第四章 设计洪水与设计水位推

1、桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 第四章第四章 设计洪水与设计水位推算设计洪水与设计水位推算 4.1 根据流量观测资料推算根据流量观测资料推算 4.2 根据洪水调查资料根据洪水调查资料 4.3 根据暴雨资料推算根据暴雨资料推算 4.4 小流域设计洪水小流域设计洪水 4.5 设计洪水位的推求设计洪水位的推求 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 一、设计洪水的意义及内容一、设计洪水的意义及内容 为了保证工程安全，规划设计时，以某一标准为了保证工程安全，规划设计时，以某一标准 的洪水作为防御对象，使建筑的工程遇到不的洪

2、水作为防御对象，使建筑的工程遇到不 超过这种标准的洪水时不会被破坏。超过这种标准的洪水时不会被破坏。 工程规划设计中所依据的一定标准的洪水，工程规划设计中所依据的一定标准的洪水， 即为即为设计洪水设计洪水。 如何推算工程的设计洪水，涉及一个标准问如何推算工程的设计洪水，涉及一个标准问 题，即题，即设计标准设计标准。 正常运用标准、非常运用标准正常运用标准、非常运用标准 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 设计洪水的内容：设计洪水的内容： 设计洪水三要素：设计洪水三要素： 设计洪峰流量设计洪峰流量Qm（m3/s）：为设计洪水过程线）：为设计洪水过程线 中的

3、最大流量中的最大流量 。 设计洪水量设计洪水量W（m3），即设计洪水的径流总），即设计洪水的径流总 量，对防洪起着决定性作用量，对防洪起着决定性作用 设计洪水过程线设计洪水过程线 对于桥梁、涵洞、调节性能小的水库，一般可只对于桥梁、涵洞、调节性能小的水库，一般可只 推求设计洪峰流量和设计水位推求设计洪峰流量和设计水位 对于大型水库，调节性能高，可以洪量控制，即对于大型水库，调节性能高，可以洪量控制，即 库容大小主要由洪水总量决定。库容大小主要由洪水总量决定。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 设计洪水的计算途径设计洪水的计算途径 1.由流量资料推求设计

4、洪水由流量资料推求设计洪水 先分别对洪峰流量和各时段洪量进行频率计算，求得设计洪峰流量和各种时先分别对洪峰流量和各时段洪量进行频率计算，求得设计洪峰流量和各种时 段的设计洪量；而后选择适当的典型洪水过程线，用设计洪峰与设计洪量控段的设计洪量；而后选择适当的典型洪水过程线，用设计洪峰与设计洪量控 制对其进行放大，得出设计洪水过程线。制对其进行放大，得出设计洪水过程线。 2.由洪水调查资料推求设计洪水由洪水调查资料推求设计洪水 3.由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水 该法是先经产流计算求设计净雨过程，再经汇流计算求得设计洪水过程。该法是先经产流计算求设计净雨过程，再经汇流计算求得设计洪水

5、过程。 4.地区综合法推求设计洪水地区综合法推求设计洪水 小流域设计洪水小流域设计洪水 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 十三陵水库十三陵水库 潮白河向阳闸潮白河向阳闸 长江荆江大堤长江荆江大堤 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 4.1 根据流量观测资料推算根据流量观测资料推算 选选 样样 资料的审查资料的审查 特大洪水的处理特大洪水的处理 频率计算频率计算 成果分析成果分析 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 选选 样样 河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水河流上一年内

6、要发生多次洪水，每次洪水 具有不同历时的流量变化过程，如何从历具有不同历时的流量变化过程，如何从历 年洪水系列资料中选取表征洪水特征值的年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。样本，是洪水频率计算的首要问题。 选样就是在现有的洪水资料中选取样本系选样就是在现有的洪水资料中选取样本系 列列,作为频率计算的依据。我国目前采用年作为频率计算的依据。我国目前采用年 最大值法选样，即每年只选一个最大洪峰最大值法选样，即每年只选一个最大洪峰 流量及某一历时的最大洪量组成系列。流量及某一历时的最大洪量组成系列。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计

7、水位推算 洪水资料的审查与处理洪水资料的审查与处理 1、资料可靠性的审查与改正、资料可靠性的审查与改正 资料的正确与否，要从流量资料的测验方法、水位流量关资料的正确与否，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，发现错误的要系、整编精度和水量平衡等方面进行检查，发现错误的要 纠正，发现伪造的要剔除纠正，发现伪造的要剔除 2、资料一致性的审查与还原、资料一致性的审查与还原 一致性是指产生资料系列的条件要相同，就是说组成该系一致性是指产生资料系列的条件要相同，就是说组成该系 列的流量资料，都是在同样的气候条件、同样的下垫面条列的流量资料，都是在同样的气候条件、同样的

8、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，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 足一致要求，则需进行还原计算足一致要求，则需进行还原计算 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 洪水资料的审查与处理洪水资料的审查与处理 3、资料代表性的审查与插补延长、资料代表性的审查与插补延长 指该洪水样本与其总体分布特征的相似程度，如相似程度指该洪水样本与其总体分布特征的相似程度，如相似程度 较高，则系列的代表性较好，计算成果的精度较高，反

9、之较高，则系列的代表性较好，计算成果的精度较高，反之 则较低。样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计参则较低。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。数的比较加以判断。 一般要求洪水系列一般要求洪水系列n30年年,并有特大洪水加入，方可进行并有特大洪水加入，方可进行 频率计算。频率计算。 若代表性不好，则应进行历史洪水调查和通若代表性不好，则应进行历史洪水调查和通 过相关分析插补延长系列。过相关分析插补延长系列。 4 4、资料独立性的审查、资料独立性的审查 要求同一系列中的样本，必须相互独立要求同一系列中的样本，必须相互独立 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推

10、算第四章设计洪水与设计水位推算 1 1、特大洪水的处理、特大洪水的处理 (1)(1)什么是特大洪水什么是特大洪水? ? 特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中， 比一般洪水大得多的稀遇洪水。比一般洪水大得多的稀遇洪水。 历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水 痕迹痕迹, ,只有特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查只有特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查 证证, ,所以调查到的历史洪水一般就是特大洪水所以调查到的历史洪水一般就是特大洪水. . 特大洪水可以发生在实测流量期间之内特大洪水可以发生在实测流量期间之内

11、, ,也可以也可以 发生在实测流量期之外发生在实测流量期之外, ,前者称资料内特大洪水前者称资料内特大洪水, ,后后 者称资料外特大洪水者称资料外特大洪水( (历史特大洪水历史特大洪水).). 频率计算推求设计洪峰流量频率计算推求设计洪峰流量 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 历史调查期历史调查期 实测期实测期 QN QN 资料内特大洪水资料内特大洪水 资料外特大洪水资料外特大洪水 (历史特大洪水历史特大洪水) 一般一般 时，时，Q QN N可以考虑作为特大洪水处理。可以考虑作为特大洪水处理。2/ QQK NN 历史调查期历史调查期 实测期实测期 桥涵

12、水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 （2 2）为什么要考虑特大洪水？）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，根据就年一遇、万年一遇的稀遇洪水，根据就 很不足。很不足。 如果能调查到如果能调查到N N年（年（NnNn）中的特大洪）中的特大洪 水，就相当于把水，就相当于把n n年资料展延到了年资料展延到了N N年，年， 提高了系列的代表性，使计算结果更合提高了系列的代表性，使计算结果更合 理、准确。理、准确。 桥涵

13、水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 （3 3）考虑特大洪水时经验频率的估算）考虑特大洪水时经验频率的估算 加入特大洪水后，资料系列的特征：加入特大洪水后，资料系列的特征： 1 1）连序系列和不连序系列：）连序系列和不连序系列： 缺测 所谓所谓“连序连序”与与“不连序不连序”，不是指时间上连续与否，不是指时间上连续与否 ，只是说所构成的样本中间有无空位。，只是说所构成的样本中间有无空位。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 所以特大洪水加入系列后，样本成为不所以特大洪水加入系列后，样本成为不 连序系列，其经验频率和统计参

14、数的计算与连序系列，其经验频率和统计参数的计算与 连序系列不同。这样就要研究有特大洪水时连序系列不同。这样就要研究有特大洪水时 的经验频率和统计参数的计算方法，称为的经验频率和统计参数的计算方法，称为特特 大洪水处理大洪水处理。 考虑特大洪水时经验频率的计算基本考虑特大洪水时经验频率的计算基本 上是采用将特大洪水的经验频率与一般洪水上是采用将特大洪水的经验频率与一般洪水 的经验频率分别计算的方法。的经验频率分别计算的方法。 目前国内有两种计算特大洪水与一般目前国内有两种计算特大洪水与一般 洪水经验频率的方法：独立样本法、统一样洪水经验频率的方法：独立样本法、统一样 本法。本法。 桥涵水文桥涵水

15、文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 设：设： N N 历史调查期年数：历史调查期年数： n n 实测系列的年数；实测系列的年数； l n n年中的特大洪水项数；年中的特大洪水项数； a a N N年中能够确定排位的特大洪水项数（含资年中能够确定排位的特大洪水项数（含资 料内特大洪水料内特大洪水l l项）；项）； m m 实测系列在实测系列在n n中由大到小排列的序号，中由大到小排列的序号， m m= =l+1 +1 ，l+2+2，.，n n； P Pm m 实测系列第实测系列第m m项的经验频率；项的经验频率； P PM M 特大洪水第特大洪水第M M序号的经验频率，

16、序号的经验频率，M M=1,2,.,a=1,2,.,a 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 N n a a项特大洪水项特大洪水 M=1,2,.,aM=1,2,.,a 实测期内特大洪水，实测期内特大洪水，l项项 . . T Q(m3/s) . . 实测一般洪水，实测一般洪水，n-l项项 m=l+1,l+2,.,n 缺测缺测 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 频率计算推求设计洪峰流量频率计算推求设计洪峰流量 经验频率的计算方法经验频率的计算方法 1 1）独立样本法）独立样本法 把实测系列与特大值系列看作是从总体中独立

17、抽出的两个随把实测系列与特大值系列看作是从总体中独立抽出的两个随 机样本，各项洪水可分别在各个系列中进行排位，实测系机样本，各项洪水可分别在各个系列中进行排位，实测系 列一般洪水的经验频率计算仍按连续系列的经验频率公式：列一般洪水的经验频率计算仍按连续系列的经验频率公式： 设设：NN历史调查期年数：历史调查期年数： nn实测系列的年数；实测系列的年数； lnln年中的特大洪水项数；年中的特大洪水项数； aNaN年中能够确定排位的特大洪水项数（含资料内特大洪水年中能够确定排位的特大洪水项数（含资料内特大洪水l l项）；项）； mm实测系列在实测系列在n n中由大到小排列的序号，中由大到小排列的序

18、号，m=l+1m=l+1，l+2l+2，.，n n； PmPm实测系列第实测系列第m m项的经验频率；项的经验频率； P PM M特大洪水第特大洪水第M M序号的经验频率，序号的经验频率，M=1,2,.,M=1,2,., 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 1 1）独立样本法）独立样本法 由由 得特大洪水系列的经验频率计算公式为得特大洪水系列的经验频率计算公式为 ： 当实测系列中含有特大洪水时，虽然这些特大洪水提到与历当实测系列中含有特大洪水时，虽然这些特大洪水提到与历 史特大洪水一起排序，但这些特大洪水亦应在实测系列中史特大洪水一起排序，但这些特大洪水

19、亦应在实测系列中 占序号，即实测系列的排序为占序号，即实测系列的排序为m=l+1,l+2,.,n。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 2）.统一样本法统一样本法 将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，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，不连序系列各项可在作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在 历史调查期历史调查期N N年内统一排位。年内统一排位。 特大洪水的经验频率仍采用下式特大洪水的经验频率仍采用下式 (n-l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：项实测一般洪水的经验频率计算公式为： 桥涵水文桥涵水文

20、第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 a项特大洪水项特大洪水 M=1,2,.,a=1,2,.,a 实测期内特大洪水，实测期内特大洪水，l项项 . . P Q(m3/s) . Pm PM 实测一般洪水，实测一般洪水，n-l项项 m=l+1,l+2,.,n . 1 N M P M 1 )1( ln lm PPP MaMam PMa 1-PMa 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 上述两种方法，我国目前都在使用。一般上述两种方法，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说，独立样本法把特大洪水与实测一般洪 水视为相互独立

21、，这在理论上有些不合理，水视为相互独立，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但比较简单。在特大洪水排位可能有错漏 时，因不互相影响，这方面讲则是比较合时，因不互相影响，这方面讲则是比较合 适的。当特大洪水排位比较准确时，理论适的。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。上说，用统一样本法更好一些。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 例例 某站自某站自1935193519721972年的年的3838年中，有年中，有5 5年因战争缺测，故实有洪水年因战争缺测，故实有洪水 资料资料3333年。其中年。其中19491

22、949年为最大，并考证应从实测系列中抽出作为年为最大，并考证应从实测系列中抽出作为 特大值处理。另外，查明自特大值处理。另外，查明自19031903年以来的年以来的7070年间，为首的三次大年间，为首的三次大 洪水，其大小排位为洪水，其大小排位为19211921、19491949、19031903年，并能判断在这年，并能判断在这7070年间年间 不会遗漏掉比不会遗漏掉比19031903年更大的洪水。同时，还调查到在年更大的洪水。同时，还调查到在19031903年以前，年以前， 还有三次大于还有三次大于19211921年的特大洪水，其序位是年的特大洪水，其序位是18671867、18521852

23、、18321832年，年， 但因年代久远，小于但因年代久远，小于19211921年洪水则无法查清。现按上述两种方法年洪水则无法查清。现按上述两种方法 估算各项经验频率。估算各项经验频率。 n=33 N1=70 N2=141 1921 1949 1903 1949 1921 1867 1852 1832 1972 1903 1832 1935 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 独立样本法：独立样本法： 0071. 0 1141 1 12 M P 18521852年年 0141. 0 1141 2 22 M P 18321832年年 0211. 0 114

24、1 3 32 M P 19211921年年 0282. 0 1141 4 42 M P 18671867年年 调查期调查期N N2 2=141=141： 统一样本法：统一样本法： 同同 独独 立立 样样 本本 法法 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 独立样本法：独立样本法： 19491949年年 19031903年年 042. 0 1170 12 )0282. 01(0282. 0 21 M P 19211921年年 已抽到上面排序已抽到上面排序 调查期调查期N N1 1=70=70： 0282. 0 170 2 21 M P 0423. 0 170

25、3 31 M P 统一样本法：统一样本法： 0559. 0 70 2 )0282. 01(0282. 0 31 M P 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 独立样本法：独立样本法： 19401940年年 19681968年年 0845. 0 1133 12 )0559. 01(0559. 0 2, m P 19491949年年 已抽到上面排序已抽到上面排序 实测期实测期n=33n=33： 0588. 0 133 2 2, m P 969. 0 34 33 33, m P 统一样本法：统一样本法： 970. 0 33 32 )0559. 01(0559.

26、0 31 M P . . . 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 （4 4）考虑特大洪水时统计参数的确定）考虑特大洪水时统计参数的确定 矩法：矩法： 假设系列中假设系列中n-ln-l年的一般洪水的均值为年的一般洪水的均值为x xn-l n-l、均方 、均方 差为差为n-l n-l，它们与除去特大洪水后的 ，它们与除去特大洪水后的N-aN-a年总的年总的 一般洪水系列的均值一般洪水系列的均值x xN-a N-a、均方差 、均方差N-a N-a相等，即 相等，即: : n li i a j j x jn aN x N x 11 1 n li i a j jv

27、 xx ln aN xx Nx C 1 2 1 2 1 11 x xj j特大洪水；特大洪水；x xi i一般洪水一般洪水 lnaN lnaNxx 则可导出：则可导出： 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 Cs Cs值：值： 对于对于CvCv0.50.5的地区，的地区，CsCs=(3=(34 4）CvCv； 对于对于0.50.51.01.0的地区，的地区，CsCs=(2=(23 3）CvCv； 此外，还可以采用权函数法来估计此外，还可以采用权函数法来估计 CsCs。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 考虑特大洪水

28、时统计参数的确定考虑特大洪水时统计参数的确定 三点法三点法 具体做法是：先将经验频率点据绘在频率格具体做法是：先将经验频率点据绘在频率格 纸上，通过点群中心目测绘制一条光滑的纸上，通过点群中心目测绘制一条光滑的 经验频率曲线。然后在线上取（经验频率曲线。然后在线上取（P1, ）、）、 （P2, ）和（）和（P3, ）三个点。对于皮尔）三个点。对于皮尔 逊逊型曲线，根据这三点的条件可得以下型曲线，根据这三点的条件可得以下 三个联立方程式：三个联立方程式： 1 P x 1 2 P x 3 P x 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 sP CPxx, 1 1

29、sP CPxx, 2 2 s P CPxx, 3 3 解联立方程组 31 231 2 PP PPP xx xxx S ss PP CPCP xx , 31 31 sP CPxx, 2 2 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 计算成果的合理性检验计算成果的合理性检验 （1 1）检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历）检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历 时之间的关系；时之间的关系； （统计规律）（统计规律） 历时增长，均值增大，历时增长，均值增大，CvCv、CsCs一般减小。一般减小。 P Q W 7d 5d 3d 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算

30、第四章设计洪水与设计水位推算 (2)(2)根据上下游、干支流及邻近地区各河流根据上下游、干支流及邻近地区各河流 洪水频率分析成果进行比较。洪水频率分析成果进行比较。（地区规律（地区规律 ） 从上游到下游，均值增大、模数减小从上游到下游，均值增大、模数减小 P W 3d3d（下游站、干流站）（下游站、干流站） 3d3d（上游站、支流站（上游站、支流站） 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 （3 3）与暴雨频率分析结果进行比较）与暴雨频率分析结果进行比较（成因规律）（成因规律） 一般洪水径流深应小于相应天数的暴雨一般洪水径流深应小于相应天数的暴雨 深，而洪水

31、的深，而洪水的CvCv值大于相应暴雨量的值大于相应暴雨量的CvCv值。值。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 4.2 根据洪水调查资料算根据洪水调查资料算 一一. .洪水资料的收集洪水资料的收集 所谓历史洪水资料，即现场查考发观的历史洪所谓历史洪水资料，即现场查考发观的历史洪 水位痕迹水位痕迹( (简称洪痕简称洪痕) )，通过河道断面测量洪痕，通过河道断面测量洪痕 高程测量，并用水力学方法推算出的历史洪峰高程测量，并用水力学方法推算出的历史洪峰 流量资料。洪痕多遗留于庙宇、碑石、老屋、流量资料。洪痕多遗留于庙宇、碑石、老屋、 堰坝、桥梁、老树等处，调查

32、河段选定要求具堰坝、桥梁、老树等处，调查河段选定要求具 备的条件是：备的条件是： 靠近工程地点。靠近工程地点。 河段顺直，无支岔、河道稳定。河段顺直，无支岔、河道稳定。 有足够的洪痕。有足够的洪痕。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 洪水资料的收集洪水资料的收集 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 二二.历史洪峰流量历史洪峰流量(flood peak flow)的推的推 求方法求方法 利用水位利用水位流量系曲流量系曲 线查算。线查算。 按比降法推算按比降法推算( (又称为又称为 形态调查法形态调查法) ) 将两岸

33、洪痕将两岸洪痕“x”x”投投 影在弘线上，由此可影在弘线上，由此可 得历史洪水的水面平得历史洪水的水面平 均比降，利用谢才公均比降，利用谢才公 式可算出历史洪水流式可算出历史洪水流 量：量： L L Z ZZ Z J J R R n n 1 1 C C RJRJACACQ Q 1 12 2 6 6 1 1 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 历史洪峰流量的推求方法历史洪峰流量的推求方法 洪痕位于急滩河道洪痕位于急滩河道 由缓坡向急坡的转由缓坡向急坡的转 折等处时，可按临折等处时，可按临 界流公式计算，即界流公式计算，即 在堰、坝前的洪浪，在堰、坝前的洪浪

34、， 有有 K K K B gA AQ 2 3 0 2 HgmbQ AkAk相应于临界水深相应于临界水深ALAL的过水面积，的过水面积，BkBk临界水深条件下的水面宽度；临界水深条件下的水面宽度； H0H0由洪痕确定的服务水头；由洪痕确定的服务水头；m m 一堰的流量系数：一堰的流量系数：b b 堰的泄水宽度堰的泄水宽度 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 三三.历史洪水流量重现期历史洪水流量重现期(reccurence interlval)的确定方法的确定方法 在文献记载的在文献记载的N1N1年内年内( (从文献记载的最从文献记载的最 远年份至今远年份至

35、今) )能断定所调查到的历史洪峰能断定所调查到的历史洪峰 流量流量QQX X认为最大时，重现期为：认为最大时，重现期为： 1 NQQT X 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 历史洪水流量重现期的确定方法历史洪水流量重现期的确定方法 如能断定在如能断定在N1N1年内有年内有11次洪峰流星大于所次洪峰流星大于所 调查的历史洪峰流量调查的历史洪峰流量QxQx时，则时，则 1 1 1 N QQT X 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 历史洪水流量重现期的确定方法历史洪水流量重现期的确定方法 如果在如果在NN1 1年内有

36、的年内有的2 2次洪峰流量与所调查次洪峰流量与所调查 的历史洪峰流量的历史洪峰流量QxQx不相上下而又无法判不相上下而又无法判 断它们的大小时，因其序位可在断它们的大小时，因其序位可在1(1(2 2+1)+1) 内变化，其平均序次为：内变化，其平均序次为： 15 . 0 15 . 011 2 1 2 1 22 N QQT m X 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 历史洪水流量重现期的确定方法历史洪水流量重现期的确定方法 如果如果N1N1年内有年内有n n个考查期个考查期N2N2，N3N3等，其中等，其中 N2 NlN2 Nl，N3 N2N3 N2时，可

37、按各考查期来计时，可按各考查期来计 算重现期。例如在算重现期。例如在N1N1年内得两个历史洪峰年内得两个历史洪峰 流量流量Q1Q1，Q2Q2，其中，其中QlQl查考期为查考期为NlNl，Q2Q2的的 查考期为查考期为N2N2，且，且N2 NlN2 Nl，但不能确定，但不能确定Q2Q2 在在N1N1年中的排位次序，通常按各查考期计年中的排位次序，通常按各查考期计 算期重期，即取：算期重期，即取： 22 11 NQQT NQQT 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 四四.按洪水调查资料确定设计洪峰流量按洪水调查资料确定设计洪峰流量 的方法的方法 有长期连续实

38、测资料时，设汁洪峰流量的推有长期连续实测资料时，设汁洪峰流量的推 算算可按含特大值系列方法推算。可按含特大值系列方法推算。 只有短期实测系列只有短期实测系列 ，则，则 (1)(1)按实测短期系列求平均流量按实测短期系列求平均流量QQ。 (2)(2)由由QQ计算各历史洪峰流量的变率计算各历史洪峰流量的变率KiKi。 (3)(3)计算各历史洪峰流量计算各历史洪峰流量QiQi的经验累积频率的经验累积频率Pi Pi， 有有 Q Q K T KKP i i i 1 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 (4)(4)假定假定C CV V，C CS S，求出相应于经验累

39、积频率，求出相应于经验累积频率PiPi 的理论累积频率的变率足的理论累积频率的变率足KpKp1 1，使符合下列等，使符合下列等 式，并以相应的式，并以相应的C CV V、C CS S及及Q Q确定设计流量确定设计流量Qp Qp 1 1 1 1 333 222 111 VPnPnn VPP VPP VPP CKK CKK CKK CKK 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 缺乏实测流量资料，只有洪水调查资料时，缺乏实测流量资料，只有洪水调查资料时， 设计洪峰流量的推算方法。设计洪峰流量的推算方法。 直接利用洪水调查的历史洪峰流量点绘经验直接利用洪水调查的历

40、史洪峰流量点绘经验 累积频率曲线求解，如图所示。当历史洪累积频率曲线求解，如图所示。当历史洪 峰流量的数目较多时，可用此法。峰流量的数目较多时，可用此法。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 利用平均流量公式试算合适统计参数。利用平均流量公式试算合适统计参数。 对于洪水调查所得的历史洪峰流量则应有对于洪水调查所得的历史洪峰流量则应有 1 Vp p C x x Q C Q C Q C Q niQx VPn n VPVP ip 111 , 3 , 2 , 1, 2 2 1 1 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 第三节

41、第三节 由暴雨由暴雨(heavy rain)资料推求设资料推求设 计洪水计洪水 原因：原因： 1. 1.中小流域常常流量资料不足或代表性差，无中小流域常常流量资料不足或代表性差，无 法直接用流量资料推求设计洪水，需用暴法直接用流量资料推求设计洪水，需用暴 雨资料。雨资料。 2.2.人类活动对径流的影响，破坏了洪水资料人类活动对径流的影响，破坏了洪水资料 系列的一致性。系列的一致性。 3.3.为了对比论证设计成果的合理性。为了对比论证设计成果的合理性。 4.4.无资料地区小流域的设计洪水无资料地区小流域的设计洪水 5.5.可能最大降水可能最大降水/ /洪水洪水 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与

42、设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 主要内容主要内容 1. 1.暴雨资料选样暴雨资料选样 2.2.推求设计暴雨。根据实测暴雨资料，用频率推求设计暴雨。根据实测暴雨资料，用频率 分析求得。分析求得。 3.3.推求设计净雨。设计暴雨扣除损失。推求设计净雨。设计暴雨扣除损失。 4.4.推求设计洪水。由求得的设计净雨，进行流推求设计洪水。由求得的设计净雨，进行流 域汇流计算（单位线）推求设计洪水过程域汇流计算（单位线）推求设计洪水过程 注意：注意：由暴雨资料推求设计洪水，其基本假由暴雨资料推求设计洪水，其基本假 定是设计暴雨与设计洪水是同频率的。但这定是设计暴雨与设计洪水是同频率的。但这 一假定

43、在很多情况下并不成立。一假定在很多情况下并不成立。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 一一.暴雨资料的收集、审查和统计选样暴雨资料的收集、审查和统计选样 1. 1.暴雨资料收集暴雨资料收集 暴雨资料主要向水文、气象部门收集，包括暴雨资料主要向水文、气象部门收集，包括 刊印的刊印的水文年鉴水文年鉴、气象月报等；也可、气象月报等；也可 向有关主管部门的网站查阅；需要时还可向有关主管部门的网站查阅；需要时还可 收集特大暴雨图集和特大暴雨的调查资料。收集特大暴雨图集和特大暴雨的调查资料。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推

44、算 2.暴雨资料的审查暴雨资料的审查 1)暴雨资料的审查仍然是三个方面：可靠性审查、一致性暴雨资料的审查仍然是三个方面：可靠性审查、一致性 审查和代表性审查：审查和代表性审查： 暴雨资料应进行可靠性审查。重点审查特大或特小雨量观暴雨资料应进行可靠性审查。重点审查特大或特小雨量观 测记录是否真实，有无错记或漏记情况，必要时可结合实测记录是否真实，有无错记或漏记情况，必要时可结合实 地调查，予以纠正。地调查，予以纠正。 2)2)暴雨资料一致性审查。暴雨类型不同，统计特性也不暴雨资料一致性审查。暴雨类型不同，统计特性也不 同。因此，要注意分析暴雨特性，对于不同类型的暴雨同。因此，要注意分析暴雨特性，

45、对于不同类型的暴雨 （如梅雨和台风雨），应按类型分别进行统计计算。（如梅雨和台风雨），应按类型分别进行统计计算。 3)3)暴雨资料的代表性审查。可通过与邻近地区长系列雨量暴雨资料的代表性审查。可通过与邻近地区长系列雨量 资料或其它水文资料进行类比分析，并与本流域或邻近流资料或其它水文资料进行类比分析，并与本流域或邻近流 域实际大洪水资料进行对比分析，注意所选用暴雨资料系域实际大洪水资料进行对比分析，注意所选用暴雨资料系 列是否有偏丰或偏枯等情况。列是否有偏丰或偏枯等情况。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 3.特大暴雨的处理特大暴雨的处理 一般暴雨变幅

46、不是很大，若不出现特大暴一般暴雨变幅不是很大，若不出现特大暴 雨，统计参数会相应变小，一般可从经验雨，统计参数会相应变小，一般可从经验 频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数频率点据偏离频率曲线的程度、模比系数 的大小、暴雨的重现期等方面分析判断的大小、暴雨的重现期等方面分析判断 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 4.暴雨资料的统计选样暴雨资料的统计选样 选样方法：固定时段，采取年最大值法选选样方法：固定时段，采取年最大值法选 样。样。 设计时段的确定与当地暴雨特性、流域大设计时段的确定与当地暴雨特性、流域大 小、小、 水库调蓄能力与调洪方式有关。一般水

47、库调蓄能力与调洪方式有关。一般 取取1 1、3 3、7 7、1515等天数作为设计时段。等天数作为设计时段。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 5.暴雨量频率计算暴雨量频率计算 设计洪水规范规定，暴雨频率计算的公式可设计洪水规范规定，暴雨频率计算的公式可 采用期望值公式，频率曲线线型采用皮尔采用期望值公式，频率曲线线型采用皮尔 逊逊型；频率曲线及其统计参数的确定仍型；频率曲线及其统计参数的确定仍 采用适线法。采用适线法。 我国暴雨的我国暴雨的CsCs与与CvCv的比值，一般地区

48、为的比值，一般地区为3.53.5左左 右；在右；在CvCv0.60.6的地区，约为的地区，约为3.03.0；CvCv 0.450.45的地区，约为的地区，约为4.04.0。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 二二.设计暴雨的推求设计暴雨的推求 1. 1.设计暴雨的大小设计暴雨的大小 （1 1）流域暴雨资料充分时（直接法）：雨量站多、）流域暴雨资料充分时（直接法）：雨量站多、 分布均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较分布均匀、各站又有长期的同期资料、能求出比较 可靠的流域平均雨量时，就可直接选取每年指定统可靠的流域平均雨量时，就可直接选取每年指定统

49、计时段的最大暴雨量，进行频率计算求得设计暴雨计时段的最大暴雨量，进行频率计算求得设计暴雨 量。量。 （2 2）流域暴雨资料不足时（间接法）：雨量站稀少、）流域暴雨资料不足时（间接法）：雨量站稀少、 或观测系列甚短，或同期观测资料很少甚至没有，或观测系列甚短，或同期观测资料很少甚至没有， 无法直接求得设计面暴雨量，可先求流域中心附近无法直接求得设计面暴雨量，可先求流域中心附近 代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系，代表站的设计点暴雨量，然后通过暴雨点面关系， 求相应的设计面暴雨量。求相应的设计面暴雨量。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 1）设计点

50、雨量的计算）设计点雨量的计算 设计点雨量是要推求流域中心的设计点暴设计点雨量是要推求流域中心的设计点暴 雨量。雨量。 如果流域中心或附近有雨量站，且有长系如果流域中心或附近有雨量站，且有长系 列观测资料，可采用频率计算方法直接计列观测资料，可采用频率计算方法直接计 算。算。 实际上很少这种情况，一般是求出流域各实际上很少这种情况，一般是求出流域各 站的设计点暴雨，绘制设计点暴雨量等值站的设计点暴雨，绘制设计点暴雨量等值 线土，插值出流域中心的设计点暴雨量。线土，插值出流域中心的设计点暴雨量。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 2）设计面暴雨量的推求）设

51、计面暴雨量的推求 流域中心雨量与流域面雨量的关系（定点流域中心雨量与流域面雨量的关系（定点 定面关系）定面关系） 固定点：长系列资料的雨量站（流域中心固定点：长系列资料的雨量站（流域中心 或附近）或附近） 固定面：设计流域（比较多和分布均匀的固定面：设计流域（比较多和分布均匀的 雨量站）雨量站） 选若干次大暴雨，求出若干个某时段暴雨量的选若干次大暴雨，求出若干个某时段暴雨量的0 0值，加以平均，值，加以平均， 作为点面折减系数。作为点面折减系数。 用所求得的各时段设计点暴雨量，乘以相应的点面折减系数，用所求得的各时段设计点暴雨量，乘以相应的点面折减系数， 就可得出各种设计时段设计面暴雨量。就可

52、得出各种设计时段设计面暴雨量。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 暴雨中心点面关系（动点动面关系）：暴雨中心点面关系（动点动面关系）： 以暴雨中心点雨量与各等雨量线包围面积上以暴雨中心点雨量与各等雨量线包围面积上 的面雨量间的相关关系。的面雨量间的相关关系。 由于暴雨中心的位置和暴雨分布不尽相同，由于暴雨中心的位置和暴雨分布不尽相同， 是变化的，所以称为动点动面关系。是变化的，所以称为动点动面关系。 注意：注意： 由于大中流域点面雨量关系一般都很微弱，由于大中流域点面雨量关系一般都很微弱， 应尽可能的采用直接法计算设计面暴雨量。应尽可能的采用直接法计算

53、设计面暴雨量。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 2.设计暴雨的时空分布设计暴雨的时空分布-暴雨过程的确定暴雨过程的确定 典型暴雨同频率控制缩放典型暴雨同频率控制缩放 （1 1）典型暴雨的选择和概化）典型暴雨的选择和概化 条件：条件： 代表性代表性出现次数较多，分配形式接近出现次数较多，分配形式接近 多年平均和常遇情况。多年平均和常遇情况。 对工程不利对工程不利暴雨核心部分偏后，形成暴雨核心部分偏后，形成 的洪峰也偏后，对构筑物安全影响较大。的洪峰也偏后，对构筑物安全影响较大。 在缺乏资料时，可引用水文手册中的概化在缺乏资料时，可引用水文手册中的概化

54、的典型雨型。的典型雨型。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 （2）缩放典型过程，计算设计暴雨过程）缩放典型过程，计算设计暴雨过程 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 三、推求设计净雨三、推求设计净雨 设计暴雨扣除相应的损失，即得设计净雨。设计暴雨扣除相应的损失，即得设计净雨。 径流系数法径流系数法 暴雨径流相关图法暴雨径流相关图法 1. 初损后损法初损后损法 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 1. 径流系数法：=Rs/P A E G B C H I D t(h) Q(m3

55、/s) F 深层地下径流（基流）深层地下径流（基流） 前期前期 洪水洪水 未退未退 完的完的 部分部分 本次降雨形成的径流过程本次降雨形成的径流过程 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 2.降雨径流相关图法降雨径流相关图法 降雨与净雨（径流）之间的相关关系图降雨与净雨（径流）之间的相关关系图 （净雨深等于径流深）（净雨深等于径流深） 影响因素（相关变量）：影响因素（相关变量）： 降雨量降雨量 径流深径流深 流域干湿程度流域干湿程度 降雨历时降雨历时 降雨发生的年份降雨发生的年份 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算

56、（2）降雨径流相关图法）降雨径流相关图法 在我国湿润和半湿润地区最常用的是在我国湿润和半湿润地区最常用的是P-Pa-RP-Pa-R三变三变 量相关图量相关图 降雨相关图的规律：降雨相关图的规律： 1 1）P P相同，相同，PaPa越大，失越大，失 越小，越小，R R越大，故越大，故PaPa 等值线的数值自左向等值线的数值自左向 右增大。右增大。 2 2）PaPa相同时，相同时，P P越大损越大损 失相对于失相对于P P越小，越小， 径流系数越大，径流系数越大，P-RP-R线线 的坡度随的坡度随P P的增大而的增大而 减缓，但不应小于减缓，但不应小于 4545。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水

57、与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 降雨径流相关图也可简化为降雨径流相关图也可简化为P+Pa-R关系关系 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 3.初损后损法初损后损法 在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流在干旱半干旱地区，地下水埋藏很深，流 域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中域的包气带很厚，缺水量大，降雨过程中 的下渗的水量不易使整个包气带达到田间的下渗的水量不易使整个包气带达到田间 持水量，所以不产生地下径流，并且只有持水量，所以不产生地下径流，并且只有 当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径当降雨强度大于下渗强度时才产生地面径 流，这种产流方

58、式称为超渗产流。流，这种产流方式称为超渗产流。 关键是确定流域下渗的变化规律。关键是确定流域下渗的变化规律。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 1. 1.降雨初期到出现超渗降雨初期到出现超渗 产流，这一阶段称为产流，这一阶段称为 初损阶段，历时为初损阶段，历时为t t0 0。 降雨全部损失降雨全部损失I I0 0。 2.2.产流以后的降雨期为产流以后的降雨期为 后损阶段，损失减小。后损阶段，损失减小。 损失按损失按f f来计算。来计算。 fts+Pfts+P t0 t0trt I0P fts 平均下渗平均下渗 能力能力f f 0 Pt fIPR ss

59、桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 四、设计流量推求四、设计流量推求 设计暴雨产流设计暴雨产流 设计净雨设计净雨 汇流汇流 设计洪水过设计洪水过 程程 设计洪水过程设计洪水过程 地面汇流：地面净雨经过地面汇流计算，地面汇流：地面净雨经过地面汇流计算， 求得出口的地面径流过程。求得出口的地面径流过程。 地下汇流：地下净雨经过地下汇流计算，地下汇流：地下净雨经过地下汇流计算， 求得出口的地下径流过程。求得出口的地下径流过程。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 单位线（谢尔曼单位线）单位线（谢尔曼单位线） （1）单位线

60、基本概念）单位线基本概念 在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位地面在给定的流域下，单位时段内均匀分布的单位地面 （直接）净雨量，在流域出口断面形成的地面直（直接）净雨量，在流域出口断面形成的地面直 接）径流过程线，称为单位线。接）径流过程线，称为单位线。 单位净雨量（径流深）一般取为单位净雨量（径流深）一般取为10mm。单位时段。单位时段 t可取可取1、3、6、12等，依流域大小而定。等，依流域大小而定。 桥涵水文桥涵水文 第四章设计洪水与设计水位推算第四章设计洪水与设计水位推算 倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个倍比假定：如果单位时段内的净雨不是一个 单位而是单位而是k个单位，则形成