桥涵水文 第四章 设计洪水流量

桥涵水文第四章设计洪水流量齐洪亮桥涵水文设计洪水流量主要内容4.2根据地区经验公式推算设计流量24.1根据流量观测资料推算设计流量314.3推理公式和经验公式332020/2/142桥涵水文设计洪水流量第四章设计洪水流量设计洪水流量：对应于某一设计洪水频率的洪峰流量，简称设计流量。设计洪水位：桥位设计计算断面上通过设计流量相应的水位，简称设计水位。设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速。因此，应根据工程实际情况，按国家颁发的有关规范选定合适的设计标准，依此推算设计洪水。《公路工程技术标准》（JTJ001）2020/2/143桥涵水文设计洪水流量第四章设计洪水流量2020/2/144水文统计法经验公式或推理公式相关分析资料多，中等以上流域小流域资料较少地区经验公式无水文站观测资料桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量实测资料累计频率统计参数经验频率曲线理论频率曲线但是，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；而由三个参数确定的皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线，抽样误差也比较大，从而使由计算参数得到的皮尔逊Ⅲ理论频率曲线，与经验频率点群偏离较大，即两者配合不是很好，因此必须采用某种方法来确定合适的统计参数，使两者拟合最好。通过调整统计参数CS、CV，选择一条与经验频率曲线点群拟合最好的理论频率曲线，这种方法叫适线法。2020/2/145桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量一、适线法的步骤1.将审核过的水文资料按递减顺序排列，计算各随机变量的经验频率，并点绘于概率格纸上。2.计算统计参数：均值、CV，假定CS=m·CV，在我国一般取m=2～4。3.确定线型，根据均值、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，绘制理论频率曲线。4.观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数均值、CV和CS的采用值及采用的理论频率曲线。2020/2/146桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量任务一：现在需要在湘江支流潇水某兰花镇附近建设一座中型桥梁。根据规范的要求，该水库设计标准之一是：能够抵御五十年一遇的洪水。你作为设计人员，该如何完成任务？2020/2/1471、来到潇水建桥地点河流断面附近水文站，索要或者购买建站以来的水文特别是洪水数据。你特别幸运，水文站对你很友好，将建站以来供24年（1980年～2003年）的数据都提供给你了。2、分析这些数据的准确性、一致性与代表性3、频率计算（水文频率计算适线法），见下表。均值为：5084m3/s，Cv＝0.4。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/148年份最大洪峰流量Qm（m3/s）序号由大到小排列的Qm（m3/s）模比系数KiKi-1（Ki-1）2累积频率123456781970197119721973197419751976197719781979198019811982198319841985198619871988198919901991199219937170426035509220432056504620953038403190362070301910735052402660355021507260496031704650400091101234567891011121314151617181920212223249530922091107350726071707030565052404960465046204320426040003840362035503550319031702660215019101.871.811.791.451.431.411.381.111.030.980.910.910.850.840.790.760.710.700.700.630.620.520.420.380.870.810.790.450.430.410.380.110.03-0.02-0.09-0.09-0.15-0.16-0.21-0.24-0.29-0.30-0.30-0.37-0.38-0.48-0.58-0.620.760.660.630.200.180.170.150.010.000.000.010.010.020.030.050.060.080.090.090.140.140.230.330.394812162024283236404448525660646872768084889296桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量按照初始计算值绘出相应的理论频率曲线，如下图。2020/2/149100030005000700090001100013000150001700019000P(%)Qm(m3/s)0.010.10.515102030405060708090959999.999.99由图可知：上、下部拟合不佳，需顺时针旋转，即增大Cv桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量调整参数：第二次配线，均值＝5084、Cv＝0.5、Cs=0.8，曲线较为平坦，底部拟合不够好；第三次配线，均值＝5084，Cv＝0.5、Cs=1.5，见下图。2020/2/1410100030005000700090001100013000150001700019000P(%)Qm(m3/s)0.010.10.515102030405060708090959999.999.99设计洪峰流量推求：T=50年，P=2%，查图得出相应洪峰流量为12000m3/s。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量二、资料中特大值的处理（特大洪水处理）特大洪水：在实测期、调查期或者文献考证期内，流量显著大的洪水称为特大洪水。特大洪水可以出现在实测期、调查期或者文献考证期，出现在调查期或者文献考证期的特大洪水往往是不连续的，因此不能与一般洪水同等对待，需要进行单独处理，即所谓的特大值处理。2020/2/1411桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量三、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。2020/2/1412桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量三、为什么要考虑特大洪水1955年规划河北省黄壁庄水库，有1919-1955年期间20年实测洪水资料，推求千年一遇设计洪峰流量Qm=7500m3/s。1956年发生了一次洪峰流量为13100m3/s的特大洪水，显然原设计成果值得怀疑。通过调查，1794、1853、1917和1939年出现4次特大洪水，同时将1956年洪水和历史调查洪水作为特大值处理，千年一遇设计洪峰Qm=22600m3/s。1963年又发生了一次大洪水，洪峰流量为12000m3/s，若将其作为特大洪水也加入样本，得千年一遇设计洪峰流量Qm=23500m3/s。这次计算的洪峰流量只变化了4%，显然设计值已趋于稳定。2020/2/1413桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量特大值处理时，目前国内有独立样本法和统一样本法两种方法。资料条件：设有a年特大洪峰流量资料Qmi（i＝1，2，…，a），其中可能有ℓ项实测大洪水；n年实测洪峰流量资料Qmj（j＝ℓ＋1，ℓ＋2，…，n）。2020/2/1414假设：N——历史调查期年数；n——实测系列的年数；ℓ——为n年中的特大洪水项数；a——为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——为实测系列在n中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。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1415桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/14161.独立样本法把包括历史洪水的长系列(N年)和实测的短系列(n年)看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，各项洪峰值可在各自所在系列中排位。因为两个样本来自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把经验点据绘在一起，共同适线。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1417xP(%)100桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1418【例】某水库坝址处具有1968～1995年共28年实测洪峰流量资料,通过历史洪水调查得知,1925年发生过一次大洪水，坝址洪峰流量6100m³/s，实测系列中1991年为自1925年以来的第二大洪水,洪峰流量4900m3/s。按独立样本法计算经验频率。历史调查洪水的重现期为N=1995-1925+1=71年实测洪水样本容量n=1995-1968+1=28年桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/14192.统一样本法将实测一般洪水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样本，不连序系列的各项可在调查期限N年内统一排位。特大洪水的经验频率为：桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1420实测系列中其余的(n-l)项,假定均匀地分布在第a项频率以外的范围内,即1-Pma。先将n–l项在0~1内计算经验频率：桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1421桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1422上述两种方法，我国目前都在使用。一般说，独立样本法把特大洪水与实测一般洪水视为相互独立的，这在理论上有些不合理，但比较简单，在特大洪水排位可能有错漏时，因不相互影响，这方面讲是比较合适的。当特大洪水排位比较准确时，理论上说，用统一样本法更好一些。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1423算例：某站自1935～1972年的38年中，有5年因战争缺测，其中1949年为最大，并考证应从实测系列中抽出作为特大值处理。另外，查明自1903年以来的70年间，为首的三次大洪水，其大小排位为1921、1949、1903年，并能判断在这70年间不会遗漏掉比1903年更大的洪水。同时，还调查到在1903年以前，还有三次大于1921年的特大洪水，其序位是1867、1852、1832年，但因年代久远，小于1921年洪水则无法查清。试分别用独立样本法和统一样本法估算各项洪水的经验频率。桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1424独立样本法2110.00711411MP1852年2220.01411411MP1832年2330.02111411MP1921年2440.02821411MP1867年解：据调查从1832～1972年，调查期N2＝141年桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1425独立样本法1949年1903年1921年已被抽到上面排序据调查期从1903～1972，有调查期N1＝70年1220.0282701MP1330.0423701MP桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1426独立样本法1940年1968年1949年已被抽到上面排序另外，实测期n＝33年,220.0588331mP,33330.96934mP......桥涵水文设计洪水流量4.1根据流量观测资料推算设计流量2020/2/1427统一样本法2110.00711411MP1852年2220.01411411MP1832年2330.02111411MP1921年2440.02821411MP