a——特大洪水(包括历史洪水和实测中的特大值)个数;N——调查最远的年份至实测资料最后一年的年数；l——实测洪水系列中特大值的项数；n——实测洪水的项数。2、适线法确定参数(方法步骤同年径流量频率计算)

广东省南水水库年最大洪峰流量频率曲线图广东省南水水库各时段年最大洪量频率曲线图(四)设计成果的合理性分析

由于资料短使计算所得的各项参数EX，CV，

Cs以及各种频率的设计值Xp带有或大或小的误差，必须对单站的计算成果通过面上比较合理性分析。1、本站的洪峰及各种历时洪量之间对比

1）本站时段洪量的频率曲线在实用范围内不应相交；

2）时段洪量的均值随历时的增加而增加，增率随历时的增加而减小。

当上下游地理、气候、地形条件相似时，洪峰流量Qm和时段洪量Wt的均值从上游向下游递增,而均值模数(Qm/Fn或Wt/Fn)递减，Cv自上向下递减。

站名

包头

龙竹

陕县

CV0.270.530.52上游下游2、根据上下游干支流来分析但也有特殊的情况：如黄河自包头以下暴雨大，地形陡，Cv反而自上向下增大。

绘制洪峰、洪量的均值或设计值与流域面积的关系图，分析点据的分布是否与暴雨及地形等因素的分布相适应。绘制洪峰、洪量均值模数Qm/Fn、Wt/Fn及Cv的等值线图,与暴雨的均值和Cv等值线图进行比较，如存在明显不协调，应分析原因。2.稀遇频率的设计洪水与国内实测大洪水记录进行比较3、其他分析1.与邻近河流洪水统计参数及设计值进行比较3.从暴雨径流之间的关系进行分析指定频率P时段暴雨量的设计值>同历时洪量(折算成径流深)的设计值。(五)洪水设计值的抽样误差和安全修正值1.设计值的抽样分布总体(x1，x2，x3…xn)1(xp)1(x1，x2，x3…xn)2(xp)2(x1，x2，x3…xn)m(xp)m…

…

…

…也是随机变量设计值

采用洪水设计值抽样分布的标准差来衡量其不确定程度。对P-III型分布，设计值抽样分布标准差的近似计算式：B值由p和Cs查诺模图得到。若设计值是根据完全样本推求的，n´=实测资料年限n。若设计值是根据不完全样本推求的，则：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=0.4。

d—反映调查洪水精度的系数。一般，d=0.2；较可靠，d=0.3；精确，d=0.4。

以洪峰流量为例，由一组实测样本估计出的Qp值比“总体真值”可能大也可能小。为此通常在求得的设计值上加一个安全修正值，以策安全。2.安全修正值

认为设计值抽样分布的标准差越大，成果偏离真值的幅度可能越大。所以：

已知：n=17年，N=38年，EQ=5250m3/s，CV=0.36，CS=1.44，仅有一项历史洪水，资料可靠。计算0.1%设计值的安全修正值。算例:第三节设计洪水过程线的拟定一、选择典型洪水过程线的原则

1.资料完整、精度高；

2.洪峰高、洪量大，接近设计情况；

3.具有代表性并且对防洪不利。一般峰型集中且主峰偏后的洪水过程对防洪不利。二、典型洪水过程线的放大常用的有同倍比放大、同频率放大两种方法。（一）同倍比放大1.概念：按洪峰或时段洪量放大典型洪水过程线的方法。2.做法：对整个典型洪水过程线采用同一倍比进行放大。对于堤防：按峰放大K=QP/QD对于蓄泄洪区：按量放大K=WTP/WTD

则QP(t)=K×QD(t)QPQDtQ按峰放大WTPWTDtWT按量放大3.特点优点——方法简单，对峰、量关系较好时使用。缺点——受典型影响大，放大后洪峰和洪量不能同时达到设计值。

（二）同频率放大

1.概念放大典型洪水过程线时，按洪峰和不同时段洪量分别采用不同的倍