第六章由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水

第六章由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二優(yōu)選第六章由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如何選擇水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水，涉及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，即設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)：

GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》

SL252-2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二水利水電工程等別確定現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二水利水電工程建筑物級(jí)別確定現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二水庫(kù)工程建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)確定現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

水利水電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)：

正常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)—設(shè)計(jì)洪水：確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄洪流量等。不超過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐一切工作維持正常狀態(tài)。

非常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)—校核洪水：確定水庫(kù)的校核洪水位。這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐的某些正常工作可以暫時(shí)破壞，次要建筑物允許損毀，但主要建筑物必須確保安全。（啟動(dòng)非常溢洪道）現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

三、現(xiàn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基本方法和內(nèi)容

⒈基本方法

⑴頻率計(jì)算法

以符合某一頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水。如百年一遇、千年一遇等。

該方法將洪水作為隨機(jī)事件，根據(jù)概率理論由已發(fā)生的洪水來(lái)推估未來(lái)可能發(fā)生的符合某一頻率標(biāo)準(zhǔn)的洪水作為設(shè)計(jì)洪水。

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⑵水文氣象法

因頻率計(jì)算缺乏成因概念，如果資料太短，用于推求稀遇洪水根據(jù)就很不足。且近年來(lái)，我國(guó)一再出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)的特大洪水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一再提高。

水文氣象法從物理成因入手，根據(jù)水文氣象要素推求一個(gè)特定流域在現(xiàn)代氣候條件下，可能發(fā)生的最大洪水(PMF)作為設(shè)計(jì)洪水?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

2.設(shè)計(jì)洪水的內(nèi)容

設(shè)計(jì)洪峰流量設(shè)計(jì)洪水內(nèi)容：設(shè)計(jì)時(shí)段洪量設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

①對(duì)于橋梁、涵洞、調(diào)節(jié)性能小的水庫(kù)：一般只推求設(shè)計(jì)洪峰流量，如葛洲壩電站，其泄洪閘以設(shè)計(jì)洪峰流量控制（Qm=110000m3/s)。

②對(duì)于大型水庫(kù)：調(diào)節(jié)性能高，可以洪量控制，即庫(kù)容大小主要由洪水總量決定。如三峽水庫(kù)，攔洪庫(kù)容300.2億m3。

③

一般水庫(kù)都以峰和量同時(shí)控制。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

第二節(jié)設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪量的推求

一、資料審查“三性”審查：可靠性、一致性、代表性。1.資料可靠性的審查與改正實(shí)測(cè)洪水資料：對(duì)測(cè)驗(yàn)和整編進(jìn)行檢查，重點(diǎn)放在觀測(cè)與整編質(zhì)量較差的年份。包括水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)、水位流量關(guān)系等。

歷史洪水資料：一是調(diào)查計(jì)算的洪峰流量可靠性；二是審查洪水發(fā)生的年份的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

2.資料一致性的審查與還原所謂洪水資料的一致性，就是產(chǎn)生各年洪水的流域產(chǎn)流和匯流條件在調(diào)查觀測(cè)期中應(yīng)基本相同。

如果發(fā)生了較大的變化，需要將變化后的資料還原到原先天然狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以保證抽樣的隨機(jī)性和能與歷史資料組成一個(gè)具有一致性的系列。

例如：上游建了比較大的水庫(kù)，則應(yīng)把建庫(kù)后的資料通過(guò)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算，修正為未建庫(kù)條件下的洪水?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

3.資料代表性的審查與插補(bǔ)延長(zhǎng)

實(shí)際工作中要求連續(xù)實(shí)測(cè)的洪水年數(shù)一般不少于30年，并有特大洪水加入。

當(dāng)實(shí)測(cè)洪水資料缺乏代表性時(shí)，應(yīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)和補(bǔ)充歷史特大洪水，使之滿足代表性的要求。插補(bǔ)延長(zhǎng)主要是采用相關(guān)分析的方法?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二二、樣本選取河流上一年內(nèi)要發(fā)生多次洪水，每次洪水具有不同歷時(shí)的流量變化過(guò)程，如何從歷年洪水系列資料中選取表征洪水特征值的樣本，是洪水頻率計(jì)算的首要問(wèn)題。

目前采用年最大值法選樣。

現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

年最大值法選樣：即從資料中逐年選取一個(gè)最大流量和固定時(shí)段的最大洪水總量，組成洪峰流量和洪量系列。

固定時(shí)段一般采用1、3、5、7、15、30天。大流域、調(diào)洪能力大的工程，設(shè)計(jì)時(shí)段可以取得長(zhǎng)些；小流域、調(diào)洪能力小的工程，可以取得短一些?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

三、特大洪水的處理

1.特大洪水

①是指實(shí)測(cè)系列和調(diào)查到的歷史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。

歷史上的一般洪水是沒(méi)有文字記載和留下洪水痕跡,只有特大洪水才有文獻(xiàn)記載和洪水痕跡可供查證,所以調(diào)查到的歷史洪水一般就是特大洪水。

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②特大洪水可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期間之內(nèi),也可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期之外。一般地時(shí)，QN可以考慮作為特大洪水處理?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

2、為什么要考慮特大洪水？

目前我們所掌握的樣本系列不長(zhǎng)，系列愈短，抽樣誤差愈大，若用于推求千年一遇、萬(wàn)年一遇的稀遇洪水，根據(jù)就很不足。

如果能調(diào)查到N年（N>>n）中的特大洪水，就相當(dāng)于把n年資料展延到了N年，提高了系列的代表性，使計(jì)算結(jié)果更合理、準(zhǔn)確。現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

3、特大洪水重現(xiàn)期②重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱多少年一遇。

要準(zhǔn)確地定出特大洪水的重現(xiàn)期是相當(dāng)困難的，目前，一般是根據(jù)歷史洪水發(fā)生的年代來(lái)大致推估。

①?gòu)陌l(fā)生年代至今為最大

N=設(shè)計(jì)年份-調(diào)查期發(fā)生年份+1

②從調(diào)查考證的最遠(yuǎn)年份至今為最大N=設(shè)計(jì)年份-文獻(xiàn)考證期最遠(yuǎn)年份+1現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二例6-1：1992年長(zhǎng)江重慶～宜昌河段洪水調(diào)查結(jié)果分析。

①同治九年（1870年）川江發(fā)生特大洪水，沿江調(diào)查到石刻91處，推算得宜昌洪峰流量：

Qm＝110000m3/s

②如此洪水為1870年以來(lái)為最大，則：

N=1992-1870+1＝123（年）

這么大的洪水平均130年左右發(fā)生一次，可能性不大?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二③又經(jīng)調(diào)查，在四川忠縣長(zhǎng)江北岸2km處的選溪山洞中調(diào)查到宋紹興23年（南宋趙構(gòu)年號(hào)）即1153年一次大洪水。

④該洪水小于1870年洪水，通過(guò)調(diào)查還可以肯定自1153年以來(lái)1870年洪水為最大，則1870年洪水的重現(xiàn)期為：N＝1992-1153+1＝840（年）現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

可以看出：這樣確定特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)大的不穩(wěn)定性，要準(zhǔn)確地確定重現(xiàn)期就要追溯到更遠(yuǎn)的年代，但追溯的年代愈遠(yuǎn)，河道情況與當(dāng)前差別越大，記載愈不詳盡，計(jì)算精度愈差，一般以明、清兩代六百年為宜?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

例6-2：河北省滹沱河黃壁莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

過(guò)程:

①

1955年設(shè)計(jì)，資料n=18年：

Q0.1%=12600m3/s；

②

1956年發(fā)生特大洪水Q=13100m3/s，直接加入資料系列（n=19），未做特大洪水處理：

Q0.1%=25900m3/s；現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

③將1956年洪水做特大洪水處理，但不加歷史特大洪水：

Q0.1%=19700m3/s；

④再加入歷史特大洪水（1794、1853、1917、1939）：

Q0.1%=22600m3/s

1963年又發(fā)生了一次特大洪水，

Q=12000m3/s

，加入并做特大洪水處理：

Q0.1%=23300m3/s。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

由此可見：加入特大洪水有助于提高樣本的代表性和設(shè)計(jì)洪水的可靠性。但應(yīng)注意的是，年代越久，由于河流演變等原因，推算的洪峰流量可能存在較大誤差，必須盡可能的從多方面考察、論證?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

4、考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的估算加入特大洪水后，資料系列的特征：

（1）連序系列和不連序系列：

所謂“連序”與“不連序”，不是指時(shí)間上連續(xù)與否，只是說(shuō)所構(gòu)成的樣本中間有無(wú)空位.現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二特大洪水加入系列后，樣本成為不連序系列，其經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算與連序系列不同。

考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算基本上是采用將特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率與一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率分別計(jì)算的方法。

兩種計(jì)算方法：獨(dú)立樣本法、統(tǒng)一樣本法?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二設(shè)：N—?dú)v史調(diào)查期年數(shù)；n—實(shí)測(cè)系列的年數(shù)；l—n年中的特大洪水項(xiàng)數(shù)；

a—N年中能夠確定排位的特大洪水項(xiàng)數(shù)（含資料內(nèi)特大洪水l項(xiàng)）；

m—實(shí)測(cè)系列在n中由大到小排列的序號(hào)，

m=l+1，l+2，...，n；

Pm

—實(shí)測(cè)系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；

PM

—特大洪水第M序號(hào)的經(jīng)驗(yàn)頻率，

M=1，2，...，a。現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

（1）獨(dú)立樣本法

把實(shí)測(cè)一般洪水系列與特大洪水系列都看作是從總體中獨(dú)立抽出的兩個(gè)隨機(jī)連序樣本，各項(xiàng)洪水可分別在各個(gè)系列中進(jìn)行排位。特大洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二實(shí)測(cè)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率仍按連序系列經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算：當(dāng)實(shí)測(cè)系列中含有特大洪水時(shí)，雖然這些特大洪水提到與歷史特大洪水一起排序，但這些特大洪水亦應(yīng)在實(shí)測(cè)系列中占序號(hào)，即實(shí)測(cè)系列的排序?yàn)閙=l+1,l+2,...,n?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二（2）統(tǒng)一樣本法將實(shí)測(cè)系列與特大值系列共同組成一個(gè)不連序系列，作為代表總體的一個(gè)樣本，不連序系列各項(xiàng)可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)統(tǒng)一排位。

特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率仍采用下式：（n-l）項(xiàng)實(shí)測(cè)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

例6-4：特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算。

資料：

某水文站有1935年至1972年的最大洪水資料，其中1949年為最大，并經(jīng)過(guò)考證認(rèn)為該洪水應(yīng)作為特大值處理。另外經(jīng)洪水調(diào)查還查明自1903年以來(lái)70年間的3次大洪水，其大小排序分別為1921、1949、1903年，并能判定沒(méi)有遺漏掉比1903年更大的洪水。同時(shí)，還調(diào)查到1903年以前還有3次大于1921年的特大洪水，其為序依次為1867、1952、1832年，但因年代久遠(yuǎn)，小于1921年的洪水無(wú)法查清，現(xiàn)按上述兩種方法估算各特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

5、考慮特大洪水時(shí)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定

（1）初步估計(jì)參數(shù)—矩法

假設(shè)系列中n-l年的一般洪水的均值為、均方差為σn-l，在假設(shè)它們與除去特大洪水后的N-a年總的一般洪水系列的均值、均方差σN-l相等，即:現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

的條件下可導(dǎo)出：

其中：xj—特大洪水；xi—一般洪水?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

Cs值：

對(duì)于Cv≤0.5的地區(qū)，Cs=(3～4）Cv；對(duì)于0.5<Cv≤1.0的地區(qū)，Cs=(2.5～3.5）

Cv：對(duì)于Cv>1.0的地區(qū)，Cs=(2～3）Cv；此外，還可以采用權(quán)函數(shù)法來(lái)估計(jì)Cs?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二四、頻率曲線線型選擇P-Ⅲ型頻率曲線五、頻率曲線總體參數(shù)估計(jì)

1.經(jīng)驗(yàn)適線法（目估適線法）⑴盡量照顧點(diǎn)群的趨勢(shì)

⑵曲線通過(guò)點(diǎn)群中心

⑶側(cè)重考慮中上部的較大洪水點(diǎn)據(jù)

⑷對(duì)特大洪水作具體分析現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

六、推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量求指定頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。

例6-5：某河水文站實(shí)測(cè)洪峰流量資料共30年，歷時(shí)特大洪水2年，歷時(shí)考證期102年，試用矩法初選參數(shù)進(jìn)行配線，推求該水文站200年一遇的洪峰流量?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二某河水文站洪峰流量經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表（a=2，l=0)序號(hào)洪峰流量PMa=M/(N+1)m/(n+1)(1-PMa)m/(n+1)Pm=PMa+(1-PMa)m/(n+1)Ⅰ25200.01

Ⅱ21000.02

11400

0.0320.0320.05121210

0.0650.0630.0833960

0.0970.0950.1144920

0.1290.1270.1465890

0.1610.1580.1786880

0.1940.1900.2097790

0.2260.2210.2418784

0.2580.2530.2729670

0.2900.2850.30410650

0.3230.3160.33611638

0.3550.3480.36712590

0.3870.3800.39913520

0.4190.4110.43114510

0.4520.4430.46215480

0.4840.4740.49416470

0.5160.5060.52617462

0.5480.5380.55718440

0.5810.5690.58919386

0.6130.6010.62020368

0.6450.6330.65221340

0.6770.6640.68422322

0.7100.6960.71523300

0.7420.7280.74724288

0.7740.7590.77925262

0.8060.7910.81026240

0.8390.8220.84227220

0.8710.8540.87328200

0.9030.8860.90529186

0.9350.9170.937現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二某站洪峰流量頻率曲線現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二序號(hào)特大洪峰流量序號(hào)一般洪峰流量(Xi-X)2(xi-x)2Ⅰ2520114003736489660969Ⅱ2200212102601769388129

3960

139129

4920

110889

5890

91809

6880

85849

7790

41209

8784

38809

9670

6889

10650

3969

11638

2601

12590

9

13520

4489

14510

5929

15480

11449

16470

13689

17462

15625

18440

21609

19386

40401

20368

47961

21340

61009

22322

70225

23300

82369

24288

89401

25262

105625

26240

120409

27220

134689

28200

149769

29186

160801

30166

177241合計(jì)4720

1654263382582882950現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二取Cv=0.7，令Cs=3Cv。查附表2，得不同頻率P的KP值。則QP=KP×Q或查附表1，得不同頻率P的Φ值，用公式計(jì)算QP。參數(shù)估計(jì):現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二第一次適線結(jié)果：某站洪峰流量頻率曲線現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二某站洪峰流量頻率曲線第二次（最終）適線結(jié)果：現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二求200年一遇的洪峰流量？∵P=0.5%，Cv=0.8，Cs=3.5Cv=2.8

查附表，得Kp=4.87

∴Q0.5%=4.87×587=2859m3/s

或：查附表，得Φ=4.84，代入有：Q0.5%=587×（1+0.8×4.84）=2859m3/s現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二

七、設(shè)計(jì)洪水估計(jì)值的抽樣誤差頻率計(jì)算是用有限樣本估算總體的參數(shù)，必然存在誤差。統(tǒng)計(jì)參數(shù)的誤差與所選的頻率曲線線型有關(guān)。當(dāng)總體分布為P-Ⅲ型，對(duì)于n年連序序列，用矩法估計(jì)參數(shù)時(shí)，樣本的均方誤的計(jì)算公式為：現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二均值的相對(duì)誤差為：設(shè)計(jì)洪水xp的均方誤近似公式為：其中：B為CS和P的函數(shù)，查諾模圖。規(guī)范規(guī)定：對(duì)大型或重要的中型工程，應(yīng)計(jì)算校核標(biāo)準(zhǔn)洪水的抽樣誤差。經(jīng)綜合分析檢查，如果成果偏小，應(yīng)加安全修正，一般不超過(guò)計(jì)算值的20%。或現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二八、計(jì)算成果的合理性檢驗(yàn)（1）檢查洪峰、各時(shí)段洪量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與歷時(shí)之間的關(guān)系；一般地：歷時(shí)增長(zhǎng)，均值增大，Cv、Cs一般減小?，F(xiàn)在是49頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期二