工程水文学第八章设计洪水

8.1概述,第8章由流量资料推求设计洪水,8.1.1洪水设计标准基本工程蓄洪滞洪工程:湖泊、库、分滞洪区挡水防潮工程：闸、坝、堤防、防洪墙排水泄洪工程：河道、排水渠、管道、泵站伴水工程：桥梁、码头、沿河建筑,水库,排水渠,水闸,滞蓄洪区,堤防,符合设计频率，并用于防洪工程设计依据的标准洪水。,8.1.2设计洪水,由流量资料推求设计洪水由雨量资料推求设计洪水缺乏实测资料推求设计洪水由气象资料推求设计洪水,8.1.3设计洪水的计算方法,由流量资料推求设计洪水：先求符合一定频率的设计洪峰流量和时段设计洪量,然后通过典型缩放法构成一个完整的设计洪水过程线。由暴雨资料推求设计洪水：假定暴雨与对应的洪水同频率,先推求设计暴雨,经流域产流计算与汇流计算,最后求得设计洪水。,缺乏实测资料推求设计洪水：如工程所在流域暴雨及洪水资料均缺乏，可利用邻近地区的实测或调查暴雨洪水资料进行地区综合分析，制成图表或手册，供无资料流域查算设计暴雨、推算设计洪水。由气象资料推求设计洪水：根据天气形势和风速、露点、降水等气象资料,分析和推求可能最大暴雨(PMP),然后经流域产流与汇流计算求出可能最大洪水(PMF)。,洪水资料的分析处理包括样本选择、资料审查、历史洪水的调查和考证。,8.2洪水资料的分析处理,洪水或暴雨资料选样的原则,应满足独立随机选样的要求,并符合防洪设计标准的含义。而每年有多个洪峰、时段洪量或时段雨量,国内外常见的有四种选择方法。年最大值法、一年多次法、年超大值法、超定量法。,8.2.1频率计算中的选样方法,（）年最大值选样法（年频率）,每年只选一个最大的量值,如年最大洪峰流量,年最大一天洪量,年最大三小时连续降雨量等等。这样,若有年实测资料就可以选出个年最大值组成一个年系列,作为频率计算的样本。特点：年最大值法一般适用于设计频率较小的情况,如江河上的水利工程设计。,（2）一年多次选样法（次频率）,一年多次法是每年选出最大个数值,因而年资料可以选出个值组成一个样本。,（3）年超大值法（次频率）,从年资料中选出最大个值组成一个样本系列。,（4）超定量法（次频率）,这一方法首先确定最低选择数值,然后把年资料大于这一选择数值的个值选入,组成一个样本。这一选样方法在我国城市排水设计中应用较为广泛。,资料的可靠性、一致性、代表性。,8.2.2洪水资料的审查和分析,（1）资料可靠性的审查与改正,资料的可靠性是指资料的正确与否，要从流量资料的测验方法、水位流量关系、整编精度和水量平衡等方面进行检查。,（2）资料一致性的审查与还原,资料系列的一致性是指产生资料系列的条件要一致，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。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。若不能满足一致性要求，则需进行一致还原。,（3）资料代表性的审查与插补延长,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。,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，人们只能根据对洪水规律的认识，与更长的相关系列对比，进行合理性分析与判断。一般要求洪水系列n30年,并有特大洪水加入。,8.2.3历史洪水的调查与考证,8.2.3.1洪水调查的意义,1.特大洪水：比系列中一般洪水大得多的洪水，并且可以通过洪水调查确定其量值大小和重现期。特大洪水可以是实测系列中的洪水，也可以是在实测期外的历史洪水。,特大洪水的判断：判断大洪水资料是否属于特大值，一般可以从经验点据偏离频率曲线的程度、模比系数K的大小、洪水的量级在地区是否突出、洪水的重现期等方面来判断。,特大洪水加入时频率计算洪水特大值：对于已有的年实测洪水系列。若经调查考证得到（）年内的最大次洪水,则这次洪水称特大洪水,是调查考证期。用作为计算特大洪水经验频率的依据。,8.3设计洪峰流量及设计洪量的推求,8.3.1连序和不连序样本系列,8.3.2不连序样本系列经验频率计算,【算例】某河某站具有19551982年间共26年实测洪峰流量资料，推求1000年、100年、20年一遇洪峰流量。,1、特大洪水重现期考证,调查考证得1890年最大洪峰流量18000m3/s为18901982年间最大，其重现期：,N=19821890193年,2、配线法估计统计参数,特大洪峰频率:,实测资料洪峰流量频率（独立系列法）：,3查算设计洪峰流量Q0.1%22800m3/s；Q1%17100m3/s；Q5%13100m3/s,频率配线的结果:,Cv=0.35,Cs=5Cv,合理性检查,设计值的统计参数与历时之间的关系：历时越大，洪量均值越大；对于调蓄作用小少的河流，Cv随历时增加而减小。下游及干支流洪水的关系合理性分析：自上游向下游，峰量均值递增，Cv递减。与暴雨频率分析成果比较：洪水的径流一般小于相应天数的暴雨深。各种历时的洪量频率曲线在使用范围内不应交叉,四、设计洪水过程线推求,1、选择典型洪水过程线；2、对典型洪水过程线进行缩放，得出设计洪水过程线。,选择典型过程,选择典型洪水的原则：（1）洪水峰高量大:洪水特性比较接近设计条件。（2）洪水的特性具有代表性:发生季节、地区组成、洪峰次数、洪水历时、峰量关系、主峰位置代表流域大洪水一般特性。（3）洪量集中、洪峰偏后:洪水过程对工程不利。,同倍比缩放法,同倍比法采用按同一倍比对典型洪水过程线的纵标值（流量值）进行缩放来推求设计洪水过程线。缩放倍比:,同倍比法保证得出的设计洪峰或洪量符合设计频率。,Qp(t)kQd（t）,按3d洪量放大,按洪峰放大,按1d洪量放大,同频率缩放法,按不同历时采用不同倍比对典型洪水过程线的纵标值进行缩放，得出的设计洪峰及不同历时设计洪量均符合设计频率。洪峰缩放倍比：洪量缩放倍比：,推求设计洪水过程线,Qp(t)kiQD（t）在缩放后流量过程线时段交界面上，由于缩放倍比的差别，流量过程线不连续，需加以修正。修正的原则是：修正后各时段洪量满足设计值。,同倍比法和同频率法适用条件,同倍比放大法推求设计洪水过程一般只能使峰或某一控制时段的量符合设计要求。按峰放大时，适用于以峰为控制的水利工程，如桥涵、提防工程等；按量放大时，适用于调节性能很好的大型水利工程。同频率放大法推求设计洪水过程线的最大特点是洪峰和各时段洪量均符合同一设计频率，该法适用于峰，量均起重要作用的水利工程。,同倍比法和同频率法优缺点,典型洪水放大有同倍比法和同频率法两种。同倍比法又有按洪峰倍比和按某历时洪量的倍比之分，该方法简单，计算工作量小但按峰放大和按量放大结果不同，按峰放大，放大后的洪峰等于设计洪峰，但洪量就不一定等于设计洪量。同频率法能使放大后的过程线，洪峰等于设计洪峰，各历时洪量都等于相应的设计洪量，但计算工作量较大。如控制时段过多，放大后的洪水过程线变形较大。,【算例】已知某水库设计和典型洪峰、洪量资料，采用同频率法推求p1设计洪水过程线。,1、推求各时段放大倍比,k03530/16202.18,k142600/202902.10,k31（7240042600）/（3125020290）2.72,k73（11760072400）/（5762031250）1.71,年最大值法选样,可靠性、一致性、代表性审查,峰、量频率计算,安全修正值,设计洪峰和设计洪量,成果合理性检验,选择典型洪水,同倍比或同频率缩放,设计洪水过程线,特大洪水处理,设计洪水和设计年径流频率