水文分析与计算知识重点

1水文分析与计算第二章洪峰和时段洪量频率分析水文过程的随机特性描述洪水资料的分析和处理历史洪水的调查和考证设计成果的合理性分析抽样误差和安全修正值第三章防洪安全设计和设计洪水防洪水文设计概念设计频率（标准）与设计洪水概念设计洪水过程线设计洪水的地区组成入库设计洪水和分期设计洪水第四章设计暴雨分析计算暴雨特性分析点暴雨频率计算面暴雨量频率计算设计暴雨时空分布计算由设计暴雨推求设计洪水第五章小流域设计洪水计算小流域设计洪水计算特点、方法小流域设计暴雨推理公式推求设计洪水水科院推理公式设计洪水过程线地区经验法推求设计洪水第六章可能最大暴雨/洪水（PMP/PMF）计算概述可降水量计算PMP推求短历时PMPPMP等值线图应用第七章设计年径流及其分配概述年径流的影响因素分析设计年径流计算的一般方法缺乏资料时设计年径流计算设计枯水径流计算负偏（Cs0）分布的频率计算2第二章洪峰和时段洪量频率分析1.洪水资料的分析处理：洪水资料的选样→洪水资料的审查→洪水资料的插补延长→洪水资料代表性分析方法。（一）洪水资料的选样：（1）年最大值法：每年选取一个最大值，n年资料可选出n项年极值，包括洪峰流量和各种时段的洪量。（2）年多次法：每年选取最大的k项，则由n年资料可选出n*k项样本系列，k对各年取固定不变，如k=3、5等。（3）超定量法：选定洪峰流量和时段洪量的阀值Qmo、Wto，超过该阀值的洪水特征均选作为样本，每年选出的样本数目是变动的。（4）超大值法：将n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项。（相当于以第n项洪水为阀值的超定量法）对一般水利工程：采用年最大取样；对城市雨洪排水和工矿排洪工程：年多次法。（二）洪水资料的审查（“三性审查”）（1）可靠性分析：主要审查由于人为或天然原因的造成的资料错误或时空不合理现象。审查的具体内容一般包括：1）水位资料的审查：了解水位基准面的情况，水尺零点高程有无变化，检查施测断面有无变动。2）检查流量测验情况：检查测验方法、仪器等情况。如断面布设是否合理、浮标测流系数是否合理、水位流量关系有无问题，特别是水位流量关系曲线的延长部分是否合理。3）检查上下游河岸整治、溃堤、分洪、改道、堵口等情况及人类活动的情况。（2）一致性分析：样本是否来自同一总体。不一致原因：1）上游修建水库蓄水，改变原天然洪水、径流过程；2）大洪水情况下分洪或发生决口、溃堤；3）气候变化、下垫面覆被/土地利用变化。分析方法：水量平衡原理修正、相关关系修正、水文模型修正。（3）代表性分析：代表性是指样本与总体接近的程度。其他条件相同时，样本容量越小，抽样误差愈大；提高样本代表性的主要途径是增加样本长度；方法：历史洪水调查、插补延长、古洪水探测。（三）洪水资料的插补延长（1）根据上下游测站的洪水特征值进行插补延长（2）利用本站峰量关系进行插补延长（3）利用降雨径流关系进行插补延长（4）根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长注意事项：1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料2）插补系列的项数一般不宜超过实测项数n，最好不超过n/23）外延不宜太远：对洪水，一般不超过实测资料的30％4）相关密切,ρ＞02.洪水调查的意义：（1）增加样本容量，提高代表性。；3（2）代表性愈好，抽样误差愈小；（3）只有增加信息量，犯取伪、弃真两类错误的概率才能同时减小。3.不连序系列的经验频率计算：（1）分别处理法（分开处理法）：对各自系列分别采用期望值公式计算各自样本的经验频率。（2）统一处理法：历史洪水+实测资料(包括其中的大洪水）作为一个样本统一在N中计算。1）为首的a项大洪水的经验频率:1NMPM,aM...21，，2）实测系列中ln项的经验频率：nlmlnlmPPPaam...211)1(，，注意：分别（开）处理法、统一处理法对适线法估计参数影响不大。（因对大洪水的计算两种方法是一样的）；分别（开）处理法可能出现“重叠现象”4.矩法的原理：用样本的矩估计相应总体的矩。（1）连续样本：（2）水文中不连序样本的矩法：45.适线法：适线法是我国目前生产上一致采用的方法，也是洪水规范规定的方法。（1）经验适线法步骤：①样本由大到小排列，计算各项经验频率，得经验点据②在机率图上（海森机率格纸）点绘经验点据③假设一套参数初值)(CsCvQ、、一般以矩法估计的参数为初值④根据这套参数计算不同频率p下的相应设计值Qp,得到所谓的理论点据（p,Qp）；)1(CvQQp，并根据理论点据绘出频率曲线（理论频率曲线）⑤判断理论曲线与经验点据拟合是否理想。如果不理想，再重新假设一套参数，重复①～④，直到满意为止。（2）参数对曲线形状的影响：Cv、Cs相同的情况下，EX增加－－曲线整体上移；EX、Cs相同的情况下，Cv愈大－－曲线愈陡；EX、Cv相同的情况下，Cs愈大－－曲线上端愈弯曲下端愈平缓；（3）经验适线法的特点：方法直观、灵活、可以反映设计人员对资料的经验；因人而异，成果不唯一。我国设计洪水计算规范规定:“适线时，应尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心。如点据缺乏规律，可侧重考虑上部和中部的点据，并使曲线尽量靠近精度较高的点据。对于特大洪水，应当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。”6.本站的统计参数Cv的对比分析:（1）对于调蓄作用小而连续暴雨少的河流，Cv随历时的增加而减小。Qm的Cv也大于WT的Cv。（2）对于调蓄作用大且连续暴雨次数多的河流，随历时的增加Cv反而增大，至T达到某一历时时Cv达到最大值，然后再逐渐减小，在Cv增加的范围内，Qm的Cv也小于WT的Cv。（3）只有当峰量关系是直线时，Qm的Cv与WT的Cv才相等。7.安全修正值：Xp估计的不确定性，为安全计，在估计的Xp上加个修正值△XpXpXp7.0：可靠性系数，一般取诺模图，制成＝BCspCspBBBnCvxXp~~),(,在计算中如果考虑了历史洪水：n’=n+(c＋d)*(N-n)c—反映调查洪水项数的系数：一项洪水时，c=0.2；二或三项时，c=0.3；三项以上时，c=0.4d—反映调查洪水精度的系数：一般，d=0.2；可靠时，d=0.3；精确时，d=0.458.水文频率分析误差？？？（1）样本代表性不足；（2）资料有误差(历史洪水调查的误差)－－（可靠性问题）；（3）同总体假设成立？（4）计算方法（如适线法）有误差。。。通过对成果的合理性进行分析，尽可能降低误差！第三章防洪安全设计和设计洪水1.风险率代表系统失效的可能性大小，代表灾害的自然属性；损失与社会经济、抗洪能力、管理措施。。。有关，代表灾害的社会属性；2.3.防洪设计目标（两个方面）：工程下游区防洪安全设计：工程建成后，下游防洪区未来洪水情势（防洪断面的设计洪水）。工程本身防洪安全设计：工程所在地点未来洪水情势（工程位置的设计洪水）。4.设计洪水过程线拟定流程：控制时段选择（控制时段：选择一个时段tk，按照这个时段设计洪量构成的洪水过程来防洪，保证：风险率=设计标准、各种历时）→设计洪峰洪量计算（洪峰、控制时段内各种历时洪量）→选典型洪水过程线（原则、选择：峰高量大峰偏后）→典型洪水过程放大（同倍比、同频率）5.两种放大方法的比较：同倍比放大计算简单，常用于峰量关系好的河流，特别是长历时、多峰的洪水过程。适用于洪峰或时段洪量控制的水工建筑物。（如堤防、分洪区）同频率放大：典型洪水作用较小，常用于峰量关系不够好，峰型差别大的河流。适用于有调洪作用的水工建筑物。（如水库）6.地区组成法：（1）相关法：反映平均情况一般用于设计断面以上各地区洪水组成比例较为稳定的情况（2）典型地区组成同倍比放大法：反映实测最可能情况适用于洪水地区组成较复杂的情况（3）同频率地区组成法：偏于安全情况侧重于安全的方法：保证关键区域达到设计标准67.入库洪水与坝址洪水产生条件差异：（1）产流条件改变：库面由陆面产流变为库面直接承纳降水，入库洪水洪量增大。（2）汇流时间缩短：（3）原河槽调蓄能力丧失：洄水末端到坝址处由原河边变为库区河边，调蓄能力丧失了。差异：洪峰增高，峰时提前，历时变短。影响差别的因素：水库库型，蓄水深度，洄水长度，库区面积，暴雨中心位置。。。河道型水库：差别小；湖泊型：差别大。8.入库设计洪水的推求：（1）合成流量法（2）水量平衡法（3）峰量关系法（4）马斯京根法9.分期设计洪水：都需要一年中分几个时期，分期取年最大值,进行各分期设计洪水计算。分期设计洪水计算方法：分期取样（一般是在规定时段内按年最大值法选择）频率计算及合理性分析第七章设计年径流及其分配1.在一个年度内，通过河流出口断面的水量，叫做该断面以上流域的年径流量。2.目前我国设计年经流计算中仍然假定年径流系列：独立随机同分布3.设计年径流计算步骤：（1）选定设计保证率p；（2）推求指定p的年径流总量或某时段总量Qp；（3）选典型年径流过程（逐月过程），根据Qp进行年内分配，得到设计年月径流过程Qp(t)。（年总量或某个时段总量控制－－－同倍比法；多时段总量控制－－－同频率法）4.大水体对年径流年际间的过度变化起着制约作用。CV（无水体）＞CV（有水体）5.相关展延的注意事项：（1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料（2）避免辗转相关(虚假相关)（3）假相关问题：研究相关时，必须直接建立原始变量间的相关（4）外延幅度问题：离开均值越远，插补展延误差越大；外延的幅度一般不超过50％，即0.5*(Xmax－Xmin)（5）插补的项数问题：要求：n插补＜n实测或n插补≤n实测/26.设计代表年的年内分配计算：（1）控制时段的选择：灌溉工程：选作物需水期,如整个需水期：4~10月（主要需水期：7~9月）发电工程：选枯水期或选整个水文（利）年（2）选典型：①水量相近原则：水量相近，则可能形成条件相差不会太远，这样用典型年分配情况去代表设计情况可能性更大些。7②对工程不利原则灌溉工程：选作物需水季节来水少的典型发电工程：选枯水季长，枯季水少，汛期水相对多的典型③缩放：同倍比或同频率7.水文比拟法是将参证流域的某一水文特征量移用到设计流域的一种方法。（1）选参证流域：气候及下垫面条件要尽可能相似；有较长的资料，以保证计算误差小。（2）设计流域年径流量计算：1）直接移置径流深（参设yy）条件：参证流域和设计流域年降雨量接近，面积接近2）考虑雨量改正（参参设设＝yxxy）：该年两流域降雨有较大差距时，不宜直接移用年径流深，可假定“两流域的年径流系数相等”3）移置降雨径流相关图（特点：由于参证流域Y~X关系是多年资料建立关系，反映的是一种综合关系，消除个别年份偶然因素的影响。）（3）移用参证流域月径流过程，根据设计流域的年径流，同倍比缩放，得设计月径流过程.8.设计枯水径流计算：P设＝(k/n)*P非9.负偏（Cs0）分布的频率计算：ppppXXXXXXX11'2'