水文分析與計(jì)算知識(shí)重點(diǎn)

1、1.洪水資料的分析處理洪水資料的分析處理： 洪水資料的選樣洪水資料的審查洪水資料的插補(bǔ)延長(zhǎng)洪水資料代表性分析方法。（一）洪水資料的選樣：（1）年最大值法年最大值法：每年選取一個(gè)最大值，n 年資料可選出n 項(xiàng)年極值，包括洪峰流量和各種時(shí)段的洪量。（2）年多次法：年多次法：每年選取最大的 k 項(xiàng)，則由 n 年資料可選出 n*k 項(xiàng)樣本系列，k 對(duì)各年取固定不變，如 k=3、5 等。（3）超定量法超定量法：選定洪峰流量和時(shí)段洪量的閥值 Qmo、Wto，超過(guò)該閥值的洪水特征均選作為樣本，每年選出的樣本數(shù)目是變動(dòng)的。（4）超大值法超大值法：將 n 年資料看作一連續(xù)過(guò)程，從中選出最大的 n 項(xiàng)。（相當(dāng)于以

2、第 n 項(xiàng)洪水為閥值的超定量法）對(duì)一般水利工程對(duì)一般水利工程： 采用年最大取樣采用年最大取樣； 對(duì)城市雨洪排水和工礦排洪工程對(duì)城市雨洪排水和工礦排洪工程：年多次法。年多次法。（二）洪水資料的審查（ “三性審查三性審查” ）（1 1）可靠性分析：可靠性分析：主要審查由于人為或天然原因的造成的資料錯(cuò)誤或時(shí)空不合理現(xiàn)象。審查的具體內(nèi)容一般包括：1）水位資料的審查：了解水位基準(zhǔn)面的情況，水尺零點(diǎn)高程有無(wú)變化，檢查施測(cè)斷面有無(wú)變動(dòng)。2 2）檢查流量測(cè)驗(yàn)情況檢查流量測(cè)驗(yàn)情況：檢查測(cè)驗(yàn)方法、儀器等情況 。如斷面布設(shè)是否合理、浮標(biāo)測(cè)流系數(shù)是否合理、水位流量關(guān)系有無(wú)問(wèn)題，特別是水位流量關(guān)系曲線的延長(zhǎng)部分是否合理

3、。3）檢查上下游河岸整治、潰堤、分洪、改道、堵口等情況及人類活動(dòng)的情況。（2 2）一致性分析：）一致性分析：樣本是否來(lái)自同一總體。不一致原因不一致原因：1）上游修建水庫(kù)蓄水，改變?cè)烊缓樗?、徑流過(guò)程；2）大洪水情況下分洪或發(fā)生決口、潰堤；3）氣候變化、下墊面覆被/土地利用變化。分析方法分析方法：水量平衡原理修正、相關(guān)關(guān)系修正、水文模型修正。（3）代表性分析：代表性分析：代表性是指樣本與總體接近的程度。其他條件相同時(shí)，樣本容量越小，抽樣誤差愈大；提高樣本代表性的主要途徑是增加樣本長(zhǎng)度增加樣本長(zhǎng)度；方法：歷史洪水調(diào)查、插補(bǔ)延長(zhǎng)歷史洪水調(diào)查、插補(bǔ)延長(zhǎng)、古洪水探測(cè)古洪水探測(cè)。（三）洪水資料的插補(bǔ)延長(zhǎng)（

4、1）根據(jù)上下游測(cè)站的洪水特征值上下游測(cè)站的洪水特征值進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)（2）利用本站峰量關(guān)系站峰量關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)（3）利用降雨徑流關(guān)系降雨徑流關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)（4）根據(jù)相鄰河流測(cè)站的洪水特征值相鄰河流測(cè)站的洪水特征值進(jìn)行延長(zhǎng)注意事項(xiàng)：1）參證站和設(shè)計(jì)站在成因上有密切的聯(lián)系，參證站具有充分長(zhǎng)的資料，兩站有一段相當(dāng)長(zhǎng)的平行觀測(cè)資料2）插補(bǔ)系列的項(xiàng)數(shù)一般不宜超過(guò)實(shí)測(cè)項(xiàng)數(shù) n，最好不超過(guò) n/23）外延不宜太遠(yuǎn)：對(duì)洪水，一般不超過(guò)實(shí)測(cè)資料的 304）相關(guān)密切, 02.洪水調(diào)查的意義：（1）增加樣本容量，提高代表性。 ；（2）代表性愈好，抽樣誤差愈??；（3）只有增加信息量，犯取偽、棄真兩類錯(cuò)誤的概率才能同時(shí)

5、減小。3.不連序系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算：（1）分別處理法（分開(kāi)處理法） ：對(duì)各自系列分別采用期望值公式計(jì)算各自樣本的經(jīng)驗(yàn)頻率。（2）統(tǒng)一處理法：歷史洪水+實(shí)測(cè)資料(包括其中的大洪水）作為一個(gè)樣本統(tǒng)一在 N 中計(jì)算。1）為首的 a 項(xiàng)大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率:1NMPM,aM.21 ，2）實(shí)測(cè)系列中l(wèi)n 項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率：nlmlnlmPPPaam.211)1(，注意：分別（開(kāi)）處理法 、統(tǒng)一處理法對(duì)適線法估計(jì)參數(shù)影響不大。（因?qū)Υ蠛樗蠛樗挠?jì)算兩種方法是一樣的） ；分別（開(kāi)）處理法可能出現(xiàn)“重疊現(xiàn)象重疊現(xiàn)象”4.矩法的原理：用樣本的矩估計(jì)相應(yīng)總體的矩用樣本的矩估計(jì)相應(yīng)總體的矩。（1）連續(xù)樣本：（2）水文中不

6、連序樣本的矩法：5.5.適線法： 適線法是我國(guó)目前生產(chǎn)上一致采用的方法適線法是我國(guó)目前生產(chǎn)上一致采用的方法， 也是洪水規(guī)范也是洪水規(guī)范規(guī)定的方法。規(guī)定的方法。（1）經(jīng)驗(yàn)適線法步驟： 樣本由大到小排列，計(jì)算各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)頻率 ，得經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)在機(jī)率圖上（海森機(jī)率格紙）點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)假設(shè)一套參數(shù)初值)(CsCvQ、一般以矩法估計(jì)的參數(shù)為初值一般以矩法估計(jì)的參數(shù)為初值根據(jù)這套參數(shù)計(jì)算不同頻率 p 下的相應(yīng)設(shè)計(jì)值 Qp,得到所謂的理論點(diǎn)據(jù)（p,Qp） ；)1(CvQQp， 并根據(jù)理論點(diǎn)據(jù)繪出頻率曲線 （理論頻率曲線理論頻率曲線）判斷理論曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合是否理想。如果不理想，再重新假設(shè)一套參數(shù)，重復(fù) ，直到滿意為

7、止。（2 2）參數(shù)對(duì)曲線形狀的影響：）參數(shù)對(duì)曲線形狀的影響：Cv、Cs 相同的情況下，EX 增加曲線整體上移；EX、 Cs 相同的情況下，Cv 愈大曲線愈陡；EX、Cv 相同的情況下，Cs 愈大曲線上端愈彎曲下端愈平緩；（3）經(jīng)驗(yàn)適線法的特點(diǎn)：方法直觀、靈活、可以反映設(shè)計(jì)人員對(duì)資料的經(jīng)驗(yàn)；因人而異，成果不唯一。我國(guó)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范規(guī)定:“適線時(shí)，應(yīng)盡量照顧點(diǎn)群的趨勢(shì)，使曲線通過(guò)點(diǎn)群中心使曲線通過(guò)點(diǎn)群中心。 如點(diǎn)據(jù)缺乏規(guī)律， 可側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)可側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)據(jù)，并使曲線盡量靠近精度較高的點(diǎn)據(jù)。對(duì)于特大洪水，應(yīng)當(dāng)分析它們可能的誤差范圍，不宜機(jī)械地通過(guò)特大洪水而使頻率曲線脫離點(diǎn)不宜

8、機(jī)械地通過(guò)特大洪水而使頻率曲線脫離點(diǎn)群群。 ”6.本站的統(tǒng)計(jì)參數(shù) Cv的對(duì)比分析:（1）對(duì)于調(diào)蓄作用小而連續(xù)暴雨少的河流，Cv隨歷時(shí)的增加而減小。Qm 的 Cv也大于 WT的 Cv。（2）對(duì)于調(diào)蓄作用大且連續(xù)暴雨次數(shù)多的河流，隨歷時(shí)的增加 Cv反而增大，至 T 達(dá)到某一歷時(shí)時(shí) Cv達(dá)到最大值，然后再逐漸減小，在Cv增加的范圍內(nèi)，Qm的 Cv也小于 WT的 Cv。（3）只有當(dāng)峰量關(guān)系是直線時(shí)，Qm的 Cv 與 WT的 Cv才相等。7.安全修正值安全修正值：Xp 估計(jì)的不確定性，為安全計(jì)，在估計(jì)的 Xp 上加個(gè)修正值XpXpXp7 . 0：可靠性系數(shù)，一般取諾模圖，制成BCspCspBBBnCvx

9、Xp),(,在計(jì)算中如果考慮了歷史洪水：n=n+(cd)*(N-n)c反映調(diào)查洪水項(xiàng)數(shù)的系數(shù)： 一項(xiàng)洪水時(shí)， c=0.2； 二或三項(xiàng)時(shí)， c=0.3；三項(xiàng)以上時(shí)，c=0.4d反映調(diào)查洪水精度的系數(shù)：一般，d=0.2；可靠時(shí)，d=0.3；精確時(shí)，d=0.48.水文頻率分析誤差？（1）樣本代表性不足；（2）資料有誤差(歷史洪水調(diào)查的誤差)（可靠性問(wèn)題） ；（3）同總體假設(shè)成立？（4）計(jì)算方法（如適線法）有誤差。 。 。通過(guò)對(duì)成果的合理性進(jìn)行分析，盡可能降低誤差！通過(guò)對(duì)成果的合理性進(jìn)行分析，盡可能降低誤差！第三章第三章防洪安全設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)洪水防洪安全設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)洪水1.風(fēng)險(xiǎn)率代表系統(tǒng)失效的可能性大小，代

10、表災(zāi)害的自然屬性；損失與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、抗洪能力、管理措施。 。 。有關(guān)，代表災(zāi)害的社會(huì)屬性；2.3.防洪設(shè)計(jì)目標(biāo)（兩個(gè)方面） ：工程下游區(qū)防洪安全設(shè)計(jì)工程下游區(qū)防洪安全設(shè)計(jì)： 工程建成后， 下游防洪區(qū)未來(lái)洪水情勢(shì) （防洪斷面的設(shè)計(jì)洪水） 。工程本身防洪安全設(shè)計(jì)工程本身防洪安全設(shè)計(jì)：工程所在地點(diǎn)未來(lái)洪水情勢(shì)（工程位置的設(shè)計(jì)洪水） 。4.設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線擬定流程設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線擬定流程：控制時(shí)段選擇（控制時(shí)段：選擇一個(gè)時(shí)選擇一個(gè)時(shí)段段 tk，按照這個(gè)時(shí)段設(shè)計(jì)洪量構(gòu)成的洪水過(guò)程來(lái)防洪，保證：風(fēng)險(xiǎn)，按照這個(gè)時(shí)段設(shè)計(jì)洪量構(gòu)成的洪水過(guò)程來(lái)防洪，保證：風(fēng)險(xiǎn)率率=設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、各種歷時(shí)）設(shè)計(jì)洪峰洪量計(jì)算（洪峰、控

11、制時(shí)段內(nèi)各種歷時(shí)洪量） 選典型洪水過(guò)程線 （原則、 選擇： 峰高量大峰偏后峰高量大峰偏后）典型洪水過(guò)程放大（同倍比、同頻率）5.兩種放大方法的比較：兩種放大方法的比較：同倍比放大同倍比放大計(jì)算簡(jiǎn)單，常用于峰量關(guān)系好的河流，特別是長(zhǎng)歷時(shí)、多峰的洪水過(guò)程。適用于洪峰或時(shí)段洪量控制的水工建筑物。 （如堤防、分洪區(qū)）同頻率放大同頻率放大：典型洪水作用較小，常用于峰量關(guān)系不夠好，峰型差別大的河流。適用于有調(diào)洪作用的水工建筑物。 （如水庫(kù)）6.地區(qū)組成法：（1）相關(guān)法相關(guān)法：反映平均情況一般用于設(shè)計(jì)斷面以上各地區(qū)洪水組成比例較為穩(wěn)定的情況（2）典型地區(qū)組成同倍比放大法典型地區(qū)組成同倍比放大法：反映實(shí)測(cè)最可

12、能情況適用于洪水地區(qū)組成較復(fù)雜的情況（3）同頻率地區(qū)組成法同頻率地區(qū)組成法：偏于安全情況側(cè)重于安全的方法：保證關(guān)鍵區(qū)域達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7.入庫(kù)洪水與壩址洪水產(chǎn)生條件差異：（1）產(chǎn)流條件改變產(chǎn)流條件改變：庫(kù)面由陸面產(chǎn)流變?yōu)閹?kù)面直接承納降水，入庫(kù)洪水洪量增大。（2）匯流時(shí)間縮短匯流時(shí)間縮短：（3）原河槽調(diào)蓄能力喪失原河槽調(diào)蓄能力喪失：洄水末端到壩址處由原河邊變?yōu)閹?kù)區(qū)河邊，調(diào)蓄能力喪失了。差異：洪峰增高，峰時(shí)提前，歷時(shí)變短。洪峰增高，峰時(shí)提前，歷時(shí)變短。影響差別的因素影響差別的因素：水庫(kù)庫(kù)型，蓄水深度，洄水長(zhǎng)度，庫(kù)區(qū)面積，暴雨中心位置。 。 。河道型水庫(kù)：差別?。缓拥佬退畮?kù)：差別小；湖泊型：差別大。湖泊

13、型：差別大。8.入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的推求：（1）合成流量法合成流量法（2）水量平衡法水量平衡法（3）峰量關(guān)系法峰量關(guān)系法（4）馬斯京根法馬斯京根法9.分期設(shè)計(jì)洪水：都需要一年中分幾個(gè)時(shí)期，分期取年最大值,進(jìn)行各分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法：分期取樣（一般是在規(guī)定時(shí)段內(nèi)按年最大值法選擇）（一般是在規(guī)定時(shí)段內(nèi)按年最大值法選擇）頻率計(jì)算及合理性分析第七章第七章設(shè)計(jì)年徑流及其分配設(shè)計(jì)年徑流及其分配1.在一個(gè)年度內(nèi)，通過(guò)河流出口斷面的水量，叫做該斷面以上流域的年徑流量年徑流量。2.目前我國(guó)設(shè)計(jì)年經(jīng)流計(jì)算中仍然假定年徑流系列：獨(dú)立隨機(jī)同分布獨(dú)立隨機(jī)同分布3.設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算步驟：（1

14、）選定設(shè)計(jì)保證率 p；（2）推求指定 p 的年徑流總量或某時(shí)段總量 Qp；（3）選典型年徑流過(guò)程（逐月過(guò)程） ，根據(jù) Qp 進(jìn)行年內(nèi)分配，得到設(shè)計(jì)年月徑流過(guò)程 Qp(t)。（年總量或某個(gè)時(shí)段總量控制同倍比法同倍比法；多時(shí)段總量控制同頻率法同頻率法）4.大水體對(duì)年徑流年際間的過(guò)度變化起著制約作用。CV（無(wú)水體）CV（有水體）5.相關(guān)展延的注意事項(xiàng)：（1）參證站和設(shè)計(jì)站在成因上有密切的聯(lián)系，參證站具有充分長(zhǎng)的資料，兩站有一段相當(dāng)長(zhǎng)的平行觀測(cè)資料（2）避免輾轉(zhuǎn)相關(guān)(虛假相關(guān))（3）假相關(guān)問(wèn)題：研究相關(guān)時(shí)，必須直接建立原始變量間的相關(guān)（4）外延幅度問(wèn)題：離開(kāi)均值越遠(yuǎn)，插補(bǔ)展延誤差越大；外延的幅度一般不

15、超過(guò) 50，即 0.5*(XmaxXmin )（5）插補(bǔ)的項(xiàng)數(shù)問(wèn)題：要求：n 插補(bǔ)插補(bǔ)n 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)或或 n 插補(bǔ)插補(bǔ)n 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)/26.設(shè)計(jì)代表年的年內(nèi)分配計(jì)算：（1）控制時(shí)段的選擇：灌溉工程：選作物需水期,如整個(gè)需水期：410 月（主要需水期：79月）發(fā)電工程：選枯水期或選整個(gè)水文（利）年（2）選典型：水量相近原則：水量相近，則可能形成條件相差不會(huì)太遠(yuǎn)，這樣用典型年分配情況去代表設(shè)計(jì)情況可能性更大些。對(duì)工程不利原則灌溉工程：選作物需水季節(jié)來(lái)水少的典型發(fā)電工程：選枯水季長(zhǎng)，枯季水少，汛期水相對(duì)多的典型縮放：同倍比或同頻率7.水文比擬法水文比擬法是將參證流域的某一水文特征量移用到設(shè)計(jì)流域的一種方

16、法。（1）選參證流域：氣候及下墊面條件要盡可能相似；有較長(zhǎng)的資料，以保證計(jì)算誤差小。 （2）設(shè)計(jì)流域年徑流量計(jì)算：1）直接移置徑流深直接移置徑流深（參設(shè)yy）條件：參證流域和設(shè)計(jì)流域年降雨量接近雨量接近，面積接近2）考慮雨量改正考慮雨量改正（參參設(shè)設(shè)yxxy） ：該年兩流域降雨有較大差距降雨有較大差距時(shí)時(shí)，不宜直接移用年徑流深，可假定“兩流域的年徑流系數(shù)相等兩流域的年徑流系數(shù)相等”3）移置降雨徑流相關(guān)圖移置降雨徑流相關(guān)圖（特點(diǎn)特點(diǎn)：由于參證流域 YX 關(guān)系是多年資料建立關(guān)系，反映的是一種綜合關(guān)系，消除個(gè)別年份偶然因素的影響。 ）（3）移用參證流域月徑流過(guò)程，根據(jù)設(shè)計(jì)流域的年徑流，同倍比縮放，得

17、設(shè)計(jì)月徑流過(guò)程.8.設(shè)計(jì)枯水徑流計(jì)算：P設(shè)(k/n)*P非9.負(fù)偏（Cs0 為正偏態(tài)分布；CS0 為負(fù)偏態(tài)分布。如果 x 和 CV 一定時(shí)，增大 CS，則頻率曲線頭部變陡，尾部變平，中部向下。.暴雨推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程：推求設(shè)計(jì)暴雨，根據(jù)實(shí)測(cè)暴雨資料，采用系統(tǒng)分析和典型放大法求得；擬定產(chǎn)流方案，推求設(shè)計(jì)凈雨 根據(jù)實(shí)測(cè)暴雨設(shè)計(jì)洪水資料，利用徑流形成的基本原理，通過(guò)成因分析方法求得；擬定流域回流方案，根據(jù)實(shí)測(cè)暴雨設(shè)計(jì)洪水資料，利用回流的概念用成因分析方法求得；推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，由求得的設(shè)計(jì)暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程，再利用流域匯流方案由設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程求得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。.典型洪水過(guò)程線放大方法優(yōu)

18、缺點(diǎn)典型洪水過(guò)程線放大方法優(yōu)缺點(diǎn)：同倍比放大法，同頻率放大法。同倍比放大法是用同一個(gè)倍比值遍乘典型洪水過(guò)程線縱標(biāo)值， 同頻率放大法則用不同的倍比值分別放大峰、量，使放大的過(guò)程線峰、量都符合設(shè)計(jì)頻率。同倍比放大法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單且保持典型洪水過(guò)程線形狀，缺點(diǎn)是峰、量不能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)頻率。同頻率放大法優(yōu)點(diǎn)是峰、量同時(shí)滿足設(shè)計(jì)頻率，對(duì)工程偏于安全，缺點(diǎn)是工作量大，修勻帶有主觀任意性，不保持典型洪水過(guò)程線的形狀。 .缺乏實(shí)測(cè)徑流資料分析計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流：當(dāng)缺乏實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)，應(yīng)設(shè)法確定年徑流量的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)， 均值和 CV 可用等值線圖法或水文比擬法確定， CS/CV的值有地區(qū)規(guī)律，可查水文手冊(cè)的分區(qū)值或參考鄰近流域的值，也可以取 CS=2 CV 。年內(nèi)分配可以用相似流域的代表年推求。.同一條河流上下游斷面，哪個(gè)斷面年徑流量系列的均值大？哪個(gè)斷同一條河流上下游斷面，哪個(gè)斷面年徑流量系列的均值大？哪個(gè)斷面年徑流量系列的面年徑流量系列的 CV 值大？哪個(gè)斷面年徑流量系列的值大？哪個(gè)斷面年徑