分期設(shè)計(jì)洪水

1、第3章 分期設(shè)計(jì)洪水3.1 分期設(shè)計(jì)洪水的定義與目的 分期設(shè)計(jì)洪水是指指年內(nèi)不同季節(jié)或時(shí)期，如豐水期、平水期、枯水期、或其他指定時(shí)期的設(shè)計(jì)洪水。在水庫調(diào)度運(yùn)用、施工期防洪設(shè)計(jì)或其他需要時(shí)，要求計(jì)算分期的設(shè)計(jì)洪水。河流洪水（流量）隨季節(jié)、時(shí)間變化的過程是自然界中的一種復(fù)雜現(xiàn)象，在這種復(fù)雜現(xiàn)象的背后隱藏特定規(guī)律性。它在一定原則下則顯而易見，把滿足這種原則的特定規(guī)律性洪水的年內(nèi)時(shí)間段作為一個(gè)洪水分期。眾所周知，在一年的不同時(shí)期，洪水成因不同，產(chǎn)生的洪水量級(jí)也不同，因此，對(duì)汛期進(jìn)行合理分期，進(jìn)而制定水庫汛限水位，使水庫在不增加防洪風(fēng)險(xiǎn)的前提下增加水庫的防洪與興利效益，有利于水庫的洪水資源化調(diào)度和水庫興

2、利效益的發(fā)揮。3.2 洪水分期的原則洪水分期的劃分原則，既要考慮工程設(shè)計(jì)中不同季節(jié)對(duì)防洪安全和分期蓄水的要求。又要使分期基本符合暴雨和洪水的季節(jié)性變化及成因特點(diǎn)。 （1）同一個(gè)分期內(nèi)，洪水量級(jí)一般相近，洪峰外包值無太大差異。 （2）前后兩個(gè)分期洪水量級(jí)應(yīng)有明顯差異。 （3）分期起終日期界定，應(yīng)使所選的洪水樣本不跨期，避免分割天然洪水過程。（4） 一般分期不宜短于一個(gè)月。3.3統(tǒng)計(jì)方法-洪水分期研究 我國水利部門進(jìn)行汛期分期工作時(shí)，多采用定性概念并部分結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析（如統(tǒng)計(jì)發(fā)生頻次 散布圖等）的途徑來進(jìn)行，分期結(jié)果往往是一個(gè)比較粗略的區(qū)間。 傳統(tǒng)洪水分期采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，為了便于分析，從歷年洪水資料

3、中，將歷年各次洪水以洪峰發(fā)生日期或某一歷時(shí)最大洪量的中間日期為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)洪水的峰量數(shù)值為縱坐標(biāo)，點(diǎn)繪洪水年內(nèi)分布圖，并描繪平順的外包線。從統(tǒng)計(jì)意義上來說，一年中一定時(shí)期內(nèi)，洪水的發(fā)生有比較相似的機(jī)制，即一定量的樣本點(diǎn)矩較集中分布在某一時(shí)間段。然后，根據(jù)這種特性和洪水分期的原則進(jìn)行洪水分期定量劃分洪水分期的時(shí)間段。 采用西寧市水文站1953-1970年月平均流量資料，點(diǎn)繪洪水年內(nèi)分布圖，逐年各旬平均流量統(tǒng)計(jì)表年份旬一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月1953上3.7121.414.413192.947.127.2中8.4548.963.714374.13824.1下21.85

4、1.794.511457.730.623.31954上21.91618.218.418.79.5762.963.513557.938.916.4中20.619.119.417.519.419.374.586.781.748.928.417.5下16.220.321.722.112.525.364.710267.844.82518.81955上15.61520.517.182.535.810190.897.784.949.129.3中1415.222.136.757.527.612368.386.280.538.226.8下15.918.616.228.377.874.578.998.395.7

5、65.432.422.31956上21.619.322.517.916.821.490.636.847.426.715.213.7中19.220.216.920.819.357.336.745.838.825.511.414下1921.117.917.71991.260.16726.52012.7101957上109.8213.85.969.411.274.979.79570.228.920.6中10.410.713.35.4828.213.490.338.313250.523.818.5下9.9112.49.026.6450.413.812753.210840.523.216.51958上1

6、6.113.313.45.897.5935.287.810814578.23727.6中13.414.714.86.521928.850.913111174.234.725.7下13.113.97.768.5916.712472.713788.859.129.325.11959上1920.319.418.919.372.744.594.782.23517.413.5中15.219.525.819.133.652.714087.853.4307.6412.9下17.12023.619.248.860.411878.744.729.41012.61960上12.18.8811.88.685216.

7、39.6311844.96338.322.6中1211.210.912.536.813229537.455.929.920.6下10.612.38.574830.414.174.855.943.948.424.4201961上17.716.218.327.737.98.1544.710212910771.238.7中15.11626.34831.617.476.81691201255532.7下16.117.42354.417.846.493.417294.810147.826.51962上23.620.725.120.526.440.53245.633.244.430.419.4中21.12

8、1.222.325.22119.946.131.133.643.124.917.4下19.624.719.831.325.918.195.536.34936.22314.81963上11.111.720.310.71952.35842.941.940.72919中10.612.816.413.23142.453.136.646.738.322.816.1下10214.612.731.640.541.911846.851.831.819.414.21964上12.311.81613.830.21031108196.676.542.327.6中11.913.418.142.758.464.6112

9、11198.860.835.624.2下10.813.61351.314865.216797.482.351.531.623.51965上21.121.120.614.319.165.846.235.967.352.832.621.1中19.220.521.916.821.922.256.546.657.148.725.917.6下2020.816.124.313.518.739.441.245.140.624.316.61966上17.721.120.79.9916.219.133.731.44050.820.912.98中15.518.518.411.814.59.5925.668.353

10、.442.81610.1下14.718.211.81534.517.5414352.533.11410.11967上10.410.912.316.193.269.751.325017977.953.423.1中1011.622.42213335.68113810283.748.622.6下9.0410.613.45012644.257.815882.369.43423.61968上20.621.228.621.265.622.480.942.472.250.223.416.3中21.620.953.629.543.518.739.423.172.144.718.714.4下23.823.129

11、62.429.314.923.428.654.230.217.111.81969上10.99.7620.67.9422.27.1723.333.21835.514.38.78中10.79.9114.57.7236.29.8116.526.221.824.516.38.2下10.61311.49.5537.513.815.927.938.820.29.657.291970上6.328.6988.217.6863.646.8128151.739.630.412.5中6.837.978.3815.165.350.75.531463546.514.912下7.497.778.9739.836.513.

12、531.587.542.343.813.49.461953-1970年西寧市各旬平均流量散布圖西寧市水文站多年平均年月降水日數(shù)表實(shí)測(cè)資料各月降水日數(shù)（天）年降水日數(shù)年份年數(shù)一二三四五六七八九十十一十二1952-1970192236121215141383292西寧站多年的平均降水量為355.0毫米，降水量年內(nèi)分配不均，連續(xù)最大5個(gè)月降水出現(xiàn)在59月，降水量占全年降水量的70%以上；12月、1112月降水最小，僅占全年降水量的1.5%左右，年內(nèi)降水量最多的月份一般出現(xiàn)在7、8月，月降水量各占全年的43.2%，1月、12月降水量最少僅占全年降水量的0.25%和0.24%。從西寧水文站多年平均月降水

13、量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，該站存在年降水量分配不均的現(xiàn)象，其中夏、秋兩個(gè)季節(jié)降水量豐富，占全年降水量的85%以上。 根據(jù)以上圖、表分析可以看出：(1) 旬平均流量散點(diǎn)的大小基本呈現(xiàn)由弱至強(qiáng)、再由強(qiáng)至弱的規(guī)律性。(2) 洪峰在7=8月出現(xiàn)次數(shù)最多，且洪峰最大，其余各月流量相對(duì)較小，出現(xiàn)頻率也較低。最大的洪峰流量和降水量都出現(xiàn)在8月份。（3） 因此，由圖明顯看出,將汛期月分為三個(gè)期： 7月1日一8月31日為主汛期； 6月1日一6月30日為汛期前； 9月1日一9月30日為汛期后。3.4分期設(shè)計(jì)洪水研究現(xiàn)行分期設(shè)計(jì)洪水模式是在分析流域洪水季節(jié)性規(guī)律的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)和管理要求，把整個(gè)汛期劃分為若干個(gè)分期，然后在

14、分期的相應(yīng)時(shí)段內(nèi)按照一定的選樣方法選出洪水樣本，再進(jìn)行頻率分析，進(jìn)而推求滿足設(shè)計(jì)頻率的分期設(shè)計(jì)洪水。1.選樣方法 分期洪水的選樣，一般是在規(guī)定時(shí)段內(nèi)按年最大值法選擇。由于洪水的出現(xiàn)時(shí)間在多年內(nèi)存在偶然性，各年分期洪水的最大值不一定正好在所定的分期內(nèi)，可能往前或往后錯(cuò)開幾天。因此，在用分期年最大值選樣時(shí)，有跨期和不跨期兩種選樣方法。 一次洪水過程位于兩個(gè)分期內(nèi)時(shí)，視其洪峰或時(shí)段洪量的主要部分位于何期，就作為該期的樣本，而對(duì)另一分期，就不作重復(fù)選樣，這即是不跨期選樣原則?？缙谶x樣是考慮到鄰期中靠近本期一定時(shí)段內(nèi)的洪峰或洪量也可能在本期發(fā)生，所以選樣時(shí)適當(dāng)跨期，將其選做本期的樣本系列，但跨期幅度一般

15、不宜超過5-10日。 歷史洪水應(yīng)按其發(fā)生日期，加入所屬分期。采用跨期選樣的方法完成分期設(shè)計(jì)洪水樣本的選樣，各個(gè)分期的選樣時(shí)間適當(dāng)向前及向后延長 5日，使該分期前后短期內(nèi)大于本分期的最大洪水也能包括在統(tǒng)計(jì)系列之內(nèi)，使得設(shè)計(jì)成果更偏于安全。在選樣中還充分考慮了分期選樣的獨(dú)立性。2. 選樣結(jié)果（以主汛為例） 主汛期選樣結(jié)果年份最大一日流量（m3/s）最大一日洪量(107m3)最大三日洪量(107m3)最大七日流量（107m3)195333.90.15980.42940.9314195428.30.1780.48120.94195537.60.18580.48560.8502195622.30.146

16、0.31710.6872195725.10.15720.41560.8614195826.20.26090.59881.093195930.40.24110.54430.9513196021.20.18920.4450.8467196133.30.21080.56851.1531962200.140.35940.7001196317.80.19790.43290.8405196450.90.2220.57971.192196516.50.08490.22460.4641196614.40.14340.31270.572196736.10.39480.87611.515196816.80.108

17、0.2770.5474196931.90.05060.14310.2891197022.60.24450.61691.1253.分期洪水的頻率分析計(jì)算選樣方法有多種，本文采用年最大值法進(jìn)行選樣。年最大值選樣法即在n年洪水系列中每年選用該年最大值作為樣本。年最大值選樣方法在現(xiàn)行全年設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中采用較為普遍， 且成為設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范的重點(diǎn)內(nèi)容。年最大值選樣的主要優(yōu)點(diǎn)在于其選樣系列彼此是獨(dú)立無關(guān)的，且與其發(fā)生的頻率和重現(xiàn)期緊密結(jié)合在一起，比較直觀明了，缺陷是它每年只選取一個(gè)最大值，對(duì)于一年多場大洪水的情況無法考慮，而在枯水年的取值又明顯偏小。（1） 在考慮歷史洪水時(shí)，其重現(xiàn)期應(yīng)遵循分期洪水系列的原

18、則，在分期內(nèi)考證。分期考證的歷史洪水重現(xiàn)期應(yīng)不短于其在年最大洪系列中的重現(xiàn)期。（2） 將各分期洪水的峰量頻率曲線與全年最大洪水的峰量頻率曲線，畫在同一張幾率格紙上，檢查其相互關(guān)系是否合理。1.洪水頻率曲線線型在水文實(shí)際工作中，目前選擇線型還是經(jīng)驗(yàn)性的，即根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料經(jīng)驗(yàn)頻率分布的情況，選配適當(dāng)?shù)母怕史植寄Ｐ?，并根?jù)所選配的曲線與經(jīng)驗(yàn)分布點(diǎn)據(jù)擬合的好壞判斷理論模型是否適當(dāng)。在我國，20世紀(jì)60年以來，通過對(duì)我國洪水極值資料的驗(yàn)證，認(rèn)為皮爾遜型能較好擬合我國大多數(shù)河流的洪水系列。此后，我國洪水頻率分析一直采用皮爾遜型曲線。2. 頻率曲線參數(shù)估計(jì)在洪水頻率曲線參數(shù)估計(jì)方法中，我國規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定采用適線法。適線法有兩種：一種是經(jīng)驗(yàn)適線法或稱目估適線法；另一種是優(yōu)化適線法。對(duì)于n年連續(xù)系列，采用下列公式計(jì)算各統(tǒng)計(jì)參數(shù)：采用 P-型分布曲線來擬合經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)時(shí)，以離差絕對(duì)值和最小作為基本的適線準(zhǔn)則，并綜合考慮以往的一些經(jīng)驗(yàn)因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。在修正過程中，為了避免主觀任意性，著重考慮以下幾個(gè)基本原則：（1）洪水樣本中各個(gè)洪水點(diǎn)據(jù)均可視為從總體中抽取的樣本，每個(gè)洪水點(diǎn)據(jù)都是樣本系