水文分析与计算知识重点

1.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：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：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：选定洪峰流量和时段洪量的阀值Q mo、W to，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：将n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项。（相当于以第n项洪水为阀值的超定量法）

对一般水利工程：采用年最大取样；对城市雨洪排水和工矿排洪工程：年多次法。

（二）洪水资料的审查（“三性审查”）

（1）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）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）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）一致性分析：样本是否来自同一总体。

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：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；方法：历史洪水调查、插补延长、古洪水探测。

（三）洪水资料的插补延长

（1）根据上下游测站的洪水特征值进行插补延长

（2）利用本站峰量关系进行插补延长

（3）利用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/2

3）外延不宜太远：对洪水，一般不超过实测资料的30％

4）相关密切, ρ＞0

2.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:1+=

N M P M , a M ...21，，= 2）实测系列中l n -项的经验频率： n l m l n l

m P P P a a m ...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”

4.矩法的原理：用样本的矩估计相应总体的矩。

（1）连续样本：

（2）水文中不连序样本的矩法：

5.适线法：适线法是我国目前生产上一致采用的方法，也是洪水规范规定的方法。

（1）经验适线法步骤：

① 样本由大到小排列，计算各项经验频率 ，得经验点据 ②在机率图上（海森机率格纸）点绘经验点据 ③假设一套参数初值)(Cs Cv Q 、、

一般以矩法估计的参数为初值

④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(φCv Q Q p +=，并根据理论点据绘出频率曲线（理论频率曲线） ⑤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①～④，直到满意为止。

（2）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。如点据缺乏规律，可侧重考虑上部和中部的点据，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群。”

6.本站的统计参数C v的对比分析:

（1）对于调蓄作用小而连续暴雨少的河流，C v随历时的增加而减小。Qm的C v也大于W T的C v。

（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C v反而增大，至T达到某一历时时C v达到最大值，然后再逐渐减小，在

C v 增加的范围内，Q m 的C v 也小于W T 的Cv 。

（3）只有当峰量关系是直线时，Q m 的Cv 与W T 的C v 才相等。

7.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△Xp

Xp

Xp σα?=? 7.0：可靠性系数，一般取α 诺模图，制成＝B Cs p Cs p B B B n Cv

x Xp ~~),(,=σ

在计算中如果考虑了历史洪水：n ’=n+(c ＋d)*(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=0.4

d —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=0.4

8.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！

第三章 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：控制时段选择（控制时段：选择一个时段tk，按照这个时段设计洪量构成的洪水过程来防洪，保证：风险率=设计标准、各种历时）→设计洪峰洪量计算（洪峰、控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）→典型洪水过程放大（同倍比、同频率）

5.两种放大方法的比较：

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：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：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：反映实测最可能情况

适用于洪水地区组成较复杂的情况

（3）同频率地区组成法：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：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：

（3）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。

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；湖泊型：差别大。

8.入库设计洪水的推求：

（1）合成流量法

（2）水量平衡法

（3）峰量关系法

（4）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：

分期取样（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。

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

3.设计年径流计算步骤：

（1）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；多时段总量控制－－－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。C V（无水体）＞

C V（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；

外延的幅度一般不超过50％，即0.5*(Xmax－Xmin )

（5）插补的项数问题：要求：n插补＜n实测或n插补≤n实测/2 6.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：4~10月（主要需水期：7~9月）

发电工程：选枯水期或选整个水文（利）年

（2）选典型：

①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。

②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

③缩放：同倍比或同频率

7.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（参设y y =）

条件：参证流域和设计流域年降雨量接近，面积接近

2）考虑雨量改正（参参设

设＝y x x y ）：该年两流域降雨有较大差距

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”

3）移置降雨径流相关图（特点：由于参证流域Y~X 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（Cs<0）分布的频率计算：

p p p p X X X X

X X X ---=?

-=-11'2'

设计洪水：指水文水电工程设计所依据的设计标准的；.径流：降雨或融雪形成的，沿着流域的不同路径流入；.露点：保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚达到；.代表性露点：由某一或某些地点、在特定时间的地面；.水文比拟法：就是以流域间的相似性为基础，将相似；.饱和水汽压：一定体积空气中能容纳的水汽量是有限；.相对湿度：大气中实际水汽压与当时温度下的饱和水；.水库特征

设计洪水：指水文水电工程设计所依据的设计标准的洪水，包括洪峰总量，洪水总量和洪水过程线

径流：降雨或融雪形成的，沿着流域的不同路径流入河流，湖泊和海

洋的海洋的水流.重现期：某水文变量重复出现的平均周期。（频率P=90%，其对应的重现期为T=5年）.PMP(可能最大暴雨)现代气候条件下一定历时的理论最大降水量,流域降水物理上限

.露点：保持气压及水汽含量不变，降温使水汽刚达到饱和时的温度称露点温度，简称露点。(历史最大持续露点为12小时)

代表性露点：由某一或某些地点、在特定时间的地面露点来反映代表性将水量。

水文比拟法：就是以流域间的相似性为基础，将相似流域的水文资料移用至研究流域的一种简便方法。

.饱和水汽压：一定体积空气中能容纳的水汽量是有限度的，若空气中水汽含量达到限度，空气就呈饱和状态，即饱和空气，饱和空气的水汽压就是饱和水汽压

.相对湿度：大气中实际水汽压与当时温度下的饱和水汽压之比.

.水库特征水位：水库工程为完成不同时期不同任务和各种水文情况下,需控制达到或允许消落的各种库水位

.库容：水库某一水位以下或两水位之间的蓄水容积。表征水库规模的主要指标。通常均指坝前水位水平面以下的静库容。死库容：指死水位以下的水库容积。兴利库容：亦称调节库容，指正常蓄水位至死水位之间的水库容积。防洪库容：指防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。调洪库容：指校核洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。重叠库容：指正常蓄水位至防洪限制水位之间的水库容积。这部分库容既可用于防洪，也可用于兴利。防洪库容与兴利库容完全重叠

时，正常蓄水位即为防洪高水位。防洪库容与兴利库容完全分开时，正常蓄水位即为防洪限制水位。总库容：校核洪水位以下的水库容积。它是划分水库等级的主要依据之一。

.设计洪水位：当发生设计洪水时,河道指定断面或水库坝前达到的最高水位

.正常洪水位（蓄水位）：水库在正常运行情况下所蓄到的最高水位

.死水位：水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位，称死水位，又称设计低水位.可能最大洪水(PMF)：是为保证重要水利枢纽安全的一种不采用频率概念的设计洪水。.径流调节：狭义上，通过兴建蓄水和调节工程，调节和改变径流的天然状态，解决供需矛盾，达到兴利除害的目的；广义上，人类对整个流域面上径流自然过程的一切有意识干涉.年平均流量：一年内通过河流某过水断面的流量

.年径流深：一年内通过河流上指定断面的径流总量与该断面以上的流域面积的比值.年径流总量：是一年内通过河流某一断面的总水量。

.年径流模数：是单位流域面积上单位时间所产生的径流量

.设计保证率：根据各用水部门的特征所允许的减少供水范围，定出多年期间用水部门正常工作所能得到保证的程度，以百分数计

.完全调节：能将年内全部来水量按用水要求重新分配而不发生弃水的径流调节称为完全年调节

.差积曲线：为各月入库流量与多年平均流量之差的累积值与时间的关系曲线

.频率曲线：在水文学上称横坐标表示变量X，纵坐标表示概率分布函数F(X)的几何图形为随机变量的累积频率曲线

.实测期：通常把具有洪水观测资料的年份称为实测期。

.调查期：从最早的调查洪水发生年份迄今的这一段时期内，实测以外的部分。

.考证期：历史文献资料可以考证的时期。

.辗转相关:水文分析中,有时发现两变量系列之间直接计算的相关系数不够大,即相关关系

不够密切时，有时常通过第三个变量作为时间或空间的中转站来间接补延出设计站资料。这种方法叫做辗转相关法。

.不连序样本系列的经验频率计算方法：统一处理法，分别处理法

.频率曲线参数估计适线法：经验适线法、优化适线法

.入库洪水计算方法:合成流量法、马斯京根法、峰量关系法、槽蓄曲线法、水量平衡法.典型洪水过程线放大方法：同倍比放大，同频率放大

.放大实测暴雨方法:当地暴雨放大；移置暴雨放大；暴雨组合放大；暴雨时面深概化法.作物田间需水量估算方法：①经验公式法（以水面蒸发为参数的需水系数法；以气温为参数的需水系数法；以多种因素为参数的公式）；②能量平衡法

.确定设计保证率,库容和调节流量之间关系的方法：时历法、数理统计法

.水文资料三性审查:可靠性,一致,代表

.洪水资料审查分析：洪水资料可靠性审查；一致性审查（资料的还原或修正）；洪水资料系列的代表性分析

.描述设计洪水三要素：设计洪峰流量、设计洪量、及设计洪水过程线。

.年径流影响因素:气候因素,下垫面因素(地形,湖泊,流域大小),人类活动(直接作用,跨流域引水,直接减少或增加本流域的年径流量;间接作用,如修水库,塘堰等工程）

.正常蓄水位影响因素：坝址及库区的地形地质条件；库区的淹没和浸没情况；河流梯级开发方案；径流利用程度和水量损失情况；其他条件；

.年径流量影响因素：气候因素、下垫面因素、人类活动因素

.水电站水库调度图的四种调度线：防破坏线；限制供水线；防弃水线；防洪调度线.两个随机变量关系：完全相关、零相关、相关关系.径流调节分为：兴利调节，防洪调节

.插补延长的目的：为了扩大样本容量，提高其代表性

.水库总库容=V调+V兴+V死—V结。

.与兴利有关的库容：死库容、兴利库容和结合库容。

.为方便兴利调节计算而划分的年度称为：水利年度

.设计年径流的设计频率愈大，则相应的设计年径流量就愈小要求的水库兴利库容就愈大。

.入库洪水:包括入库断面洪水，入库区间洪水。①入库断面洪水是水库回水末端附近干支流河道水文测站的测流断面，或某个计算断面以

上的洪水；②入库区间洪水可分为陆面洪水和库面洪水两部分，其中陆面洪水为入库断面以下，至水库周边以上的区间陆面面积所产生的洪水，库面洪水，即库面降雨直接转为径流所产生的洪水

.入库洪水与坝址洪水的差别：①库区产流条件改变，使入库洪水的洪量增大；水库建成后，上游干支流和区间陆面流域面积的产流条件相同，而水库回水淹没区由原来的陆面变成水面，产流条件相应发生了变化;②流域汇流时间缩短，入库洪峰流量出现时间提前、洪峰增高、涨水段的洪量增大；建库前，流域汇流时间为坡面和河道的汇流时间之和，建库后，洪水由干支流的回水末端和周边入库，因而流域总的汇流时间缩短，入库洪峰流量出现的时间相应提前。

.重现期T与频率P关系：当研究洪水时,T=1/P,当研究枯水问题

时,T=1/1-P；P＝90％的枯水年，重现期为10年,含义是10年中只有一年供水得不到满足,其余9年用水均可以得到保证.

.统计参数x、VC和SC的意义及其对频率曲线影响：①均值x表示系列的平均情况，代表

系列水平的高低。如果CV和CS一定时，增大x，频率曲线抬高变陡。

②变差系数CV表示变数在均值x两边分布的离散程度。如果x和CS 一定时，增大CV，则频率曲线有顺时针转动趋势。③偏态系数CS

表示变数在均值x两边分布是否对称和不对称程度的参数。CS=0，为正态分布；CS>0为正偏态分布；CS<0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：①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；②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；③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；④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？哪个断面年径流量系列的CV值大？哪个断面年径流量系列的CS值大？因为是同一条河流的上、下游断面且距离较近，所以两流域属于同一地区，由于下断面流域面积大，所以年径流量系列的均值大。大流域调蓄能力强，CV值小，所以上断面流域年径流量系列的CV值大，同一

地区CS/CV值相同，所以上断面流域年径流量系列的CS值大。

.怎样用适线法调CS：1）、点绘经验点据，纵坐标为变量值，横坐标为经验频率，采用期望值公式估计；2)初定一组参数，用矩法公式的估算E(X)和CV，并假定CS与CV的比值K估算CS；3）根据初定的E(X)、CV、CS，计算频率曲线，并绘在点有经验点据的图上。若与经验点据配合不理想，则修改参数再次配线，主要调整CV和CS；4）选择一条与经验点据配合最佳曲线做为采用曲线。该曲线的参数看做总体参数的估计值。

.推求设计年径流量的年内分配时，应按什么原则选择典型年？最不利原则，接近原则.由流量资料推求设计洪水，为什么要对特大洪水进行处理?处理的内容是什么?系列中加入特大洪水后，系列成为不连续系列，不能象连续系列一样进行经验频率和统计参数的计算，故必须进行处理。处理的内容是：对经验频率的计算进行处理，用统一样本法或独立样本法；对统计参数进行处理，如用三点法配线。