注册土木工程师培训课程工程水文

注册土木工程师培训课程主讲教师:梁国华

第7章工程水文学根底学习要点〔1〕水循环概念〔2〕水量平衡原理〔3〕工程规划设计和施工、运行管理所需的资料主要来源〔4〕单位线的概念及应用〔5〕水文现象的特点及水文统计的背景〔6〕设计洪水及设计频率的概念〔7〕参数估计、适线法的根本思想和目的〔8〕资料的三性审查：可靠性、一致性和代表性〔9〕推求设计洪水的样本选样方法：年最大法第7章工程水文学根底7.1工程水文学主要任务7.2水文循环与径流形成7.3水文测验与水文资料收集7.4流域产汇流计算7.5水文统计的根本知识及方法7.6设计洪水与设计年径流第7章工程水文学根底保护区域库区〔1〕规划设计阶段：确定合理的工程规模〔2〕施工阶段：确保规划设计的工程付诸实施〔3〕管理运行阶段：发挥工程作用和效益7.1绪论工程水文学：应用于实际工程的水文学。它研究与工程的规划、设计、施工以及运营管理有关的水文问题，主要内容为水文计算和水文预报工程水文学应用水利工程实施的三个阶段〔1〕规划设计阶段：确定合理的工程规模〔2〕施工阶段：确保规划设计的工程付诸实施〔3〕管理运行阶段：发挥工程作用和效益7.1绪论水库名称密云水库三峡水库总库容43.75亿m3393亿m3防洪库容18.97亿m3221.5亿m3坝顶高程160m185m设计标准千年设计洪峰流量:15,200m3/s千年设计洪峰流量:98,800m3/s工程水文学应用水利工程实施的三个阶段〔1〕规划设计阶段：确定合理的工程规模设计年径流推求设计洪水〔2〕施工阶段：确保规划设计的工程付诸实施〔3〕管理运行阶段：发挥工程作用和效益7.1绪论工程水文学应用水利工程实施的三个阶段〔1〕规划设计阶段：确定合理的工程规模〔2〕施工阶段：确保规划设计的工程付诸实施分析整个施工期的来水情势，以确定临时建筑物的规模了解近期更确切的水情，以确定施工的进度，为施工期的防洪平安提供短期洪水预报〔3〕管理运行阶段：发挥工程作用和效益7.1绪论工程水文学应用水利工程实施的三个阶段〔1〕规划设计阶段：确定合理的工程规模〔2〕施工阶段：确保规划设计的工程付诸实施水文预报〔指导发电、防洪等〕通过水文预报，了解未来一定时期内的来水情况，以确定最正确的水调度运营方案，以充分发挥工程的效益〔3〕管理运行阶段：发挥工程作用和效益地球水量与分布7.2水文循环与径流形成7.2水文循环与径流形成〔1〕水循环：地球上各种水体通过不断的蒸发、水汽输送、冷凝降落、下渗，形成径流的往复循环的过程

主要环节：蒸发、降水、下渗、径流〔2〕水循环的作用水循环使得人类生产和生活不可或缺的水资源具有可再生性途径及循环的强弱，决定了水资源的地区分布及时程变化

〔3〕水循环分类：大循环和小循环大循环：从海洋蒸发的水汽，被气流输送到大陆而成降水。其中一局部以径流的形式从河流汇归海洋；另一局部重新蒸发返回大气。这种海陆间的水分交换过程称为大循环或外循环7.2水文循环与径流形成小循环：海洋上蒸发的水汽在海洋上空凝结后，以降水的形式落到海洋里，或陆地上的水经蒸发凝结又降落到陆地上，这种局部的水文循环称为小循环或内循环7.2水文循环与径流形成〔4〕水量平衡原理在水循环过程中，对于任一区域，任一时段，进入的水量与输出的水量之差额必等于其蓄水量的变量，这称为水量平衡原理。7.2水文循环与径流形成PERDS

水量平衡法是分析研究水文现象，建立水文要素之间定性或定量关系，了解其时空变化规律等主要方法SOID=-水量平衡原理是水文学的根本原理之一SEPD=-R-即：蒸发降水植物截留填洼及地面蓄水土壤蓄水地下水蓄水坡面经流河网蓄水深层地下水地下径流流域出流河川径流形成过程表层径流或壤中流产流过程汇流过程〔5〕径流:指降落到流域外表上的雨水，由地面与地下汇入河川，最终流出流域出口断面的水流7.2水文循环与径流形成〔6〕径流产生过程降雨过程→扣除损失→净雨过程→流域汇流→流量过程〔7〕径流产生的两个阶段产流过程：降雨转化为净雨的过程汇流过程：净雨转化为河川流量的过程雨量站3雨量站1雨量站2雨量站5雨量站4雨量站8雨量站7雨量站6流域出口断面〔8〕径流的表示方法和度量单位径流表示方法:流量、径流量、径流深等7.2水文循环与径流形成流量Q

：指单位时间通过河流某一断面的水量。常用单位为m3/s。流量随时间的变化过程，用流量过程线来表示

Q

(m3/s)tW流量过程线

径流总量W

：指时段T内通过河流某一断面的水量。常用单位为m3,亿m3

径流深R:

将径流量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，以mm为单位。〔1〕水文测验主要内容水位、流量、降水量、蒸发量、泥沙其他：下渗量、水温、冰情、水质、地下水流量等7.3水文测验与水文资料收集〔2〕水文站网:水文测站在地理上的分布网

水文站网的作用:单个水文测站观测到的水文资料，只能代表站址处的水文情况。在流域内的一些适当地点设站观测，对所得水文资料进行整理分析，就可以内插出流域内任何地点的水文要素的特征值7.3水文测验与水文资料收集〔3〕水位观测观测设备：水尺和自记水位计两类观测基面：青岛黄海基面（b,h）bhAVQ×=式中,Q~流量,m3/s;~断面平均流速,m/s;

A~过水断面面积,m2.V7.3水文测验与水文资料收集〔4〕流量测验定义：单位时间内通过河流某断面的水量(m3/s)流量主要测量方法流速仪测流浮标法7.3水文测验与水文资料收集〔5〕蒸发测验蒸发皿〔器〕类型有：E-601型大型蒸发池φ=5m、A=20m2φ=11.3m、A=100m2蒸发皿观测：通过对蒸发皿的水面蒸发直接观测7.3水文测验与水文资料收集〔6〕降水测验雨量器：

直接观测降水量的器具，它由承雨器、漏斗、储水瓶和雨量杯组成，承雨器口径为200mm，分辨率为0.1mm自记雨量计称重式：可连续记录降水重量，包括雪、冰雹及混合降水

虹吸式：记录累积雨量曲线

翻斗式：翻斗每承接0.1mm雨水向记录器输送一个脉冲信号较为适用作遥测雨量计〔7〕水文调查洪水调查：大洪水造成河道决口、水库溃坝等灾害性洪水调查，调查工作洪水痕迹、洪水发生的时间、灾情测量、洪水痕迹的高程7.3水文测验与水文资料收集枯水调查：为了正确拟定设计最低通航水位，取得枯水资料具有重要意义，枯水调查的主要目的是取得历史上曾发生的最枯水位。水文遥感：污染、藻类繁殖、堤防决口、淹没范围、泥沙淤积及河床演变、降水量测定及水情预报等问题：水文站测得的原始数据能否直接应用?水文信息处理〔资料整编〕：水文信息的加工、处理过程。即各种水文原始信息，按科学的方法和统一的格式整理、分析、统计、提炼成为系统、完整、有一定精度的水文资料，供水文水利计算和有关国民经济部门应用。工作内容：①收集校核原始数据；②编制实测成果表；③确定关系曲线，推求逐时、逐日值；④编制逐日表及洪水水文要素摘录表；⑤合理性检查；⑥编制处理〔整编〕说明书降雨水位流量……7.3水文测验与水文资料收集〔8〕水文数据处理成果的刊布水文年鉴：按全国统一规定对观测的数据进行处理后的资料，由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次。1986年起陆续实行计算机存贮、检索无资料地区的水文设计值推求：水文手册和水文图集7.3水文测验与水文资料收集请问：进行工程设计时，所需的水文资料主要来源？水文年鉴雨量站3雨量站1雨量站2雨量站5雨量站4雨量站8雨量站7雨量站6流域出口断面流量Q时间Tm3/s流域出口流量过程在实际调度需要提前知道这场降雨：洪峰流量流量过程洪水总量或径流量或净雨测验到的流域历史降雨径流资料研究：〔1〕产流计算模型与方法；〔2〕汇流计算模型与方法P～RR～Q产流方案P（t）R（t）

场次洪水降雨场次洪水径流量Q（t）场次洪水流量过程用于设计条件时，那么可由设计暴雨推求设计洪水用于预报时，那么由实际暴雨预报洪水汇流方案流域产流方案与汇流方案制定方案应用P

Pa=020406080100R450PRT(h)

q

(m3/s)

时段单位线7.4流域产汇流计算2023/11/258:36流域产汇流计算一般需要先对实测暴雨、径流和蒸发等资料做一定的整理分析，以便在定量上研究它们之间的因果关系和规律产流计算：降雨扣除植物截留、填洼、下渗的损失后，剩余的局部称为净雨，净雨量的计算称为产流计算产流方案：流域降雨径流之间关系的定量描述P（t）降雨过程P～R产流预报方案R～Q汇流预报方案R（t）预报净雨过程Q（t）预报流量过程产流计算汇流计算汇流计算：由净雨推求流域出口断面流量的过程，称为汇流计算流域汇流方案：流域净雨与所形成的出口端面流量过程之间关系的定量描述7.4.1.1推求流域面雨量的方法108126132563〔1〕算术平均法当流域内雨量站分布较均匀，地形起伏变化不大时，可用算术平均法求得流域上的平均降水量7.4流域产汇流计算〔2〕垂直平分法：垂直平分法也称为泰森多边形法。每个多边形内有一个雨量站，以每个多边形内雨量站的雨量代表该多边形面积上的降雨量，最后按面积加权推求流域平均降雨量。

。 。

。

f1

f2

f3

f4

P1P2P3P4Qtabct0

h本次降雨形成的Rs&Rg前次降雨形成的R7.4.1.2次洪径流量的计算流域出口断面的实测流量过程线包括:●前期一场降雨产生的局部未退完的径流量●本次降雨形成的径流7.4流域产汇流计算7.4流域产汇流计算P相同时，Pa愈大，损失愈小，那么R愈大Pa相同时，P愈大，相对于P损失愈小，径流系数愈大，那么R愈大，因此P～R线的坡度随P的增大而减缓PP

Pa=020406080100mmR450R

在关系线的上段表现为一组平行线7.4.1.3次洪前期土壤含水量计算)(,1,ttataPPKP+=+7.4.1.4降雨径流相关图建立及应用7.4.3流域汇流计算-单位线法(1)单位线的根本概念

单位线：单位时段内均匀分布的单位净雨量所形成的流域出口断面流量过程线q～t。单位线的净雨量一般取10mm7.4流域产汇流计算252626242525tqih=10mm

01234567891011121314(时段)

t=3hq(t)①倍比假定假设单位时段内的净雨不是一个单位,而是n倍个单位，那么它所形成的流量过程线总历时与单位线底长相等，而流量是单位线的n倍nqitqinhh〔2〕两个根本假定:①倍比假定;②迭加假定7.4流域产汇流计算问题1：假设净雨不是一个单位，即时段净雨不正好是10mm问题2：净雨历时也不是一个时段，而是多个时段净雨那么如何利用单位线进行汇流计算？②迭加假定假设净雨不是一个时段,而是m个时段，那么它们各自所形成的流量过程线之间互不干扰，而总流量过程线等于m个流量过程线相互错开一个时段的迭加〔2〕两个根本假定:①倍比假定;②迭加假定7.4流域产汇流计算问题1：假设净雨不是一个单位，即时段净雨不正好是10mm问题2：净雨历时也不是一个时段，而是多个时段净雨那么如何利用单位线进行汇流计算？h1h2h3tR1+R2+R3R2R3R1降雨强度降雨中心位置在流域中上游形成的洪水，汇流路径长，受流域调蓄作用大，故洪水过程较平缓，那么此类洪水推求到的单位线过程平缓，峰低且峰现时间偏后，如同图中，反之亦反

(3)单位线的主要影响因素2)降雨中心位置降雨强度大，那么形成大洪水，一般流速大，汇流快，那么单位线尖瘦、峰高且峰现时间早，如同图中，反之亦反7.4流域产汇流计算(4)例子如流域暴雨中心在上游的单位线比暴雨中心在下游的单位线〔〕A.峰值小，峰现时间早B.峰值大，峰现时间早C.峰值小，峰现时间迟D.峰值大，峰现时间迟水文现象水文现象是自然现象的一种，在其发生和演变过程中，包含着必然性的一面，也包着偶然性〔随机性〕的一面。必然现象是在一定条件下，必然出现或不出现的现象如：降水→径流偶然现象是在一定条件下，可能出现也可能不出现的现象〔随机现象〕如：河流断面流量7.5水文统计的根本知识及方法水文统计学研究的任务研究和分析水文随机现象的统计变化特性，并以此为根底对水文现象未来可能的长期变化做出在概率意义上的定量估计，以满足工程规划、设计、施工及运营期间的需要。→洪水统计变化规律新设计水库,防洪平安洪水资料→可能洪水估计7.5水文统计的根本知识及方法水文学主要研究方法：成因分析法，水文统计法7.5水文统计的根本知识及方法7.5.1水文统计研究的背景水文变化过程具有不确定性和随机性，故可用统计方法探讨其概率特性。工程规划设计中从经济与平安的综合考虑出发，广泛地采用设计频率与设计保证率作为决定工程规模的一项标准的客观背景进行水文过程频率分析的目的是推求符合设计保证率的径流量过程线或符合设计频率的洪水过程线7.5水文统计的根本知识及方法水文频率分析〔1〕水文频率曲线概率论中是用概率密度函数或概率分布函数来表示随机变量各种取值的可能性水文频率分析是通过实际观测资料的统计来研究水文随机变量各种取值的可能性在工程的规划设计阶段，水文频率分析的任务就是找出代表各种水文随机变量的分布规律的频率曲线〔2〕水文频率分析中常用的分布—皮尔逊Ⅲ型分布皮尔逊Ⅲ型曲线：一端有限一端无限的不对称单峰曲线，概率密度函数为7.5水文统计的根本知识及方法提示：一般选配皮尔逊III型分布曲线，是因为经验说明该线型能与我国大多数地区水文变量的频率分布配合良好P—Ⅲ型分布的积分无解析解，实用中制表查用。〔3〕频率P求解方法x、Cv、Cs，由f(x)推求F(x)取标准化变量φ〔离均系数〕

给定Cs即得到φp和P的对应值，制定出φp～Cs～p对应数值表7.5水文统计的根本知识及方法7.5.2.4统计参数估算〔1〕样本与总体：随机变量所取数值的全体称为总体，从总体中任意抽取的一局部称为样本，样本中所包括的项数称为样本容量。〔2〕水文变量的总体是指自古迄今以至未来的水文系列，现有的水文观测系列可以当作总体的一个样本。〔3〕参数估计：用有限的样本观测数据去估计总体分布线型中的参数7.5水文统计的根本知识及方法矩法估计参数用样本矩估计总体矩，并通过矩和参数之间的关系，来估计频率曲线参数的一种方法。水文上采用经修正〔无偏估计〕后的矩法公式样本均值样本标准差样本变差系数样本偏态系数7.5水文统计的根本知识及方法〔4〕P—Ⅲ型曲线的应用步骤由样本估计出Cs，查φ值表得出不同P的φp值估计出E(x)、Cv值，通过式求出与各种P相应的xp值；绘制频率曲线7.5水文统计的根本知识及方法7.5水文统计的根本知识及方法7.5.2.5现行水文频率计算方法—适线法概率数据由样本估计，绘制出来的频率曲线没有外延性，需推求理论频率曲线，获得各种频率的设计值，因此需要配线根据估计的频率分布曲线与样本经验点据分布配合最正确来优选参数的方法叫做适线法。实质是通过样本的经验分布去探求总体的分布适线法层次清楚，图象显明，方法灵活，操作容易，所以在水文计算中被广泛采用P(X≥xm)=m/(n+1)①水文上用期望值公式估计频率：P(X≥xm)=m/(n+1)②重现期：指在许多试验中，某一事件重复出现的时间间隔的平均数〔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〕。在工程水文中，重现期用字母T表示，一般以年为单位。〔1〕经验频率7.5水文统计的根本知识及方法目估适线法〔目估配线法〕的原理：根据经验频率点据，找出配合最正确之频率曲线，相应的分布参数为总体分布参数的估计值，以此来估计水文要素总体的统计规律〔2〕目估适线法P(X≥xm)=m/(n+1)目估适线法计算步骤①将实测资料由大到小排列，计算各项的经验频率，在频率格纸上点绘经验点据〔纵坐标为变量的取值，横坐标为对应的经验频率〕概率数据7.5水文统计的根本知识及方法P(X≥xm)=m/(n+1)某站年降水量频率计算表②选定水文频率分布线型〔一般选用皮尔逊Ⅲ型〕③先采用矩法或其它方法估计出频率曲线参数的初估值、Cv，而Cs凭经验初选为Cv的倍数概率数据7.5水文统计的根本知识及方法〔3〕目估适线法步骤①经验频率分析可通过调整、Cv和Cs

点绘频率曲线。④根据拟定的、Cv和Cs，查表计算Xp值。以Xp为纵坐标，P为横坐标，即得到频率曲线。将此线画在绘有经验点据的图上，看与经验点据配合情况。假设不理想，概率数据7.5水文统计的根本知识及方法概率数据⑤根据频率曲线与经验点据的配合情况，从中选出一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线，相应于该曲线的参数

、Cv和Cs，便看作是总体参数的估值。⑥求指定频率的水文变量设计值7.5水文统计的根本知识及方法7.5水文统计的根本知识及方法知识点总结：〔1〕目估适线法〔目估配线法〕的原理：根据经验频率点据，找出配合最正确之频率曲线，是通过调整、Cv和Cs等分布参数实现的〔2〕一般选配皮尔逊III型分布曲线，是因为经验说明该线型能与我国大多数地区水文变量的频率分布配合良好〔3〕水文现象的特点：确定性、随机性和地区性7.5水文统计的根本知识及方法7.5.3样本分析通过统计分析来估计某种随机事件的概率特性，必须要有一个好的样本作为根底。因此，尽可能地提高样本资料的质量是一个非常关键的环节。样本资料的质量主要反映在是否满足以下三方面的要求：资料应具有充分的可靠性资料的根底应具有一致性样本系列应具有充分的代表性可靠性审查可靠性审查应从审查测验方法、采集成果、处理方法和处理成果着手。一般可从以下几个方面来进行：①水位资料审查：检查原始水位资料情况，分析水位过程线形状，了解当时观测质量，分析有无不合理现象。②水位流量关系曲线审查：检查水位流量关系曲线绘制和延长的方法，分析历年水位流量关系曲线的变化情况。③水量平衡审查：根据水量平衡原理，下游站径流量等于上游站径流量加区间流量。通过水量平衡检查即可衡量径流资料精度。审查时应特别注意：1949年前的水文资料质量较差7.5水文统计的根本知识及方法2023/11/258:36一致性审查应用数理统计方法进行计算分析时，要求组成系列的水文资料都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测量断面上获取的〔同一成因〕。年径流系列的一致性是建立在气候条件和下垫面条件稳定性的根底上①气候条件：变化不是非常显著，认为径流系列具有一致性。②人类活动影响下垫面：蓄水、供水、水土保持、引水工程等，改变了天然径流过程。需考虑径流的复原计算，使得全部系列建立在同一根底上。7.5水文统计的根本知识及方法

资料代表性审查指样本的统计特征能否反映总体的统计特征

。实测年径流系列是总体的一个随机样本。样本对总体的代表性的好坏反映在样本的统计参数与总体统计参数的接近程度，样本代表性愈高，那么设计结果精度愈好。数理统计原理当样本容量愈大，那么抽样误差愈小，说明长系列样本代表性高的可能性要大。实测样本水文代表性衡量通过与有成因联系的更长期的其它系列〔视为近似代表总体〕的分布参数作比较。7.5水文统计的根本知识及方法QBt1t2TDCtAEQmWQm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水过程中的最大流量；W：一次洪水的总径流量(m3)，即ABCDE所包围的面积；A：洪水起涨点；B：洪峰点；C：退水结束点；

t1：涨水历时；t2：退水历时；T：洪水总历时(T=t1+t2)

7.6设计洪水与设计年径流的推求7.6.1设计洪水推求〔1〕洪水过程特征要素：洪峰、洪量和洪水过程

7.6设计洪水与设计年径流的推求(2)设计洪水和设计标准设计任何水工建筑物时，都需要选定某一量级的洪水作为设计依据，以便确定工程的规模。现行的方法是选择某一频率〔如1%、0.1%〕的洪水作为设计依据，或标准。设计标准确定后，按标准推求的洪水，称为设计洪水。如：在水利工程的规划与设计中，按工程的种类、重要性，将水工建筑物划分为假设干等级，根据不同级别规定出相应的设计标准。正常运用条件下，根据设计洪水，调节计算决定水利枢纽工程的设计洪水位。假设所设计的水工建筑物负担保护下游地区的防洪任务时，还规定有下游防护对象的防洪标准,但此标准都比大坝的设计标准低，通过洪水调节计算求得相应的防洪高水位。2023/11/258:36表7.6.1水库工程水工建筑物的防洪标准水工建筑物级别防洪标准[重现期（年）]山区、丘陵区平原区、滨海区设计校核设计校核混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物土坝、堆石坝11000～5005000～2000可能最大洪水（PMF）或10000～5000300～1002000～10002500～1002000～10005000～2000100～501000～3003100～501000～5002000～100050～20300～100450～30500～2001000～30020～10100～50530～20200～100300～2001050～20等级防护区人口（万人）防护区耕地面积（万亩）防洪标准[重现期（年）]Ⅰ≥150≥300100～50Ⅱ150～50300～10050～30Ⅲ50～20100～3030～20Ⅳ≤20≤3020～10等级重要性非农业人口（万人）防洪标准[重现期（年）]Ⅰ特别重要的城市≥150≥200Ⅱ重要的城市150～50200～100Ⅲ中等城市50～20100～50Ⅳ一般城镇≤2050～20

表7.5.6乡村防护区的等级和防洪标准表7.5.5城市的等级和防洪标准

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔3〕设计洪水计算的内容和方法1〕设计洪水计算的内容主要包括设计洪峰流量、不同时段的设计洪水总量〔最大一、三、五、七、十五日…〕和设计洪水过程等三项内容。工程特点不同，需要计算的设计洪水内容和重点亦不同。如蓄洪区、水库工程，有一定的调节库容，水库的出流过程与水库的整个入流过程有关，不只是与一、两个入流洪水特征〔如峰或某时段洪量〕有关。此时，不仅需要计算设计洪峰流量或某时段设计洪量，还须计算完整的设计洪水过程线无调蓄能力的桥涵、航运为主的渠化工程，调节能力低的水库、径流式电站等，要求计算设计洪峰流量，因它对工程起控制作用

7.6设计洪水与设计年径流的推求2〕推求设计洪水的根本方法①由流量资料推求设计洪水先求符合一定频率的设计洪峰流量和时段设计洪量，然后通过典型缩放法构成一个完整的设计洪水过程线②由暴雨资料推求设计洪水假定暴雨与对应的洪水同频率，先推求设计暴雨，经流域产流计算与汇流计算，最后求得设计洪水。③资料非常少或缺乏推求设计洪水可用水文比较法、等值线图法、水力学公式法等来推求这里仅介绍由流量推求设计洪水的方法

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔4〕洪水资料的选择1〕选样方法：年最大值法每年只选一个最大的量值，如年最大洪峰流量、年最大1天洪量、年最大3天洪量等。假设有n年实测资料就可以选出n个年最大值组成一个n年系列，作为频率计算的样本如果一年中水利工程受到一次洪水袭击而被破坏，即使破坏时间很短，那么认为该年被破坏了；如果一年中，先后遭受屡次洪水都被破坏，也只认为该年被破坏。故按此方法，每年只要取一个最大洪峰流量或固定时段的最大洪水总量作为样本点，组成洪水系列。这种确定洪水系列的方法即为年最大值法。t1t2Qt洪水过程线q1水库下泄能力①最大的统计时段确定结论：水库下泄能力小，那么要求库容大，最大的统计时段长。固定时段习惯上取长度为1d,3d,5d,7d,10d,15d,…q2水库下泄能力2〕洪峰流量的选择3〕洪量的选择一般采用固定时段选取年最大值(独立选样)，洪量统计时段长度可根据洪水实际历时和水库调节能力而定。每年只选一个最大的洪峰流量，组成洪峰流量系列〔样本〕

7.6设计洪水与设计年径流的推求=QmQ(m3/s)Q1Q2Q31d5dt年最大选样示意图

②独立选样指在同一年中，按不同时段的最大洪量进行选取，互不干扰，各选取全年中的最大值。3d可以在同一场洪水中选取，也可以在不同场洪水中选取，短时段可以包含在长时段中，也可以不包含其中，只需遵守选取“最大〞的原那么。

7.6设计洪水与设计年径流的推求连序系列n年实测〔包括插补延长〕的洪水系列，假设系列中没有特大值提出进行单独处理，也没有历史特大洪水的参加，无论资料的年份是否连续，只要确认n年的各项洪水数值按大到小次序排列，各项之间没有空缺，序数是连序的，这样的系列称为连序系列连序样本

序号mQ(m3/s)〔5〕样本系列频率计算——连续系列和不连续系列

7.6设计洪水与设计年径流的推求不连序系列通过历史洪水的调查考证，将历史特大洪水值与实测的洪水值资料加在一起组成一系列，由于特大洪水值的重现期〔N〕必然大于实测系列的年数n，而在N-n年内各年的洪水值无法查到，即特大洪水值与实测的洪水值之间有一些缺测项，不能判断由大到小是连续的，该样本为不连序系列序号m不连序样本Q(m3/s)NnN-n空缺

7.6设计洪水与设计年径流的推求说明：所谓的样本系列“连序〞和“不连序〞，并非指时间的连序与不连序，二者的主要差异仅在于系列内的各项数值由连序样本序号mQ(m3/s)序号m不连序样本Q(m3/s)NnN-n空缺大到小排序是否无空缺。假设无空缺，那么为连序系列，否那么为不连序系列。

7.6设计洪水与设计年径流的推求

式中，Pm

:大于或等于某一变量的经验频率;m:变量由大到小排列的序号;n:连序系列中的总项数。1〕连续系列的经验频率计算2〕不连续系列的经验频率计算

有二种方法：分别处理法、统一处理法

7.6设计洪水与设计年径流的推求方法一〔分别处理法〕将实测系列与含特大值的系列看作从总体中抽出的二个随机连序样本，各项分别在各个系列中排序计算经验频率：①

n年实测系列按连序系列的经验频率计算式式中，Pm:第m位洪水的经验频率；

m:实测洪水自大到小的排列序号，m=1,2,…n；

n:实测洪水的年数。

7.6设计洪水与设计年径流的推求假设N年中含有项特大洪水的排序已查明，经考证无遗漏时，只能计算前项的经验频率：②

N年包含特大洪水系列式中，PM:大于或等于某特大洪水Qm

值的经验频率；

M:为特大洪水由大到小排列的序号；

N:为调查考证期的最远年份至今的年数。

7.6设计洪水与设计年径流的推求③分别处理法计算经验频率示意图

空缺n(实测系列)

N(含特大洪水的系列)

7.6设计洪水与设计年径流的推求

将实测系列和特大洪水系列共同组成N年不连序系列，作为一个样本，各项在N年内统一排序。n

(

项中包括了l项)lN方法二〔统一处理法〕n-l

假定在调查考证期N

年内有特大洪水

项，特大洪水中有l项发生在n

年实测系列内。如何计算实测系列的经验频率？

7.6设计洪水与设计年径流的推求①N年中

项特大洪水的经验频率仍用式:特大洪水

项中包含了实测系列中的特大洪水l

项

7.6设计洪水与设计年径流的推求式中，Pm：n年实测洪水系列中第m位洪水经验频率；

l：实测洪水系列中抽出作为特大值处理的洪水项数；

m

：实测的一般洪水的序位,m=l+1,l+2,…nP

：特大洪水第末项M=

的经验频率；

N：调查考证期年数；

：

N年内能确定排位的特大洪水项数。②实测系列中其余的n-l

项为一般洪水，其值不会超过

项特大洪水的经验频率，因此其经验频率只能分布在1~PM

范围内，按下式计算:

7.6设计洪水与设计年径流的推求

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔6〕洪水峰量理论频率分析我国设计洪水标准规定，频率计算采用目估配线法〔即适线法〕。1)线型问题我国统一采用皮-Ⅲ型频率曲线。采用统一线型是为了便于在相同的根底上进行地区性综合分析比较。皮-Ⅲ型频率曲线不能认为是洪水系列的“理论线型〞，它不过是我国局部地区与经验频率点据配合较好的一种外延工具而已2)矩法参估计数：均值、变差系数和偏态系数

得到：

假定:(n-l)年系列的均值与除去特大洪水后的(N-

)年系列的均值相等:1〕N项不连序系列的洪峰流量均值计算公式该式表示N年系列中的一般洪水洪峰流量之和N年系列中特大洪水洪峰流量之和N年系列中一般洪水洪峰流量之和

7.6设计洪水与设计年径流的推求

假定:(n-l)年系列的均方差与除去特大洪水后的(N-

)年系列的均方差相等:2〕N项不连序系列的洪峰流量变差系数计算公式得到：该式为N年系列中的一般洪水洪峰流量与均值差的平方之和特大洪水洪峰流量与均值差平方之和一般洪水洪峰流量与均值差平方之和

7.6设计洪水与设计年径流的推求3〕不连序系列的偏态系数CS一般不作计算，初选CS=KCV作为适线法的第一次的近似值：①对于变差系数CV0.5的流域：CS=(3~4)CV②对于变差系数0.5<CV1.0的流域：CS=(2.5~3.5)CV③对于变差系数CV>1.0的流域：CS=(2~3)CV用以上矩法初估出三个统计参数后，那么可利用适线法进行配线，从而选出合理的统计参数。

7.6设计洪水与设计年径流的推求

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔6〕洪水峰量理论频率分析我国设计洪水标准规定，频率计算采用目估配线法〔即适线法〕。1)线型问题我国统一采用皮-Ⅲ型频率曲线。采用统一线型是为了便于在相同的根底上进行地区性综合分析比较。皮-Ⅲ型频率曲线不能认为是洪水系列的“理论线型〞，它不过是我国局部地区与经验频率点据配合较好的一种外延工具而已2)矩法参估计数：均值、变差系数和偏态系数3〕配线推求理论频率曲线，确定设计的均值、变差系数和偏态系数。在线型和经验点据确定后，试凑参数使曲线与经验频率点据看上去配合得最好，此时的参数就是采用结果

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔7〕频率计算成果的抽样误差SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算标准》规定，对大型工程或重要的中型工程用频率分析计算的校核标准洪水，应计算抽样误差。经综合分析检查后，如成果有偏小的可能，应加平安修正值，一般不超过计算值的20%。〔8〕计算成果的合理性检查对洪峰流量及各种历时的洪量的频率计算成果，包括各项统计参数的采用值和各种频率的设计值，进行合理性检查

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔9〕设计洪水过程线的推求设计洪水过程线是指具有某一设计标准的洪水过程线 目前仍采用放大典型洪水过程线的方法，使其洪峰流量和时段洪水总量的数值等于设计标准的频率值，即认为所得的过程线是待求的设计洪水过程线1〕典型洪水过程线的选择①选择资料完整精度较高的洪水过程线②选择峰高量大的洪水过程线：洪峰流量和洪量接近设计值的实测大洪水过程线〔希遇洪水情况〕③洪水过程线具有一定的代表性：洪水发生季节、地区组成、洪水的历时、峰量关系、主峰位置、峰型等均能代表该流域较大洪水特性的实测洪水过程④从防洪平安角度：选择对工程防洪不利的典型洪水过程线，尽量选择峰高量大的洪水，而且峰型集中，主峰靠后的过程选取几个典型，分别放大，经调洪计算，取偏于平安的为典型

7.6设计洪水与设计年径流的推求

7.6设计洪水与设计年径流的推求2〕放大方法同频率放大法或同倍比放大法①同频率放大法此法要求放大后的设计洪水过程线的峰和不同时段〔1天、3天、…〕的洪量均分别等于设计值。具体做法：先由频率计算求出设计的洪峰值和不同时段的设计洪量值QmP、W1P、W3P…求典型过程线的洪峰和不同时段的洪量QmD、W1D、W3D…，按洪峰、最大1天洪量、最大3天洪量、…的顺序，采用以下不同倍比值分别将典型过程进行放大①洪峰放大倍比系数的计算QmP

为设计洪峰流量；QmD

为典型洪峰流量②各时段洪量放大系数的计算

最大3日洪量除最大1日以外其余2日放大倍比W3P

为3日设计洪量；W3D

为典型1日洪量。W1P

为1日设计洪量；W1D

为典型1日洪量。

最大1日洪量放大倍比

7.6设计洪水与设计年径流的推求

7.6设计洪水与设计年径流的推求2〕同倍比放大法以峰控制的放大系数为：

以量控制的放大系数为：

同倍比放大法计算简便，适用于防洪平安主要由洪峰或某时段洪量控制的工程。

7.6设计洪水与设计年径流的推求总结：推求设计洪水的步骤1〕收集相应资料，可靠性、一致性、代表性审查2〕选样：年最大值法，洪峰、固定时段3〕特大值的处理〔连序、不连序〕4〕排序、经验频率计算、绘点5〕选线型：P-Ⅲ曲线6〕矩法初估统计参数：均值、Cv、Cs7〕配线：目估适线法，通过调整均值、Cv、Cs实现8〕确定理论频率曲线9〕频率计算成果的抽样误差10〕成果合理性检查11〕典型洪水过程选择12〕放大典型洪水推求设计洪水过程〔同倍比和同频放大法〕并修匀

7.6设计洪水与设计年径流的推求

7.6.2年径流的推求

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。它可用年平均流量、年径流深、年径流总量等表示。

年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。

设计年径流及其时程分配形式对水利水电工程的规划设计尤为重要，它是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔1〕年径流分析计算的内容1〕根本资料2〕年径流量的频率分析计算3〕提供设计年径流的时程分配4〕对分析成果进行合理性检查2023/11/258:36

7.6设计洪水与设计年径流的推求〔2〕有较长资料时设计年径流频率分析计算所谓较常年径流系列是指设计代表站断面或参证流域断面有实测径流系列，其