工程水文学 第六章由流量资料推求设计洪水
最新《工程水文学》第6章 由流量资料推求设计洪水
WUHEE
水工建筑物的防洪标准：
WUHEE
正常运用标准——设计洪水：确定水库的设计洪水位、设 计泄洪流量等。不超过这种标准的洪水来临时，水库枢纽一 切工作维持正常状态。
非常运用标准——校核洪水：确定水库的校核洪水位。这 种标准的洪水来临时，水库枢纽的某些正常工作可以暂时破 坏，次要建筑物允许损毁，但主要建筑物必须确保安全。
设计洪水定义：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。
WUHEE
如何选择水工建筑物的设计洪水，涉及一个标准问 题，即设计标准。
设计标准定得过高，工程投资增大而不经济，但工 程比较安全；
设计标准定得过低，工程造价降低，但工程遭受破 坏的风险增大。
确定设计标准是一个非常复杂的问题。
WUHEE
（3）水文气象法
因频率计算缺乏成因概念，如果资料太短， 用于推求稀遇洪水根据就很不足。且近年来， 我国一再出现超标准的特大洪水，设计标准一 再提高。水文气象法从物理成因入手，根据水 文气象要素推求一个特定流域在现代气候条件 下，可能发生的最大洪水作为设计洪水。
WUHEE
2. 设计洪水的内容
WUHEE
3. 资料代表性的审查与插补延长
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，则认为缺乏代表性。实 际工作中要求连续实测的洪水年数一般不少于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，使之满足代表性的要求。插补延长主要 是采用相关分析的方法。
WUHEE
《工程水文学》第6章 由流量资料推求设计洪水
WUHEE
Q(m3/s)
a项特大洪水 M=1,2,...,a
实测期内特大洪水，l项
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
... ...
缺测
...
...
n
N
T
WUHEE
（2）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，各项洪水可分 别在各个系列中进行排位，实测系列的经验频率仍按 连序系列经验频率公式计算：
WUHEE
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求 一、资料审查
“三性”审查： 可靠性、一致性、代表性 1.资料可靠性的审查与改正
实测洪水资料： 对测验和整编进行检查，重点放在观测与整编质量 较差的年份。包括水位观测、流量测验、水位流量关 系等。 历史洪水资料： 一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是审查洪水发 生的年份的准确性。
WUHEE
3. 资料代表性的审查与插补延长
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，则认为缺乏代表性 。实际工作中要求连续实测的洪水年数一般不少于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，使之满足代表性的要求。插补延长 主要是采用相关分析的方法。
设计洪水三要素： 设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程线 对于桥梁、涵洞、调节性能小的水库，一般可只推 求设计洪峰流量，如葛洲坝电站，其泄洪闸以设计洪峰流 量控制（Qm=110000m3/s)。 对于大型水库，调节性能高，可以洪量控制，即库容 大小主要由洪水总量决定。如三峡水库，拦洪库容300.2 亿m3 。 一般水库都以峰和量同时控制。
第6章 由流量资料推求设计洪水
实测期内特大洪水，l项
PMa ... ... ... 1－PMa
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
Pm ... P
其中, PMa
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a N 1
Pm PMa
ml (1 PMa ) n l 1
一般说来，当在特大洪水排位可能有错漏时，分别
处理法把特大洪水与实测一般洪水视为相互独立，因 不互相影响，计算也比较简单。但是，这在理论上有 些不合理，会出现经验频率“重叠”现象。 当特大洪水排位比较准确时，从理论上讲，用统一 处理法更好一些，计算较繁，但不会出现经验频率“ 重叠”的现象。
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6.1.2 两类防洪计算课题
下游地区防洪—— 为保证下游地区的安全，要求水库建
成后的下泄流量q不超过防护对象的某一安全流量值q安和水 位Z防，即确定下游防护对象的防洪标准。 水库本身安全—— 当发生某一特大洪水情况下，为了不 使洪水漫溢坝顶造成毁坝灾害，需确定溢洪道高程Z0和宽 度B，以及坝顶高程等工程规模数据，即确定水工建筑物的
的项数；m为实测洪水系列由大至小排列的序位；M为特
大洪水由大至小排列的序位。
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分别处理法—— 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 洪水可分别在各个系列中进行排位，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 m l 1,l 2,...,n n 1
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水文气象法—— 水文气象法从物理成因入手，根据 水文气象要素推求一个特定流域在现代气候条件下，可
能发生的最大洪水作为设计洪水。
历史最大洪水加大法—— 以历史上发生过的最大洪 水再加上一个安全值作为设计洪水。 缺点：①对未来洪水超过历史最大洪水的可能性考虑 不足，降低了工程的安全程度；②对大小不同和重要性
工程水文学六七八章复习
⼯程⽔⽂学六七⼋章复习第六章由流量资料推求设计洪⽔⼀、概述：1.⽔利⼯程（⽔库、⼤坝）的作⽤：兴利、防洪2.洪⽔：由于流域内降⾬或融雪，⼤量径流汇⼊河道，导致流量激增，⽔位猛涨的⽔⽂现象。
3. 设计洪⽔：指⽔利⽔电⼯程规划、设计中所依据的各种设计标准的洪⽔。
4.⽔⼯建筑物的等级和防洪标准设计标准：⽔库枢纽正常运⾏，⽽不被破坏的标准。
对应着设计洪⽔。
校核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，允许效能设施、次要建筑物部分破坏。
对应着校核洪⽔。
坝顶⾼程取⼤者设计洪⽔位+安全超⾼+风浪爬⾼校核洪⽔位+安全超⾼+风浪爬⾼5.设计洪⽔计算的内容和⽅法：内容：三要素--设计洪峰流量、设计洪量、设计洪⽔过程线，不同⼯程有所侧重⽅法：由流量资料直接推求设计洪⽔的⽅法由降⾬资料间接推求设计洪⽔的⽅法⼆、设计洪峰流量QmP 及设计洪量WtP的推求1.资料审查：可靠性（实测年份差，调查⼤洪⽔）、⼀致性（洪⽔改道）、代表性（历史特⼤洪⽔）2.样本选取：洪峰流量--年最⼤值法；固定时段独⽴选取年最⼤值法--洪量系列3.洪⽔资料的插补延长：相关分析--上下游站的洪⽔特征值、本站峰量关系、暴⾬径流关系、相邻河流测站的洪⽔特征值4.特⼤洪⽔的处理1）特⼤洪⽔重现期的确定①从发⽣年代⾄今为最⼤ N=设计年份 - 调查期发⽣年份+1②从调查考证的最远年份⾄今为最⼤ N=设计年份 - ⽂献考证期最远年份+1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。
2）洪⽔经验频率的估算独⽴样本法5.频率曲线线型选择⽪尔逊Ⅲ型6.频率曲线参数的估算：初估参数 1）矩法2）三点法：三点的选取计算查S —Cs 关系表，求Cs再查)，Φ(P 2,Cs )，Φ(P 3,7.适线法注意事项1) 尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中⼼。
2）曲线与点据拟合时，侧重考虑中、上部的较⼤洪⽔点据。
工程水文学 第六章由流量资料推求设计洪水
二、设计洪水
1、 定义：符合一定设计频率P的洪水图式称设计洪 水。Q p (t ) 2、特点：
〈1〉具有实际洪水图式，具有时空分布。 〈2〉它总是与某一个P相联系。
3、研究方法： 〈1〉以峰控制，无调蓄能力； Q m , p 〈2〉以量控制，有调蓄； W t , p
设计标准P 频率计算
设计洪峰 Q m , p
设计洪量 W t , p
选典型洪水 缩放
设计洪水
Q p(t)
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第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
一、洪水资料审查 三性检查：可靠性、一致性、代表性。
二、洪水资料选样 1、选样原则：年最大值法或年超大值法、固定时段 （1天、3天、7天、15天。。。）、独立选样。
频率计算
分开法
合并法
1/（141+1） 2/（141+1） 3/（141+1）
同分开法
4/142=0.0282
已抽上去
已抽上去
2/（70+1） 3/（70+1）
已抽上去
PM12 0.028 2(10.028)2 21 0.042 7011
设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）》 ➢ 《防洪标准》 GB50201-94
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1、水工建筑物的防洪标准：
➢ 等：指工程规模、管理水平、 经济指标，对整体工程而言。
➢ 级：指建筑物安全技术指标， 对某一具体建筑物而言。
➢ 具有永久性和临时性、正常运 用和非正常运用之分。
ห้องสมุดไป่ตู้
二、设计标准
➢ 如何选择水工建筑物的设计洪水，涉及一个标准 问题，即设计标准。
工程水文学 第六章由流量资料推求设计洪水[精]
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第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
一、洪水资料审查 三性检查：可靠性、一致性、代表性。
二、洪水资料选样 1、选样原则：年最大值法或年超大值法、固定时段 （1天、3天、7天、15天。。。）、独立选样。
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1、无特大值：由大到小排队，P m ，P-Ⅲ型适
线；方法同前。
n 1
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2、有特大值的处理 （1）特大值：实测或调查到的比一般洪水大的稀遇 洪水。 作用：解决实测资料不足的困难，展延了系列长度。
历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水 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一般就是特大洪水。
确定设计标准是一个非常复杂的问题。 我国：SDJ12-78《水利水电枢纽工程等级划分及
设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）》 《防洪标准》 GB50201-94
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1、水工建筑物的防洪标准：
等：指工程规模、管理水平、 经济指标，对整体工程而言。
级：指建筑物安全技术指标， 对某一具体建筑物而言。
第六章 由流量资料推求设计洪水 第一节 设计洪水的基本概念
一、洪水 1、 定义：由于暴雨、融雪或其它原因，产生大量径 流，使河道中流量剧增，水位上升。（波状下泄）
2、次洪水过程（次洪）：一次洪水过程线包括洪峰
（Qm）、洪量（W）和洪水过程。
Q
Qm
3、洪量W：一定T内，流过某
一断面的最大水量。
WW
0 T
频率计算
分开法
合并法
第6章习题由流量资料推求设计洪水
第6章习题由流量资料推求设计洪水第六章由流量资料推求设计洪水本章学习的内容和意义：在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计，这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水。
设计洪水包含三个要素，即设计洪峰流量、设计洪水总量和设计洪水过程线。
按工程性质不同，设计洪水分为：水库设计洪水; 下游防护对象的设计洪水; 施工设计洪水; 堤防设计洪水、桥涵设计洪水等。
推求设计洪水有多种途径，本章研究由流量资料推求设计洪水,目的是解决水库、堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题。
本章习题内容主要涉及：防洪标准及其选择；洪峰、洪量样本系列的选样，资料的可靠性、一致性、代表性审查；特大洪水的处理，即不连续系列的经验频率和统计参数的计算方法；典型洪水的选择及放大方法；入库洪水、分期洪水、洪水地区组成等内容。
一、概念题（一）填空题1.设计洪水的标准按保护对象的不同分为两类：第一类为保障的防洪标准；第二类为确保水库大坝等水工建筑物自身安全的洪水标准。
2.设计洪水的标准按保护对象的不同分为两类：第一类为保障防护对象免除一定洪水灾害的防洪标准；第二类为确保的洪水标准。
3.设计洪水的标准高时，其相应的洪水数值就；则水库规模亦，造价亦；水库安全所承担风险则。
4.目前我国的防洪规划及水利水电工程设计中采用先选定，再推求与此相应的洪峰、洪量及洪水过程线。
5.设计永久性水工建筑物需考虑及两种洪水标准，通常称前者为设计标准，后者为校核标准。
6.目前计算设计洪水的基本途径有三种，它们分别是、、。
7.通常用、及三要素描述洪水过程。
8.洪水资料系列有两种情况：一是系列中没有特大洪水值，称为系列；二是系列中有特大洪水值，称为系列。
9.用矩法计算不连续系列(N年中有a次特大洪水) 统计参数时，假定实测洪水(n年) 除去实测特大洪水( l 次)后构成的(n-l)年系列的和与除去特大洪水后的(N-a)年系列的相等。
【水文知识】如何用流量资料推求设计洪水
【水文知识】如何用流量资料推求设计洪水当设计断面有比较充分的实测流量资料时，可由流量资料推求设计洪水，其计算的程序大体是：①洪水资料审查，以取得具有可靠性、一致性和代表性的资料；②选样，从每年洪水中选取符合要求的洪峰流量和洪量，组成各种统计系列；③频率计算，推求设计洪峰和设计洪量；④推求设计洪水过程线，选择典型洪水过程线，根据设计洪峰和设计洪量进行放大，推求设计洪水过程线。
1．设计洪峰流量的推求（1）洪水资料的审查洪水资料是洪水分析计算的基础，实际工作中要十分重视对洪水资料进行“三性审查”，即对资料进行可靠性、一致性和代表性审查。
1）资料的可靠性审查可靠性是指资料的可靠程度。
资料的可靠性审查就是要鉴定资料的可靠程度。
要审查资料的测验方法、整编方法和成果质量，特别是要审查观测和整编质量较差的年份（如建国前及“文革”期间），以及对设计洪水计算成果影响较大的大洪水年份。
注意了解测站、水尺位置、水准基面的变动情况；汛期是否有水位观测中断的情况；测流断面的冲淤变化情况；水位流量关系曲线的延长是否合理等。
一般可通过历年水位流量关系曲线的对照（特别是高水部分），上下游、干支流的水量平衡及洪水过程线的对照，暴雨洪水资料的对照等方面来进行检查。
如发现问题，应会同有关单位进一步审查和作必要的修改。
例如水利部松辽水利委员会水文局在应用哈尔滨站的水文资料时，通过上、下游站的水量平衡计算，发现整编刊印的1966～1980年的流量显著偏大，致使下游的卡通站水量比哈尔滨站还小12.6%。
后经反复调查，得知这是由于航运部门在哈尔滨下游不远处疏浚河道，引起测流断面流向发生很大改变所致。
后来征得水文部门的同意，将实测流速按疏浚后的流向进行改正，从而消除了上下游水量不平衡的矛盾。
对调查洪水的审查，应多方面分析论证其洪峰流量、洪水总量的数值及重现期的可靠性，并要调查是否还有大洪水被遗漏。
2）资料的一致性审查一致性是指样本是否来自于同一总体。
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（2）不连序系列：资料系列中，除老大项和实测n 年资料外，其它序位是空缺的。
空缺
空缺
实测期 历史调查期
所谓“连序”与“不连序”，不是指时间上连续与否， 只是说所构成的样本中间有无空位。
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Q(m3/s)
a项特大洪水 M=1,2,...,a
对a项后的实测值：
Pm
m n 1
方法2 ：统一样本法 把实测系列与特大值系列看 作是从总体中一个随机样本。（合并法）
对前a项特大值： PMN M 1； M1， 2， ， a
对a项后的实测值： P mP M ,a(1P M ,a)nm l l1
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[例]某站自1935～1972年的38年中，有5年因战争缺测，故实有洪 水资料33年。其中1949年为最大，并考证应从实测系列中抽出作 为特大值处理。另外，查明自1903年以来的70年间，为首的三次 大洪水，其大小排位为1921、1949、1903年，并能判断在这70 年间不会遗漏掉比1903年更大的洪水。同时，还调查到在1903年 以前，还有三次大于1921年的特大洪水，其序位是1867、1852、 1832年，但因年代久远，小于1921年洪水则无法查清。现按上述 两种方法估算各项经验频率。
t
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二、设计洪水
1、 定义：符合一定设计频率P的洪水图式称设计洪 水。Q p (t )
2、特点： 〈1〉具有实际洪水图式，具有时空分布。 〈2〉它总是与某一个P相联系。
3、研究方法： 〈1〉以峰控制，无调蓄能力； Q m , p 〈2〉以量控制，有调蓄； W t , p
W 7天1； ， W 7天2； ，
1、无特大值：由大到小排队，P m ，P-Ⅲ型适
线GHT 扬大陈平
2、有特大值的处理
（1）特大值：实测或调查到的比一般洪水大的稀遇 洪水。
作用：解决实测资料不足的困难，展延了系列长度。
➢ 历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水 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一般就是特大洪水。
➢ 特大洪水可以发生在实测流量期间之内，也可 以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）。
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QN
QN
实测期
实测期
历史调查期
资料内特大洪水
历史调查期
资料外特大洪水 (历史特大洪水)
一般 KNQN/时Q，2QN可以考虑作为特大洪水处理。
流量资料
（洪水：洪峰Qm、洪量W ）
设计标准P 频率计算
设计洪峰 Q m , p
设计洪量 W t , p
选典型洪水 缩放
设计洪水
Q p(t)
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第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
一、洪水资料审查 三性检查：可靠性、一致性、代表性。
二、洪水资料选样 1、选样原则：年最大值法或年超大值法、固定时段 （1天、3天、7天、15天。。。）、独立选样。
总库容393亿m3
（175m以下），
兴利库容165m3，
防洪库容221.5m3，
水库库面面积
1084km2。
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二、设计标准
➢ 如何选择水工建筑物的设计洪水，涉及一个标准 问题，即设计标准。
➢ 设计标准定得过高，工程投资增大而不经济，但 工程比较安全；
➢ 设计标准定得过低，工程造价降低，但工程遭受 破坏的风险增大。
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Q(m3/s)
Qm
W1
W3 W7
T=1天
T=3天
T=7天
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2、样本系列 （1）洪峰： Qm,1； Qm,2,； n年 （2）洪量： W 1天 1； ， W 1天2； ，
W 3天 1； ， W 3天2； ，
二、频率计算
〈3〉峰、量同频率控制。 Q m , p W t , p
4、 作用：设计水工建筑物的依据。
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@COPY RIGHT 扬大陈平
三峡工程，正常蓄 水位175m，防洪 限制水位145m，
枯季消落最低水位 155m，100年一遇 洪水位166.9m，设 计洪水位（1000年 一遇）175m，校 核洪水位180.4m， 坝顶高程185m。
1867
1852 1832 1921
1921 1949 1903
1949
1832
1903
Nh 2=141
1935
N1=70
n=33
1972
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排位序号 期别
m
1
调查期2
2
N2=141
3
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1 调查期1
2 N1=70
➢ 确定设计标准是一个非常复杂的问题。 ➢ 我国：SDJ12-78《水利水电枢纽工程等级划分及
设计标准（山区、丘陵区部分）（试行）》 ➢ 《防洪标准》 GB50201-94
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1、水工建筑物的防洪标准：
➢ 等：指工程规模、管理水平、 经济指标，对整体工程而言。
➢ 级：指建筑物安全技术指标， 对某一具体建筑物而言。
➢ 具有永久性和临时性、正常运 用和非正常运用之分。
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2、设计洪水计算方法 （1）在量上：洪峰、洪量的频率计算，P工程=P洪水。
（2）过程上：选择适当的典型过程线，根据设计洪峰与 洪量进行放大而得出设计洪水过程线。
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由流量资料推求设计洪水的具体设计步骤：
第六章 由流量资料推求设计洪水 第一节 设计洪水的基本概念
一、洪水 1、 定义：由于暴雨、融雪或其它原因，产生大量径 流，使河道中流量剧增，水位上升。（波状下泄）
2、次洪水过程（次洪）：一次洪水过程线包括洪峰
（Qm）、洪量（W）和洪水过程。
Q
Qm
3、洪量W：一定T内，流过某
一断面的最大水量。
WW
0 T
实测期内特大洪水，l项
... ...
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
缺测 ...
...
T
n
N
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（3）特大值加入时频率计算
方法1 ：独立样本法 把实测系列与特大值系列看 作是从总体中独立抽出的两个随机样本。（分开法）
对前a项特大值： PMN M 1； M1， 2， ， a