河川径流

第四章
河川径流情势 特征值分析与计算
4.1设计年径流的分析与计算 4.2设计洪峰流量(水位)的分析与计算
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1
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
一、概述
1.设计洪水
洪水的概念 右图中： t1——涨水历时 t2——退水历时 T——洪水总历时 WT——一次洪水总量 Qm——洪峰流量
Q
B
Qm 洪水过程
计暴雨推求设计净雨，在推求设计洪水。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.设计洪水计算的基本方法
由气象资料推求设计洪水(地区综合经验公式)
缺乏降雨径流资料，通过对气候和下垫面因素相似
地区与调查的洪水资料，建立洪峰流量或总量与主要 影响因素之间相关关系。 由可能最大降水推求设计洪水
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有特大洪水的洪水样本系列经验频率的确定： 连序系列与不连序系列：指所构成的样本系列有无空位。
缺测
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
三、设计洪峰流量与水位计算
1.特大洪水处理
指特大洪水加入系列后，样本成为不连序系列，其 经验频率和统计参数的计算与连序系列不同。 考虑特大洪水时，经验频率的计算是采用将特大洪 水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算的方法。
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1）独立样本法
把实测一般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，各项洪水可在各自系列中 连序排位，则特大洪水在不连序N年系列第M项经验频率计算 公式为：
M PM M 1,2,...,a N 1
式中，N为首项特大洪水重现期
N = T2 - T1 + 1
m l 1, l 2,, n
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调查期 N年内统一排位。
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例：
1153
1870 N l =？ a=？ 答案： l =1
n
1992
提问：
a=5
N=1992-1153+1=840
N=？
2）统一样本法
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.样本的组成 (2)连续样本与不连续样本
1)特大洪水在洪峰流量频率分析中的意义 特大洪水可能发生在实测流量期间之内，也可能发生在实 测流量期之外，前者称资料内特大洪水，后者称资料外特大 洪水(历史特大洪水) 。 由于目前样本系列不长，系列愈短，抽样误差愈大，若用 于推求千年一遇、万年一遇的稀遇洪水，根据就很不足。 如果能调查到N年（N>>n）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。
N ——历史调查期年数：
n ——实测系列的年数； l ——n年中的特大洪水项数； a ——N年中能够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中由大到小排列的序号，m=l+1，l+2， ...，n ；
Pm ——实测系列第m项的经验频率；
PM ——特大洪水第M 序号的经验频率，M=1,2,...,a
maxx@
4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.样本的组成 (2)连续样本与不连续样本
1)特大洪水在洪峰流量频率分析中的意义
特大洪水——指在实测系列和调查到的历史洪水中， 比一般洪水大得多的洪水。
历史上的一般洪水没有文字记载，也没有留下洪水痕 迹，只有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通常被认为是稀遇洪水。
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QN
QN
实测期
实测期 调查期
调查期
资料内特大洪水
资料外特大洪水 (历史特大洪水)
历史洪水调查考证情况可以分为：实测期、调查期、 文献考证期。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
(2)连续样本与不连续样本
2)连续样本与不连续样本
连续样本(系列)：将实测和插补资料系列(n)数值 按递减顺序排列，序号连贯。 不连续样本：将实测和调查所得特大洪水在更长时 期N内排位，其中存在漏缺项位，序号不连贯。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
(2)代表性 当洪水资料的频率分布能近似反映洪水的总体分布 时，则认为具有代表性；否则，缺乏代表性。n一般不 少于20～30年，并有特大洪水加入。 当实测洪水资料缺乏代表性时，应插补延长和补充 历史特大洪水。主要是采用相关分析的方法。如: 1) 利用上、下站或邻近站洪水资料延展； 2）利用本站洪峰、洪量关系延展； 3）利用降雨资料延展。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
水库调洪作用
削峰、蓄洪
不同的洪水过 程 Q ～ t, 经 水 库 调洪，得到的 Zm(V防洪)不同。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
设计洪水：为解决各类防洪问题，所提供的作为规划
设计依据的各种设计标准的洪水。 2.设计洪水标准与可能最大降水 性质：①它的设计标准是多少；②在某一标准下，如 何确定设计洪水 （设计洪峰、时段设计洪量和设计洪 水过程线）。 分类： ① 设计洪水；②校核洪水
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如加入1794年、1853年、1917年和1939年等历史 洪水，并将1956年的实测洪水与历史洪水放在一起进 行 特 大 洪 水 处 理 ， 则 求 得 1000 年 一 遇 洪 峰 流 量 22600m3/s。 1963年该河又发生了实测流量为12000m3/s的大洪 水将它加入系列计算，得1000年一遇洪峰23300m3/s， 与22600m3/s比较只相差4%。 由此说明，考虑特大洪水并进行特大值处理，所得 计算成果比较稳定合理。
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华北某河某站，在1955年进行洪水规划时，据当
时20年资料推得1000年一遇洪峰流量为7500m3/s，而
在 1956 年 发 生 了 一 次 特 大 洪 水 ， 实 测 洪 峰 流 量 达
13100m3/s，将此次洪水加入系列，按21年进行频率计 算，得1000年一遇的洪峰为25900m3/s，为原计算成果 的3倍多，可见计算成果很不稳定。
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
设计标准：根据工程的重要性，选定不同频率作为设计 依据。 设计标准定得过高或过低，对工程投资和工程遭受破 坏的风险影响很大。
防洪设计标准：
正常运用标准：水库枢纽正常运行，而不被破坏的标 准——设计洪水。 非常运用标准：水利工程不正常运用，主要水工建筑 物必须确保安全的标准——校核洪水。
X N a X n l
1 n 1 X i n l i l
i l 1
N a n l
( X i X N )2 nl
34
n
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则可导出： 1）均值
1 a N a n X N X N j 1 X i N j 1 n l i l
特大洪水的经验频率仍采用下式：
M PM N 1
M 1,2,..., a
(n －l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：
ml Pm PMa (1 PMa ) n l 1 m l 1, l 2,..., n
a 其中，PMa 为N年中末位特大洪水经验频率，1－PMa N 1 ml 为N年中一般洪水的总频率， 为实测期去掉l项后一般 n l 1
2）变差系数
CVN
1 X
1 a X N j X N N 1 j 1


2
2 N a n 1 X i X N n l i l
式中，XNj —特大洪峰流量(水位)；Xi —一般洪峰流量(水位)；
3）偏态系数 C 1.0 VN
CVN ≤0.5 1.0≥CVN >0.5
A
WT
C t
t1
T
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t2
2
洪水
严重的洪涝灾害问题！45Leabharlann 31998年长江大洪水
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
洪水：当流域内的暴雨、冰雪速融或冰凌阻 塞河槽形成冰坝而溃决，会在短期内使大量径 流汇入河槽，河中水位突涨，流量骤增，这种 径流称之。
洪水三要素：洪峰流量、洪水总量、洪水过 程线 特点：峰高、量大、涨水急剧、落水缓慢。
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与工程等级有关的水库工程水工建筑物的防洪标准
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
2.设计洪水计算的基本方法
由流量资料推求设计洪水 先选具有长系列洪水流量(洪水位)资料，且进行历 史洪水调查考证，再采用频率分析法计算设计洪水。 由暴雨资料推求设计洪水
缺乏洪水流量资料，但具长系列雨量资料，先由设
式中，T1为调查或考证到的最远年份；T2为实测连序系列 最近的年份
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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起排序，但这些特大洪水亦应在实测 系列中占序号，即实测系列的排序为m =l +1,l +2,...,n。
实测系列的经验频率仍按连序系列经验频率公式计算：
m Pm n 1 2）统一样本法
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4.2 设计洪峰流量(水位)的分析与计算
(2)一致性 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基本相同。 如果发生了较大的变化，需要将变化后的资料还原 到原先天然状态的基础上，以保证抽样的随机性（减 少人为的干扰），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，则应把建库后的资 料通过水库调洪计算， 修正为未建库条件下的洪水。