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第六章由流量资料推求设计洪水研究内容：防洪标准及其选择；洪峰、洪量样本系列的选样；资料的三性审查；特大洪水的处理；研究目的：研究由流量资料推求设计洪水，以解决水库、堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题学习要求：了解防洪标准的选择；洪水选样；熟悉特大洪水的处理、成果的合理性分析；掌握由流量资料推求设计洪水的基本步骤第一节概述内容提要设计洪水的定义；水库规模的等级划分及设计洪水标准；设计洪水推求的基本途径。学习要求掌握设计洪水的定义；洪水的特征值及正确选择洪水标准第一节概述一洪水（1）定义：由于流域内降雨或冰川溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，河槽水流呈波状下泄，这种水文现象称为洪水。（2）洪水三要素一次洪水过程可用3个控制性要素加以描述，常称为洪水三要素，即1、洪峰流量Qm（m3/s），为洪水过程线的最大流量。2、洪水总量W（m3），为一次洪水的径流总量。3、洪水过程线，洪水从A到B点的时距t1为涨水历时，从B到C点的时距t2为退水历时，一般情况下，t2t1。T=t1+t2，称T为洪水历时。次洪水过程示意图第一节概述二设计洪水在河流上修建各类水利工程在防洪方面可发挥很大作用。但水利工程本身却直接承受洪水威胁，一旦洪水漫溢或工程溃决，将对下游生命财产安全造成严重威胁。因此，在进行水利工程规划设计中，必须选择一个相应的设计洪水作为依据，使建筑工程在建成运行期间遇到不超过这种标准的洪水时不会被破坏。（1）设计洪水定义：水利工程规划、设计中所指定的满足各种设计标准的洪水。（2）防洪设计标准，简称设计标准：如何选择对设计的水工建筑物较为合适的洪水作为依据，涉及一个标准问题，称为设计标准。标准越高，越是稀遇，设计的工程就越安全，被洪水破坏的风险就越小，但耗资也大；反之，标准越低，耗资越少，但安全程度也随之降低，承受的风险加大。因此，防洪设计标准既关系到防洪保护区人民生命和经济建设的安全，也关系到工程投资的经济效益，必须根据国家各有关部门制定的规范慎重对待。合理分析计算设计洪水是水利工程规划设计中首先要解决的问题。三水工建筑物的等级与防洪标准确定设计标准是一个非常复杂的问题，国际上尚无统一的设计标准。我国根据工程效益、政治及经济各方面的综合考虑，颁布了按工程规模分类的工程等别和按水工建筑物划分的防洪标准，即《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）。1水工建筑物等级（1）水利枢纽工程的等别根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性分：I~V等工程等别水库防洪治涝灌溉供水水电站工程规模总库容（108m3）城镇及工矿企业的重要性保护农田(万亩)治涝面积(万亩)灌溉面积(万亩)城镇及工矿企业的重要性装机容量（104Kw）Ⅰ大（1）型10特别重要500200150特别重要120Ⅱ大（2）型10~1.0重要500~100200~60150~60重要120~30Ⅲ中型1.0~0.10中等100~3060~1550~5中等30~5Ⅳ小（1）型0.10~0.01一般30~515~35~0.5一般5~1Ⅴ小（2）0.01~0.001530.51三水工建筑物的等级与防洪标准（2）水工建筑物的级别水工建筑物可分为：永久性建筑物与临时性建筑物。根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性分：1~5级。工程等别永久性水工建筑物级别临时性水工建筑物级别主要建筑物次要建筑物Ⅰ134Ⅱ234Ⅲ345Ⅳ455Ⅴ552水工建筑物的防洪标准分类三水工建筑物的等级与防洪标准水利工程水工建筑物下游防护对象正常运用设计标准设计洪水非常运用校核标准校核洪水防洪标准按水工建筑物正常运用洪水标准算出的洪水称为设计洪水，用它来决定水利枢纽工程的设计洪水位、设计泄洪流量等。宣泄正常运用洪水时，泄洪设施应保证安全和正常运行。该类防洪设计标准确保水工建筑物自身安全按水工建筑物非常运用洪水标准算出的洪水称为校核洪水。宣泄非常运用洪水时，泄洪设施应保证满足泄量的要求，可允许消能设施和次要建筑物部分破坏，但不应影响枢纽工程主要建筑物的安全或发生河流改道等重大灾害性后果。该类防洪设计标准确保下游防护对象安全根据下游防护对象的重要性选取。水工建筑物级别防洪标准[重现期（年）]山区、丘陵区平原区、滨海区设计校核设计校核混凝土坝、浆砌石坝及其他水工建筑物土坝、堆石坝11000~5005000~2000可能最大洪水（PMF）或10000~5000300~1002000~10002500~1002000~10005000~2000100~501000~3003100~501000~5002000~100050~20300~100450~30500~2001000~30020~10100~50530~20200~100300~2001050~20三水工建筑物的等级与防洪标准城市等级城市重要性非农业人口（万人）防洪标准[重现期（年）]I特别重要的城市≥150≥200II重要的城市50～150100～200III中等城市20～5050～100IV一般城镇≤2020～50三水工建筑物的等级与防洪标准城市等级和防洪标准1设计洪水三要素设计洪峰流量：Qmp不同时段设计洪水总量：WTP设计洪水过程线：Qp~t四推求设计洪水的途径四推求设计洪水的途径按所用资料不同，推求设计洪水的途径主要包括：（1）由流量资料推求设计洪水分别对洪峰流量和各种时段洪量进行频率计算，求的设计洪峰流量和各种时段的设计洪量；选择适当的典型洪水过程线，用设计洪峰和设计洪量控制对其进行放大，得出设计洪水过程线。（2）由暴雨资料推求设计洪水先通过频率计算推求设计暴雨，再利用流域产汇流方法由设计暴雨推求设计洪水。（3）由水文气象资料推求设计洪水通过对设计流域或附近地区的暴雨气象成因分析和洪水分析，求得可能最大降水，经流域产汇流计算，求得可能最大洪水。（4）由经验公式推求设计洪水对气候及下垫面因素相似地区的实测和调查洪水资料进行综合归纳，直接建立洪峰流量或洪水总量与各有关影响因素之间的相关关系，供设计地区无资料的中、小流域设计洪水估算之用。水文分析计算原则：“多种方法，综合分析，合理选定”。五由流量资料推求设计洪水的基本思路设计洪峰流量和不同时段设计洪量的推求设计洪水过程线的推求频率计算典型洪水过程线放大法洪水选样洪水资料审查特大洪水处理目估适线法成果合理性检验同倍比放大法同频率放大法第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求研究内容：洪水选样方法；洪水资料“三性”审查；特大洪水的处理；成果合理性分析。学习要求：掌握洪水选样方法、特大洪水处理、由流量资料推求设计洪水的基本过程。研究断面有比较充分的实测流量资料时，可采用由流量资料推求设计洪水。由流量资料推求设计洪水时，要经过洪水资料选样（选取洪峰流量和洪量）、洪水资料三性审查、考虑特大洪水的频率计算（推求设计洪峰流量和设计洪量）、设计洪水过程线推求及计算成果合理性分析等几个步骤。一洪水样本选取河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化，如何从历年洪水系列资料（包括实测洪水资料和调查的历史洪水资料）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。实测洪水：n年；洪水系列有两类：洪峰流量与不同时段洪水总量；洪峰系列：年最大值法；即，从收集的洪水系列资料中逐年选取一个最大瞬时洪峰流量组成洪峰流量系列。洪量系列：固定时段年最大值法；即，从收集的洪水系列资料中逐年选取固定时段最大洪量组成洪水总量系列。固定时段T：1、3、5、7、15、30d。一洪水样本选取值得注意的是，所谓年最大1d洪量W1实际上是一年中连续24h的最大洪量，并不是逐日平均流量表中的最大日平均流量乘以一天的秒数；同样，W3是指一年中连续72h最大洪量，其他依次类推。选取年最大值时不考虑洪峰流量或其它时段洪水总量发生的时间和位置，洪峰流量和各时段洪水总量的年最大值可以来自不同次洪水，而不要求年最大瞬时洪峰流量和各时段年最大洪水总量一定要发生在同一次洪水中。如图，洪峰流量和最大1日洪量属于同一次洪水，而最大3日和最大5日洪水总量则属另一次洪水。二洪水资料审查选取的洪水资料是洪水频率计算的基础，是决定计算成果精度的关键，必须充分重视洪水资料的审查与分析工作。分析内容包括洪水资料的可靠性、一致性和代表性审查。1.洪水资料的可靠性审查目的：保证洪水系列真实、可靠审查内容包括资料的测验方法、整编方法和成果质量，特别是审查观测和整编质量较差的年份。注意了解水尺位置、零点高程、水准基面的变动情况；汛期是否有水位观测中断的情况；所测断面是否有冲淤变化；水位流量关系曲线的延长是否合理等。审查方法一般通过对历年水位流量关系曲线的对照，上下游、干支流水量平衡及洪水过程线的对照，降雨径流关系的分析等进行检查，必要时做适当修改。对调查的历史洪水资料主要审查调查计算的洪峰流量及其发生年份的可靠性。关于前者，主要审查洪水痕迹是否可靠，上下游痕迹是否一致以及流量推算是否合理。对于后者，应主要了解确定发生年份的依据是否充分，河流上下游和邻近流域是否一致等。二洪水资料审查2.洪水资料一致性审查资料系列的一致性是指资料系列具有同一成因，就是说，组成该系列的流量资料都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面条件下获得的。目的：保证洪峰流量系列来自同一总体;审查方法：因气候条件变化缓慢，故主要从人类活动影响和下垫面的改变来审查。如因流域上修建了蓄水、引水、分洪、滞洪等工程或发生决口、溃堤、改道等情况，导致流域的洪水形成条件明显改变，而不同形成条件的洪水资料的概率分布亦不同，若把其放在一起进行频率计算，就会破坏资料的“一致性”，此时应将资料改正到同一基础上，力求使样本系列具有同一的总体分布规律，即进行还原计算或还现计算。二洪水资料审查3.洪水资料的代表性审查洪水系列的代表性，是指该洪水样本的频率分布与其总体概率分布的接近程度，如接近程度较高，则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反之较低。目的：保证样本的统计参数接近总体的统计参数；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。在水文数据资料分析时，古洪水研究、历史洪水调查、考证历史文献和系列插补延长等增加洪水系列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计参数的比较加以判断。但总体分布是未知的，无法直接进行对比。洪水资料代表性审查方法：一般采用参证变量长短系列统计参数对比分析法进行间接审查。二洪水资料审查对于代表性不好的洪峰系列，应该设法加以展延，以增加其代表性。为了增加样本的代表性，一般采用下面两种方法展延洪峰流量系列：①把同一条河流上下游站或邻近河流测站的洪峰与设计站同一次洪峰建立相关关系，以插补设计站短缺的洪峰资料。②如果设计流域内的面雨量记录较长，可用产汇流计算的方法由暴雨资料插补延长洪峰流量资料。三洪水资料的插补延长方法如实测洪水系列较短或实测期内有缺测年份，可用下列几种方法进行洪水资料的插补延长，以便扩大样本容量，减少抽样误差。（1）上下游站或邻近流域测站洪水特征值移用若设计站和参证站流域面积相差不超过3%，且区间无分洪、滞洪设施时，直接将具有较长洪水资料的参证站洪峰流量和洪水总量直接移用到设计站。若设计站和参证站流域面积相差不超过15%，且流域自然地理条件比较一致，流域内暴雨分布比较均匀，则采用考虑面积修正的水文比拟法计算设计站洪峰流量或洪水总量。参参设设QFFQn参设QQ三洪水资料的插补延长方法（2）根据本站或上下游测站或邻近流域站同次洪水的洪峰～洪量相关关系或洪峰流量相关关系进行插补延长当洪峰～洪量相关关系不甚密切时考虑加入一些反映影响因素的参数（如区间暴雨量、洪峰形状、暴雨中心位置等）来改善相关关系。（3）利用本流域暴雨径流关系插补延长在流域内有较长期暴雨量资料时，可根据洪水缺测年份的流域暴雨量资料，通过建立的流域暴雨量与洪峰流量、时段洪水总量之间的相关关系，由暴雨资料插补洪水资料。或者先通过流域产汇流分析，求出相应的洪水过程