水文水利計(jì)算課件

據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)：我國地表水的總量為2.8萬億m3，居世界第六位（前五位為巴西、蘇聯(lián)、加拿大、美國、印尼）；我國地表水人均占有量僅為2220m3，不到世界平均水平的1/4；1、總量多、人均少2030年人口16億人均水資源量1760m3

國際定義：1700m3為用水緊張的國家第一章緒論第一節(jié)水文水利計(jì)算基本任務(wù)一、我國水資源特點(diǎn)2水量時(shí)、空分布極不均勻時(shí)間上年內(nèi)：季風(fēng)氣候影響為主，汛期連續(xù)四個(gè)月的降水量占全年的60%～80%，約2／3水資源是洪水徑流量；年際：變化劇烈，豐枯不均，連續(xù)的豐、枯水年組出現(xiàn)。空間上我國的年降水量在東南沿海地區(qū)最高，逐漸向西北內(nèi)陸地區(qū)遞減。分成濕潤、半濕潤、半干旱及干旱地區(qū)。

東北東部（濕潤）東南部（濕潤）P>800mm東北平原華北平原青藏高原東南部（半濕潤）P=(400,800)mm內(nèi)蒙古高原黃土高原青藏高原大部分（半干旱）P=(200,400)mm新疆內(nèi)蒙古高原西部青藏高原西北部（干旱）P<200mm濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)干旱區(qū)半干旱區(qū)

水多了：

嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害問題！75.8河南板橋水庫跨壩98年長江大水二、我國水資源問題水少了：嚴(yán)重的干旱問題！黃河上游部分地區(qū)現(xiàn)狀06年重慶百年大旱水臟了：嚴(yán)重的環(huán)境問題?。ㄖ袊春?、黃河、太湖等）更多。。。泥沙淤積，使黃河成為“地上懸河”黃河斷流天數(shù)三、我國水資源的開發(fā)利用

為消除水害變害為利，我國興建了一大批水利工程，遠(yuǎn)有都江堰，現(xiàn)有新安江、三門峽、葛洲壩、小浪底、三峽。。。，形成全國范圍內(nèi)的防洪體系；

建設(shè)和規(guī)劃中的南水北調(diào)工程、廣東東江供水工程、遼寧東水西調(diào)。。。

外江內(nèi)江金剛堤飛沙堰溢洪道魚嘴分水堤寶瓶口新安江水電站三門峽水電站葛洲壩水利樞紐小浪底水利工程

三峽樞紐工程三峽水利樞紐葛洲壩水利樞紐宜昌荊州岳陽武漢荊江分蓄洪區(qū)人民大垸分蓄洪區(qū)洪湖分蓄洪區(qū)長江洞庭湖分蓄洪區(qū)長江中下游防洪系統(tǒng)北金堤滯洪區(qū)黃河濟(jì)南鄭州東平湖滯洪區(qū)黃河下游滯洪區(qū)南京長江蚌埠淮河洪澤湖高郵湖入海水道入江水道蒙洼蓄滯洪區(qū)王家壩閘城西湖蓄滯洪區(qū)城東湖蓄滯洪區(qū)淮河蓄滯洪區(qū)南水北調(diào)線路示意圖大西線西線東線中線三、水文水利計(jì)算基本任務(wù)水文計(jì)算水利計(jì)算提供設(shè)計(jì)洪水（徑流）過程設(shè)計(jì)洪水（徑流）過程的調(diào)節(jié)計(jì)算工程設(shè)計(jì)參數(shù)、方案（設(shè)計(jì)壩高、溢洪道尺寸、裝機(jī)容量、管理運(yùn)行方案。。。）水文水利計(jì)算Z死Z正Z設(shè)V死V興Q泄

基本任務(wù)：研究水文變量的基本規(guī)律，預(yù)估水工建筑物在今后的運(yùn)行期間可能出現(xiàn)的水文情況。為水工建筑物設(shè)計(jì)、施工和管理運(yùn)用必須的水文特征值和工程參數(shù)。

V防設(shè)計(jì)年徑流Yp(t)＋調(diào)節(jié)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水Qp(t)＋調(diào)洪水演算VZZ設(shè)tZ汛ZQtV防入流QP（t）下泄q（t）庫容曲線qZ泄流能力曲線水庫調(diào)度規(guī)則其它資料水庫調(diào)洪演算水利工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段施工階段運(yùn)行管理階段合理確定水文特征值，確定工程規(guī)模（庫容、溢洪道尺寸）板橋石漫灘水庫以歷史調(diào)查洪水1.2Q1921，標(biāo)準(zhǔn)偏低。75.8大暴雨造成潰壩。。。臨時(shí)性建筑物（圍堰、導(dǎo)流明渠、引水隧洞）提供設(shè)計(jì)洪水及分期洪水。提供中長期徑流預(yù)估；確定最佳水庫調(diào)度方案；對(duì)原設(shè)計(jì)成果進(jìn)行復(fù)核；。。。標(biāo)準(zhǔn)不同設(shè)計(jì)成果＋新息

漢江支流褒河水庫，位于漢中地區(qū)，1969年開工，1975年蓄水，拱壩壩高88米。P%0.10.212本次設(shè)計(jì)7200649048504140原設(shè)計(jì)6120559042903720我校參與國內(nèi)多座水庫工程的水文設(shè)計(jì)和復(fù)核工作，如廣東省電力系統(tǒng)水庫的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核,核電站PMP，工程項(xiàng)目防洪評(píng)價(jià)。。。

西北院對(duì)此工程重新進(jìn)行復(fù)核，修改了原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。水庫建成后，1981年出現(xiàn)特大洪水，QM=6200m3/s，比校核標(biāo)準(zhǔn)QP大20%。第二節(jié)、水文水利計(jì)算的主要研究方法水文計(jì)算水利計(jì)算概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)氣象物理成因經(jīng)驗(yàn)方法概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)水量平衡原理大系統(tǒng)、優(yōu)化理論水文水利計(jì)算水文變量的長期預(yù)報(bào)－偶然性為主－數(shù)理統(tǒng)計(jì)－概率預(yù)估水文變量的短期預(yù)報(bào)－必然性為主－數(shù)理方程－確定性預(yù)報(bào)如：水文計(jì)算中利用統(tǒng)計(jì)理論推求指定標(biāo)準(zhǔn)（某一累計(jì)頻率）的設(shè)計(jì)值的流程

樣本選樣及分析滿足統(tǒng)計(jì)上的隨機(jī)、獨(dú)立性要求假設(shè)統(tǒng)計(jì)分布分布中參數(shù)確定成果分析年極值法、統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析

擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法

P-III、Gumbel。。。

參數(shù)估計(jì)方法矩法、適線法。。。

經(jīng)驗(yàn)方法上下游綜合、鄰近地區(qū)綜合例1：某站有自1949～2005年實(shí)測洪峰系列57年，其中1954年洪峰6300m3/s是最大洪峰，1998年洪峰5800m3/s是次大洪峰，1969年洪峰5300m3/s排第三位，1970年1250m3/s為最小洪峰

。根據(jù)歷史洪水調(diào)查，1921年洪峰5700m3/s是自1880至實(shí)測期開始這個(gè)期間的最大洪水。另據(jù)調(diào)查和文獻(xiàn)考證，自1775年以來沒有遺漏比1954年更大的洪水。根據(jù)上述信息對(duì)各年洪水進(jìn)行排位分析。實(shí)測期n=57年…調(diào)查期長度N2=126年

考證期長度N1＝221年

1954年,6300m3/s1998年，5800m3/s1921年，5700m3/s1880年1949年1775年排位序列長度年份排位考證期N1=221年（1775～2005年）19541調(diào)查期N2=126年（1880～2005年）19541（空位）1998219213實(shí)測期n=57（1949～2005年）19541（空位）19982（空位）19693。。。。。。197057洪水排位分析例2：安康站1935～1990年間有56年實(shí)測流量記錄（1939～1942年為插補(bǔ)）,1983年洪峰31000m3/s是其中最大流量。通過調(diào)查和考證，歷史洪水情況表明，安康站大洪水分成3個(gè)量級(jí)：（1）非常洪水

文獻(xiàn)記載1583年洪水沖毀了安康城，而在近600年的連續(xù)文獻(xiàn)記載期間，這是至今最大的一次洪水。同時(shí)通過考證發(fā)現(xiàn)，安康城西有一防洪堤，史稱“萬春堤”，建于（1068~1077年間），證明安康城址至少900余年。在此期間，不可能遺漏其它大洪水的毀城記錄。所以1583年的洪水可確定為自1068年以來900余年的最大洪水。通過實(shí)地調(diào)查，其量級(jí)約在36000～40000m3/s。（2）特大洪水

通過調(diào)查與考證，1583年至今，又發(fā)生了5場量級(jí)接近的洪水，分別是1693年、1770年、1852年、1867年和1983年的洪水，其量級(jí)在在30000～36000m3/s。其中1693年最大，1983年次之，1852最小，而1770與1867誰大誰小難以定位。這5場洪水是否就是1583年后的最大洪水呢？通過文獻(xiàn)考證，1583年大水后安康城一度遷移到地勢較高的城南山腳下(后來又遷回原處)。那末在遷出的這段期間內(nèi)是否發(fā)生比這5個(gè)洪水量級(jí)大的洪水？無從考證。但可以肯定，自1693年后文獻(xiàn)記載連續(xù)，漏掉這一量級(jí)洪水的可能性很小。所以，這5場洪水應(yīng)該以1693～1990年這298年作為其排位期。（3）大洪水

另一類是量級(jí)相對(duì)較小的大洪水，包括1832年、1921年等的洪水，量級(jí)約在25000～30000m3/s。這類洪水在自1693以來的文獻(xiàn)中可能被漏記，但文獻(xiàn)考證發(fā)現(xiàn)，這類洪水從1832年以后被遺漏的可能性不大，所以可以在1832～1990年這159年中排位。洪水分級(jí)調(diào)查、考證期年份排位各級(jí)內(nèi)代表年份及洪峰估值各級(jí)流量范圍估計(jì)(m3／s)年份洪峰流量(m3／s)(a)非常洪水約900年（1068年～1990年）1583115833600036000～40000(b)特大洪水298年（1693年～1990年）16931983186717701852123～43～4519833100030000～36000（c）大洪水159年（1832年～1990年）198318671852192118321（空位）2(空位）3(空位）4519212600025000～30000

第四節(jié)考慮歷史洪水資料信息的洪水頻率

計(jì)算方法一、連序和不連序樣本系列連序樣本（完全樣本）無特大洪水值（歷史洪水調(diào)查或?qū)崪y中大洪水的考證），n年實(shí)測資料由大到小的次序是連續(xù)的。不連序樣本(不完全樣本)

有特大洪水加入，特大洪水與其它洪水間有空位，排序是不連續(xù)的。

……………a實(shí)測期長度n調(diào)查或考證期長度N特大洪水個(gè)數(shù)a,其中實(shí)測洪水個(gè)數(shù)n，其中，缺位二、不連序系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算1、經(jīng)驗(yàn)頻率的概念pxf(x)x1p1x2(p1,x1)(p2,x2)p1p2已知樣本去估計(jì)F(x)或f(x)。經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)（p,x）中的p(稱為經(jīng)驗(yàn)頻率)如何算？？頻率曲線（1）分別處理法（分開處理法）2、計(jì)算公式采用期望值公式（weibull公式）n個(gè)樣本中由大到小排序中第m個(gè)的經(jīng)驗(yàn)頻率分別抽自同一總體的兩個(gè)獨(dú)立的樣本對(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。樣本歷史洪水＋實(shí)測資料中的大洪水（特大值）實(shí)測系列（去掉特大值后）（2）統(tǒng)一處理法歷史洪水+實(shí)測資料(包括其中的大洪水）作為一個(gè)容量為N（歷史洪水或大洪水的調(diào)查考證期長度）的樣本。為首的a項(xiàng)大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率實(shí)測系列中或計(jì)算時(shí)，前l(fā)個(gè)“空位”分別（開）處理法、同一處理法對(duì)適線法估計(jì)參數(shù)影響不大。（因?qū)Υ蠛樗挠?jì)算兩種方法是一樣的）分別（開）處理法可能出現(xiàn)“重疊現(xiàn)象”當(dāng)n相對(duì)較大，而N較小或(和)a較大時(shí)，pa可能大于pm的不合理現(xiàn)象如：N=100,a=4,l=1,n＝60例：三、洪水頻率曲線線型樣本服從什么分布？我國水文變量假定為P-III型分布－－統(tǒng)計(jì)擬合優(yōu)度經(jīng)驗(yàn)確定的我國水文極值變量一般為正偏（Cs>0）四、頻率曲線參數(shù)估計(jì)方法很多，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)研究內(nèi)容。。。1、矩法（1）總體概率分布函數(shù)矩的定義－－－總體矩原點(diǎn)矩：中心矩：常用的前三個(gè)矩：一般，總體的矩與總體概率分布參數(shù)間可以推導(dǎo)出解析關(guān)系這樣，只要能估計(jì)總體的矩，就相當(dāng)于能估計(jì)出其中的參數(shù)矩法的原理：用樣本的矩估計(jì)相應(yīng)總體的矩?？傮w矩樣本矩（無偏或近似無偏）

（2）水文中不連續(xù)樣本的矩法假設(shè)：2、適線法

適線法是我國目前生產(chǎn)上一致采用的方法，也是洪水規(guī)范規(guī)定的方法。適線法計(jì)算機(jī)適線法（3種優(yōu)化準(zhǔn)則）經(jīng)驗(yàn)適線法（目估適線法）（1）經(jīng)驗(yàn)適線法步驟①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)

（pi,Qi）,i=1,2,….n+(a-l)②在機(jī)率圖上（海森機(jī)率格紙）點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)③假設(shè)一套參數(shù)初值一般以矩法估計(jì)的參數(shù)為初值并根據(jù)理論點(diǎn)據(jù)繪出頻率曲線（理論頻率曲線）④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）；P=0.01％、0.05%、0.5％、1%、2％、，，，99％、99.9％理論頻率曲線經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)PQ⑤

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)①～④

，直到滿意為止。

（2）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；

CS大CS小QP％EX增大QP％CV大CV小QP％（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，使曲線通過點(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)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，當(dāng)分析它們可能的誤差范圍，不宜機(jī)械地通過特大洪水而使頻率曲線脫離點(diǎn)群。”第五節(jié)設(shè)計(jì)成果的合理性分析樣本代表性不足；資料有誤差(歷史洪水調(diào)查的誤差)－－（可靠性問題）；同總體假設(shè)成立？計(jì)算方法（如適線法）有誤差。。。頻率計(jì)算誤差？？？通過對(duì)成果的合理性進(jìn)行分析，盡可能降低誤差！一、本站的洪峰及各種歷時(shí)洪量之間對(duì)比

1、頻率曲線對(duì)比分析不同歷時(shí)頻率曲線：相互協(xié)調(diào);不相交。

增加相同的△t，有a＞b

T1+△tT1T1+2△tbbaa2、統(tǒng)計(jì)參數(shù)或設(shè)計(jì)值的對(duì)比分析（1）EX:時(shí)段洪量的均值隨歷時(shí)的增加而增加，增率隨歷時(shí)的增加而減小對(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。（2）Cv: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。只有當(dāng)峰量關(guān)系是直線時(shí)，Qm的Cv與WT的Cv才相等。（3）Cs:規(guī)律不明顯。歷時(shí)Cv歷時(shí)Cv二、上下游及干支流洪水關(guān)系的合理性分析上下游地理、氣候、地形條件一致均值（Qm或WT)從上向下游遞減，而均值模數(shù)則遞增；

Cv自上向下遞減。

站名

包頭

龍竹

陜縣

CV0.270.530.52上游下游

但也有特殊的情況：如黃河自包頭以下暴雨大，地形陡，CV反而自上向下增大。三、其它分析（1）與鄰近河流洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值的地區(qū)分布規(guī)律應(yīng)協(xié)調(diào)

（統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖在鄰近地區(qū)間一般是平滑變化）（2）稀遇設(shè)計(jì)值與國內(nèi)外已發(fā)生的大洪水對(duì)比分析

（0.1%或0.01％的設(shè)計(jì)值不應(yīng)該與相同面積下大洪水的記錄偏高或低較多）（3）從暴雨徑流之間的關(guān)系進(jìn)行分析

洪量的Cv一般大于暴雨的Cv

第六節(jié)安全修正值問題1、設(shè)計(jì)值的抽樣分布

2、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△Xp(X1,X2,…,Xn)

1

也是隨機(jī)變量總體(X1,X2,…,Xn)

i

(X1,X2,…,Xn)

m

(Xp)1

(Xp)i

(Xp)m

。。。。。。f(Xp)

設(shè)計(jì)值Xp的分布在計(jì)算中如果考慮了歷史洪水

n’=n+(c＋d)*(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=0.4圖2－9圖d—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=0.4水文過程確定性因素水文模型（確定性因素＋隨機(jī)性因素共同作用）隨機(jī)性因素

時(shí)變的參數(shù)隨時(shí)間變化

時(shí)不變的參數(shù)不隨時(shí)間變化

非平穩(wěn)的

第一節(jié)水文過程的隨機(jī)特性描述

平穩(wěn)的

依次相關(guān)的

獨(dú)立隨機(jī)的（純隨機(jī)的）總體是無限的，樣本是有限的，用有限樣本估計(jì)無限總體。目前國內(nèi)外工程水文設(shè)計(jì)：水文計(jì)算采用純隨機(jī)模型樣本：獨(dú)立（Independent）同分布（Identical

Distribution）（獨(dú)立隨機(jī)抽自同一總體iid）總體分布型式（函數(shù)）？分布中參數(shù)＝？如何構(gòu)造水文計(jì)算樣本？設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)頻率p（標(biāo)準(zhǔn)）

第二節(jié)洪水資料的分析處理

洪水過程包括是多要素的隨機(jī)過程，水文計(jì)算是選取其中的一些主要特征如洪峰Qm

、某一歷時(shí)t的洪量Wt進(jìn)行分析。一、洪水資料的選樣

(1)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：每年選取最大的k項(xiàng)，則由n年資料可選出nk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:

選定洪峰流量和時(shí)段洪量的閥值Qmo、Wto，超過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。歷時(shí)t的選?。狠^大流域，匯流歷時(shí)長，水庫庫容大，t取較長時(shí)段；較小流域，t取較短時(shí)段；

t=1d,3d,7d,15d,30d…閥值(4)超大值法:將n年資料看作一連續(xù)過程，從中選出最大的n項(xiàng)。相當(dāng)于以第n項(xiàng)洪水為閥值的超定量法。對(duì)一般水利工程：采用年最大取樣對(duì)城市雨洪排水和工礦排洪工程：年多次法各種選樣方法對(duì)最終計(jì)算結(jié)果的影響不大，差別主要對(duì)防洪標(biāo)準(zhǔn)低的情況。

二、洪水資料的審查（“三性審查”）（一）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：

I）水位資料的審查了解水位基準(zhǔn)面的情況，水尺零點(diǎn)高程有無變化，檢查施測斷面有無變動(dòng)。測站基面（凍結(jié)基面）絕對(duì)基面（假定基面）高程系統(tǒng)不同：大連、黃海、廢黃河、吳淞。。。1956年后，規(guī)定統(tǒng)一采用黃?；?1985年又重新規(guī)定，H1985=H1956－0.029(m)

水準(zhǔn)基面2）檢查流量測驗(yàn)情況檢查測驗(yàn)方法、儀器等情況。如斷面布設(shè)是否合理、浮標(biāo)測流系數(shù)是否合理、水位流量關(guān)系有無問題，特別是水位流量關(guān)系曲線的延長部分是否合理。

如：大渡河瀘定站1959—1962年水位流量關(guān)系高水部分明顯偏低，同一水位59-62的Q偏大（59-62年用浮標(biāo)測流）。QZ59-62年歷年

例：遼河萬家峽站降雨徑流系數(shù)，54，55年的明顯偏小.區(qū)間W區(qū)烏江渡江界河原因：發(fā)現(xiàn)江界河浮標(biāo)系數(shù)Kf采用的是0.85，而應(yīng)采用0.9-1.0。例：貴州烏江渡水量平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)原因：上游潰堤分洪。需要還原計(jì)算使之一致。3）檢查上下游河邊整治、潰堤、分洪、改道、堵口等情況及人類活動(dòng)的情況。年份1953195419551956195719581959α0.490.470.460.580.500.530.51例：鴨綠江干流中江站1929—1940年歷年9—11月的逐日水位過程線，發(fā)現(xiàn)1929—1933年的水位比1934～1940年的水位系統(tǒng)偏高，偏高的幅度各年不等，變化在0.26一0.32m范圍內(nèi)。初步分析，懷疑可能是前后兩段使用的高程系統(tǒng)不同。

進(jìn)一步與鄰站對(duì)比分析點(diǎn)繪中江與上游厚昌站和與下游高山站日平均水位相關(guān)圖。1929一1933年和1934～1940年的點(diǎn)據(jù)分布呈兩個(gè)點(diǎn)群。分析表明，中江站前后兩個(gè)時(shí)期的高程系統(tǒng)的確不同，且1929—1933年的水位比實(shí)際水位偏高約0.3m。厚昌站高山站中江站

（二）一致性分析樣本是否來自同一總體。

不一致原因上游修建水庫蓄水，改變原天然洪水、徑流過程；大洪水情況下分洪或發(fā)生決口、潰堤。。。

分析方法水量平衡原理修正；相關(guān)關(guān)系修正。。。例：某水庫建庫前后的流量一致性修正。（1）先將建庫后觀測的出庫流量轉(zhuǎn)換成入庫流量。采用水量平衡方程（忽略計(jì)算時(shí)段內(nèi)庫內(nèi)損失及水面直接接納的降雨等次要因素）：日期水庫水位H(m)（3）庫容W(億m3)（4）ΔW(億m3)（5）ΔW/Δt(m3/s)（6）出庫流量Q出(m3/s)（7）出庫流量Q入(m3/s)（8）壩址流量Q壩(m3/s)（9）日（1）時(shí)（2）789┆812162004812162004┆┆145.53145.68146.01147.21149.28150.88151.74152.18152.44152.70152.97153.20┆┆7.0397.0847.1837.5538.2388.8189.1199.2839.3849.4849.5839.670┆┆0.0070.0450.0990.3700.6850.5800.3010.1640.1010.1000.0990.087┆┆48.631268725694757402820901139701694688604┆┆348319359361396398372359345332319288┆┆397631105029305150443024601500105010301010892┆┆39745168614003089450838892594168412251080996┆（2）再將入庫洪水轉(zhuǎn)換為壩址斷面（原測流斷面）洪水。采用馬氏京根法這是將建庫后的洪水還原成建庫前的洪水－－－向前還原也可以建庫前的洪水還原成建庫后的洪水－－－向后還原

（三）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。

有限樣本X1,X2,…,Xn無限總體存在“抽樣誤差”提高樣本代表性的主要途徑：增加樣本長度。方法：插補(bǔ)延長；歷史洪水調(diào)查、古洪水探測。。。例：三峽水庫的設(shè)計(jì)洪水，按千年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。依據(jù)的是宜昌站實(shí)測洪水系列（從1887年開始至1992年計(jì)算,共114年）。

調(diào)查歷史洪水調(diào)查歷史洪水通過歷史洪水調(diào)查，得到至1153年的若干歷史特大洪水信息。其中，1870年洪水是1153年～1992年共840年以來的最大洪水。將調(diào)查考證的歷史洪水加入到實(shí)測洪水系列共同組成樣本，擴(kuò)大了樣本信息，提高了代表性。通過古洪水探測，表明1870年洪水可能是2500年以來的最大洪水。這樣1870年洪水的極端性進(jìn)一步得到證實(shí)。樣本代表性的分析不能由自身來評(píng)判。可以根據(jù)參證站樣本的代表性來間接分析。參證站設(shè)計(jì)站nnN參證站n的樣本是否能代表N段（N足夠大）？以此推斷設(shè)計(jì)站n樣本的代表性。三、洪水資料的插補(bǔ)延長（一）根據(jù)上下游測站的洪水特征值進(jìn)行插補(bǔ)延長1、如兩者集水面積△F＜3％，則可直接移用。2、如兩者集水面積3％＜△F＜10％~20％，則可通過面積修正插補(bǔ)。公式：Qs=Qo*(Fs/Fo)nQs、Qo----設(shè)計(jì)斷面和參證斷面洪峰或洪水總量

Fs、Fo----設(shè)計(jì)斷面和參證斷面流域面積

n----對(duì)洪峰，大中流域n=0.5~0.7，小流域0.7<n<1.0

對(duì)洪量，可取n=1.設(shè)計(jì)站參證站3、當(dāng)設(shè)計(jì)斷面上下游站不遠(yuǎn)處各有參證站并有同期觀測資料，則按照面積比線性插值：

Qs=Qu+(Qd-Qu)

Fs-FuFd-FuusdQu、Qd—分別代表上游和下游洪峰流量或洪量

Fu、Fd—分別代表上游和下游集水面積

（二）利用本站峰量關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)延長對(duì)于面積較小流域，暴雨分布均勻，匯流時(shí)間短，峰量關(guān)系常呈單一關(guān)系，則可建立本站同次洪水峰與量的關(guān)系。由調(diào)查到歷史Qm或由其它相關(guān)求得的缺測年份的Qm可插補(bǔ)其相應(yīng)的量。

QWT

對(duì)于面積大的流域，峰量關(guān)系受到降雨歷時(shí)、分布和峰型的影響，因此常引進(jìn)適當(dāng)?shù)膮?shù)建立峰量關(guān)系。（三）利用降雨徑流關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)延長一般用XT~WT（Qm)建立相關(guān)關(guān)系，一般雨量資料長，可由雨量來插補(bǔ)流量資料。XTWT（Q）（四）根據(jù)相鄰河流測站的洪水特征值進(jìn)行延長若有與設(shè)計(jì)流域自然地理特征相似、暴雨洪水成因—致的鄰近流域，如果資料表明該流域同次洪水的各特征值與設(shè)計(jì)流域的洪水特征之間確實(shí)存在良好的相關(guān)關(guān)系，也可用來插補(bǔ)延長。

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，參證站具有充分長的資料，兩站有一段相當(dāng)長的平行觀測資料（2）避免輾轉(zhuǎn)相關(guān)(虛假相關(guān))

如圖，需要由資料長的A站插補(bǔ)設(shè)計(jì)站D站.ABCD由A~B,B~C,C~D,達(dá)到AD.輾轉(zhuǎn)相關(guān):CDAA~D關(guān)系不佳。B（3）插補(bǔ)系列的項(xiàng)數(shù)一般不宜超過實(shí)測項(xiàng)數(shù)，最好不超過n/2（4）外延不宜太遠(yuǎn)一般不超過實(shí)測資料的30％（5）相關(guān)系數(shù)密切,ρ＞0.8實(shí)測B1外延B2AA2A1B第三節(jié)歷史洪水的調(diào)查和考證

一、洪水調(diào)查的意義增加樣本容量，提高代表性。代表性愈好，抽樣誤差愈小。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)減小。

實(shí)測資料系列n……pXpN歷史洪水二、歷史洪水的實(shí)地調(diào)查和文獻(xiàn)考證

1、調(diào)查內(nèi)容（1）洪水發(fā)生年份的調(diào)查根據(jù)群眾的記憶，實(shí)際調(diào)查訪問文獻(xiàn)考證（2）洪水位的調(diào)查對(duì)洪痕、碑記、標(biāo)記、石刻實(shí)地調(diào)查對(duì)文獻(xiàn)、歌謠等形式記載的資料進(jìn)行考證（3）實(shí)地測量各洪痕斷面橫斷面圖洪痕所在河段縱斷面圖（范圍包含各洪痕斷面）其它測量：地形、地貌、水流方向、縱橫斷面位置等。

（1）注意標(biāo)記物有否變動(dòng)；（2）在同一地點(diǎn)力求從不同人、不同實(shí)物得出同次洪水的多個(gè)洪痕高程進(jìn)行比較；（3）盡量在河床斷面變化較小的河段上進(jìn)行調(diào)查，對(duì)沖淤變化有較詳細(xì)了解，以便進(jìn)行改正；（4）歷史文獻(xiàn)的去偽存真（轉(zhuǎn)抄、夸大、縮小、遺漏、錯(cuò)誤。。。）

注意事項(xiàng)2、洪峰流量的推算（1）水位流量關(guān)系曲線法

（2）比降~面積法曼寧公式，Q=A*R2/3*S1/2/n利用調(diào)查斷面或附近斷面的水位流量關(guān)系曲線外延ZQS－－水面比降；由實(shí)地測量洪痕比降或?qū)崪y大洪水比降確定A－－面積；R－－水力半徑；根據(jù)洪痕以及實(shí)測大斷面資料確定n－－糙率；由實(shí)測大洪水反推，或經(jīng)驗(yàn)選取。（3）控制斷面法當(dāng)洪痕位于堰壩、卡口上游附近，可由相應(yīng)水力學(xué)公式推算。QTt2、洪量（WT）的推求（1）根據(jù)調(diào)查洪水過程線確定ZTt調(diào)查的水位漲落過程ZQWT長江宜昌1870年洪水黃河1843年特大洪水。。。。。。

（2）峰量關(guān)系插補(bǔ)

調(diào)查歷史洪峰流量求洪量QmWT由實(shí)測大洪水資料建立W（3）典型過程放大Q歷(t)Q

典(t)TtQWT四、歷史洪水重現(xiàn)期的分析

實(shí)測期：包括實(shí)測和插補(bǔ)延長的年份調(diào)查期：實(shí)測前至能調(diào)查到歷史洪水最遠(yuǎn)文獻(xiàn)考證期：調(diào)查期以前時(shí)期分類

歷史洪水峰量確定后，還必須確定其重現(xiàn)期，也就是對(duì)歷史洪水在某一時(shí)期內(nèi)進(jìn)行排位分析。1、歷史洪水時(shí)期劃分實(shí)測期…調(diào)查期考證期實(shí)測期長度n調(diào)查期長度N2

考證期長度N1

例1：某站有自1949～2005年實(shí)測洪峰系列57年，其中1954年洪峰6300m3/s是最大洪峰，1998年洪峰5800m3/s是次大洪峰，1969年洪峰5300m3/s排第三位，1970年1250m3/s為最小洪峰

。根據(jù)歷史洪水調(diào)查，1921年洪峰5700m3/s是自1880至實(shí)測期開始這個(gè)期間的最大洪水。另據(jù)調(diào)查和文獻(xiàn)考證，自1775年以來沒有遺漏比1954年更大的洪水。根據(jù)上述信息對(duì)各年洪水進(jìn)行排位分析。實(shí)測期n=57年…調(diào)查期長度N2=126年

考證期長度N1＝231年

1954年,6300m3/s1998年，5800m3/s1921年，5700m3/s1880年1949年1775年排位序列長度年份排位考證期N1=231年（1775～2005年）19541調(diào)查期N2=126年（1880～2005年）19541（空位）1998219213實(shí)測期n=57（1949～2005年）19541（空位）19982（空位）19693。。。。。。197057洪水排位分析例2：安康站1935～1990年間有56年實(shí)測流量記錄（1939～1942年為插補(bǔ)）,1983年洪峰31000m3/s是其中最大流量。通過調(diào)查和考證，歷史洪水情況表明，安康站大洪水分成3個(gè)量級(jí)：（1）非常洪水

文獻(xiàn)記載1583年洪水沖毀了安康城，而在近600年的連續(xù)文獻(xiàn)記載期間，這是至今最大的一次洪水。同時(shí)通過考證發(fā)現(xiàn)，安康城西有一防洪堤，史稱“萬春堤”，建于（1068~1077年間），證明安康城址至少900余年。在此期間，不可能遺漏其它大洪水的毀城記錄。所以1583年的洪水可確定為自1068年以來900余年的最大洪水。通過實(shí)地調(diào)查，其量級(jí)約在36000～40000m3/s。（2）特大洪水

通過調(diào)查與考證，1583年至今，又發(fā)生了5場量級(jí)接近的洪水，分別是1693年、1770年、1852年、1867年和1983年的洪水，其量級(jí)在在30000～36000m3/s。其中1693年最大，1983年次之，1852最小，而1770與1867誰大誰小難以定位。這5場洪水是否就是1583年后的最大洪水呢？通過文獻(xiàn)考證，1583年大水后安康城一度遷移到地勢較高的城南山腳下(后來又遷回原處)。那末在遷出的這段期間內(nèi)是否發(fā)生比這5個(gè)洪水量級(jí)大的洪水？無從考證。但可以肯定，自1693年后文獻(xiàn)記載連續(xù)，漏掉這一量級(jí)洪水的可能性很小。所以，這5場洪水應(yīng)該以1693～1990年這298年作為其排位期。（3）大洪水

另一類是量級(jí)相對(duì)較小的大洪水，包括1832年、1921年等的洪水，量級(jí)約在25000～30000m3/s。這類洪水在自1693以來的文獻(xiàn)中可能被漏記，但文獻(xiàn)考證發(fā)現(xiàn)，這類洪水從1832年以后被遺漏的可能性不大，所以可以在1832～1990年這159年中排位。洪水分級(jí)調(diào)查、考證期年份排位各級(jí)內(nèi)代表年份及洪峰估值各級(jí)流量范圍估計(jì)(m3／s)年份洪峰流量(m3／s)(a)非常洪水約900年（1068年～1990年）1583115833600036000～40000(b)特大洪水298年（1693年～1990年）16931983186717701852123～43～4519833100030000～36000（c）大洪水159年（1832年～1990年）198318671852192118321（空位）2(空位）3(空位）4519212600025000～30000

第四節(jié)考慮歷史洪水資料信息的洪水頻率

計(jì)算方法一、連序和不連序樣本系列連序樣本（完全樣本）無特大洪水值（歷史洪水調(diào)查或?qū)崪y中大洪水的考證），n年實(shí)測資料由大到小的次序是連續(xù)的。不連序樣本(不完全樣本)

有特大洪水加入，特大洪水與其它洪水間有空位，排序是不連續(xù)的。

……………a實(shí)測期長度n調(diào)查或考證期長度N特大洪水個(gè)數(shù)a,其中實(shí)測洪水個(gè)數(shù)n缺位二、不連序系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算1、經(jīng)驗(yàn)頻率的概念pxf(x)x1p1x2(p1,x1)(p2,x2)p1p2已知樣本去估計(jì)F(x)或f(x)。經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)（p,x）中的p(稱為經(jīng)驗(yàn)頻率)如何算？？頻率曲線（1）分別處理法（分開處理法）2、計(jì)算公式

采用期望值公式（weibull公式）n個(gè)樣本中由大到小排序中第m個(gè)的經(jīng)驗(yàn)頻率分別抽自同一總體的兩個(gè)獨(dú)立的樣本對(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。樣本歷史洪水＋實(shí)測資料中的大洪水（特大值）實(shí)測系列（去掉特大值后）（2）統(tǒng)一處理法

歷史洪水+實(shí)測資料(包括其中的大洪水）作為一個(gè)容量為N（歷史洪水或大洪水的調(diào)查考證期長度）的樣本。為首的a項(xiàng)大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率實(shí)測系列中或計(jì)算時(shí)，前l(fā)個(gè)“空位”分別（開）處理法、同一處理法對(duì)適線法估計(jì)參數(shù)影響不大。（因?qū)Υ蠛樗挠?jì)算兩種方法是一樣的）分別（開）處理法可能出現(xiàn)“重疊現(xiàn)象”當(dāng)n相對(duì)較大，而N較小或(和)a較大時(shí)，pa可能大于pm的不合理現(xiàn)象如：N=100,a=4,l=1,n＝60例：前面洪水排位例子，計(jì)算各年洪水經(jīng)驗(yàn)頻率排位序列長度年份排位考證期N1=231年（1775～2005年）19541調(diào)查期N2=126年（1880～2005年）19541（空位）1998219213實(shí)測期n=57（1949～2005年）19541（空位）19982（空位）19693。。。。。。197057三、洪水頻率曲線線型樣本服從什么分布？我國水文變量假定為P-III型分布－－統(tǒng)計(jì)擬合優(yōu)度經(jīng)驗(yàn)確定的我國水文極值變量一般為正偏（Cs>0）四、頻率曲線參數(shù)估計(jì)方法很多，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)研究內(nèi)容。。。1、矩法（1）總體概率分布函數(shù)矩的定義－－－總體矩原點(diǎn)矩：中心矩：常用的前三個(gè)矩：一般，總體的矩與總體概率分布參數(shù)間可以推導(dǎo)出解析關(guān)系這樣，只要能估計(jì)總體的矩，就相當(dāng)于能估計(jì)出其中的參數(shù)矩法的原理：用樣本的矩估計(jì)相應(yīng)總體的矩?？傮w矩樣本矩（無偏或近似無偏）

（2）水文中不連續(xù)樣本的矩法假設(shè)：2、適線法

適線法是我國目前生產(chǎn)上一致采用的方法，也是洪水規(guī)范規(guī)定的方法。適線法計(jì)算機(jī)適線法（3種優(yōu)化準(zhǔn)則）經(jīng)驗(yàn)適線法（目估適線法）（1）經(jīng)驗(yàn)適線法步驟①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)

（pi,Qi）,i=1,2,….n+(a-l)②在機(jī)率圖上（海森機(jī)率格紙）點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)③假設(shè)一套參數(shù)初值一般以矩法估計(jì)的參數(shù)為初值并根據(jù)理論點(diǎn)據(jù)繪出頻率曲線（理論頻率曲線）④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）；P=0.01％、0.05%、0.5％、1%、2％、，，，99％、99.9％理論頻率曲線經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)PQ⑤

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)①～④

，直到滿意為止。

（2）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；

CS大CS小QP％EX增大QP％CV大CV小QP％（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，使曲線通過點(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)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)械地通過特大洪水而使頻率曲線脫離點(diǎn)群。”第五節(jié)設(shè)計(jì)成果的合理性分析樣本代表性不足；資料有誤差(歷史洪水調(diào)查的誤差)－－（可靠性問題）；同總體假設(shè)成立？計(jì)算方法（如適線法）有誤差。。。頻率計(jì)算誤差？？？通過對(duì)成果的合理性進(jìn)行分析，盡可能降低誤差！一、本站的洪峰及各種歷時(shí)洪量之間對(duì)比

1、頻率曲線對(duì)比分析不同歷時(shí)頻率曲線：相互協(xié)調(diào);不相交。

增加相同的△t，有a＞b

T1+△tT1T1+2△tbbaa2、統(tǒng)計(jì)參數(shù)或設(shè)計(jì)值的對(duì)比分析（1）EX:時(shí)段洪量的均值隨歷時(shí)的增加而增加，增率隨歷時(shí)的增加而減小對(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。（2）Cv: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。只有當(dāng)峰量關(guān)系是直線時(shí)，Qm的Cv與WT的Cv才相等。（3）Cs:規(guī)律不明顯。歷時(shí)Cv歷時(shí)Cv二、上下游及干支流洪水關(guān)系的合理性分析

上下游地理、氣候、地形條件一致

均值（Qm或WT)：從上向下游遞增，而均值模數(shù)則遞減；

Cv：自上向下遞減。

站名

包頭

龍竹

陜縣

CV0.270.530.52上游下游

特殊情況：如黃河自包頭以下暴雨大，地形陡，CV反而自上向下增大。三、其它分析（1）與鄰近河流洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值的地區(qū)分布規(guī)律應(yīng)協(xié)調(diào)

（統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖在鄰近地區(qū)間一般是平滑變化）（2）稀遇設(shè)計(jì)值與國內(nèi)外已發(fā)生的大洪水對(duì)比分析

（0.1%或0.01％的設(shè)計(jì)值不應(yīng)該與相同面積下大洪水的記錄偏高或低較多）（3）從暴雨徑流之間的關(guān)系進(jìn)行分析

洪量的Cv一般大于暴雨的Cv

第六節(jié)安全修正值問題1、設(shè)計(jì)值的抽樣分布

2、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△Xp(X1,X2,…,Xn)

1

也是隨機(jī)變量總體(X1,X2,…,Xn)

i

(X1,X2,…,Xn)

m

(Xp)1

(Xp)i

(Xp)m

。。。。。。f(Xp)

設(shè)計(jì)值Xp的分布在計(jì)算中如果考慮了歷史洪水

n’=n+(c＋d)*(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=0.4圖2－9圖d—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=0.4算例：計(jì)算安全修正值，已知：n=17年，N=38年，

=5250m3/s，CV=0.36，CS=1.44，僅有一項(xiàng)歷史洪水，資料可靠。設(shè)計(jì)頻率p=0.1%.解：n`=n+(c＋d)*(N-n)=17+(0.2+0.3)*(38-17)=27.5（年），取28年

P=0.1%、Cs=1.44的B值考慮安全修正值后的設(shè)計(jì)值（P=0.1%）為：

Qp+△Qp=14950+2350=17300(m3/s)作業(yè)：某河流斷面1970~2005年的洪峰系列如下表所示。其中，經(jīng)考證1996年的洪水是自從1900年以來最大的洪水，另據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1923年洪峰為8700m3/s，在1900～1969年間再無超過1923年的洪水。根據(jù)給定資料，采用經(jīng)驗(yàn)適線法推求設(shè)計(jì)頻率p=1%的洪峰流量。要求，適線法的初值由矩法估計(jì)。年份洪峰（m3/s）年份洪峰（m3/s）1974274019906710197528501991337019765380199231301977317019932820197828801994122019793460199532101980354019969800198116801997272019824910199835701983390019993250198454902000608019854520200137001986381020024950198763402003461019882140200446001989458020052000一、基本概念L～系統(tǒng)承受的的荷載效應(yīng)（如入庫洪量、河道內(nèi)洪峰流量的大?。㏑～水工建筑物的承載能力（如水庫泄流能力、河道堤防的高程）（2）計(jì)算：隨機(jī)變量

1、風(fēng)險(xiǎn)率Pf

（1）定義：系統(tǒng)（防洪系統(tǒng)、水工建筑物。。。）在其設(shè)計(jì)的工作時(shí)間內(nèi)不能完成預(yù)定功能的概率，又稱系統(tǒng)失效的風(fēng)險(xiǎn)率。第一節(jié)防洪水文設(shè)計(jì)概念L、R一般情況下可認(rèn)為相互獨(dú)立。但各自的分布都很復(fù)雜，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)屬數(shù)值積分運(yùn)算。只有對(duì)一些特殊的分布可以解析計(jì)算：

1）當(dāng)L、R呈相互獨(dú)立的正態(tài)分布時(shí)，定義功能變量

Z=R-L,可證：

Z～N(EZ，DZ)

式中：EZ--數(shù)學(xué)期望；

DZ--方差

代表正態(tài)分布的分布函數(shù)

代表正態(tài)分布的分布函數(shù)

代表正態(tài)分布的分布函數(shù)

--正態(tài)分布的分布函數(shù)

2）其它情況通過變換，得到近似正態(tài)變量，再進(jìn)行計(jì)算。2、洪水頻率不考慮承載能力的隨機(jī)性，而是將其作為確定性數(shù)值處理

不考慮承載能力的隨機(jī)性

不考慮承載能力R的隨機(jī)性（作為固定值看待），則：

風(fēng)險(xiǎn)率簡化為洪水頻率反問題：如果指定了洪水頻率p，則可推求對(duì)應(yīng)洪水（設(shè)計(jì)值）（第二章的主體內(nèi)容）不利事件發(fā)生的概率（風(fēng)險(xiǎn)率Pf）與其引起后果（損失Loss－經(jīng)濟(jì)、生命、環(huán)境）的綜合度量

一般表達(dá)式：3、風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)率代表系統(tǒng)失效的可能性大小，代表災(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；通常采用乘積：三、防洪水文設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（方法）不考慮承載能力的隨機(jī)性，而是將其作為確定性數(shù)值處理

不考慮承載能力的隨機(jī)性

以調(diào)查或觀測到的大洪水為基礎(chǔ)，按某一倍比放大（加成），以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)（設(shè)計(jì)值），修建工程。

1、以歷史大洪水加成為標(biāo)準(zhǔn)的防洪水文設(shè)計(jì)第一代標(biāo)準(zhǔn)（方法）20世紀(jì)初以前采用不考慮承載能力的隨機(jī)性，而是將其作為確定性數(shù)值處理

不考慮承載能力的隨機(jī)性

指定洪水發(fā)生頻率p作為標(biāo)準(zhǔn)

2、以洪水頻率p為標(biāo)準(zhǔn)的防洪水文設(shè)計(jì)－－頻率標(biāo)準(zhǔn)

按照設(shè)計(jì)值來安排工程規(guī)模，修建工程洪水頻率p（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）如何確定？？？推求對(duì)應(yīng)洪水作為工程的水文設(shè)計(jì)值第二代標(biāo)準(zhǔn)（方法）現(xiàn)行我國（前蘇聯(lián)）采用的主要方法；美國較小規(guī)模工程采用的主要方法。不考慮承載能力的隨機(jī)性，而是將其作為確定性數(shù)值處理

不考慮承載能力的隨機(jī)性

氣象學(xué)途徑推求暴雨物理上限（可能最大暴雨）（ProbableMaximumPrecipitationPMP）

3、以PMP/PMF為標(biāo)準(zhǔn)的防洪水文設(shè)計(jì)

可能最大洪水（ProbableMaximumFloodPMF）水文學(xué)產(chǎn)匯流計(jì)算第二代標(biāo)準(zhǔn)（方法）現(xiàn)行我國采用的方法，與頻率方法配合使用；美國重要工程設(shè)計(jì)采用的主要方法。按照PMF來安排工程規(guī)模，修建工程4、以風(fēng)險(xiǎn)率Pf為標(biāo)準(zhǔn)的防洪水文設(shè)計(jì)

以洪水頻率p為標(biāo)準(zhǔn)的防洪水文設(shè)計(jì)是忽略工程承載能力的不確定性；相同大小洪水，不同承載能力，則風(fēng)險(xiǎn)率不同；同時(shí)考慮荷載效應(yīng)（洪水）和承載能力的不確定性（作為隨機(jī)變量），進(jìn)行防洪水文設(shè)計(jì)其思想來源于數(shù)學(xué)上的“可靠性”概念；在結(jié)構(gòu)可靠度問題獲得成功；水文設(shè)計(jì)上沒有形成一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)（方法）。以風(fēng)險(xiǎn)率為基礎(chǔ)的防洪安全設(shè)計(jì)流程示意圖洪水資料信息洪水頻率計(jì)算工程設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求設(shè)計(jì)方案調(diào)整設(shè)計(jì)方案（提高R）調(diào)整流域防洪規(guī)劃（降低設(shè)計(jì)斷面的L）否否是結(jié)束允許風(fēng)險(xiǎn)率值各個(gè)部分面積上洪水的相互組合遭遇是隨機(jī)性在各種可能出現(xiàn)的洪水地區(qū)組合中，選取一種特定的組合作為“設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成”。

地區(qū)組成法頻率組合法隨機(jī)模擬法

二、設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成計(jì)算方法相關(guān)法典型地區(qū)組成同倍比放大法同頻率地區(qū)組成法方法分類：1、相關(guān)法選擇下游（C斷面）歷次大洪水資料；建立下游C與上游A、或與區(qū)間B相同歷時(shí)（上游和區(qū)間考慮洪水傳播演進(jìn)時(shí)間）的洪量相關(guān)關(guān)系（相關(guān)圖）；根據(jù)C處設(shè)計(jì)洪量WC，P，通過相關(guān)關(guān)系求出上游A的相應(yīng)設(shè)計(jì)洪量WA，P；或區(qū)間B的WB，P。（保證水量平衡）WA，PWC，PWB，PWC，P選擇典型洪水過程，按WA，P和WB，P同倍比分別放大，得到各區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過程。（保證水量平衡）WAWCWBWC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)組成同倍比放大法選擇典型大洪水過程：反映洪水地區(qū)上的組成規(guī)律，如洪水主要來自上游、區(qū)間或全流域。按下游洪量的倍比放大所有分區(qū)

K=WC，P/WC，D

保證水量平衡；避免放大后某些局部分區(qū)頻率偏小適用于洪水地區(qū)組成較復(fù)雜的情況2、入庫洪水與壩址洪水的產(chǎn)生條件差別（2）匯流時(shí)間縮短原：分水嶺壩址后：分水嶺庫周邊入庫洪峰提前漲水段洪量增加（3）原河槽調(diào)蓄能力喪失洄水末端到壩址處由原河邊變?yōu)閹靺^(qū)河邊，調(diào)蓄能力喪失了。（1）產(chǎn)流條件改變庫面由陸面產(chǎn)流變?yōu)閹烀嬷苯映屑{降水，入庫洪水洪量增大。2、入庫洪水與壩址洪水的產(chǎn)生條件差別洪峰增高，峰時(shí)提前，歷時(shí)變短。差異如：新安江水庫建庫前后單位線比較（Dt=12小時(shí)）

暴雨中心情況012345678上游前054010704531678848250后01330598276145642300下游前05981105450187881200后013804132168711000水庫庫型，蓄水深度，洄水長度，庫區(qū)面積，暴雨中心位置。。。影響差別的因素河道型水庫：差別小；湖泊型：差別大。3、入庫設(shè)計(jì)洪水的推求（1）合成流量法（2）水量平衡法當(dāng)水庫建成后，可用水量平衡法計(jì)算：

Q入=Q出+Q損+DV/Dt適用條件：入庫斷面（干支流）及區(qū)間陸面資料充分做法：把各入庫點(diǎn)與區(qū)間的洪水疊加實(shí)測庫位H~V查算實(shí)測出庫損失推求入庫ΔV/ΔtΔt=4h（3）峰量關(guān)系法

假設(shè)建庫前后WT不變；考查Qm或Wt（t<T）是否變化？做法：1)分別建立建庫Qm~WT

或Wt~WT相關(guān)關(guān)系

2)由前后相關(guān)線是否一致進(jìn)行判別,并一致性改正。Qm,入=1.20Qm,前建庫前建庫后W7Qm青溪水庫建庫前后W7d~W3d相關(guān)關(guān)系圖Qm,入Qm,前二、分期設(shè)計(jì)洪水1、概念

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。水文氣象條件有季節(jié)差異：桃汛期、凌汛期、主汛期或前汛期、后汛期水庫管理運(yùn)行需求：緩解興利與防洪矛盾，洪水資源化；分期施工需求：臨時(shí)性工程（圍堰、導(dǎo)流）設(shè)計(jì)需要；2、分期的劃分（1）考慮工程各階段要求：

東南沿海梅雨

臺(tái)風(fēng)北方春汛（融雪）夏訊（暴雨）

（2）符合季節(jié)的變化和洪水成因的特點(diǎn)

枯水期、平水期、洪水期

3、分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法

分期取樣不跨期選樣：在分期內(nèi)選樣；對(duì)跨相鄰期的洪水，以洪水主要部分（峰、量）所在期選樣，不跨另一期?？缙谶x樣：適當(dāng)跨期選樣（不超過5-10天），作為本期樣本。但不能跨期重復(fù)使用。

頻率計(jì)算及合理性分析

歷史洪水應(yīng)按其發(fā)生日期，加入所屬分期；方法同年最大洪水頻率；分期間、分期與年設(shè)計(jì)洪水之間的協(xié)調(diào)

前汛>后汛？頻率曲線適用段內(nèi)與年洪水不相交；第一節(jié)概述1、為什么要由暴雨推求設(shè)計(jì)洪水?(1)流量觀測資料往往比雨量觀測資料少，在缺乏實(shí)測流量資料時(shí)，無法直接由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水。(2)洪水主要是由暴雨產(chǎn)生的，從本質(zhì)上講由洪水資料直接推求洪水，與由暴雨資料間接推求，兩者應(yīng)該是一致的。直接法和間接法相互檢驗(yàn)，有益于提高設(shè)計(jì)洪水成果的可靠性。(3)大規(guī)模的人類影響，破壞了流量資料系列的一致性，而資料的還原（或修正）難度很大。而雨量資料系列的一致性較好，可以避開流量資料不一致的問題。2、由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水的步驟回憶？由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水的步驟是。。。典型洪水過程放大輸入洪峰、洪量資料洪峰、洪量頻率計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)時(shí)段洪量典型洪水過程設(shè)計(jì)洪水過程典型暴雨過程放大輸入暴雨資料暴雨量頻率計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)段雨量典型暴雨過程設(shè)計(jì)洪水過程設(shè)計(jì)暴雨過程產(chǎn)匯流計(jì)算若流量資料充分，一般多用流量資料，其可靠性較高。2、由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水的步驟(續(xù))

第二節(jié)暴雨特性分析1、特大暴雨形成的條件（1）充分的水汽條件（2）強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)特別充分的水汽供應(yīng)和特別強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)相組合。2、暴雨的時(shí)空分布（1）暴雨的時(shí)間分配特性可通過降雨強(qiáng)度～歷時(shí)曲線描述暴雨在時(shí)間上的集中程度。時(shí)間累積降雨時(shí)段降雨13:000014:0011.511.515:0060.048.516:0077.017.017:0078.51.518:0080.72.2歷時(shí)累積降雨雨強(qiáng)148.548.5265.532.8377.025.7478.519.6580.716.1680.713.4

對(duì)一場降雨，對(duì)應(yīng)某指定的歷時(shí)，變動(dòng)起訖時(shí)間求得相應(yīng)該歷時(shí)的最大平均降雨強(qiáng)度，并點(diǎn)繪成曲線。該曲線反映降水的時(shí)間變化特性。2、暴雨的時(shí)空分布(續(xù))（2）暴雨的空間分配特性

可通過雨量等值線圖、面積～深度曲線描述暴雨在空間上的集中程度。

對(duì)一場暴雨，從暴雨中心開始，分別量取不同的等雨量線所包圍的面積及該面積內(nèi)的平均水深，并點(diǎn)繪成曲線。該曲線反映降水的空間變化特性。90705040110

根據(jù)一場暴雨不同歷時(shí)(如12h、24h、48h等)的等雨量線圖作出相應(yīng)的平均雨深～面積曲線，并綜合繪于同一張圖上，即得“時(shí)～面～深曲線”。

其規(guī)律為：當(dāng)歷時(shí)一定時(shí)，面積愈大，平均雨深愈??；當(dāng)面積一定時(shí)，歷時(shí)愈長，平均雨深愈大。1、為什么要研究設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量？在小流域，可以點(diǎn)代面；在中等流域，若僅有流域中心點(diǎn)雨量資料，那么在求出其設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量后，通過點(diǎn)面關(guān)系轉(zhuǎn)換可得到設(shè)計(jì)面暴雨量。第三節(jié)點(diǎn)暴雨量頻率計(jì)算2、點(diǎn)暴雨頻率計(jì)算的一般方法（1）統(tǒng)計(jì)選樣①選樣方法年最大值法：取每年最大值。適用于所有水利工程。常用于資料條件較好時(shí)。年多次法：一年多次。如3、5等超定量法：規(guī)定一個(gè)門限值，從歷史資料中挑出大于該門限值的所有樣本。主要用于城市排水工程。②選樣時(shí)段水文計(jì)算中習(xí)慣以日為界分長、短歷時(shí)暴雨。超過1日稱為長歷時(shí)暴雨；小于等于1日的暴雨稱為短歷時(shí)暴雨。大中流域：T=1、3、7、15、30d小流域：T=1、3、6…24h（2）插補(bǔ)展延

①直接移用鄰近站的雨量條件：地形差別不大，與鄰近站距離較近。

②移用區(qū)域的平均值主要是對(duì)發(fā)生一般暴雨的年份而言，即流域內(nèi)本年份未發(fā)生特大暴雨的情況。③用等值線插補(bǔ)主要是對(duì)發(fā)生特大暴雨的年份，且要求站點(diǎn)較多，可以繪制特大暴雨等值線圖，由此進(jìn)行插補(bǔ)。④移置改正條件：兩站的地形、下墊面條件差異較大。

A）均值改正

XB=XA×(EXB/EXA)

B）方差比改正

XB=EXB+(XA-EXA)×SB/SA⑤利用雨量～洪峰（量）關(guān)系插補(bǔ)條件：兩者關(guān)系較好，可由實(shí)測或調(diào)查的Q推X。（3）特大值處理

暴雨頻率分析的成果與系列中是否包含特大暴雨有直接關(guān)系。

其處理方法同設(shè)計(jì)洪峰流量(或洪量)計(jì)算。（4）點(diǎn)雨量頻率計(jì)算線型采用P-III型，參數(shù)估計(jì)采用適線法，經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算采用期望值公式。我國暴雨CS/CV值一般為3.5；在CV>0.6的地區(qū)，約為3.0；CV<0.45的地區(qū)，約為4.0。（5）成果合理性分析同一流域不同歷時(shí)XP的協(xié)調(diào)。要求：①不同歷時(shí)的頻率曲線不交叉。

②不同歷時(shí)的頻率曲線變化平緩，不能出現(xiàn)某歷時(shí)的頻率曲線突變的情況，否則要調(diào)整。

③對(duì)所有點(diǎn)據(jù)總體擬合最優(yōu)，不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)雨量成果在區(qū)域上要協(xié)調(diào)。3、地區(qū)綜合法推求點(diǎn)暴雨頻率曲線影響暴雨的因素中，氣候條件是主要的，所以暴雨的統(tǒng)計(jì)參數(shù)具有地區(qū)分布規(guī)律。由于水文信息有限或缺乏，將區(qū)域其他站的信息用到單站上，可以降低單站計(jì)算成果的抽樣誤差。（1）點(diǎn)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖法

統(tǒng)計(jì)參數(shù)：如EX、CV、CS/CV。將各單站暴雨頻率計(jì)算得到的統(tǒng)計(jì)參數(shù)(EX,CV)值點(diǎn)繪在地形圖上?？紤]到各站統(tǒng)計(jì)參數(shù)存在抽樣誤差，勾繪等值線時(shí)，不完全依據(jù)這些點(diǎn)據(jù)，而要結(jié)合當(dāng)?shù)氐谋┯晏匦院捅┯瓿梢?。水利部水文局等單位，《中國暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》水利部水文局等單位，《中國暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》點(diǎn)暴雨參數(shù)等值線圖的使用：設(shè)計(jì)地點(diǎn)

根據(jù)同樣的方法可得到設(shè)計(jì)地點(diǎn)時(shí)段暴雨的變差系數(shù)CV，而CS通常由CS/CV的比值來確定。點(diǎn)暴雨的三個(gè)參數(shù)都確定后，就可以根據(jù)下式計(jì)算不同頻率的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量：3、地區(qū)綜合法推求點(diǎn)暴雨頻率曲線(續(xù))（2）分區(qū)綜合法條件：分區(qū)內(nèi)各站來自同一總體，分區(qū)要求在一個(gè)經(jīng)緯度內(nèi)（符合氣候條件、地形條件基本相似）。①站年法基本假定：分區(qū)內(nèi)各站的暴雨資料，屬于同一總體的獨(dú)立隨機(jī)抽樣。獨(dú)立性要求各雨量站之間不能相距過近；同分布性要求雨量站之間不能相距過遠(yuǎn)。（其要求自相矛盾