第二章由流量推求设计洪水
由流量资料推求设计洪水
二、设计原则
怎样选择水工建筑物旳设计洪水，涉及一种原则 问题，即设计原则。
我国现行原则：
GB50201-94《防洪原则》 SL252-2023 《水利水电工程等级划分及洪水原则》
水利水电工程等别拟定
水利水电工程建筑物级别拟定
水库工程建筑物防洪原则拟定
水利水电工程防洪原则：
正常利用原则—设计洪水：拟定水库旳设计洪水 位、设计泄洪流量等。不超出这种原则旳洪水来临时， 水库枢纽一切工作维持正常状态。
5、考虑特大洪水时统计参数旳拟定
（1）初步估计参数—矩法
假设系列中n-l年旳一般洪水旳均值为
、均方差为σn-l，在假设它们与除去特大洪水后旳N-
a年总旳一般洪水系列旳均值
、均方差
σN-l 相等，即:
旳条件下可导出： 其中：xj—特大洪水；xi—一般洪水。
Cs值： 对于Cv≤0.5旳地域，Cs=(3～4）Cv； 对于0.5<Cv≤1.0旳地域，Cs=(2.5～3.5） Cv： 对于Cv>1.0旳地域，Cs=(2～3）Cv； 另外，还能够采用权函数法来估计Cs。
目前采用年最大值法选样。
年最大值法选样： 即从资料中逐年选用一种最大流量和固定时段旳 最大洪水总量，构成洪峰流量和洪量系列。
固定时段一般采用1、3、5 、7、15、30天。大 流域、调洪能力大旳工程，设计时段能够取得长些； 小流域、调洪能力小旳工程，能够取得短某些。
三、特大洪水旳处理
1. 特大洪水
某站洪峰流量频率曲线
序号
Ⅰ Ⅱ
合计
特大洪峰流量
2520 2200
4720
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
工程水文水力学思考题和计算题(25题思考问答题,20题计算题答卷)
工程水文水力学思考题和计算题一、思考问答1、水文现象是一种自然现象，它具有什么特性，各用什么方法研究？答：1）成因分析法: 根据水文变化的成因规律，由其影响因素预报、预测水文情势的方法。
如降雨径流预报法、河流洪水演算法等。
2）数理统计法：根据水文现象的统计规律，对水文观测资料统计分析，进行水文情势预测、预报的方法。
如设计年径流计算、设计洪水计算、地区经验公式等。
水文计算常常是二种方法综合使用，相辅相成，例如由暴雨资料推求设计洪水，就是先由数理统计法求设计暴雨，再按成因分析法将设计暴雨转化为设计洪水。
此外，当没有水文资料时，可以根据水文现象的变化在地区分布上呈现的一定规律（水文现象在各流域、各地区的分布规律）来研究短缺和无资料地区的水文特征值。
2、何谓水量平衡？试叙闭合流域水量平衡方程在实际工作中的应用和意义。
答：对任一地区、任一时段进入的水量与输出的水量之差，必等于其蓄水量的变化量，这就是水量平衡原理，是水文计算中始终要遵循的一项基本原理。
依此，可得任一地区、任一时段的水量平衡方程。
对一闭合流域：设P 为某一特定时段的降雨量，E 为该时段内的蒸发量，R 为该时段该流域的径流量，则有：P=R+EC+△U △U为该时段流域内的蓄水量，△U=U1+U 2。
对于多年平均情况，△U ＝0，则闭合流域多年平均水量平衡方程变为：影响水资源的因素十分复杂，水资源的许多有关问题，难于由有关的成因因素直接计算求解，而运用水量平衡关系，往往可以使问题得到解决。
因此，水量平衡原理在水文分析计算和水资源规划的分析计算中有广泛的应用。
如利用水量平衡式可以用已知的水文要素推求另外的未知要素。
例如：某闭合流域的多年平均降雨量，多年平均径流深R=420mm，试求多年平均蒸发量。
-＝600mm。
3、何谓年径流？它的表示方法和度量单位是什么？径流深度、径流总量、平均流量、径流模数的概念及相互关系。
答：一个年度内在河槽里流动的水流叫做年径流。
第二章由流量推求设计洪水
——有历史文献资料可以考证的时期
§2.4 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法
❖ §2.4.1连序和不连序样本系列
连序系列（没有特大洪水值）：大→小排列，无空缺 不连序系列（有特大洪水值）：有空缺
§2.4.2不连序样本系列的经验频率计算
❖计算目的：
估计样本的经验分布，再根据洪水样本点距及
（5）x 、CV、CS对频率曲线的影响
① CV、CS固定，x 改变频率曲线的高低位置 x ↑， 频率曲线位置抬高，且变陡。
x2 x1
（5）x 、CV、CS对频率曲线的影响
② x 、CS固定
CV变大，使频率曲线顺时针旋转
Cv2 Cv1
xx
x CV
则：
x p x (C v 1 ) x (1 pC v)
应用时，根据指定的设计频率p和估计的Cs值查表求 p ，代入
上式即可求得Xp
例：x 800mm，CV=0.5，CS= 1.0 求千年一遇（P=0.1%）的年雨量值。 查表 CS→1，得 =4p.53
x 0 . 1 % x (p C v 1 ) 8 ( 0 4 . 5 0 . 5 3 1 ) =2612mm
Q入Q出W t Q跨 引
§2.2.3 洪水资料的插补展延
❖ 插补展延的目的： 样本容量越大，包含总体分布的信息越多，样本的代
表性越高，当设计站点或断面的洪水资料较少时，就需要 参证本站其他资料、或上下游、干支流其他测站资料或流 域中的暴雨资料，对洪水资料进行插补和展延。
插补展延的方法：
⑴根据上下游测站的洪水特 有实测资料时——相关分析法 征相关关系进行插补展延 无实测资料时——移用法
⑵利用本站峰量关系进行插补展延 洪峰流量→洪水总量；洪水总量→洪峰流量；
水文水利计算考试重点
.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。
郑大工程水文学(05-19)简答题及答案
1、 展延年径流系列的关键是选取参证变量，简述参证变量应具备的条件？ 答：（1）参证变量与设计变量在成因上有密切的联系；（2）参证变量与设计变量有一段相当长的平行观测资料，以便建立相关关系；（3）参证变量必须具有长期的实测资料，以便展延设计站系列使之符合代表性的要求。
2、 何为前期影响雨量？如何计算？计算中应注意哪些问题？答：前期影响雨量a P 是反映本次降雨之前流域土壤干湿程度的一种指标，因此对本次降雨的产流量将产生重要影响。
a P 一般按下式计算：,1t ,=K ()a ta t t P P P 且 ,1a t m P W其计算步骤如下： （1）确定流域蓄水容量m W ；（2）由蒸发资料和m W 确定土壤含水量消退系数t K ；（3）由降雨P 、m W 和t K 按上式计算,1a t P3、 试述设计洪水推求的途径及其适用条件？答：（1）由流量资料推求设计洪水。
当设计断面有足够的实测流量资料时，可用水文统计原理直接由流量系列推求设计洪水。
（2）由暴雨资料推求设计洪水。
当设计断面流量资料不足，但是有比较好的雨量资料时，可根据径流形成原理，由设计暴雨推求设计净雨，再由设计净雨推求设计洪水。
（3）地区综合法推求设计洪水。
当设计流域缺乏降雨-径流资料时，可根据水文地区变化规律采用该办法推求设计洪水。
4、工程水文学在水利水电工程建设的各个阶段有何作用？答：（1）规划设计阶段。
为规划设计工程位置、规模提供设计洪水、设计年径流等水文数据；（2）施工阶段。
为施工设计提供设计水文数据，为指导现场施工，提供施工水文预报；（3）运行管理阶段。
提供各类水文预报成果，确保工程安全和发挥最大效益。
同时还需不断进行水文复核，提供新的情况下的设计水文数据。
5、现行水文频率计算配线法的实质是什么？简述配线法的方法步骤？实质：认为样本的经验分布反应了总体分布的一部分，因此可用配线法推求总体分布。
方法步骤：（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距（纵坐标为变量的取值，横坐标为对应的经验频率）（2）选定水文频率分布线（一般选择皮尔逊Ⅲ型）（3）先采用矩法和其他方法估计出频率曲线参数得初估值X、vC，而s C凭经验初选为vC的某一倍数；（4）根据拟定的X、vC和s C，查书上附表，计算p x值。
根据流量推求设计洪水的几种方法的对比
根据流量推求设计洪水的几种方法的对比
发表时间：2013-10-17T09:54:42.547Z 来源：《赤子》2013年5月下总第282期供稿作者：马成禄[导读] 因此，在实际工作中常同时运用上述三种方法，以矩法和三点法计算作为经验适线法的初值计算，从而提高计算的精度。
吴京朱威丁凯森（郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001）摘要：洪水频率计算是水文工作中的一种重要工作，而P—Ⅲ曲线则是洪水频率计算的一种重要方法。
本文主要研究比较几种不同的计算其参数的方法，通过对比分析得出其各方法的优劣。
关键词：设计洪水；P—Ⅲ曲线；矩法；三点法；经验适线法中图分类号：TV122.1 文献标识码：A 文章编号：1671-6035（2013）05-0000-02 洪水是重要的一种水文现象，实际生活中的许多水利工程都需要研究洪水过程推求设计洪水，研究洪水频率为当地指定防洪、防灾策略提供理论支撑，也为洪水的预警、预测提供参考作用[1]，因此研究洪水频率对水文工作有着重大的意义。
一、研究基础。
(完整版)第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求
第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。
一、资料审查在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且，具备频率分析所必须的某些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等。
除在第三章谈到审查资料的可靠性之外，还要审查资料的一致性和代表性。
为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上。
洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计特性，而洪水的总体又难获得。
一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。
此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文献和系列插补延长等增加洪水列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。
根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水。
二、样本选取河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。
根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。
固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。
大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。
在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。
同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。
(完整版)水文水利计算习题集
项目一：年径流的分析与计算一、填空题1．年径流是指。
2．影响年径流量的因素有和。
3．对同一条河流而言，一般年径流流量系列均值从上游到下游是，变差系数值从上游到下游是。
4．流域的大小对年径流的影响主要通过流域的而影响年径流的变化。
5．为了保证设计年径流计算成果的精度和合理性，必须审查年径流资料的、、。
6．代表性是指。
7.参证变量的选择必须考虑应满足的条件是。
8．偏态系数反映的是。
9．某一年的年径流量与多年平均的年径流量之比称为。
二、问答题1．年径流分析计算的任务是什么？2．三个水文统计参数的含义及其对频率曲线的影响（画图表示）。
3．推求设计年径流量的年内分配时，应遵循什么原则选择代表年？4．简述具有长期实测资料情况下，用设计代表年法推求年内分配的方法步骤？5．缺乏实测资料时，怎样推求设计年径流量？6．日历年度、水文年度、水利年度的涵义各是什么？三、计算题1．某水库坝址集水面积为212500kmF=，流域多年平均年降雨量为mmH1100=，坝址处多年平均流量为smQ/1003=。
要求计算多年平均径流量W、径流深R、蒸发量E、径流模数M、径流系数α。
2．已知某河流某断面的多年平均流量为100m3/s C V=0.20，C S=0.40。
（1）计算十年一遇设计枯水年的年径流量。
（2）计算百年一遇设计丰水年的年径流量。
3．某以发电为主的工程，已求得设计断面处年径流量的统计参数为s m Q /0.503 ，Cv=0.35，C s =2C v 。
要求计算：①设计枯水年（P=90%）和设计平水年（P=50%）的设计年径流量；②根据表1中所列资料选用设计枯水代表年，推求设计年径流量的年内分配；③根据设计平水年年内分配百分比（见表2），推求设计平水年年径流量的年内分配。
3年份月平均流量年平均5678910111212341978~1979 29.7 13.2 60.8 62.7 39.6 59.5 44.2 21.8 10.0 7.8 22.6 17.4 1991~1992 62.8 15.8 7.8 54.4 92.5 6.8 14.9 12.7 13.0 2.0 1.5 52.7 设计枯水年月份(月) 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 全年 平水代表年(%) 4.2 2.3 12.0 18.0 15.7 8.3 10.0 7.6 6.4 4.2 5.3 6.0100 设计平水年(m 3/s)4．已知某站历年（1990~2001）径流资料，见表3。
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研究内容概述
• 研究对象：研究由流量资料推求设计洪水。
• 研究内容：1.洪峰、洪量样本系列的选样，资料的三性审查；
2.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； 3.洪水频率的计算。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究目的：研究由流量资料推求设计洪水，以解决水库、
堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题。
独立同分布假设
水文频率分析计算的任务，就是根据水文变量的样本对总 体进行统计(如估计参数、推求指定标准的设计值等)和推 断(如假设检验、推求置信限等)。
§2.2 洪水资料的分析处理
❖§2.2.1 洪水资料的选样
采用纯随机模型进行洪水频率分析计算，是将连续的流量过 程以年为时段划分开来，使时间坐标离散化，把每年作为一 次实验。根据需要选取一些描述洪水的数字特征，从不同的 角度来反映逐年洪水的特性。
确定性过程 水
文
采用确定性模型描述，以反映其中的必然性规律
现 象 随机性过程
由随机因素和确定性 因素共同作用的模型
随机模型
采用随机性模型描述，以反映其中的偶然性规律
§2.1.2 纯随机模型对水文过程的适用性
纯随机模型 ——假设所研究的水文变量是独立随机地抽自同一客
观总体，而这个总体是通过概率分布函数(或概率密度函数) 来描述的。
§3 设计洪水相关概念
❖ （1）设计洪水的定义：
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。
❖ （2）设计标准（防洪标准）:
工程设计运营期内遭受洪水破坏的概率。用洪水发生 的频率或重现期来定义。
【例】某一水库工程的设计标准是千年一遇，就是指 采用千年一遇的设计洪水作调洪演算所推求的水库 设计洪水位，在未来水库长期运行中，每年库水位 超过该设计水位的概率为1/1000。
❖ （3）建国以来我国推求设计洪水经历了三个阶段
① 历史最大洪水加成法阶段：以历史上发生过的最大洪水再 加一个成数作为设计洪水。
② 频率计算法阶段：以符合某一频率的洪水作为设计洪水， 如百年一遇洪水、千年一遇洪水等。
③ 水文气象法阶段：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。
洪峰流量 Q m
查阅流量过程线得到
指定时段内洪水总量 W t
固定时段的最大洪量，时段长度，可根据洪 水过程的实际历时及水库调节能力确定
样本选择方法
√ 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nk项样 本系列
对永久性建筑物，采用二级标准：正常运用情况，即设计 标准；非正常运用情况，即校核标准。
❖ （6）下游防护对象的防洪标准
下游防护对象的防洪标准根据防护对象的重要性选取。因 为没有水库的安全，也就谈不上下游防护对象的安全，因 此上述水库洪水标准一般都高于防护对象的防洪标准。
❖ （6）设计洪水三要素
✓ 设计洪峰流量 Qm（m3/s）:设计洪水过程线的最大流量。 ✓ 设计洪水总量 W（m3）:为设计洪水的径流总量，从起涨点
❖ （4）水工建筑物的等级和防洪标准
国家根据工程效益、政治及经济各方面的综合考虑，颁布 了按工程规模分类的工程等别和按建筑物划分的防洪标准， 这就是国家《防洪标准》（GB50201-94）和水利部2000年 颁发的编号为SL 252-2000的《水利水电工程等级划分及洪 水标准》。
❖ （5）水工建筑物的洪水设计标准
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。
由气象资料推求设计洪水：根据天气形势和风速、露点、降 水等气象资料，分析和推求可能最大暴雨，然后经流域产流 与汇流计算求出可能最大洪水。
§2.1 水文过程的随机特性描述
❖§2.1.1 水文过程的随机特性 过程——随时间或其他变量连续变化的现象统称为过程。
A上涨，到达峰顶B后流量逐渐减小，到达C点退水结束， 流量过程线ABC下的面积就是洪水总量 W。
✓ 设计洪水过程线:洪水从A到B点的时距t1为涨水历时，从B 到C点的时距t2为退水历时，一般情况下，t2>t1。T=t1+t2， 称为洪水历时。
B
A
C
❖ （7）推求设计洪水的途径
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。
③超定量法
选定阈值 Q m 0 W t 0 ，超过阈值的洪水特征均选作
为样本。
④超大值法
把n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项 洪水特征。
§2.2.2 洪水资料的审查和分析
可靠性审查
审查方法参照水文资料整编方法和要求进行
一致性审查
满足计算样本在统计上的资同分料布还前原提修正
代表性审查
样本特征接近总体特征的程度。
❖ 资料还原修正——将资料改正到同一的基础上，力求使样 本系列具有统一总体分布。
向后还原——流域已建有大型水库，对洪水具有调节作用， 可以把建库前的洪水资料经过水库调洪计算，统一修正成 为已建库情况下的洪水。
向前还原——把建库后的实测资料经过反调节计算，求得未 建库情况下的洪水。
还原公式（水量平衡方程式）
⑵利用本站峰量关系进行插补展延 洪峰流量→洪水总量；洪水总量→洪峰流量；
⑶利用暴雨径流关系插补展延
通过洪水过程线计算洪峰洪量，或建立暴雨量与洪峰洪量的相关关系
⑷根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长
§2.3 历史洪水的调查和考证
❖§2.3.1 洪水调查的意义 ❖§2.3.2历史洪水的实地调查和考证 ❖§2.3.3历史洪水的洪峰和洪量推算
Q入Q出W t Q跨 引
§2.2.3 洪水资料的插补展延
❖ 插补展延的目的： 样本容量越大，包含总体分布的信息越多，样本的代
表性越高，当设计站点或断面的洪水资料较少时，就需要 参证本站其他资料、或上下游、干支流其他测站资料或流 域中的暴雨资料，对洪水资料进行插补和展延。
插补展延的方法：
⑴根据上下游测站的洪水特 有实测资料时——相关分析法 征相关关系进行插补展延 无实测资料时——移用法