注冊土木工程師培訓(xùn)課程工程水文

注冊土木工程師培訓(xùn)課程主講教師:梁國華

第7章工程水文學(xué)根底學(xué)習(xí)要點〔1〕水循環(huán)概念〔2〕水量平衡原理〔3〕工程規(guī)劃設(shè)計和施工、運行管理所需的資料主要來源〔4〕單位線的概念及應(yīng)用〔5〕水文現(xiàn)象的特點及水文統(tǒng)計的背景〔6〕設(shè)計洪水及設(shè)計頻率的概念〔7〕參數(shù)估計、適線法的根本思想和目的〔8〕資料的三性審查：可靠性、一致性和代表性〔9〕推求設(shè)計洪水的樣本選樣方法：年最大法第7章工程水文學(xué)根底7.1工程水文學(xué)主要任務(wù)7.2水文循環(huán)與徑流形成7.3水文測驗與水文資料收集7.4流域產(chǎn)匯流計算7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流第7章工程水文學(xué)根底保護區(qū)域庫區(qū)〔1〕規(guī)劃設(shè)計階段：確定合理的工程規(guī)?！?〕施工階段：確保規(guī)劃設(shè)計的工程付諸實施〔3〕管理運行階段：發(fā)揮工程作用和效益7.1緒論工程水文學(xué)：應(yīng)用于實際工程的水文學(xué)。它研究與工程的規(guī)劃、設(shè)計、施工以及運營管理有關(guān)的水文問題，主要內(nèi)容為水文計算和水文預(yù)報工程水文學(xué)應(yīng)用水利工程實施的三個階段〔1〕規(guī)劃設(shè)計階段：確定合理的工程規(guī)?！?〕施工階段：確保規(guī)劃設(shè)計的工程付諸實施〔3〕管理運行階段：發(fā)揮工程作用和效益7.1緒論水庫名稱密云水庫三峽水庫總庫容43.75億m3393億m3防洪庫容18.97億m3221.5億m3壩頂高程160m185m設(shè)計標準千年設(shè)計洪峰流量:15,200m3/s千年設(shè)計洪峰流量:98,800m3/s工程水文學(xué)應(yīng)用水利工程實施的三個階段〔1〕規(guī)劃設(shè)計階段：確定合理的工程規(guī)模設(shè)計年徑流推求設(shè)計洪水〔2〕施工階段：確保規(guī)劃設(shè)計的工程付諸實施〔3〕管理運行階段：發(fā)揮工程作用和效益7.1緒論工程水文學(xué)應(yīng)用水利工程實施的三個階段〔1〕規(guī)劃設(shè)計階段：確定合理的工程規(guī)模〔2〕施工階段：確保規(guī)劃設(shè)計的工程付諸實施分析整個施工期的來水情勢，以確定臨時建筑物的規(guī)模了解近期更確切的水情，以確定施工的進度，為施工期的防洪平安提供短期洪水預(yù)報〔3〕管理運行階段：發(fā)揮工程作用和效益7.1緒論工程水文學(xué)應(yīng)用水利工程實施的三個階段〔1〕規(guī)劃設(shè)計階段：確定合理的工程規(guī)?！?〕施工階段：確保規(guī)劃設(shè)計的工程付諸實施水文預(yù)報〔指導(dǎo)發(fā)電、防洪等〕通過水文預(yù)報，了解未來一定時期內(nèi)的來水情況，以確定最正確的水調(diào)度運營方案，以充分發(fā)揮工程的效益〔3〕管理運行階段：發(fā)揮工程作用和效益地球水量與分布7.2水文循環(huán)與徑流形成7.2水文循環(huán)與徑流形成〔1〕水循環(huán)：地球上各種水體通過不斷的蒸發(fā)、水汽輸送、冷凝降落、下滲，形成徑流的往復(fù)循環(huán)的過程

主要環(huán)節(jié)：蒸發(fā)、降水、下滲、徑流〔2〕水循環(huán)的作用水循環(huán)使得人類生產(chǎn)和生活不可或缺的水資源具有可再生性途徑及循環(huán)的強弱，決定了水資源的地區(qū)分布及時程變化

〔3〕水循環(huán)分類：大循環(huán)和小循環(huán)大循環(huán)：從海洋蒸發(fā)的水汽，被氣流輸送到大陸而成降水。其中一局部以徑流的形式從河流匯歸海洋；另一局部重新蒸發(fā)返回大氣。這種海陸間的水分交換過程稱為大循環(huán)或外循環(huán)7.2水文循環(huán)與徑流形成小循環(huán)：海洋上蒸發(fā)的水汽在海洋上空凝結(jié)后，以降水的形式落到海洋里，或陸地上的水經(jīng)蒸發(fā)凝結(jié)又降落到陸地上，這種局部的水文循環(huán)稱為小循環(huán)或內(nèi)循環(huán)7.2水文循環(huán)與徑流形成〔4〕水量平衡原理在水循環(huán)過程中，對于任一區(qū)域，任一時段，進入的水量與輸出的水量之差額必等于其蓄水量的變量，這稱為水量平衡原理。7.2水文循環(huán)與徑流形成PERDS

水量平衡法是分析研究水文現(xiàn)象，建立水文要素之間定性或定量關(guān)系，了解其時空變化規(guī)律等主要方法SOID=-水量平衡原理是水文學(xué)的根本原理之一SEPD=-R-即：蒸發(fā)降水植物截留填洼及地面蓄水土壤蓄水地下水蓄水坡面經(jīng)流河網(wǎng)蓄水深層地下水地下徑流流域出流河川徑流形成過程表層徑流或壤中流產(chǎn)流過程匯流過程〔5〕徑流:指降落到流域外表上的雨水，由地面與地下匯入河川，最終流出流域出口斷面的水流7.2水文循環(huán)與徑流形成〔6〕徑流產(chǎn)生過程降雨過程→扣除損失→凈雨過程→流域匯流→流量過程〔7〕徑流產(chǎn)生的兩個階段產(chǎn)流過程：降雨轉(zhuǎn)化為凈雨的過程匯流過程：凈雨轉(zhuǎn)化為河川流量的過程雨量站3雨量站1雨量站2雨量站5雨量站4雨量站8雨量站7雨量站6流域出口斷面〔8〕徑流的表示方法和度量單位徑流表示方法:流量、徑流量、徑流深等7.2水文循環(huán)與徑流形成流量Q

：指單位時間通過河流某一斷面的水量。常用單位為m3/s。流量隨時間的變化過程，用流量過程線來表示

Q

(m3/s)tW流量過程線

徑流總量W

：指時段T內(nèi)通過河流某一斷面的水量。常用單位為m3,億m3

徑流深R:

將徑流量平鋪在整個流域面積上所求得的水層深度，以mm為單位?！?〕水文測驗主要內(nèi)容水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、泥沙其他：下滲量、水溫、冰情、水質(zhì)、地下水流量等7.3水文測驗與水文資料收集〔2〕水文站網(wǎng):水文測站在地理上的分布網(wǎng)

水文站網(wǎng)的作用:單個水文測站觀測到的水文資料，只能代表站址處的水文情況。在流域內(nèi)的一些適當?shù)攸c設(shè)站觀測，對所得水文資料進行整理分析，就可以內(nèi)插出流域內(nèi)任何地點的水文要素的特征值7.3水文測驗與水文資料收集〔3〕水位觀測觀測設(shè)備：水尺和自記水位計兩類觀測基面：青島黃?；妫╞,h）bhAVQ×=式中,Q~流量,m3/s;~斷面平均流速,m/s;

A~過水斷面面積,m2.V7.3水文測驗與水文資料收集〔4〕流量測驗定義：單位時間內(nèi)通過河流某斷面的水量(m3/s)流量主要測量方法流速儀測流浮標法7.3水文測驗與水文資料收集〔5〕蒸發(fā)測驗蒸發(fā)皿〔器〕類型有：E-601型大型蒸發(fā)池φ=5m、A=20m2φ=11.3m、A=100m2蒸發(fā)皿觀測：通過對蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)直接觀測7.3水文測驗與水文資料收集〔6〕降水測驗雨量器：

直接觀測降水量的器具，它由承雨器、漏斗、儲水瓶和雨量杯組成，承雨器口徑為200mm，分辨率為0.1mm自記雨量計稱重式：可連續(xù)記錄降水重量，包括雪、冰雹及混合降水

虹吸式：記錄累積雨量曲線

翻斗式：翻斗每承接0.1mm雨水向記錄器輸送一個脈沖信號較為適用作遙測雨量計〔7〕水文調(diào)查洪水調(diào)查：大洪水造成河道決口、水庫潰壩等災(zāi)害性洪水調(diào)查，調(diào)查工作洪水痕跡、洪水發(fā)生的時間、災(zāi)情測量、洪水痕跡的高程7.3水文測驗與水文資料收集枯水調(diào)查：為了正確擬定設(shè)計最低通航水位，取得枯水資料具有重要意義，枯水調(diào)查的主要目的是取得歷史上曾發(fā)生的最枯水位。水文遙感：污染、藻類繁殖、堤防決口、淹沒范圍、泥沙淤積及河床演變、降水量測定及水情預(yù)報等問題：水文站測得的原始數(shù)據(jù)能否直接應(yīng)用?水文信息處理〔資料整編〕：水文信息的加工、處理過程。即各種水文原始信息，按科學(xué)的方法和統(tǒng)一的格式整理、分析、統(tǒng)計、提煉成為系統(tǒng)、完整、有一定精度的水文資料，供水文水利計算和有關(guān)國民經(jīng)濟部門應(yīng)用。工作內(nèi)容：①收集校核原始數(shù)據(jù)；②編制實測成果表；③確定關(guān)系曲線，推求逐時、逐日值；④編制逐日表及洪水水文要素摘錄表；⑤合理性檢查；⑥編制處理〔整編〕說明書降雨水位流量……7.3水文測驗與水文資料收集〔8〕水文數(shù)據(jù)處理成果的刊布水文年鑒：按全國統(tǒng)一規(guī)定對觀測的數(shù)據(jù)進行處理后的資料，由主管單位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次。1986年起陸續(xù)實行計算機存貯、檢索無資料地區(qū)的水文設(shè)計值推求：水文手冊和水文圖集7.3水文測驗與水文資料收集請問：進行工程設(shè)計時，所需的水文資料主要來源？水文年鑒雨量站3雨量站1雨量站2雨量站5雨量站4雨量站8雨量站7雨量站6流域出口斷面流量Q時間Tm3/s流域出口流量過程在實際調(diào)度需要提前知道這場降雨：洪峰流量流量過程洪水總量或徑流量或凈雨測驗到的流域歷史降雨徑流資料研究：〔1〕產(chǎn)流計算模型與方法；〔2〕匯流計算模型與方法P～RR～Q產(chǎn)流方案P（t）R（t）

場次洪水降雨場次洪水徑流量Q（t）場次洪水流量過程用于設(shè)計條件時，那么可由設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水用于預(yù)報時，那么由實際暴雨預(yù)報洪水匯流方案流域產(chǎn)流方案與匯流方案制定方案應(yīng)用P

Pa=020406080100R450PRT(h)

q

(m3/s)

時段單位線7.4流域產(chǎn)匯流計算2023/11/258:36流域產(chǎn)匯流計算一般需要先對實測暴雨、徑流和蒸發(fā)等資料做一定的整理分析，以便在定量上研究它們之間的因果關(guān)系和規(guī)律產(chǎn)流計算：降雨扣除植物截留、填洼、下滲的損失后，剩余的局部稱為凈雨，凈雨量的計算稱為產(chǎn)流計算產(chǎn)流方案：流域降雨徑流之間關(guān)系的定量描述P（t）降雨過程P～R產(chǎn)流預(yù)報方案R～Q匯流預(yù)報方案R（t）預(yù)報凈雨過程Q（t）預(yù)報流量過程產(chǎn)流計算匯流計算匯流計算：由凈雨推求流域出口斷面流量的過程，稱為匯流計算流域匯流方案：流域凈雨與所形成的出口端面流量過程之間關(guān)系的定量描述7.4.1.1推求流域面雨量的方法108126132563〔1〕算術(shù)平均法當流域內(nèi)雨量站分布較均勻，地形起伏變化不大時，可用算術(shù)平均法求得流域上的平均降水量7.4流域產(chǎn)匯流計算〔2〕垂直平分法：垂直平分法也稱為泰森多邊形法。每個多邊形內(nèi)有一個雨量站，以每個多邊形內(nèi)雨量站的雨量代表該多邊形面積上的降雨量，最后按面積加權(quán)推求流域平均降雨量。

。 。

。

f1

f2

f3

f4

P1P2P3P4Qtabct0

h本次降雨形成的Rs&Rg前次降雨形成的R7.4.1.2次洪徑流量的計算流域出口斷面的實測流量過程線包括:●前期一場降雨產(chǎn)生的局部未退完的徑流量●本次降雨形成的徑流7.4流域產(chǎn)匯流計算7.4流域產(chǎn)匯流計算P相同時，Pa愈大，損失愈小，那么R愈大Pa相同時，P愈大，相對于P損失愈小，徑流系數(shù)愈大，那么R愈大，因此P～R線的坡度隨P的增大而減緩PP

Pa=020406080100mmR450R

在關(guān)系線的上段表現(xiàn)為一組平行線7.4.1.3次洪前期土壤含水量計算)(,1,ttataPPKP+=+7.4.1.4降雨徑流相關(guān)圖建立及應(yīng)用7.4.3流域匯流計算-單位線法(1)單位線的根本概念

單位線：單位時段內(nèi)均勻分布的單位凈雨量所形成的流域出口斷面流量過程線q～t。單位線的凈雨量一般取10mm7.4流域產(chǎn)匯流計算252626242525tqih=10mm

01234567891011121314(時段)

t=3hq(t)①倍比假定假設(shè)單位時段內(nèi)的凈雨不是一個單位,而是n倍個單位，那么它所形成的流量過程線總歷時與單位線底長相等，而流量是單位線的n倍nqitqinhh〔2〕兩個根本假定:①倍比假定;②迭加假定7.4流域產(chǎn)匯流計算問題1：假設(shè)凈雨不是一個單位，即時段凈雨不正好是10mm問題2：凈雨歷時也不是一個時段，而是多個時段凈雨那么如何利用單位線進行匯流計算？②迭加假定假設(shè)凈雨不是一個時段,而是m個時段，那么它們各自所形成的流量過程線之間互不干擾，而總流量過程線等于m個流量過程線相互錯開一個時段的迭加〔2〕兩個根本假定:①倍比假定;②迭加假定7.4流域產(chǎn)匯流計算問題1：假設(shè)凈雨不是一個單位，即時段凈雨不正好是10mm問題2：凈雨歷時也不是一個時段，而是多個時段凈雨那么如何利用單位線進行匯流計算？h1h2h3tR1+R2+R3R2R3R1降雨強度降雨中心位置在流域中上游形成的洪水，匯流路徑長，受流域調(diào)蓄作用大，故洪水過程較平緩，那么此類洪水推求到的單位線過程平緩，峰低且峰現(xiàn)時間偏后，如同圖中，反之亦反

(3)單位線的主要影響因素2)降雨中心位置降雨強度大，那么形成大洪水，一般流速大，匯流快，那么單位線尖瘦、峰高且峰現(xiàn)時間早，如同圖中，反之亦反7.4流域產(chǎn)匯流計算(4)例子如流域暴雨中心在上游的單位線比暴雨中心在下游的單位線〔〕A.峰值小，峰現(xiàn)時間早B.峰值大，峰現(xiàn)時間早C.峰值小，峰現(xiàn)時間遲D.峰值大，峰現(xiàn)時間遲水文現(xiàn)象水文現(xiàn)象是自然現(xiàn)象的一種，在其發(fā)生和演變過程中，包含著必然性的一面，也包著偶然性〔隨機性〕的一面。必然現(xiàn)象是在一定條件下，必然出現(xiàn)或不出現(xiàn)的現(xiàn)象如：降水→徑流偶然現(xiàn)象是在一定條件下，可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)的現(xiàn)象〔隨機現(xiàn)象〕如：河流斷面流量7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法水文統(tǒng)計學(xué)研究的任務(wù)研究和分析水文隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計變化特性，并以此為根底對水文現(xiàn)象未來可能的長期變化做出在概率意義上的定量估計，以滿足工程規(guī)劃、設(shè)計、施工及運營期間的需要。→洪水統(tǒng)計變化規(guī)律新設(shè)計水庫,防洪平安洪水資料→可能洪水估計7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法水文學(xué)主要研究方法：成因分析法，水文統(tǒng)計法7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5.1水文統(tǒng)計研究的背景水文變化過程具有不確定性和隨機性，故可用統(tǒng)計方法探討其概率特性。工程規(guī)劃設(shè)計中從經(jīng)濟與平安的綜合考慮出發(fā)，廣泛地采用設(shè)計頻率與設(shè)計保證率作為決定工程規(guī)模的一項標準的客觀背景進行水文過程頻率分析的目的是推求符合設(shè)計保證率的徑流量過程線或符合設(shè)計頻率的洪水過程線7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法水文頻率分析〔1〕水文頻率曲線概率論中是用概率密度函數(shù)或概率分布函數(shù)來表示隨機變量各種取值的可能性水文頻率分析是通過實際觀測資料的統(tǒng)計來研究水文隨機變量各種取值的可能性在工程的規(guī)劃設(shè)計階段，水文頻率分析的任務(wù)就是找出代表各種水文隨機變量的分布規(guī)律的頻率曲線〔2〕水文頻率分析中常用的分布—皮爾遜Ⅲ型分布皮爾遜Ⅲ型曲線：一端有限一端無限的不對稱單峰曲線，概率密度函數(shù)為7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法提示：一般選配皮爾遜III型分布曲線，是因為經(jīng)驗說明該線型能與我國大多數(shù)地區(qū)水文變量的頻率分布配合良好P—Ⅲ型分布的積分無解析解，實用中制表查用?！?〕頻率P求解方法x、Cv、Cs，由f(x)推求F(x)取標準化變量φ〔離均系數(shù)〕

給定Cs即得到φp和P的對應(yīng)值，制定出φp～Cs～p對應(yīng)數(shù)值表7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5.2.4統(tǒng)計參數(shù)估算〔1〕樣本與總體：隨機變量所取數(shù)值的全體稱為總體，從總體中任意抽取的一局部稱為樣本，樣本中所包括的項數(shù)稱為樣本容量?！?〕水文變量的總體是指自古迄今以至未來的水文系列，現(xiàn)有的水文觀測系列可以當作總體的一個樣本?！?〕參數(shù)估計：用有限的樣本觀測數(shù)據(jù)去估計總體分布線型中的參數(shù)7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法矩法估計參數(shù)用樣本矩估計總體矩，并通過矩和參數(shù)之間的關(guān)系，來估計頻率曲線參數(shù)的一種方法。水文上采用經(jīng)修正〔無偏估計〕后的矩法公式樣本均值樣本標準差樣本變差系數(shù)樣本偏態(tài)系數(shù)7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法〔4〕P—Ⅲ型曲線的應(yīng)用步驟由樣本估計出Cs，查φ值表得出不同P的φp值估計出E(x)、Cv值，通過式求出與各種P相應(yīng)的xp值；繪制頻率曲線7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5.2.5現(xiàn)行水文頻率計算方法—適線法概率數(shù)據(jù)由樣本估計，繪制出來的頻率曲線沒有外延性，需推求理論頻率曲線，獲得各種頻率的設(shè)計值，因此需要配線根據(jù)估計的頻率分布曲線與樣本經(jīng)驗點據(jù)分布配合最正確來優(yōu)選參數(shù)的方法叫做適線法。實質(zhì)是通過樣本的經(jīng)驗分布去探求總體的分布適線法層次清楚，圖象顯明，方法靈活，操作容易，所以在水文計算中被廣泛采用P(X≥xm)=m/(n+1)①水文上用期望值公式估計頻率：P(X≥xm)=m/(n+1)②重現(xiàn)期：指在許多試驗中，某一事件重復(fù)出現(xiàn)的時間間隔的平均數(shù)〔某隨機變量的取值在長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱多少年一遇〕。在工程水文中，重現(xiàn)期用字母T表示，一般以年為單位?！?〕經(jīng)驗頻率7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法目估適線法〔目估配線法〕的原理：根據(jù)經(jīng)驗頻率點據(jù)，找出配合最正確之頻率曲線，相應(yīng)的分布參數(shù)為總體分布參數(shù)的估計值，以此來估計水文要素總體的統(tǒng)計規(guī)律〔2〕目估適線法P(X≥xm)=m/(n+1)目估適線法計算步驟①將實測資料由大到小排列，計算各項的經(jīng)驗頻率，在頻率格紙上點繪經(jīng)驗點據(jù)〔縱坐標為變量的取值，橫坐標為對應(yīng)的經(jīng)驗頻率〕概率數(shù)據(jù)7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法P(X≥xm)=m/(n+1)某站年降水量頻率計算表②選定水文頻率分布線型〔一般選用皮爾遜Ⅲ型〕③先采用矩法或其它方法估計出頻率曲線參數(shù)的初估值、Cv，而Cs憑經(jīng)驗初選為Cv的倍數(shù)概率數(shù)據(jù)7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法〔3〕目估適線法步驟①經(jīng)驗頻率分析可通過調(diào)整、Cv和Cs

點繪頻率曲線。④根據(jù)擬定的、Cv和Cs，查表計算Xp值。以Xp為縱坐標，P為橫坐標，即得到頻率曲線。將此線畫在繪有經(jīng)驗點據(jù)的圖上，看與經(jīng)驗點據(jù)配合情況。假設(shè)不理想，概率數(shù)據(jù)7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法概率數(shù)據(jù)⑤根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)的配合情況，從中選出一條與經(jīng)驗點據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應(yīng)于該曲線的參數(shù)

、Cv和Cs，便看作是總體參數(shù)的估值。⑥求指定頻率的水文變量設(shè)計值7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法知識點總結(jié)：〔1〕目估適線法〔目估配線法〕的原理：根據(jù)經(jīng)驗頻率點據(jù)，找出配合最正確之頻率曲線，是通過調(diào)整、Cv和Cs等分布參數(shù)實現(xiàn)的〔2〕一般選配皮爾遜III型分布曲線，是因為經(jīng)驗說明該線型能與我國大多數(shù)地區(qū)水文變量的頻率分布配合良好〔3〕水文現(xiàn)象的特點：確定性、隨機性和地區(qū)性7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法7.5.3樣本分析通過統(tǒng)計分析來估計某種隨機事件的概率特性，必須要有一個好的樣本作為根底。因此，盡可能地提高樣本資料的質(zhì)量是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。樣本資料的質(zhì)量主要反映在是否滿足以下三方面的要求：資料應(yīng)具有充分的可靠性資料的根底應(yīng)具有一致性樣本系列應(yīng)具有充分的代表性可靠性審查可靠性審查應(yīng)從審查測驗方法、采集成果、處理方法和處理成果著手。一般可從以下幾個方面來進行：①水位資料審查：檢查原始水位資料情況，分析水位過程線形狀，了解當時觀測質(zhì)量，分析有無不合理現(xiàn)象。②水位流量關(guān)系曲線審查：檢查水位流量關(guān)系曲線繪制和延長的方法，分析歷年水位流量關(guān)系曲線的變化情況。③水量平衡審查：根據(jù)水量平衡原理，下游站徑流量等于上游站徑流量加區(qū)間流量。通過水量平衡檢查即可衡量徑流資料精度。審查時應(yīng)特別注意：1949年前的水文資料質(zhì)量較差7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法2023/11/258:36一致性審查應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法進行計算分析時，要求組成系列的水文資料都是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和同一測量斷面上獲取的〔同一成因〕。年徑流系列的一致性是建立在氣候條件和下墊面條件穩(wěn)定性的根底上①氣候條件：變化不是非常顯著，認為徑流系列具有一致性。②人類活動影響下墊面：蓄水、供水、水土保持、引水工程等，改變了天然徑流過程。需考慮徑流的復(fù)原計算，使得全部系列建立在同一根底上。7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法

資料代表性審查指樣本的統(tǒng)計特征能否反映總體的統(tǒng)計特征

。實測年徑流系列是總體的一個隨機樣本。樣本對總體的代表性的好壞反映在樣本的統(tǒng)計參數(shù)與總體統(tǒng)計參數(shù)的接近程度，樣本代表性愈高，那么設(shè)計結(jié)果精度愈好。數(shù)理統(tǒng)計原理當樣本容量愈大，那么抽樣誤差愈小，說明長系列樣本代表性高的可能性要大。實測樣本水文代表性衡量通過與有成因聯(lián)系的更長期的其它系列〔視為近似代表總體〕的分布參數(shù)作比較。7.5水文統(tǒng)計的根本知識及方法QBt1t2TDCtAEQmWQm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水過程中的最大流量；W：一次洪水的總徑流量(m3)，即ABCDE所包圍的面積；A：洪水起漲點；B：洪峰點；C：退水結(jié)束點；

t1：漲水歷時；t2：退水歷時；T：洪水總歷時(T=t1+t2)

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求7.6.1設(shè)計洪水推求〔1〕洪水過程特征要素：洪峰、洪量和洪水過程

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求(2)設(shè)計洪水和設(shè)計標準設(shè)計任何水工建筑物時，都需要選定某一量級的洪水作為設(shè)計依據(jù)，以便確定工程的規(guī)?！，F(xiàn)行的方法是選擇某一頻率〔如1%、0.1%〕的洪水作為設(shè)計依據(jù)，或標準。設(shè)計標準確定后，按標準推求的洪水，稱為設(shè)計洪水。如：在水利工程的規(guī)劃與設(shè)計中，按工程的種類、重要性，將水工建筑物劃分為假設(shè)干等級，根據(jù)不同級別規(guī)定出相應(yīng)的設(shè)計標準。正常運用條件下，根據(jù)設(shè)計洪水，調(diào)節(jié)計算決定水利樞紐工程的設(shè)計洪水位。假設(shè)所設(shè)計的水工建筑物負擔(dān)保護下游地區(qū)的防洪任務(wù)時，還規(guī)定有下游防護對象的防洪標準,但此標準都比大壩的設(shè)計標準低，通過洪水調(diào)節(jié)計算求得相應(yīng)的防洪高水位。2023/11/258:36表7.6.1水庫工程水工建筑物的防洪標準水工建筑物級別防洪標準[重現(xiàn)期（年）]山區(qū)、丘陵區(qū)平原區(qū)、濱海區(qū)設(shè)計校核設(shè)計校核混凝土壩、漿砌石壩及其他水工建筑物土壩、堆石壩11000～5005000～2000可能最大洪水（PMF）或10000～5000300～1002000～10002500～1002000～10005000～2000100～501000～3003100～501000～5002000～100050～20300～100450～30500～2001000～30020～10100～50530～20200～100300～2001050～20等級防護區(qū)人口（萬人）防護區(qū)耕地面積（萬畝）防洪標準[重現(xiàn)期（年）]Ⅰ≥150≥300100～50Ⅱ150～50300～10050～30Ⅲ50～20100～3030～20Ⅳ≤20≤3020～10等級重要性非農(nóng)業(yè)人口（萬人）防洪標準[重現(xiàn)期（年）]Ⅰ特別重要的城市≥150≥200Ⅱ重要的城市150～50200～100Ⅲ中等城市50～20100～50Ⅳ一般城鎮(zhèn)≤2050～20

表7.5.6鄉(xiāng)村防護區(qū)的等級和防洪標準表7.5.5城市的等級和防洪標準

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔3〕設(shè)計洪水計算的內(nèi)容和方法1〕設(shè)計洪水計算的內(nèi)容主要包括設(shè)計洪峰流量、不同時段的設(shè)計洪水總量〔最大一、三、五、七、十五日…〕和設(shè)計洪水過程等三項內(nèi)容。工程特點不同，需要計算的設(shè)計洪水內(nèi)容和重點亦不同。如蓄洪區(qū)、水庫工程，有一定的調(diào)節(jié)庫容，水庫的出流過程與水庫的整個入流過程有關(guān)，不只是與一、兩個入流洪水特征〔如峰或某時段洪量〕有關(guān)。此時，不僅需要計算設(shè)計洪峰流量或某時段設(shè)計洪量，還須計算完整的設(shè)計洪水過程線無調(diào)蓄能力的橋涵、航運為主的渠化工程，調(diào)節(jié)能力低的水庫、徑流式電站等，要求計算設(shè)計洪峰流量，因它對工程起控制作用

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求2〕推求設(shè)計洪水的根本方法①由流量資料推求設(shè)計洪水先求符合一定頻率的設(shè)計洪峰流量和時段設(shè)計洪量，然后通過典型縮放法構(gòu)成一個完整的設(shè)計洪水過程線②由暴雨資料推求設(shè)計洪水假定暴雨與對應(yīng)的洪水同頻率，先推求設(shè)計暴雨，經(jīng)流域產(chǎn)流計算與匯流計算，最后求得設(shè)計洪水。③資料非常少或缺乏推求設(shè)計洪水可用水文比較法、等值線圖法、水力學(xué)公式法等來推求這里僅介紹由流量推求設(shè)計洪水的方法

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔4〕洪水資料的選擇1〕選樣方法：年最大值法每年只選一個最大的量值，如年最大洪峰流量、年最大1天洪量、年最大3天洪量等。假設(shè)有n年實測資料就可以選出n個年最大值組成一個n年系列，作為頻率計算的樣本如果一年中水利工程受到一次洪水襲擊而被破壞，即使破壞時間很短，那么認為該年被破壞了；如果一年中，先后遭受屢次洪水都被破壞，也只認為該年被破壞。故按此方法，每年只要取一個最大洪峰流量或固定時段的最大洪水總量作為樣本點，組成洪水系列。這種確定洪水系列的方法即為年最大值法。t1t2Qt洪水過程線q1水庫下泄能力①最大的統(tǒng)計時段確定結(jié)論：水庫下泄能力小，那么要求庫容大，最大的統(tǒng)計時段長。固定時段習(xí)慣上取長度為1d,3d,5d,7d,10d,15d,…q2水庫下泄能力2〕洪峰流量的選擇3〕洪量的選擇一般采用固定時段選取年最大值(獨立選樣)，洪量統(tǒng)計時段長度可根據(jù)洪水實際歷時和水庫調(diào)節(jié)能力而定。每年只選一個最大的洪峰流量，組成洪峰流量系列〔樣本〕

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求=QmQ(m3/s)Q1Q2Q31d5dt年最大選樣示意圖

②獨立選樣指在同一年中，按不同時段的最大洪量進行選取，互不干擾，各選取全年中的最大值。3d可以在同一場洪水中選取，也可以在不同場洪水中選取，短時段可以包含在長時段中，也可以不包含其中，只需遵守選取“最大〞的原那么。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求連序系列n年實測〔包括插補延長〕的洪水系列，假設(shè)系列中沒有特大值提出進行單獨處理，也沒有歷史特大洪水的參加，無論資料的年份是否連續(xù)，只要確認n年的各項洪水數(shù)值按大到小次序排列，各項之間沒有空缺，序數(shù)是連序的，這樣的系列稱為連序系列連序樣本

序號mQ(m3/s)〔5〕樣本系列頻率計算——連續(xù)系列和不連續(xù)系列

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求不連序系列通過歷史洪水的調(diào)查考證，將歷史特大洪水值與實測的洪水值資料加在一起組成一系列，由于特大洪水值的重現(xiàn)期〔N〕必然大于實測系列的年數(shù)n，而在N-n年內(nèi)各年的洪水值無法查到，即特大洪水值與實測的洪水值之間有一些缺測項，不能判斷由大到小是連續(xù)的，該樣本為不連序系列序號m不連序樣本Q(m3/s)NnN-n空缺

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求說明：所謂的樣本系列“連序〞和“不連序〞，并非指時間的連序與不連序，二者的主要差異僅在于系列內(nèi)的各項數(shù)值由連序樣本序號mQ(m3/s)序號m不連序樣本Q(m3/s)NnN-n空缺大到小排序是否無空缺。假設(shè)無空缺，那么為連序系列，否那么為不連序系列。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

式中，Pm

:大于或等于某一變量的經(jīng)驗頻率;m:變量由大到小排列的序號;n:連序系列中的總項數(shù)。1〕連續(xù)系列的經(jīng)驗頻率計算2〕不連續(xù)系列的經(jīng)驗頻率計算

有二種方法：分別處理法、統(tǒng)一處理法

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求方法一〔分別處理法〕將實測系列與含特大值的系列看作從總體中抽出的二個隨機連序樣本，各項分別在各個系列中排序計算經(jīng)驗頻率：①

n年實測系列按連序系列的經(jīng)驗頻率計算式式中，Pm:第m位洪水的經(jīng)驗頻率；

m:實測洪水自大到小的排列序號，m=1,2,…n；

n:實測洪水的年數(shù)。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求假設(shè)N年中含有項特大洪水的排序已查明，經(jīng)考證無遺漏時，只能計算前項的經(jīng)驗頻率：②

N年包含特大洪水系列式中，PM:大于或等于某特大洪水Qm

值的經(jīng)驗頻率；

M:為特大洪水由大到小排列的序號；

N:為調(diào)查考證期的最遠年份至今的年數(shù)。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求③分別處理法計算經(jīng)驗頻率示意圖

空缺n(實測系列)

N(含特大洪水的系列)

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

將實測系列和特大洪水系列共同組成N年不連序系列，作為一個樣本，各項在N年內(nèi)統(tǒng)一排序。n

(

項中包括了l項)lN方法二〔統(tǒng)一處理法〕n-l

假定在調(diào)查考證期N

年內(nèi)有特大洪水

項，特大洪水中有l(wèi)項發(fā)生在n

年實測系列內(nèi)。如何計算實測系列的經(jīng)驗頻率？

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求①N年中

項特大洪水的經(jīng)驗頻率仍用式:特大洪水

項中包含了實測系列中的特大洪水l

項

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求式中，Pm：n年實測洪水系列中第m位洪水經(jīng)驗頻率；

l：實測洪水系列中抽出作為特大值處理的洪水項數(shù)；

m

：實測的一般洪水的序位,m=l+1,l+2,…nP

：特大洪水第末項M=

的經(jīng)驗頻率；

N：調(diào)查考證期年數(shù)；

：

N年內(nèi)能確定排位的特大洪水項數(shù)。②實測系列中其余的n-l

項為一般洪水，其值不會超過

項特大洪水的經(jīng)驗頻率，因此其經(jīng)驗頻率只能分布在1~PM

范圍內(nèi)，按下式計算:

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔6〕洪水峰量理論頻率分析我國設(shè)計洪水標準規(guī)定，頻率計算采用目估配線法〔即適線法〕。1)線型問題我國統(tǒng)一采用皮-Ⅲ型頻率曲線。采用統(tǒng)一線型是為了便于在相同的根底上進行地區(qū)性綜合分析比較。皮-Ⅲ型頻率曲線不能認為是洪水系列的“理論線型〞，它不過是我國局部地區(qū)與經(jīng)驗頻率點據(jù)配合較好的一種外延工具而已2)矩法參估計數(shù)：均值、變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)

得到：

假定:(n-l)年系列的均值與除去特大洪水后的(N-

)年系列的均值相等:1〕N項不連序系列的洪峰流量均值計算公式該式表示N年系列中的一般洪水洪峰流量之和N年系列中特大洪水洪峰流量之和N年系列中一般洪水洪峰流量之和

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

假定:(n-l)年系列的均方差與除去特大洪水后的(N-

)年系列的均方差相等:2〕N項不連序系列的洪峰流量變差系數(shù)計算公式得到：該式為N年系列中的一般洪水洪峰流量與均值差的平方之和特大洪水洪峰流量與均值差平方之和一般洪水洪峰流量與均值差平方之和

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求3〕不連序系列的偏態(tài)系數(shù)CS一般不作計算，初選CS=KCV作為適線法的第一次的近似值：①對于變差系數(shù)CV0.5的流域：CS=(3~4)CV②對于變差系數(shù)0.5<CV1.0的流域：CS=(2.5~3.5)CV③對于變差系數(shù)CV>1.0的流域：CS=(2~3)CV用以上矩法初估出三個統(tǒng)計參數(shù)后，那么可利用適線法進行配線，從而選出合理的統(tǒng)計參數(shù)。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔6〕洪水峰量理論頻率分析我國設(shè)計洪水標準規(guī)定，頻率計算采用目估配線法〔即適線法〕。1)線型問題我國統(tǒng)一采用皮-Ⅲ型頻率曲線。采用統(tǒng)一線型是為了便于在相同的根底上進行地區(qū)性綜合分析比較。皮-Ⅲ型頻率曲線不能認為是洪水系列的“理論線型〞，它不過是我國局部地區(qū)與經(jīng)驗頻率點據(jù)配合較好的一種外延工具而已2)矩法參估計數(shù)：均值、變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)3〕配線推求理論頻率曲線，確定設(shè)計的均值、變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)。在線型和經(jīng)驗點據(jù)確定后，試湊參數(shù)使曲線與經(jīng)驗頻率點據(jù)看上去配合得最好，此時的參數(shù)就是采用結(jié)果

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔7〕頻率計算成果的抽樣誤差SL44-2006《水利水電工程設(shè)計洪水計算標準》規(guī)定，對大型工程或重要的中型工程用頻率分析計算的校核標準洪水，應(yīng)計算抽樣誤差。經(jīng)綜合分析檢查后，如成果有偏小的可能，應(yīng)加平安修正值，一般不超過計算值的20%。〔8〕計算成果的合理性檢查對洪峰流量及各種歷時的洪量的頻率計算成果，包括各項統(tǒng)計參數(shù)的采用值和各種頻率的設(shè)計值，進行合理性檢查

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔9〕設(shè)計洪水過程線的推求設(shè)計洪水過程線是指具有某一設(shè)計標準的洪水過程線 目前仍采用放大典型洪水過程線的方法，使其洪峰流量和時段洪水總量的數(shù)值等于設(shè)計標準的頻率值，即認為所得的過程線是待求的設(shè)計洪水過程線1〕典型洪水過程線的選擇①選擇資料完整精度較高的洪水過程線②選擇峰高量大的洪水過程線：洪峰流量和洪量接近設(shè)計值的實測大洪水過程線〔希遇洪水情況〕③洪水過程線具有一定的代表性：洪水發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、洪水的歷時、峰量關(guān)系、主峰位置、峰型等均能代表該流域較大洪水特性的實測洪水過程④從防洪平安角度：選擇對工程防洪不利的典型洪水過程線，盡量選擇峰高量大的洪水，而且峰型集中，主峰靠后的過程選取幾個典型，分別放大，經(jīng)調(diào)洪計算，取偏于平安的為典型

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求2〕放大方法同頻率放大法或同倍比放大法①同頻率放大法此法要求放大后的設(shè)計洪水過程線的峰和不同時段〔1天、3天、…〕的洪量均分別等于設(shè)計值。具體做法：先由頻率計算求出設(shè)計的洪峰值和不同時段的設(shè)計洪量值QmP、W1P、W3P…求典型過程線的洪峰和不同時段的洪量QmD、W1D、W3D…，按洪峰、最大1天洪量、最大3天洪量、…的順序，采用以下不同倍比值分別將典型過程進行放大①洪峰放大倍比系數(shù)的計算QmP

為設(shè)計洪峰流量；QmD

為典型洪峰流量②各時段洪量放大系數(shù)的計算

最大3日洪量除最大1日以外其余2日放大倍比W3P

為3日設(shè)計洪量；W3D

為典型1日洪量。W1P

為1日設(shè)計洪量；W1D

為典型1日洪量。

最大1日洪量放大倍比

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求2〕同倍比放大法以峰控制的放大系數(shù)為：

以量控制的放大系數(shù)為：

同倍比放大法計算簡便，適用于防洪平安主要由洪峰或某時段洪量控制的工程。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求總結(jié)：推求設(shè)計洪水的步驟1〕收集相應(yīng)資料，可靠性、一致性、代表性審查2〕選樣：年最大值法，洪峰、固定時段3〕特大值的處理〔連序、不連序〕4〕排序、經(jīng)驗頻率計算、繪點5〕選線型：P-Ⅲ曲線6〕矩法初估統(tǒng)計參數(shù)：均值、Cv、Cs7〕配線：目估適線法，通過調(diào)整均值、Cv、Cs實現(xiàn)8〕確定理論頻率曲線9〕頻率計算成果的抽樣誤差10〕成果合理性檢查11〕典型洪水過程選擇12〕放大典型洪水推求設(shè)計洪水過程〔同倍比和同頻放大法〕并修勻

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求

7.6.2年徑流的推求

在一個年度內(nèi)，通過河流出口斷面的水量，叫做該斷面以上流域的年徑流量。它可用年平均流量、年徑流深、年徑流總量等表示。

年徑流分析計算是水資源利用工程中最重要的工作之一。

設(shè)計年徑流及其時程分配形式對水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計尤為重要，它是衡量工程規(guī)模和確定水資源利用程度的重要指標。

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔1〕年徑流分析計算的內(nèi)容1〕根本資料2〕年徑流量的頻率分析計算3〕提供設(shè)計年徑流的時程分配4〕對分析成果進行合理性檢查2023/11/258:36

7.6設(shè)計洪水與設(shè)計年徑流的推求〔2〕有較長資料時設(shè)計年徑流頻率分析計算所謂較常年徑流系列是指設(shè)計代表站斷面或參證流域斷面有實測徑流系列，其