第八章由流量资料推求设计洪水(HXJ).

1工程水文与水利计算主讲教师：洪晓江Tel：15283459966E-mail：[e-mail]2第八章由流量资料推求设计洪水1.概述2.洪水资料的分析处理3.设计洪峰流量及洪量的推求4.设计洪水过程线的拟定5.分期设计洪水与施工设计洪水本章主要内容3一、概述1.问题的提出为了水库自身安全和下游防护区的安全，必须设置一定的库容拦蓄洪水。设计洪水——拦洪库容——设计洪水位；校核洪水——调洪库容——校核洪水位;水库泄洪——泄洪建筑物第八章由流量资料推求设计洪水4一、概述2.洪水设计标准水库防洪设计的依据。两类水库防洪问题：(1)水库本身安全防洪问题，是确定在某一特大Q～t情况下，为了不使洪水漫溢坝顶造成毁坝灾害，所需要的坝顶高程等工程规模数据。水工建筑物防洪标准第八章由流量资料推求设计洪水5(2)下游地区防洪问题，一般是水库下游河道要求水库下泄流量不超过某一流量值。防洪区的防洪安全标准设计时根据建筑物级别和所在区域选定不同频率的防洪标准。一、概述第八章由流量资料推求设计洪水6一、概述第八章由流量资料推求设计洪水设计永久性水工建筑物所采用的标准：正常运用标准——设计洪水：确定水库的设计洪水位、设计泄洪流量等。不超过这种标准的洪水来临时，水库枢纽一切工作维持正常状态。非常运用标准——校核洪水：确定水库的校核洪水位。这种标准的洪水来临时，水库枢纽的某些正常工作可以暂时破坏，次要建筑物允许损毁，但主要建筑物必须确保安全。7一、概述3.设计洪水的含义(1)设计洪水按照一定的频率标准p的设计洪水设计出的工程，其防洪安全事故的风险率恰好等于指定的设计标准。即在未来水库运行过程中，每年发生超过该设计水位或流量值的概率恰好等于p。第八章由流量资料推求设计洪水8一、概述(2)设计洪水三要素右图中：T1——涨水历时T2——退水历时T——洪水总历时W——一次洪水总量Qm——洪峰流量洪水三要素：洪峰、洪量及洪水过程设计洪水：设计洪峰流量、设计洪量、设计洪水过程线第八章由流量资料推求设计洪水QtBCAT1T2TQmW洪水过程9一、概述(3)设计洪水推求方法由流量资料推求——频率分析适线法由暴雨资料推求——暴雨频率分析推求设计暴雨+产汇流计算由气象资料推求——根据流域的气象条件如温度、湿风速、露点、降水等气象资料,分析和推求可能最大暴雨,然后经流域产汇流计算求出可能最大洪水。第八章由流量资料推求设计洪水10一、概述由流量资料推求设计洪水计算的内容：(1)洪水资料的收集和审查；(2)根据水利工程的重要性，确定防洪设计标准p；(3)进行洪峰流量Qm、各种时段洪量Wt(t=1d,3d,7d)的频率分析计算(注意特大值处理)，分别求出设计标准P下的设计洪峰流量Qmp和各种时段设计洪量Wtp；(4)推求设计洪水过程线。第八章由流量资料推求设计洪水11二、洪水资料的分析处理1.洪水样本选取目前采用年最大值法选样：即从资料中逐年选取一个最大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。固定时段一般采用1、3、5、7、15、30天。大流域，调洪能力大的工程，设计时段可以取得长些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。洪水资料包括实测洪水资料和调查的历史洪水资料。第八章由流量资料推求设计洪水12第八章由流量资料推求设计洪水二、洪水资料的分析处理13二、洪水资料的分析处理2.洪水资料的审查和分析“三性”审查：可靠性、一致性、代表性(1)可靠性审查实测洪水资料：对测验和整编进行检查，重点放在观测与整编质量较差的年份。包括水位观测、流量测验、水位流量关系等。历史洪水资料：一是审查计算的洪峰流量可靠性；二是考证洪水发生年份的准确性。第八章由流量资料推求设计洪水14二、洪水资料的分析处理(2)一致性审查方法同年径流资料的一致性审查。如果洪水资料受到了影响，需要将受影响后的资料还原到之前天然状态下，以保证抽样的随机性（减少人为的干扰），并能与历史资料组成一个具有一致性的系列。第八章由流量资料推求设计洪水15二、洪水资料的分析处理(3)代表性审查同样可用参证站长系列对比分析审查其统计参数。实际工作中要求连续实测的洪水年数一般不少于30年，并有特大洪水加入。当实测洪水资料缺乏代表性时，应插补延长和补充历史特大洪水，使之满足代表性的要求。插补延长主要是采用相关分析的方法。第八章由流量资料推求设计洪水16二、洪水资料的分析处理第八章由流量资料推求设计洪水3.历史洪水的调查和考证(1)什么是特大洪水？特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水痕迹，只有特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证，所以调查到的历史洪水一般就是特大洪水。特大洪水可以发生在实测流量期间之内，也可以发生在实测流量期之外,前者称资料内特大洪水，后者称资料外特大洪水(历史特大洪水)。17二、洪水资料的分析处理第八章由流量资料推求设计洪水(2)洪水调查的意义——为什么要考虑特大值？目前我们所掌握的样本系列不长，系列愈短，抽样误差愈大，若用于推求千年一遇、万年一遇的稀遇洪水，显然根据很不足。如果能调查到N年（Nn）中的特大洪水，就相当于把n年资料展延到了N年，提高了系列的代表性，使计算结果更合理、准确。二、洪水资料的分析处理第八章由流量资料推求设计洪水(3)特大洪水的重现期重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。要准确地定出特大洪水的重现期是相当困难的，目前，一般是根据历史洪水发生的年代来大致推估。①从发生年代至今为最大N=设计年份-发生年份+1②从调查考证的最远年份至今为最大N=设计年份-文献考证期最远年份+11819可靠性、一致性、代表性审查年最大值法选样峰、量频率计算特大洪水处理设计洪峰和设计洪量选择典型洪水同倍比或同频率缩放设计洪水过程线成果合理性检验由流量资料推求设计洪水框图20三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水1.连续系列和不连续系列所谓“连序”与“不连序”，不是指时间上连续与否，只是说所构成的样本中间有无空位。21三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水2.不连续系列的经验频率计算考虑特大洪水时经验频率的计算基本上是采用将特大洪水的经验频率与一般洪水的经验频率分别计算的方法。目前国内有两种计算特大洪水与一般洪水经验频率的方法：统一样本法、独立样本法。22设：N——历史调查期年数：n——实测系列的年数；l——n年中的特大洪水项数；a——N年中能够确定排位的特大洪水项数（含资料内特大洪水l项）；m——实测系列由大到小排列的序号，m=l+1，l+2，...，n；Pm——实测系列第m项的经验频率；PM——特大洪水第M序号的经验频率，M=1,2,...,a三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水23Nna项特大洪水M=1,2,...,a实测期内特大洪水，l项......TQ(m3/s)...实测一般洪水，n-l项m=l+1,l+2,...,n缺测24(1)统一样本法将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史调查期N年内统一排位。特大洪水的经验频率采用下式:(1,2,,)1MMPMaN(n-l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：(1)(1,2,,)1maamlPPPmlllnnl三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水25a项特大洪水M=1,2,...,a实测期内特大洪水，l项......PQ(m3/s)...PmPM实测一般洪水，n-l项m=l+1,l+2,...,n...Pa1-Pa(1)1maamlPPPnl1MMPN26（2）独立样本法把实测一般洪水系列与特大洪水系列分别看作是从总体中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可分别在各个系列中进行排位。特大洪水系列的经验频率计算公式同前,实测系列的经验频率仍按连序系列经验频率公式计算：(1,2,,)1mmPmllnn三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水27三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水3.洪水频率曲线线型P-Ⅲ型频率曲线4.频率曲线参数估计经验适线法(目估适线法)(1)尽量照顾点群的趋势(2)曲线通过点群中心(3)侧重考虑中上部的大洪水点据(4)对特大洪水作具体分析28三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水矩法初步估计参数111anjijilNaxxxNnl2211111anvjijilNaCxxxxNnlx3~40.52.5~3.50.51.02~31.0vvsvvvvCCCCCCCniixnx1121()11niivxxCnx29三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水5.推求设计洪峰、洪量——例8.3.5(1)在频率格纸上点绘经验点据；(2)选定频率分布线型（一般选用P-Ⅲ型）；(3)参数估计x、Cv，Cs=2~3Cv；(4)根据x、Cv、Cs，查附表1，计算xp值，以xp为纵坐标，p为横坐标，即可得到理论频率曲线；(5)根据理论频率曲线与经验点据的配合情况，从中选择一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线；(6)求指定频率的水文变量设计值。30三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水6.设计成果的合理性分析(1)检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时之间的关系。随历时增长，均值增大，Cv、Cs一般减小。不能交叉。PQW7d5d3d31三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水(2)根据上下游、干支流及邻近地区各河流洪水频率分析成果进行比较。从上游到下游，均值增大PW3d（下游站、干流站）3d（上游站、支流站）32三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水(3)与暴雨频率分析结果进行比较一般洪水径流深应小于相应天数的暴雨深，而洪水的Cv值大于相应暴雨量的Cv值(考虑到历史特大洪水资料)。33三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水7.设计洪水的抽样误差频率计算是用有限样本估算总体的参数,必然存在误差。设计洪水xp的均方误近似公式为：式中，B——为Cs与P的函数，见B值诺莫图8-4。BnCxvxp34三、设计洪峰流量及洪量的推求第八章由流量资料推求设计洪水7.设计洪水的抽样误差在实际工作中，对大型或重要的中型工程，应计算校核洪水的抽样误差。如果成果偏小，应加安全修正ΔxP：一般不超过计算校核值的20%。校核洪水采用成果：xp+ΔxPpPxx35四、设计洪水过程线的拟定第八章由流量资料推求设计洪水目的：调洪演算，以确定防洪建筑物的规模尺寸等定义：设计洪水过程线是指具有某一频率标准的洪水过程线。方法：类似推求设计年径流的年内分配，从实测资料中选取典型洪水过程线，按设计洪峰、洪量放大，即得设计洪水过程线。同频率放大、同倍比放大36四、设计洪水过程线的拟定第八章由流量资料推求设计洪水1.典型洪水过程线的选取原则：1)峰高量大，接近设计条件下的稀遇洪水；2)代表性(季节、洪峰次数、峰量关系)；3)对工程防洪不利(峰型集中、主峰靠后、与下游洪水遭遇)。37四、设计洪水过程线的拟定第八章由流量资料推求设计洪水1.典型洪水过程线的选取若符合条件的洪水过程可能不止一条，也可以选择几个典型过程，分别推求设计洪水过程线，供调洪计算时分析比较。38四、设计洪水过程线的拟定第八章由流量资料推求设计洪水2.放大方法(1)同倍比放大法按洪峰控制的放大倍比：按洪量控制的放大倍比：mpmdQkQkpkdWkW39四、设计洪水过程线的拟定第八章由流量资料推求设计洪水特点：用同一放大倍比放大典型过程。注意：(1)用峰控制还是用量控