05第六章 由流量资料推求设计洪水

水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第六章由流量资料推求设计洪水水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水重点•本章主要内容是由流量资料推求规定频率的、用于水库规划及水工建筑设计的流量过程线。资料三性审查、频率分析和过程线放大等基本原理与设计年径流大致相同•本章学习重点有二􀂄特大洪水处理：不连序样本系列的经验频率和统计参数的计算用同频率放大法推求设计洪水过程线水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水目录第一节概述第二节设计洪峰、洪量的计算第三节设计洪水过程线的推求第四节设计洪水其他问题水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述由于流域内降雨或融雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计，这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水一、设计洪水1.设计洪水概念水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水•以蓄为主：水土保持、水库•分蓄洪区；以排为主：加高堤防、河道整治2.防洪措施(洪水是一种自然灾害)3.水库的防洪作用•削减洪峰：qmQm•峰时滞后：tmTm水库的防洪作用是很明显的，如三峡工程的防洪库容为221.5亿m3，可以使荆江河段防洪标准从现在的10年一遇提高到100年一遇，保证了荆江的行洪安全。第一节概述水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水设计时根据建筑物级别选定不同频率作为防洪标准。水利水电工程建筑物防洪标准分为正常运用和非常运用两种􀂄•按正常运用洪水标准算出的洪水称为设计洪水，用它来决定水利水电枢纽工程的设计洪水位。宣泄正常运用洪水时，泄洪设施应保证安全和正常运行•当河流发生比设计洪水更大的洪水时，选定一个非常运用洪水标准进行计算，算出的洪水称为非常运用洪水或校核洪水•除此之外，还有水库下游防洪对象的防洪标准。当这种标准的洪水来临时，通过水库的调洪作用，控制下泄流量，使下游防洪控制点的洪水不超过那里的河道安全泄流量二、水工建筑物的等级和防洪标准第一节概述水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述1.设计洪水的类型•水库设计洪水•下游防护对象的设计洪水•施工设计洪水•堤防设计洪水•桥涵设计洪水二、水工建筑物的等级和防洪标准水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准2.水工建筑物的洪水设计标准•在工程设计中,设计标准由国家制定,以设计规范给出。规划中按工程的种类、大小和重要性,将水工建筑物划分为若干等级,按不同等级给出相应的设计标准•对永久性建筑物,采用二级标准:正常运用情况，即设计标准；非正常运用情况，即校核标准•建筑物的尺寸由设计洪水确定,当这种洪水发生时,建筑物应处于正常运用状态。校核洪水起校核作用,当其来临时,其主要建筑物要确保安全,但工程可处在非常情况下运行,即允许保持较高水位，电站、船闸等正常工作允许遭到破坏水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准表6.1水利水电工程分等指标工程等别工程规模水库总库容（108m³）防洪治涝灌溉供水发电防护城镇及工矿企业的重要性保护农田（104亩）治涝面积（104亩）灌溉面积（104亩）供水对象重要性装机容量（104kw）Ⅰ大（1）型≥10特别重要≥500≥200≥150特别重要≥120Ⅱ大（2）型10～1.0重要500～100200～60150～50重要120～30Ⅲ中型1.0～0.1中等100～3060～1550～5中等30～5Ⅳ小（1）型0.1～0.01一般30～515～35～0.5一般5～1Ⅴ小（2）型0.01～0.001＜5＜3＜0.55＜1水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准表6.2永久性水工建筑物级别工程等级主要建筑物次要建筑物工程等级主要建筑物次要建筑物Ⅰ13IV45Ⅱ23V55Ⅲ34水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准表6.3山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］项目水工建筑物级别12345设计1000～500500～100100～5050～3030～20校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000～50005000～20002000～10001000～300300～200混凝土坝浆砌石坝5000～20002000～10001000～500500～200200～100水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准表6.4平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准［重现期（年）］项目水工建筑物级别12345水库工程设计300～100100～5050～2020～1010校核2000～10001000～300300～100100～5050～20拦河水闸设计100～5050～3030～2020～1010校核300～200200～100100～5050～3030～20水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述二、水工建筑物的等级和防洪标准下游防护对象的防洪标准根据防护对象的重要性选取。因为没有水库的安全，也就谈不上下游防护对象的安全，因此上述水库洪水标准一般都高于防护对象的防洪标准3.下游防护对象的防洪标准表6.5下游防护对象的防洪标准水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第一节概述洪水过程线可以概括为洪峰、洪量和洪水历时三个要素三、洪水三要素水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水•每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历次洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题•年最大值选样原则：从资料中逐年选取一个最大流量和各种固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列年最大值法:每年只选一个最大洪峰流量及某一历时的最大洪量年最大值法,方法简单,操作容易,样本独立性好洪峰选样:年最大值法洪量选样:固定时段选取年最大值法•固定时段一般采用1、3、5、7、15、30天一、样本选取第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水一、样本选取第二节设计洪峰、洪量的计算年最大洪峰流量可以从水文年鉴上直接查得，而年最大各历时洪量则要根据洪水水文要素摘录表的数据用梯形面积法计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水二、样本选取第二节设计洪峰、洪量的计算年最大洪峰流量可以从水文年鉴上直接查得，而年最大各历时洪量则要根据洪水水文要素摘录表的数据用梯形面积法计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水第二节设计洪峰、洪量的计算•可靠性：在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等•一致性：洪水形成条件要相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水库、河道整治等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上•代表性：反映在样本系列能否代表总体的统计特性。一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好•SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测洪水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水二、资料审查水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水比系列中一般洪水大得多的洪水称为特大洪水,并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。历史上的一般洪水是没有文字记载，没有留下洪水痕迹，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三、特大洪水的处理第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水为什么要考虑特大洪水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,根据就很不足。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,使计算成果更加合理、准确。等于在频率曲线的上端增加了一个控制点第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水根据短系列资料作频率计算时，当出现一次新的大洪水以后，设计洪水数值就会发生变动，所得成果很不稳定。如果在频率计算中能够正确利用特大洪水资料，则会提高计算成果的稳定性例：某站有n=18年的洪峰系列，假如第19年又发生了一场非常大的洪水，其频率为1／(19+1)=5%，其值远远大于其它洪水。因此，从整个洪水系列来看，我们可能会问第19年发生的洪水，其频率是否是5%？对于这种洪水，我们应该如何确定其频率？三、特大洪水的处理第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水1.特大洪水序列连序系列：洪水系列中没有特大洪水值，在频率计算时，各项数值直接按大小次序统一排位，各项之间没有空位，序数m是连序的不连序系列：系列中有特大洪水值，特大洪水值的重现期(N)必然大于实测系列年数n，而在N—n年内各年的洪水数值无法查得，它们之间存在一些空位，由大到小是不连序的三、特大洪水的处理第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水历史特大洪水：通过洪水痕迹，查水位流量关系获得；实测特大洪水：通过资料观测得到特大洪水确定以后，要分析其在某一代表年限内的大小序位，以便确定洪水的重现期目前我国根据资料来源不同，将与确定特大洪水代表年限有关的年份分为实测期、调查期和文献考证期。实测期：从有实测洪水资料年份开始至今的时期调查期：在实地调查到若干可以定量的历史特大洪水的时期文献考证期：从具有连续可靠文献记载历史特大洪水的时期。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，不能定量第二节设计洪峰、洪量的计算1.特大洪水序列水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水确定特大洪水重现期实例经长江重庆～宜昌河段洪水调查，同治九年(1870年)川江发生特大洪水,沿江调查到石刻91处（如图9.3.4）,推算得宜昌洪峰流量Qm=110000m3/s如此洪水为1870年以来为最大,则N=1992-1870+1=123(年)，这么大的洪水平均123年就发生一次,可能性不大。又经调查,忠县东云乡长江岸石壁有两处宋代石刻，记述绍兴二十三年癸酉六月二十六日水泛涨。这是长江干流上发现最早的洪水题刻。据洪痕实测，忠县洪峰水位为155.6米。又据历史洪水调查，宜昌站洪峰水位为58.06米，推算流量为92800m3/s，3天洪量为232.7亿m3。宋绍兴23年即1153年，该次洪水,也小于1870年洪水,可以肯定自1153年以来1870年洪水为最大,故1870年洪水的重现期为：N=1992-1153+1=840(年)第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水确定特大洪水重现期实例第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水2.特大洪水的处理方法连序系列中各项经验频率的计算方法，已在第四章中论述，不予重复不连序系列的经验频率，有以下两种估算方法独立样本法统一样本法三、特大洪水的处理第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水独立样本法已知条件：调查考证期N实测期方法：把实测系列与特大值系列均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计算公式:实测系列的经验频率仍按连序系列经验频率公式计算第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水实测期中特大洪水的频率排位出现重叠现象，取抽样误差较小的频率进行计算，即频率取较小值适用于历史洪水的排位可能有错漏的情况特点􀂄独立样本法第二节设计洪峰、洪量的计算水文水利计算第六章由流量资料推求设计洪水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