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1、水文专业案例,水文专业案例,目录第一节 基本资料第二节 设计洪水第三节 水资源第四节 水位流量关系第五节 泥沙,第一节 基本资料,水文专业案例,第一节 基本资料,一、水文气象要素的观测内容及整编方法（一）气象水文要素的观测内容 气象要素观测主要包括降水、蒸发、气温、湿度、风向、风速、日照时数、地温、雾、雷电、霜期、冰期、积雪深度、冻土深度等。水文要素观测主要包括水位、潮水位、流量；悬移质含沙量、输沙率、颗粒级配、矿物组成；推移质输沙量、颗粒级配；床沙组成、级配；水温、冰情及洪、枯水调查考证等。,第一节 基本资料,（1）降水观测 降水可采用人工观测或自记方式。（2）水位观测 水位可采用人工观测或
2、自记方式。水位的基本定时观测时间为北京标准时间8时。水位观测测次应能测到完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、各项特性值统计、水文资料整编和水情拍报的要求。在峰顶、峰谷、水位过程转折处应布有测次；水位涨落急剧时，应加密测次。水位应读记至1cm。,第一节 基本资料,（3）流量观测 流量观测一般采用流速仪法，流速仪法的测量成果可作为率定或校核其他测流方法的标准。当具备下列条件时，宜采用流速仪法测流：断面内大多数测点的流速不超过流速仪的测速范围；垂线水深不小于流速仪用一点法测速的必要水深；在一次测流的起讫时间内，水位涨落差不大于平均水深的10%，水深较小而涨落急剧的河流不大于平均水深的20%；流经
3、测流断面的漂浮物不致频繁影响流速仪正常运转。,第一节 基本资料,（4）泥沙观测 国家基本泥沙站分为三类：一类站为对主要产沙区、重大工程设计及管理运用、河道治理或河床演变研究等起重要控制作用的站；二类站为一般控制站和重点区域代表站；三类站为一般区域代表站和小河站。一类站应施测悬移质输沙率、含沙量及悬移质和床沙的颗粒级配，并进行长系列的全年测观；二类站应施测悬移质输沙率和含沙量，大部分二类站应测悬移质颗粒级配；三类站应施测悬移质输沙率和含沙量，部分三类站应测悬移质颗粒级配，测验精度可低于一、二类站。,第一节 基本资料,（二）水文资料整编的内容与方法（1）降水资料整编 降水资料整编包括：对观测记录进
4、行审核，检查观测、记录、缺测等情况。对于自记资料，除检查时间和虹吸的订正外，还应检查故障的处理情况；数据整理；整编逐日降水量表、降水量摘录表；单站合理性检查；编制降水量资料整编说明表。,第一节 基本资料,（2）水位资料整编水位资料整编包括：考证水尺零点高程；绘制逐时或逐日平均水位过程线；数据整理；整编逐日平均水位表，水位站可整编供水水位摘录表；单站合理性检查；编制水位资料整编说明表。,第一节 基本资料,潮位资料整编包括：考证水尺零点高程；数据整理；整编逐潮高低潮位表（或逐时潮位表）和潮位月年统计表（或逐日最高最低潮位表）；单站合理性检查；编制潮位资料整编说明表。,第一节 基本资料,（3）流量资
5、料整编河道流量资料整编包括：编制实测流量成果表和实测大断面成果表；绘制水位流量、水位面积、水位流速关系曲线；水位流量关系曲线分析和检验；数据整理；整编逐日平均流量表及洪水水文要素摘录表；绘制逐时或逐日平均流量过程线；单站合理性检查；编制河道流量资料整编说明表。,第一节 基本资料,水工建筑物流量资料整编包括：编制堰闸流量率定成果表或水电（抽水）站流量率定成果表；绘制水力因素与流量系数相关曲线或关系方程式（经验公式）的拟合并作关系线的检验；数据整理；整编逐日平均流量表、堰闸洪水（或水库）水文要素摘录表；绘制瞬时流量或逐日平均流量过程线；单站合理性检查；编制水工建筑物流量资料整编说明表。,第一节 基
6、本资料,（4）泥沙资料整编悬移质输沙率资料整编包括：编制实测悬移质输沙率成果表；绘制单样含沙量（简称单沙）与断面平均含沙量（简称断沙）关系曲线或比例系数过程线或流量与输沙率关系曲线；关系曲线的分析与检验；数据整理；整编逐日平均悬移质输沙率、逐日平均含沙量表和洪水要素摘录表；绘制瞬时或逐日单沙（或断沙）过程线；单站合理性检查；编制悬移质输沙率资料整编说明表。,第一节 基本资料,泥沙颗粒级配资料整编包括：编制实测悬移质颗粒级配成果表及实测悬移质单样颗粒级配成果表或悬移质断面平均颗粒级配成果表；绘制单断颗曲线并进行检验；数据整理；整编月年平均悬移质颗粒级配成果表；绘制日、月、年平均悬移质颗粒级配曲线
7、；单站合理性检查；编制泥沙颗粒级配资料整编说明表。,第一节 基本资料,二、基本资料的复核及可靠性、代表性、一致性评价（一）基本资料的复核 规划设计所依据的水文资料均应复核。对计算设计洪水所依据的暴雨洪水资料和流域特征资料，应进行重点复核，必要时要进行现场调查和比测试验。,（1）降水、蒸发资料 降水、蒸发中的不合理资料或特异值，一般与观测场地、仪器类型、观测时段等有关。（2）水位资料 水位、潮水位资料，应查明高程系统、水尺零点、水尺位置的变动情况，并重点复核观测精度较差、断面冲淤变化较大和受人类活动影响显著的资料。可采用上下游水位相关、水位过程对照以及本站水位过程的连续性分析等方法进行复核，必要
8、时应进行现场调查。,第一节 基本资料,第一节 基本资料,水位资料合理性检查可通过以下途径进行。绘制基本水尺断面平均河底高程变化过程线。绘制本站累积水位保证率曲线。绘制本站的水位过程线。与相邻站的水位点绘相关关系图进行检查。绘制上下游站的水位过程线进行对照。,第一节 基本资料,水位资料复核，可采用以下办法进行：核实水准基面的正确性。核定水尺断面和水尺零点高程的变动情况。观测方面的核实。,第一节 基本资料,（3）流量资料 我国的流量测验，20世纪50年代中期以前一般采用浮标法，以后虽多采用流速仪法。在复核浮标法流量资料时，主要检查浮标系数、水面流速系数、借用断面、水位流量关系曲线等的合理性。对资料
9、复核发现的问题，计算错误或影响较大的系统性误差，应进行改正。流量资料合理性检查可采用历年水位流量关系曲线比较、流量与水位过程线对照、上下游水量平衡分析等方法进行，必要时应进行对比测验。,第一节 基本资料,1）水量平衡法2）相关法3）水位流量关系曲线综合比较法 流量资料复核，从以下几方面进行：（1）流速仪法（2）水面浮标法 浮标系数分析 借用断面,（4）泥沙资料 泥沙资料应着重复核多沙年份和测验精度较差的资料。悬移质泥沙资料可采用本站水沙关系分析、上下游含沙量或输沙率过程线对照、颗粒级配曲线比较等方法进行检查。推移质泥沙资料可从测验方法和采样器效率系数等方面进行检查。（5）其它资料 水库水位的代
10、表性和观测时段、库容曲线历次变化、各建筑物过水能力曲线的变动等对水库还原精度影响较大，应重点从这些方面进行复核。,第一节 基本资料,（二）资料系列可靠性、一致性和代表性评价 水文计算所用到的资料系列一般有降水、径流、洪水、泥沙系列等。资料系列包括年统计量，不同时段年最大、最小统计量，年固定时段统计量等。资料系列的可靠性、一致性和代表性，是水文计算对基本资料的共同要求。资料系列的可靠性是水文计算成果精度的重要保证，在进行水文计算时应复核所用资料，以保证资料正确可靠；资料系列的一致性，是指产生各年水文资料的流域和河道的产流、汇流条件在观测和调查期内无根本变化，如上游修建了水库或发生堤防溃决、河流改
11、道等事件，明显影响资料的一致性时，需将资料换算到统一基础上，使其具有一致性；资料系列的代表性，是指现有资料系列的统计特性能否很好反映总体的统计特性。,第一节 基本资料,（1）可靠性 水文计算成果的精度，主要取决于基本资料情况及其可靠程度，故必须予以重视。（2）一致性 资料系列一致性改正是将资料改正到同一基础上。将受人类活动影响的资料还原到天然状态，一般称还原改正；将早期未受人类活动影响的资料修改到现状条件下，一般称为还现改正。降水、暴雨系列因受人为因素影响较小，具有随机特性，一般满足一致性要求。径流、洪水计算应采用天然径流系列。当径流、洪水受人类活动影响较小或影响因素较稳定、径流、洪水形成条件
12、基本一致时，径流、洪水计算也可采用实测系列。当人类活动对径流影响显著时（如上游修建了水库或发生堤防溃决、河流改道等），应进行资料一致性改正。人类活动对工程地址的输沙量影响显著时，应进行资料一致性改正。改正方法可采用输沙率法、地形法和分项调查法等。,第一节 基本资料,（3）代表性 降水、暴雨系列常具有连续若干年的偏丰期或偏枯期交替出现的现象。如系列短，其中各级大小暴雨雨量的出现频率与该地区长期资料所反映的雨量频率分布有一定出入，则该短期系列缺乏代表性。分析方法主要为与邻近地区长系列雨量、洪水和灾情资料作比较分析。邻站之间暴雨量相关大多并不密切，暴雨参数的确定还应通过地区协调和特大值处理等途径提高
13、估算精度。系列代表性分析的重点为近几十年内流域水文丰枯的变化、大暴雨和大洪水出现量级和次数，分析系列中稀遇暴雨的量级和次数是否与长期变化规律相一致。,第一节 基本资料,径流系列代表性分析应通过分析系列中丰、平、枯水年和连续丰、枯水段的组成及径流的变化规律，评价其代表性。设计依据站径流系列代表性分析，根据资料条件可采用下列方法：径流系列较长时，可采用滑动平均、累积平均、差积曲线等方法，分析评价该系列或代表段系列的代表性；径流系列较短，而上下游或邻近地区参证站径流系列较长时，可分析参证站相应短系列的代表性，评价设计依据站径流系列的代表性；径流系列较短，而设计流域或邻近地区雨量站降水系列较长时，可分
14、析雨量站相应短系列的代表性，评价设计依据站径流系列的代表性。,第一节 基本资料,一个代表性较好的洪水系列，应比较均匀地包含有各种量级的洪水，才能较好地代表总体，避免频率分析成果的系统偏差。洪水系列代表性分析，可根据资料条件采用下列方法：当洪水系列较长时，可将洪水系列按实际发生年份排列，以分析各个时期各种特征量级洪水（如特大、大、较大、一般洪水等）的频次规律；当本站洪水系列较短，而邻近站有长系列时，可对邻近站系列进行类似的分析，并与本站系列进行对比，以判断本站较短系列是否处于洪水偏大或偏小时期。,第一节 基本资料,悬移质泥沙系列的代表性分析，可根据资料条件采用下列方法：悬移质泥沙系列较长时，可评
15、价长系列或代表段系列的代表性；悬移质泥沙系列较短、而径流系列较长且水沙关系较好时，可分析径流相应短系列的代表性，评价泥沙系列的代表性；悬移质泥沙系列较短、而上下游或邻近相似流域参证站有较长悬移质泥沙系列时，可分析参证站相应短系列的代表性，评价设计依据站泥沙系列的代表性。,第一节 基本资料,第二节 设计洪水,水文专业案例,一、洪水资料一致性改正及暴雨、洪水资料插补延长二、历史暴雨、洪水调查与考证三、设计洪水计算,水文专业案例,设计洪水,一、洪水资料一致性改正及暴雨、洪水资料插补延长（一）洪水资料的一致性改正,用数理统计法计算设计洪水，要求各年的洪水是在同一产流和汇流条件下形成的，即流量系列应具有
16、一致性。当流域内修建蓄水、引水、分洪、滞洪等工程，或发生决口、溃坝等情况，明显影响各年洪水的一致性时，应将受影响后的各年洪水流量系列还原到受影响前的同一基础上。水利工程对洪水的影响，不仅与工程规模、分布以及与水文站的远近有关，而且还随着洪水特性、工程运用方式、水库蓄、泄量大小等情况的不同，对洪水影响的程度而有差别。因此，洪水流量的还原计算应根据工程的不同，采用不同的方法。,受上游大中型水库影响时，应推算上游水库的入库洪水，再将入库洪水按建库前状态汇流条件演算至上游水库坝址，然后与区间洪水叠加，顺演至设计断面，即为还原成果。当受上游引水、分洪、溃决、滞洪影响时，应将引水、分洪等流量过程演算至设计
17、断面与实测流量过程叠加即为还原成果；受水利、水土保持措施影响，流域内产汇流关系有明显改变，且流域面积不大时，可用改变前的暴雨径流关系及汇流曲线推算相应的洪水过程线。（1）受大、中型水库调蓄影响的洪水还原计算 还原计算水库坝址及其下游水文站的洪水，首先要计算出水库的入库洪水。所谓入库洪水，是指水库建成后，由水库周边同时注入水库的洪水，并包括库面降雨量。,设计洪水,入库洪水计算 入库洪水，通常利用水库的库水位、库容曲线以及出库流量等资料，按下面的水量平衡方程式计算：式中 Q入时段平均入库流量；Q出实测的时段平均出库流量；Q跨引跨流域引出或引入的时段平均流量，引出为正值，引入为负值；Wt时段内水库内
18、蓄水量变化值；W损t时段内水库内损失水量（包括蒸发、渗漏量）；W雨t时段内水库内由陆面变为水面直接接纳的降雨量；W库岸t时段内库岸调蓄量变化值；t计算时段长。,设计洪水,其中：W损/t、W雨/t、W库岸/t在一次洪水过程中所占比重甚小，可忽略不计，则式（1-11）简化为：如何确定t值的大小，有两种方法。试算法。误差控制法。,设计洪水,坝址洪水计算 所谓坝址洪水，是指不受水库调节影响情况下的坝址处洪水。水库形成后，坝址洪水不能直接观测，只能通过间接方法计算求得。推求坝址洪水，常用下面的三种方法。A.由入库洪水计算坝址洪水 用式（1-12）计算的入库洪水，实际上是水库周边同时流入水库的洪水。与坝址
19、洪水比较，其洪峰流量增大且提前出现，洪水过程变 得尖瘦。坝址洪水与入库洪水之间具有成因关系，所以，可以将入库洪水转换成坝址洪水。转换计算通常使用马斯京根法演算：,设计洪水,式中 Q坝1，Q坝2时段初、末坝址流量；Q入1，Q入2时段初、末入库流量；t计算时段长；x流量比重因素；K蓄量与流量关系线的坡度，具有时间因次。,设计洪水,B.由入库站与坝址站洪水相关法推求坝址洪水 C.由坝址站建库前后峰量相关法推求坝址洪水 水库下游水文站的洪水还原计算 位于水库下游的水文站，所观测到的流量资料，是经水库调蓄以后的结果。其不受水库调蓄影响的流量过程资料，只有根据水库和水文站的水文观测资料进行还原计算得到。具
20、体还原计算的方法和步骤是：首先将水库的泄流量过程用马斯京根公式演算到下游水文站断面，从水文站实测的流量中减去上游水库坝址与水文站间的区间流量过程；再将上游水库坝址的同次洪水过程演算到下游水文站断面，并与同一时间的区间流量相加，即为下游水文站的洪水还原计算值。,设计洪水,（3）中小流域受水利工程影响的洪水还原计算 洪量还原 一般采用两类方法。第一类根据受影响前的流域产流模型参数，或受影响前的降雨径流经验关系，用受影响后的次雨量、蒸发量计算。第二类用分项还原法计算：式中 V天然还原后的天然水量，万m3；V实测水文站实测径流量，万m3；V库蓄计算时段的水库蓄水变量，万m3，增加为正值，减少为负值；V
21、库蒸水库蒸发增加损失量，万m3，为水库水面蒸发与相应陆面蒸发的差值；V库渗水库漏水量，万m3，水库站应计算，其下游站的此项水量仍可回到断面以上，不予计算 V灌溉灌溉还原水量，万m3；V工业，生活工业、生活还原水量，万m3；V跨引跨流域引出或引入水量，万m3，引出为正值，引入为负值；V分洪河道分洪量，万m3，分出为正值，泄入为负值。洪水过程还原,设计洪水,（4）受溃堤影响的还原计算 受溃堤影响的洪水还原计算方法，有水量平衡法、上下游站洪水相关法、流量叠加法、暴雨径流法。水量平衡法 水量平衡法还原计算溃堤洪水，首先求出溃堤后各控制断面的流量过程和各堤围蓄泄量过程，然后将控制断面溃堤的流量过程加上考
22、虑洪水传播时间后的堤围蓄泄流量过程，便得到不溃堤的归槽洪水。流量叠加法 暴雨径流法,设计洪水,（二）洪水、暴雨资料的插补延长（1）洪水资料插补延长 当洪水系列比较短或实测期内有缺测年份时，通常要进行流量资料的插补延长，以增加资料的连续性和代表性。插补延长，可根据资料条件选用以下方法。当上、下游或邻近流域测站有较长实测资料，且与本站同步资料具有较好的关系时，可据以插补延长。上、下游站的流量插补，只有当区间面积较小时才可直接利用两者的关系直接插补；如区间面积较大，导致相关点据比较散乱，则应分析洪水特性，引入如降雨量、洪水涨率等参数进行插补延长。展延资料的年限不宜过长,相关线的外延部分亦不宜过长，应
23、尽量避免使用辗转相关。,设计洪水,当洪峰和洪量关系以及不同时段洪量之间的关系较好时，可用本站的洪峰和不同时段的洪量建立关系相互插补延长。当因暴雨成因、暴雨历时、分布和洪水过程峰型的影响使相关关系不够密切时，可适当增加一些参数，如洪水峰型、暴雨中心位置、暴雨季节、暴雨历时等进行插补延长。当测站水位观测系列长、流量观测系列短时，视本站历年水位流量关系曲线稳定的程度，选用其中合适的某年水位流量关系曲线或者综合性的水位流量关系曲线，插补缺测流量年份的流量。,设计洪水,本流域暴雨与洪水的关系较好时，可根据暴雨资料插补延长洪水资料。由暴雨插补洪水，可由暴雨量与洪水直接建立关系插补，也可建立一次降雨的净雨量
24、与洪峰及不同时段的洪量的关系图。插补时首先将暴雨量由降雨径流关系转换成净雨，再由净雨量插补洪峰和洪量。,设计洪水,（2）暴雨资料插补延长 采用点暴雨或面暴雨计算设计洪水，不足30年或缺测大暴雨时，应进行插补延长。可用下列方法进行暴雨资料的插补延长：邻站与本站距离较近，地形差别不大时，可直接移用邻站资料，这种方法只适用于插补点暴雨。本站邻近地区测站较多时，大水年份可绘制同次暴雨等值线图进行插补，一般年份可采用邻近各站的平均值。这种方法直接从等值线图上查该处点暴雨，也可量算出面暴雨。本流域暴雨与洪水的相关关系较好时，可利用洪水资料插补延长面平均暴雨资料。这种方法直接求出的是面暴雨，通过点面暴雨的换
25、算关系，也可求出点暴雨。,设计洪水,插补延长的暴雨、洪水资料的可靠程度，受基本资料的精度、实测点据的数据及幅度、相关程度以及外延幅度等多种因素的影响，因此任何一个因素都可能影响插补延长的质量，应从上下游的水量平衡，本站长短时段洪量变化及降雨径流关系的变化规律等方面进行综合分析，检查插补成果的合理性。,设计洪水,二、历史暴雨、洪水调查与考证 调查历史洪水、考证历史文献和洪水系列的插补延长是增进系列代表性的重要手段。被选入洪水系列的历史洪水，无论发生在水文观测之前（即所谓历史时期），或是发生在实测系列中，都应有相应的、确切的调查期及它（们）在其中的确切排位。历史洪水应是当地发生过的特大或大洪水，它
26、（们）的量值应明显大于实测洪水系列中为首的几次洪水，它们参加排位的调查期也应比实测系列年数长得多。在选取历史洪水加入洪水系列时，应仔细分析它们的误差。不应把情况不明、没有把握定量的历史洪水资料随便加入洪水系列。,设计洪水,（一）历史洪水和暴雨的调查 全国共有6500个河段的调查洪水成果，并由各省（市、自治区）和流域机构分别刊布。复核的重点应侧重在所选用的估算流量的方法及各项计算参数是否适当和合理。历史洪水调查应着重调查洪水发生时间、洪水位、洪水过程、主流方向、断面冲淤变化及影响河道糙率的因素，并了解雨情、灾情、洪水来源、有无漫流、分流、壅水、死水，以及流域自然条件变化等情况。,设计洪水,（1）
27、历史洪峰流量调查 调查洪水的洪峰流量可采用下列方法估算：当调查河段附近有水文站时，可将调查洪水位推算至水文站，用水位流量关系曲线推求洪峰流量。用水位流量关系推求历史洪水洪峰流量，一般都需要将水位流量关系曲线外延。外延时应注意分析水面比降、河床糙率、断面形态等因素随水位升高而变化的情况，如外延幅度较大，需应用其它方法进行验算。,设计洪水,当调查河段无水文测站、洪痕测点较多、河床稳定时，一般可用比降法推算洪峰流量。比降法是历史洪水洪峰流量估算中应用较多的一种方法。当河段顺直，河段内断面变化不大时一般均采用稳定均匀流公式计算。如河段内断面沿水流方向逐渐扩散或逐渐收缩时应采用非稳定定均匀流计算。应用比
28、降法推算流量时应注意河床糙率、过水断面面积和水面比降等计算参数的合理确定。稳定均匀流公式曼宁公式如下：,设计洪水,（1-2-14）,式中 Q洪峰流量，m3/s；n河道糙率；A洪痕高程以下河道断面面积，m2；R水力半径，m；I水面比降。,设计洪水,用比降法计算，糙率对成果影响很大，选用时要特别慎重。一般是通过曼宁公式用实测流量、断面比降反算而后分析确定。,当调查河段较长、洪痕点较少、河底坡降及过水断面变化较大时，一般可采用水面曲线法推算洪峰流量。采用水面曲线法推算洪峰流量时，应对河段流态的变化进行调查了解，同时应注意各分段糙率值的合理选用。洪水调查资料，受历史条件的限制，不确定的因素较多，需要通
29、过多种途径进行合理性分析。（2）历史洪量调查 历史洪量可采用下列方法估算：当有调查的历史洪水位过程时，可根据其水位过程推求流量过程，求得各时段洪量。,设计洪水,根据历史文献中有关雨情和灾情的描述，判断洪水类型，参照同类型实测洪水的峰量关系估算。对估算的历史洪水的峰量，除了从本断面估算流量时所选用的有关参数及估算方法进行综合分析检查外，还应从面上进行综合分析。（3）历史暴雨调查,设计洪水,（二）历史洪水和暴雨重现期考证（1）历史洪水重现期考证 历史洪水的数值确定以后，还需要分析其在某一代表年限内的大小序位，以便确定洪水的经验频率或重现期。在实践中，常根据资料不同情况，将与确定历史洪水代表年限有关
30、的年份分为实测期、调查期和文献考证期。实测期即从有实测洪水资料年份开始迄今的时期。调查期即在调查到若干可以定量的历史大洪水中，一般以最远的洪水年份迄今的时期。文献考证即从具有连续可靠的文献记载开始年份迄今的时期。调查期以前的文献考证期内的历史洪水，一般只能确定洪水大小等级和发生次数，不能定量。,设计洪水,历史洪水包括实测期内发生的特大洪水，都要在其所代表的年限中进行排位，在排位时不仅要考虑已经确定数值的大洪水，也要考虑虽然不能确定数值但已能确定其洪水等级的历史洪水，并排出序位。为了减少经验频率估值的抽样误差，计算系列中的调查或实测大洪水QM，应当在尽可能长的时期N中确定其序位m。必须确认没有遗
31、漏掉大于等于QM的洪水。如果不能肯定是否有遗漏，则应当重新选一个较短的排位期以保证做到这一点。,设计洪水,（2）特大暴雨重现期考证 由洪水重现期估算 面暴雨量的重现期，如前期降雨和雨型分配并无严重异常，可直接采用洪水重现期。由地形地貌调查估算 由特大值代表地区范围估算,设计洪水,三、设计洪水计算（一）设计洪水计算的原则（二）设计洪水计算的内容（三）设计洪水计算的方法（1）根据流量资料 1）洪水（峰、量）频率计算；2）设计洪水过程线；3）入库设计洪水（2）根据暴雨资料 1）设计暴雨；2）可能最大暴雨（PMP)；3）产、汇流计算（四）分期设计洪水（五）洪水地区组成,设计洪水,（一）设计洪水分析计算
32、的基本原则 设计洪水是指水利水电工程规划、设计、施工中指定设计标准的洪水的总称，其内容根据工程设计需要、洪水特性等分别提供洪峰流量、时段洪量及设计洪水过程线。对水库工程而言，当防洪库容较小时，一般以洪峰流量或短时段洪量作控制计算设计洪水；当防洪库容较大时，一般以较长时段的洪量作控制。根据设计需要也可以洪峰及洪量同时控制。设计洪水计算必须重视基本资料，充分利用已有的实测资料，并重视、运用历史洪水、暴雨资料。当坝址及附近缺乏可以直接引用的水文资料时，必须根据工程要求及设计洪水计算的需要，尽早建立水文站或水位站，以推算设计洪水或检验设计洪水计算中各个环节的成果及坝址水位流量关系曲线。,设计洪水,大中
33、型水利水电工程应尽可能采用流量资料来计算设计洪水,所依据的水文站的观测系列应大于30年，达不到30年系列的要求，可通过相关插补延长。因实测洪水系列计算的设计洪水成果仍具有较大的抽样误差，因此必须同时具有一定的历史洪水资料，以弥补系列代表性的不足，减少抽样误差。当坝址处或坝址附近有水文站且与坝址的集水面积相差不大时，可直接使用其资料作为计算设计洪水的依据。有的设计河段附近没有可以直接引用的流量资料时，可采用暴雨资料来推算设计洪水。由暴雨推算设计洪水，有许多环节，如产流、汇流计算中有关参数的确定，应有多次暴雨洪水实测资料，以分析这些参数随洪水特性变化的规律，特别是大洪水时的变化规律。,设计洪水,有
34、的工程所在河段不仅没有流量资料，且流域内暴雨资料也短缺时，可利用邻近地区分析计算的洪峰、洪量统计参数，或相同频率的洪峰模数等，进行地区综合法估算设计洪水。计算短缺资料地区设计洪水和可能最大洪水时，应尽可能采用几种方法。对各种方法计算的成果，应进行综合分析，合理选定。对设计洪水标准较低的工程，如设计流域缺乏洪水和暴雨资料，但工程地点附近已调查到可靠的历史洪水，其重现期又与工程的设计洪水标准接近时，可直接采用历史洪水或进行适当调整，作为该工程的设计洪水。对设计洪水计算过程中所依据的基本资料、计算方法及其主要环节、采用的各种参数和计算成果，应进行多方面分析检查，论证其合理性。对大型工程或重要的中型工
35、程，用频率分析法计算的校核标准设计洪水，应计算抽样误差。经综合分析检查后，如成果有偏小的可能，应加安全修正值，一般不超过计算值的20%。,设计洪水,（二）设计洪水计算的主要内容 我国已建水库一般是以坝址设计洪水作为设计依据。由于建库后库区范围内的天然河道已被淹没，使原有的河槽调蓄已包含在水库容积内，库区产汇流条件也发生了明显的改变。建库前流域内的洪水向坝址出口断面的汇流变为建库后洪水沿水库周界向水库汇入，造成建库后入库洪水较坝址洪水的洪峰流量、短时段洪量增大，峰现时间提前。随着设计时段的增长，入库洪量与坝址洪量的差别逐渐减小。当库区的天然河道槽蓄量较大，干支流洪水易发生遭遇，应采用入库洪水作为
36、设计依据。当库区的天然河道槽蓄量较小时，干支流洪水遭遇改变不大，对于壅水不高、库容较小或壅水虽高、但河道比降较陡、回水距离较短、洪枯水位的河宽变化不大的河道型水库，可采用坝址洪水作为设计依据。,设计洪水,有的水库虽然入库洪水与坝址洪水差别较大，但水库调洪库容也很大。在这种情况下，仍可采用坝址洪水作为设计依据。当工程设计需要时，可用水文气象法估算可能最大暴雨，再推算可能最大洪水。对于一级大型土坝、堆石坝，应以可能最大洪水作为校核洪水。20世纪70年代以来我国采用水文气象法对可能最大暴雨进行了研究，如当地暴雨放大法、暴雨移置法、暴雨组合法及暴雨时面深概化法。应当根据本流域特性及资料条件，选用多种方
37、法推算可能最大暴雨，然后综合比较合理选用。,设计洪水,（三）设计洪水计算方法 根据资料条件，设计洪水可采用以下一种或几种方法进行计算。坝址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历史洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，并有暴雨洪水对应关系时，可采用频率分析计算设计暴雨，推算设计洪水。工程所在流域内洪水和暴雨资料均短缺时，可利用邻近地区实测或调查暴雨和洪水资料，进行地区综合分析，估算设计洪水。,设计洪水,（1）根据流量资料计算设计洪水 1）洪水频率计算 设计洪水计算，一般采用年最大值选样。洪峰流量每年只选取最大的一
38、个洪峰流量，洪量采用固定时段独立选取年最大值。时段的选定，应根据汛期洪水过程变化、水库调洪能力和调洪方式以及下游河段有无防洪、错峰要求等因素确定。当有连续多峰洪水、下游有防洪要求、防洪库容较大时，则设计时段较长，反之较短。一般常用时段为3、6、12小时及1（或24小时）、3、5、7、10、15、30天等。,设计洪水,洪水系列的选取应满足频率计算中关于样本独立、同分布的要求，洪水的形成条件应具有同一基础。许多地区的洪水常由不同成因（如融雪、暴雨）、不同类型（如台风、锋面）暴雨形成。一般认为它们是不同分布的，不宜把它们混在一起作为一个洪水系列进行频率计算，也不能把由于垮坝所形成的洪水加入系列作频率
39、计算。严格地讲，现有频率分析方法仅适用于同分布的系列。必要时，可按季节或成因分别进行频率计算，然后，转换成年最大值频率曲线。,设计洪水,在n项连序洪水系列中，按大小顺序排位的第m项洪水的经验频率pm，可采用下列数学期望公式计算：若在调查考证期N年中有特大洪水a个，其中有l个发生在n项连序系列内，这类不连序洪水系列中各项洪水的经验频率可采用下列数学期望公式计算。a个特大洪水的经验频率为,设计洪水,n-l个连序洪水的经验频率为：我国大中型设计洪水计算中使用的洪水系列一般都含有历史洪水（或作特大值处理的实测洪水），对于这类不连序系列的洪水经验频率公式，目前国内一般有两种方法。一种方法是：将已知的a个
40、历史洪水和n个实测洪水看成是抽自所研究水文总体的一个容量为N（调查期）的系列。,设计洪水,另一种方法是：将实测系列与特大洪水系列看成是从所研究总体中独立抽出的两个或几个连序系列，故各项洪水可在各个系列中分别进行排位。历史洪水对频率计算成果有重大影响，但历史洪水数值及其调查期、序位等的不确定度又要比实测洪水的大。因此，在适线调整、计算参数时，无论采用何种准则或经验适线，都应慎重对待。我国洪水频率曲线的线型一般应采用皮尔逊型。特殊情况，经分析论证后也可采用其它线型。,设计洪水,频率曲线的统计参数采用均值变差系数CV和偏态系数CS表示，它们分别有一定的统计意义。如均值 表示系列的平均数量水平；CV代
41、表系列年际变化剧烈程度；CS表示年际变化的不对称度。根据统计参数，确定相应频率的设计洪水值：Xp=（1+Cvp）(1-2-19)式中p 为离均系数，根据CS 及P值查表选用。,设计洪水,统计参数的估计可按下列步骤进行：初步估计参数。一般首先采用参数估计法，如矩法估计统计参数。由于含有系统的计算误差，这样得到的频率曲线常与经验点据拟合较差，并且，在大多数情况下都是偏小的。但是，可将这些参数值作为下一步适线调整的初始值。选择初始值是采用适线法估计参数的重要环节。由于矩法简单易行，因此使用最广。但有时，经验点据规律性差，矩法估计参数值仍嫌过粗（即与参数最优解相差过大）。这时，可采用其它方法，如概率权
42、重矩法，以使适线迭代过程能迅速收敛。,设计洪水,对于n年连序系列，矩法计算各统计参数的公式为：,设计洪水,对于调查考证期N年中有特大洪水a个，其中有l个发生在n项连序系列内，这类不连序洪水系列矩法计算各统计参数的公式为：,设计洪水,采用适线法来调整初步估计的参数。调整时，可选定目标函数求解统计参数，也可采用经验适线法。即目前我国实际工作中采用的适线法有两种：一种是先选择适线目标函数（即适线准则），然后求解相应的最优统计参数；另一种是经验适线法（目估适线法）。选择适线准则时，应考虑洪水资料精度，并且要便于分析、求解。当系列内各项洪水（绝对）误差比较均匀时，可考虑采用离差平方和准则或离差绝对值和准
43、则；当不同量级的洪水（尤其是历史洪水）误差差别较大，但相对误差比较均匀时，可考虑采用相对离差平方和准则，这种方法不仅较前两种更符合水文资料的误差特点，而且具有更良好的统计特性。,设计洪水,经验适线法简易、灵活，能反映设计人员的经验，但难以避免设计人员的主观任意性。而且，为适线方便，经验拟定的Cs、Cv值也缺乏根据。洪水频率计算时，应尽可能拟合全部点据，尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心，拟合不好时，可侧重考虑较可靠的大洪水点据。对于特大洪水，应分析它们可能的误差范围，不宜机械地通过特大洪水，而使频率曲线脱离点群。双权函数法是从克服矩法估计量系统偏低、提高求矩的计算精度，以还原假想样本而提出
44、的。当经验点据分布比较有规律时，也可采用双权函数法计算频率曲线的统计参数。适线调整后的统计参数应根据本站径流、洪峰、不同时段洪量统计参数和设计值的变化规律，以及上下游、干支流和邻近流域各站的成果进行合理性检查，必要时可作适当调整。,设计洪水,2）设计洪水过程线 设计洪水过程线应选资料较为可靠、具有代表性、对工程防洪运用较不利的大洪水作为典型，采用放大典型洪水过程线的方法推求。放大典型洪水过程线时，可根据工程和流域洪水特性，采用下列方法:同频率放大法。按设计洪峰及一个或几个时段洪量同频率控制放大典型洪水，也可按几个时段洪量同频率控制放大，所选用的时段以23个为宜。同倍比放大法。按设计洪峰或某一时
45、段设计洪量控制，以同一倍比放大典型洪水。放大倍比（系数）公式见辅导教材（2009年版）P.30。对水库工程而言，当防洪库容较小时，一般以洪峰流量或短时段洪量作控制计算设计洪水；当防洪库容较大时，一般以较长时段的洪量作控制。根据设计需要也可以洪峰及洪量同时控制。,设计洪水,3）入库设计洪水 历年或典型年的入库洪水，可根据资料条件选用下列方法分析计算:流量叠加法。当在水库周边附近有水文站，其控制面积占坝址以上面积的比重较大、资料较完整可靠时，可分干支流、区间陆面和库面分别推算分区的入库洪水，再叠加为集中的入库洪水。流量反演法。当汇入库区的支流洪水所占比重较小时，可采用马斯京干法或槽蓄曲线法推算入库
46、洪水。水量平衡法。对于已建水库，可根据水库下泄流量及水库蓄水量的变化反推入库洪水。根据资料条件及工程设计需要，可采用下列方法计算集中的或分区的入库设计洪水:当有较长的入库洪水系列时，可采用频率分析法计算入库设计洪水。当入库洪水系列较短，不能采用频率分析法时，可采用坝址设计洪水的放大倍比，放大典型入库洪水，作为入库设计洪水。当汇入库区的支流进行洪水所占比重较小时，可将坝址设计洪水采用流量反演法推求入库设计洪水。,设计洪水,(2)根据暴雨资料推算设计洪水 1）设计暴雨 水利水电工程各种标准的设计暴雨包括设计流域各种历时面平均暴雨量、暴雨的时程分配和面分布等。根据计算设计洪水的需要，可计算其全部或部
47、分内容。流域各种历时设计面平均暴雨量，根据流域面积大小和资料条件，可采用以下方法计算:当流域各种历时面平均暴雨量系列较长时，应采用暴雨频率分析的方法直接计算。当流域面积较小，各种历时面平均暴雨量系列短缺时，可用相应历时的设计点暴雨量和暴雨点面关系间接计算。暴雨点面关系，一般应采用本地区综合的定点定面关系，当资料条件不具备时也可借用动点动面关系，但应设法作适当修正。当流域面积很小时，可用设计点暴雨量作为流域设计面平均暴雨量。,设计洪水,各种历时设计点暴雨量可采用以下方法计算:在流域内及邻近地区选择若干个测站，对所需的各种历时暴雨作频率分析，并进行地区综合。根据测站位置、资料系列的代表性等情况，合
48、理确定流域的设计点暴雨量。从经过审批的暴雨统计参数等值线图上查算工程所需历时的设计点暴雨量。当本地区及邻近地区近期发生大暴雨时，应对查算成果进行检查，必要时作适当调整。,设计洪水,设计点暴雨量和面暴雨量的频率分析，按以下规定进行:特大暴雨的重现期可根据该次暴雨的雨情、水情和灾情以及邻近地区的长系列暴雨资料分析确定。当设计流域缺乏大暴雨资料，而邻近地区已出现大暴雨时，可移用邻近地区的暴雨资料加入设计流域暴雨系列进行频率分析。但对移用的可能性及重现期应进行分析，并注意地区差别，作必要的改正。设计暴雨的统计参数及设计值必须进行地区综合分析和合理性检查。,设计洪水,设计暴雨量的时程分配应根据符合大暴雨
49、雨型特性的综合或典型雨型，采用不同历时设计暴雨量同频率控制放大。设计暴雨量的面分布，应根据符合大暴雨面分布特性的综合或典型面分布，以流域设计面雨量为控制，进行同倍比放大计算。也可采用几种面积的设计面雨量同频率控制放大计算。,设计洪水,2）可能最大暴雨 采用水文气象法推求可能最大暴雨，应分析流域和邻近地区暴雨特性及成因，根据资料条件和设计要求一般可采用下列方法：设计流域有特大暴雨资料时，可用当地暴雨法。邻近地区有特大暴雨资料时，可用暴雨移置法。流域面积大、设计历时长时，可用暴雨组合法。设计流域及气候一致区内有较多特大暴雨资料时，可用暴雨时面深概化法。,设计洪水,放大暴雨时，应根据所选暴雨的具体情
50、况，确定放大方法和放大指标：当所选暴雨为罕见特大暴雨时，可只作水汽因子放大。以地面露点作为水汽因子指标，应分析地面露点在时间和地区上的代表性。当所选暴雨为非罕见特大暴雨，动力因子与暴雨有正相关趋势时，可作水汽和动力因子放大。放大时应分析上述因子的合理组合。对风速指标应分析代表站风速在时间及空间上的代表性。,设计洪水,放大时应根据因子的物理特性，选用暴雨过程中实测资料的最大值或重现期为50年的数值作为放大指标。移置暴雨时必须研究移置的可能性。设计流域与移置暴雨发生地区应有相似的天气、气候、地形条件。暴雨移置时，应根据地理位置、地形条件的差异对暴雨进行移置改正。组合暴雨时必须分析暴雨的大环流形势及
