水文学(第四章)

M PM N 1
(n-l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：
Pm PMa ml (1 PMa ) n l 1
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
PM ... ...
PMa
m=l+1,l+2,...,n
Pm ... ... P
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
（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：
例：河北省滹沱河黄壁庄水库设计洪水计算：
1955年设计，资料n=18年， Q0.1%=12600m3/s； 1956年发生特大洪水Q=13100m3/s，直接加入资料系列 （n=19），未做特大洪水处理， Q0.1%=25900m3/s； 将1956年洪水做特大洪水处理，但不加历史特大洪水， Q0.1%=19700m3/s； 再加入历史特大洪水（1794、1853、1917、1939）， Q0.1%=22600m3/s；1963年又发生了一次特大洪水 Q=12000m3/s ，加入并做特大洪水处理， Q0.1%=23300m3/s。

“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。
2. 资料一致性的审查与还原 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。
所以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。这样就要研究有特大洪水时的经验 频率和统计参数的计算方法，称为特大洪水处 理。 考虑特大洪水时经验频率的计算基本上是 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。
目前国内有两种计算特大洪水与一般洪水 经验频率的方法：独立样本法、统一样本法。
[例]1992年长江重庆～宜昌河段洪水调查
同治九年（1870年）川江发生特大洪水，沿江调查到石刻 91处， 推算得宜昌洪峰流量Qm＝110000m3/s。 如此洪水为1870年以来为最大，则N=1992-1870+1＝123（年）。 这么大的洪水平均130年就发生一次，可能性不大。
Qm＝110000m3/s
Q(m3/s)

Qm
W1
W3 W5
T=1天
T=3天 T=5天
t(d)
在洪水资料审查中，样本的代表性 要求洪水系列长20～30年，并有特大洪 水加入。
那么下面主要讲什么是特大洪水、为 什么要加入特大洪水、加入特大洪水进 入后如何进行处理等问题
三、特大洪水的处理
1.概述
(1)什么是特大洪水? 特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪水 大得多的稀遇洪水。 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).
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。
由此可见加入特大洪水有助于提高样本的代表性和设计洪水的可 靠性。但应注意的是，年代越久，由于河流演变等原因，推算的洪峰 流量可能存在较大误差，必须尽可能的从多方面考察、论证。
2.考虑特大洪水时经验频率的估算
加入特大洪水后，资料系列的特征： （1）连序系列和不连序系列：
缺测
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。
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，如何从历年洪水系列资料中 选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要 问题。 目前采用年最大值法选样：即从资料中逐年选取 一个最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1、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些；小 流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。
[例6-1]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。
防护对象的防洪标准：
三、 设计洪水的内容
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。
水库泄洪——泄洪建筑物；
死水位Z死和死库容V死；正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴 ；
防洪限制水位Z限和结合库容V结；防洪高水位Z防和防洪库容V防；
设计洪水位Z设和拦洪库容V拦；校核洪水位Z校与调洪库容V调； 水库总库容：V总= V死+ V兴 + V调 - V结
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。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。
二、设计洪水的涵义和设计标准
水库防洪设计的依据。
两类水库防洪问题： 1. 水库本身安全防洪问题，是确定在某一特大 Q～t情况下，为了不使洪水漫溢坝顶造成毁坝 灾害，所需要的坝顶高程等工程规模数据。 如何设计调洪库容和泄洪建筑物？ ——水工建筑物的设计洪水
2. 下游地区防洪问题，一般是水库下游河道要求 水库下泄流量不超过某一流量值。 如何设计防洪库容？ ——防护对象的设计洪水。 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。
1-PMa
PM M N 1
Pm PMa
ml (1 PMa ) n l 1
上述两种方法，我国目前都在使用。 一般说，独立样本法把特大洪水与实测 一般洪水视为相互独立，这在理论上有 些不合理，但比较简单。在特大洪水排 位可能有错漏时，因不互相影响，这方 面讲则是比较合适的。当特大洪水排位 比较准确时，理论上说，用统一样本法 更好一些。
水工建筑物的防洪标准：
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。
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。
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）》 GB50201-94《防洪标准》
Pm m n 1
特大洪水系列的经验频率计算公式为：
M PM N 1
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。
（2）统一样本法 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。 特大洪水的经验频率仍采用下式
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
四、设计洪水的计算途径 1、由流量资料推求设计洪水 适用条件：设计断面有足够的实测流量资料 2、由暴雨资料推求设计洪水 适用条件：设计断面流量资料不足而雨量资料较好 时 3、地区综合法推求设计洪水 适用条件：设计流域（主要是小流域）缺乏降雨径 流资料时