设计洪水计算
第6章 设计洪水计算
1.由实测水位插补 流量
2、利用上下游站 流量资料插补延长
3、利用本站峰量关 系插补延长
20
4、利用本流域暴 雨资料插补延长
6.2.4设计洪峰流量与设计洪量计算
6.2.4.1加入特大洪水值的作用
所谓特大洪水---目前还没有一个非常明确的定量标准，通常是指比 实测系列中的一般洪水大得多的稀遇洪水。特大洪水包括调查历史特大 洪水(简称历史洪水)和实测洪水中的特大值。
水库工程水工建筑物的防洪标准
11
100~50 50~20
6.1.2防洪设计标准与工程风险率
工程 等别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅴ
工程 规模
大(1)型 大(2)型 中型 小(1)型
小(2)型
水库 总库容 /108m3
保护 人 口 /104 人
防洪 保护 农田 面积 /104亩
治涝
保 护 区 当 治涝
量 经 济 规 模 面积
16
6.2.2历史洪水调查与考证
6.2.2.1历史洪水调查
历史洪水调查的内容----主要包括洪水发生时间、洪痕位置和 高程、过水断面、洪水过程，并附带进行雨情、灾情和洪泛情况。 此外，还要了解河床冲淤变化、河床质组成、岸坡植被、地貌特 征等。
洪水位的调查和测量是洪水调查中最关键的环节。历史洪水测 量内容包括各个洪痕点的高程、调查河段横断面、比降等。
/104人
/104亩
≥10
≥150≥Βιβλιοθήκη 00≥300≥500
＜10， ≥1.0 ＜1.0， ≥0.10 ＜0.1， ≥0.01
＜150， ≥50 ＜50， ≥20 ＜20， ≥5
＜500， ≥100 ＜100， ≥30 ＜30， ≥5
第4章-设计洪水流量
[例4-1-3]某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一
个水文站，能搜集到14年断续的流量观测资料，经插补和延
长，获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料；又
通过洪水调查和文献考证，得到1784年、1880年、1949年
2）一般洪水的经验频率为：
Pm
m n1
式中：
(4 2)
Pm——连续n年系列中第m项的经验频率； m——由大到小排位的顺序号，
若实测期中无特大洪水，则m=1，2，…，n； 若有l项特大洪水，则m=l+1，l+2，…，n
3、不连序系列的统计参数的确定：
4、适线法： 对于不连续的年最大流量系列，其统计参数的最后确定，
设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均 流速(m/s)。
《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）规定， 永久性桥涵的设计洪水频率如下表所示：
表3-3-2
概念补充：
按照使用期限分：临时性桥涵、永久性桥涵、半 永久性桥涵。
临时性桥涵：构造简易，仅在有限的短时间内使 用，或在永久性桥梁建成之前供维持交通之用。
1/300
1/100
设计标准越高（频率越小），设计洪水越大，设计的工 程越安全，被洪水破坏的风险就越小，但工程的造价越高； 反之，标准越低（频率越大），工程耗资较少，但安全程度 也相应降低，被破坏的风险就较大。
推求设计流量的方法汇总：
一、水文统计法
适用于大中河流，资料多，中等以上流域
二、地区性公式、暴雨径流的推理公式
适用于中小河流，无水文站观测资料
三、相关分析
第四章由流量资料推求设计洪水
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
资料审查 年最大值法选样 特大洪水处理 峰、量频率计算 安全修正值 设计洪峰和设计洪量 成果合理性检验 选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
设计洪水过程线
一、资料审查 1、可靠性 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。而且洪水系列中 各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 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。
设：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
1153
1870
n
1992
N
说明确定特大洪水的重现期具有相当大的 不稳定性。要准确地确定重现期就要追溯到更 远的年代，但追溯的年代愈远，河道情况与当 前差别越大，记载愈不详尽，计算精度亦愈差。 一般地，以明、清两代六百年为宜。
（3）经验频率的计算 连序系列中各项经验频率的计算方法， 已在前面论述，不予重复。 不连序系列的经验频率，有以下两种 估算方法： 1、独立样本法 2、统一样本法
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。
连序系列：洪水系列中没有特大洪水 值，在频率计算时，各项数值直接按大小 次序统一排位，各项之间没有空位，序数m 是连序的； 不连序系列：系列中有特大洪水值， 特大洪水值的重现期（N）必然大于实测系 列年数n，而在N－n年内各年的洪水数值无 法查得，它们之间存在一些空位，由大到 小是不连序的。
设计洪水计算书
设计洪⽔计算书设计洪⽔推求（⼀）⼯程概况⽢溪⼜称古城溪，发源于浙江省江⼭市⼤桥镇青源尾。
⽢溪⾃源头开始以东西向流⼊⽟⼭县境内，经⽩云镇鹁鸪嘴、⼤园地、平阳村、岩瑞镇⽔门村后，在岩瑞镇⼭头淤北和⾦沙溪汇合。
⽢溪流域⾯积206Km 2，主河道长44.2Km ，河道加权平均坡降0.824‰（其中⽟⼭境内流域⾯积102.6Km 2，河长24Km ）。
⽢溪河道弯曲，河床较浅，中下游两岸地形开阔，耕地集中，属平原丘陵地带，是主要产粮区之⼀。
1，⼯程地点流域特征值，主河道⽐降0.000824.已知流域总⾯积206Km 2，加权平均坡降0.824‰，计算河段下游断⾯集⾬⾯积145.3 Km 2，加权平均坡降1.32‰，主河道长44.2 Km 。
2，设计暴⾬查算（1）求⼗年⼀遇24⼩时点暴⾬量根据⼯程地理位置，查《江西省暴⾬洪⽔查算⼿册》（下同）附图2—4，得流域中⼼最⼤24⼩时点暴⾬量H 24=115mm ；查附图2—5，得Cv24=0.45。
由设计频率P=10%和Cs=3.5Cv 查附表5—2，得Kp 24=1.60。
则⼗年⼀遇24⼩时点暴⾬量H 24（10%）=115?1.60=184.0mm 。
（2）求⼗年⼀遇24⼩时⾯暴⾬量根据计算段流域⾯积F=145.3 Km 2和暴⾬历时t=24⼩时，查附图5—1，得点⾯系数24α=0.983 则⼗年⼀遇⾯暴⾬量为24%)10(24%)10(24α?=H H =184?0.983=180.9mm 。
（3）求设计暴⾬24⼩时的时程分配○1 设计24⼩时暴⾬⾬型以控制时程t ?=3⼩时为例，查附表2—1，得⾬型分配表，如下表1：表1：以3⼩时为时段的⾬型分布表○2查算⼗年⼀遇1，6，3⼩时暴⾬参数根据⼯程地理位置分别查附图2—6和附图2—8，得流域中⼼最⼤6⼩时和1⼩时点暴⾬量，H 6=75mm ，H1=40mm 。
查附图2—7和附图2—9，得Cv 6=0.45，Cv 1=0.45。
防洪工程常用计算公式
(式中：Qm设——洪水设计流量；Fs——设计控制面积；Fz——附近典型水文站的控制面积；Qmz——水文站的标准流量。)
⑵经验公式设计洪水：经验公式有两种计算公式。
一是洪水面积相关法：Qm=KnFn
(式中：Qm——洪水设计流量；Kn——不同重现期的8个洪水频率系数和不同分区的6个地形系数，洪水设计计算系数是28-48个系数；Fn——控制面积，F上面的n是面积系数。面积系数是12-24个，根据地形地貌状况确定。这种计算方法在1000平方公里内可以应用，超过1000平方公里控制面积慎用。在《XXX水文手册》里面可以查到。)
洪水的类型：洪水的类型一般分为六种，一是暴雨洪水，暴雨洪水又分为山洪和泥石流两种。二是融雪洪水，三是冰川洪水，四是冰凌洪水，五是雨雪混合洪水，六是溃坝洪水。
洪水分级：根据国家《水文情报预报规范》，按洪水重现期的大小，把洪水分为常见洪水（8-10年一遇）、较大洪水（10-50年一遇）、大洪水（50-150年一遇）、特大洪水（大于50年一遇
明渠等速流洪水的类型和水力计算要素：
①梯形断面的过水断面面积计算公式：ω=（b+mh）h
(式中：ω——过水断面面积，单位：平方米；b——底宽，单位：米；h——水深，单位：米；m——边坡系数，表示斜坡的垂直距离每增加1米，则水平距离相应增加m米；)
过水断面宽度计算公式：B=b+2mh
⑷蓄满产流：年降雨量充沛，地下水位高，包气带土层不厚，下层容易常达田间持水量，缺水量不大，不容易形成超渗产流，在土壤缺水量满足后全部产生径流的蓄流方式，称为满蓄产流。
⑸汇流过程：降雨或者溃坝形成的洪水，从产生的地点到流域出口断面的汇集过程，称为汇流过程。也可以称为流域汇流。流域汇流分为坡地汇流和河网汇流两个阶段。
洪水计算(推理公式法)
P=00
1.32
33.93
1.80
67.87
2.40
135.74
2.94
271.48
3.78
407.21
4.80
542.95
5.93
644.76
7.19
678.69
8.39
644.76
9.77
542.95
11.81
407.21
14.81
271.48
19.66
135.74
25.18
1.998 2.121 2.305 2.734 2.118 2.212 2.335
499.41 411.02 320.79 194.33 489.36 405.92 317.23
Qm
4.73 4.50 4.23 3.73 4.70 4.49 4.22
验算
ψ
τ
τn3
Qp
0.045936341 0.052548381 0.061999459 0.086334157 0.046416195 0.052274533 0.061536412
Htp
380.79 306.67 232.49 137.59 335.79 281.41 225.67
t=1-6h
Qp
499.41 411.02 320.79 194.33 489.36 405.92 317.23
Wp（万m ³）
1376.06 1094.70 819.68 479.04 1154.25 954.94 755.85
-0.274557823 3.0716779 -0.275104022 3.1915656 -0.275803928 3.3439505 -0.278095567 3.6870571 -0.276682603 3.065531 -0.276322519 3.1814113 -0.277180269 3.3635863
水文学设计洪水计算
灌溉 面积 (104 亩)
150 150 ~ 50 50 ~ 5 5 ~ 0.5
0.5
GB50201-94《防洪标准》，1995年1月1日起实施
水电站装 机容量 (104KW)
120 120 ~ 30 30 ~ 5
5~1 1
其次根据工程的等级、作用和重要性确定建筑物 的级别（1～5）：
工程等别
重大城镇 重大工业区 >500 重要城市 重要工业区 100~500
1~0.33 2~1
100~300 50~100
中等城市 中等工业区 2~100
5~2
20~50
一般城市 一般工业区 5~10
10~5
10~20
第二类防洪标准:
按水利水电工程的等级确定设计洪水：
首先根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性， 确定水利水电枢纽工程等级（如下表所示）：
设计洪水有二个待解决的问题：
1) 按什么标准（设计标准）来选择设计洪水； 2) 确定标准后，如何确定设计洪水的三要素。
对于第一个问题： 设计标准：
一般按工程规模、工程重要性及社会经济 等综合因素，来确定不同的频率洪水作为设计 标准。
1） 防洪设计标准
防洪设计标准：
▲ 第一类：为保障防护对象免除一定洪水 灾害的防洪标准；
2）推求设计洪水的途径：
有以下四种方法： 由流量资料推求设计洪水; 由暴雨资料推求设计洪水; 由水文气象资料推求设计洪水; 利用暴雨等值线图和一些简化公式 估算设计洪水
10. 3. 1 由流量资料推求设计洪水
当设计流域具有一定数量(n30)的实测洪水 资料时，可采用该法推求设计洪水，其推求的思 路和步骤大体与推求设计年径流类似：
洪水资料的审查，以保证资料的可靠性、 一致性和代表性；
设计洪水分析与计算水文与水资源学实验指导
（3）利用简化公式或地区等值线图估算设计洪水
对于缺乏实测资料地区，通常只能利用暴雨等值 线图和一些简化公式等间接方法估算设计洪水。 有关这类图、公式或一些经验数据，在各省（自 治区）编印的暴雨洪水图集（或称暴雨洪水查算 手册）中均有刊载，可供中小流域无资料地区查 用。
我国计算小流域洪水的途径和方法可归纳为两种： 即经验公式与推理公式。
设计洪水计算的目的是通过对暴雨、洪水等资料 的分析，寻求它们的规律，从而对未来长期内的 洪水情势作出切实可靠的预估，推求出在设计地 点将来可能出现的符合设计标准的洪水，为水利 水电工程、水土保持以及其他如铁路、公路、桥 涵、港口、城市等防洪措施的规划设计提供必要 的水文依据。
5.1.2设计洪水的涵义和设计标准
（4）利用水文随机模拟法推求设计洪水
随机模拟法是利用实测资料建立数学模型，然后 模拟出大量的洪水序列，模拟序列的统计参数与 实测序列统计参数一致。
5.2 由流量资料推求设计洪水
当设计流域具有一定数量的实测洪水资料时，可 直接由流量资料通过频率计算推求设计洪水。表 征洪水流量的特征值有洪峰流量和各种时段的洪 水总量。洪水资料的选择原则是应满足频率计算 关于独立随机选择的要求，并符合安全标准。
对无调蓄能力的工程，因对工程起控制作用的是 洪峰流量。所以，只要计算设计洪峰流量；蓄洪 区主要计算设计洪水总量；水库工程洪水的峰、 量、过程对它都有影响，因此，不仅需要计算设 计洪峰及不同时段的设计洪量，而且还需计算出 设计洪水过程线。
设计洪水包括设计洪峰流量、不同时段设计洪量 及设计洪水过程线三个要素。
目前，我国计算设计洪水的方法，根据不同资料条 件和设计要求，可大致分为以下几种类型：
（1）由流量资料推求设计洪水 这种方法与由径流资料推求设计年径流量及其年
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项目二：设计洪水计算
由流量资料推求设计洪水
一、填空题
1．洪水的三要素是指、、。
2．防洪设计标准分为两类，一类是、另一类是。
3．目前计算设计洪水的基本途径有三种，它们分别是、
、。
4．在设计洪水计算中，洪峰及各时段洪量采用不同倍比，使放大后的典型洪水过程线的洪峰及各历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量值，此种放大方法称为。
5．在洪水峰、量频率计算中，洪峰流量的选样采用、时段洪量的选样采用。
6．连序样本是指。
不连序样本是指。
7．对于同一流域，一般情况下洪峰及洪量系列的C V值都比暴雨系列的C V值，这主要是洪水受＿和影响的结果。
二、问答题
1．什么是特大洪水？特大洪水在频率计算中的意义是什么？
2．对特大洪水进行处理时，洪水经验频率计算的方法有哪两种？分别是如何进行计算的？
3．洪水频率计算的合理性分析应从几个方面进行考虑？
4．采用典型洪水过程线放大的方法推求设计洪水过程线，典型洪水过程线的选择原则是什么？
5．采用典型洪水过程线放大的方法推求设计洪水过程线的两种放大方法是什么？分别是如何计算的？
6．在洪水峰、量频率计算工作中，为了提高资料系列的可靠性、一致性和代表性，一般要进行下列各项工作，试在下表的相应栏中用“+”表明该项措施起作用，用“-”表明该项措施不起作用。
三、计算题
1．某水库坝址断面处有1958年至1995年的年最大洪峰流量资料，其中最大的三年洪峰流量分别为 7500 m3/s、 4900 m3/s和 3800 m3/s。
由洪水调查知道，自1835年到1957年间，发生过一次特大洪水，洪峰流量为 9700 m3/s ，并且可以肯定，调查期内没有漏掉 6000 m3/s 以上的洪水，试计算各次洪水的经验频率，并说明理由。
2．某水文站根据实测洪水和历史调查洪水资料，已经绘制出洪峰流量经验频率曲线，现从经验频率曲线上读取三点（2080，5%）、（760，50%）、（296，95%），试按三点法计算这一洪水系列的统计参数。
3．已知设计标准P=1%洪水过程的洪峰、1天、3天洪量和典型洪水的相应特征值及其过程线（见表1和表2），试用同频率放大法推求P=1%的设计洪水过程线（保留三位有效数字，不需修匀）。
表1 设计洪水和典型洪水峰、量特征值
表2 典型洪水过程
由暴雨资料推求设计洪水
一、填空题
1．暴雨资料系列的选样采用。
2．设计暴雨是指。
3．设计暴雨的计算包括两部分内容，和。
4．产流计算方法包括等。
5．汇流计算方法包括等。
二、问答题
1．由暴雨资料推求设计洪水的计算内容是什么？
2．动点动面关系与定点定面关系的含义。
3．如何利用降雨径流相关图计算设计净雨？
4．何谓等流时线，简述等流时线法汇流计算的方法。
5．什么是全面汇流和部分汇流？
三、计算题
1．某流域百年一遇各种时段设计暴雨量如表1，选定的典型暴雨日程分配如表2，试完成表中的设计暴雨过程分配（第（4）栏）。
表1 某流域百年一遇各种时段设计暴雨量
表2 暴雨日程分配表
2．已知24h设计面雨量如表3最大24h典型暴雨过程如下表4，已知Pa= 70mm，Im= 100mm，= 2mm/h，请完成表5。
稳渗率f
c
表3
表4
表5
小流域设计洪水的推求
一、问答题
1．短历时暴雨公式的基本形式是什么？
2．写出全面汇流和部分汇流时用推理公式法求解小流域设计洪峰流量的公式，并说明其中符号的意义和单位。
3．试述推理公式图解法计算洪峰流量的方法步骤。
4．简述小流域推理公式的基本原理和基本假定。
二、计算题
1．利用暴雨概化公式推求设计暴雨量。
已知从等值线图上查得某流域中心雨量
；又查得n
1=0.30，n
2
=0.65，求P=1%及P=2%的6
小时及30分钟的设计暴雨量。
2．某流域在地形图上量得其流域面积F= 136km2，主河槽长L= 16.65km，河道比降
J=7.65‰；暴雨参数n
1=0.55，n
2
=0.70，，损失参
数μ= 3mm/h，汇流参数为0.7。
试计算五十年一遇（P=2%）的设计洪峰流量。