第五章 河道工程设计水位及流量推求

1、学会宽恕他人有几个知心朋友第五章第五章 河道工程设计水位及流量推求河道工程设计水位及流量推求本章重点：本章重点：1 1、由流量资料推求设计洪水；、由流量资料推求设计洪水；2 2、设计洪水过程线的推求；、设计洪水过程线的推求；3 3、特大洪水处理和同频率控制放大法；、特大洪水处理和同频率控制放大法；4 4、不同条件下设计通航水位及流量的推算、不同条件下设计通航水位及流量的推算。第一节第一节 设计洪水设计洪水一、概述一、概述1 1洪水过程特征要素洪水过程特征要素洪峰流量洪峰流量洪水过程总量洪水过程总量洪水历时洪水历时2 2设计洪水和设计标准设计洪水和设计标准设计洪水（设计洪水过程线），是指具有某一

2、设计标设计洪水（设计洪水过程线），是指具有某一设计标准的洪水过程线准的洪水过程线校核标准校核标准可能最大洪水可能最大洪水正常运用洪水（设计洪水）正常运用洪水（设计洪水）非常运用洪水（校核洪水）非常运用洪水（校核洪水）校核洪水位校核洪水位3 3设计洪水计算的内容和方法设计洪水计算的内容和方法1）设计洪水计算的内容）设计洪水计算的内容设计洪峰流量设计洪峰流量不同时段的设计洪水总量不同时段的设计洪水总量设计洪水过程设计洪水过程2）推求设计洪水的基本方法）推求设计洪水的基本方法由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水由暴雨推求设计洪水由暴雨推求设计洪水水文比拟法、等值线图法、水力学公式法等水文比拟

3、法、等值线图法、水力学公式法等二、由流量资料推求设计洪水二、由流量资料推求设计洪水1 1洪水资料的审查洪水资料的审查可靠性审查可靠性审查一致性审查一致性审查代表性审查代表性审查2 2洪水资料的选样洪水资料的选样目前采用目前采用“年最大年最大”法法3 3洪水资料的插补延长洪水资料的插补延长4 4特大洪水的处理和频率分析计算确定统计参数特大洪水的处理和频率分析计算确定统计参数1）利用上下游站、干支流站或邻近流域测站的流量）利用上下游站、干支流站或邻近流域测站的流量 资料进行插补延长；资料进行插补延长；2）利用本站峰量关系进行插补延长。）利用本站峰量关系进行插补延长。洪水调查与考证；重现期的确定。洪

4、水调查与考证；重现期的确定。求不同设计累积频率相应的设计洪峰、设计洪量。求不同设计累积频率相应的设计洪峰、设计洪量。5 5推求设计洪水过程推求设计洪水过程1）同倍比放大法）同倍比放大法2）同频率放大法）同频率放大法峰控制同倍比放大法峰控制同倍比放大法量控制同倍比放大法量控制同倍比放大法定义：在放大典型过程线时，按峰和不同时段的洪量分别采定义：在放大典型过程线时，按峰和不同时段的洪量分别采用不同倍比，使放大后的设计洪水过程，其峰和各时段的洪用不同倍比，使放大后的设计洪水过程，其峰和各时段的洪量都符合同一设计累计频率，这种放大方法称为量都符合同一设计累计频率，这种放大方法称为。例：例： 某水库设计

5、标准某水库设计标准P=1%的洪峰和的洪峰和1天、天、3天、天、7天洪量，以及天洪量，以及典型洪水过程线的洪峰和典型洪水过程线的洪峰和1天、天、3天、天、7天洪量列于下表。要求天洪量列于下表。要求用分时段同频率放大法，推求用分时段同频率放大法，推求P=1%的洪水过程线。的洪水过程线。项目项目洪峰洪峰Qm(m3/s)洪量洪量W(m3/s)h1天天3天天7天天P=1%的设计值的设计值2610152528743873典型过程线的相应值典型过程线的相应值1810108318952565首先，计算洪峰和各时段洪量的放大倍比。首先，计算洪峰和各时段洪量的放大倍比。其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量

6、乘以相应的其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的放大倍比值，得放大的设计洪水过程线。由于各时段放大倍比放大倍比值，得放大的设计洪水过程线。由于各时段放大倍比值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀，最后得所值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀，最后得所求的设计洪水过程线。求的设计洪水过程线。44. 118102610mQR41. 1108315251R66. 1108318951525287413R49. 1189525652874387337R修匀时注意保持设计洪峰和各种时段的设计洪量不变。修匀时注意保持设计洪峰和各种时段的设计洪量不变。典型洪水过程线的选择典型洪

7、水过程线的选择 (1) (1) 选择峰高量大的过程线，其洪水特征接近于设计条件选择峰高量大的过程线，其洪水特征接近于设计条件下的稀遇洪水情况；下的稀遇洪水情况； (2)(2)要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、洪峰次数、峰量关系能代表本流域上大洪水的特性；洪峰次数、峰量关系能代表本流域上大洪水的特性； (3)(3)从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。三、施工设计洪水三、施工设计洪水1

8、1施工设计洪水的分期施工设计洪水的分期1）全年设计洪水）全年设计洪水2）分季设计洪水）分季设计洪水2 2施工设计洪水的计算方法施工设计洪水的计算方法3 3成果合理性分析成果合理性分析1）各分期洪水统计参数变化规律性分析）各分期洪水统计参数变化规律性分析2）各分期洪水的峰量累积频率曲线变化规律的）各分期洪水的峰量累积频率曲线变化规律的 合理性分析合理性分析第二节 设计通航水位与设计流量推求一、概述一、概述水库设计水位水库设计水位设计通航水位设计通航水位设计设计水位水位频率分析法（资料充分时）频率分析法（资料充分时）相关分析法（资料短缺时）相关分析法（资料短缺时）移用邻近站资料（资料缺乏时）移用邻

9、近站资料（资料缺乏时）设计最高通航水位设计最高通航水位（以（以“累积频率累积频率”为指标）为指标）设计最低通航水位设计最低通航水位（“保证率保证率”或或“保证率频率保证率频率”）%100全年总日数正常通航日数通航保证率 保证率保证率是指统计年限内能正常通航天数占总天数是指统计年限内能正常通航天数占总天数的百分比，是多年平均概念。的百分比，是多年平均概念。设计最高设计最高通航水位通航水位设计最低设计最低通航水位通航水位一、有长期观测资料条件下设计通航水位及流量推求一、有长期观测资料条件下设计通航水位及流量推求设计最高通航水位设计最高通航水位的推求的推求历时曲线法历时曲线法累积频率曲线法累积频率曲

10、线法设计最低通航水位设计最低通航水位的推求的推求保证率频率法保证率频率法1 1设计最高通航水位的推求设计最高通航水位的推求1）有调蓄能力的水利枢纽通航要求：即设计的最高通航水位）有调蓄能力的水利枢纽通航要求：即设计的最高通航水位不得高于枢纽的设计洪水位，不得低于正常蓄水位和汛期限不得高于枢纽的设计洪水位，不得低于正常蓄水位和汛期限制水位。制水位。2）以通航为主无调蓄的水利工程且设计标准不高的山区河）以通航为主无调蓄的水利工程且设计标准不高的山区河流频率计算要求：采用日平均流量作为统计变量进行频率计流频率计算要求：采用日平均流量作为统计变量进行频率计算，不用洪峰流量作统计变量。算，不用洪峰流量作

11、统计变量。3）简化计算问题：当用水位资料推求设计最高通航水位时，）简化计算问题：当用水位资料推求设计最高通航水位时，为便于计算和减少误差，又不致于出现过小的为便于计算和减少误差，又不致于出现过小的Cv值，常将原值，常将原水位系列中各项数值都减一个常数水位系列中各项数值都减一个常数H0（H0取低于该系列中最取低于该系列中最枯水位的整数值），然后进行频率计算，最后求得的结果需枯水位的整数值），然后进行频率计算，最后求得的结果需要再加上要再加上H0。例：某水位站有例：某水位站有41年水位资料，试求该站年水位资料，试求该站P=5%的设计最高通航的设计最高通航水位。水位。序号序号按大小排列按大小排列Hi

12、=Hi-H0KiKi-1(Ki-1)2P=m/(n+1)134.3717.371.210.210.0442.38233.2916.291.130.130.0174.774128.3111.310.79-0.210.04497.6总计总计590.6041.000.38平均平均14.40mnHHi40.1410. 01) 1(2nKiCv解解：（：（1）调整原水位系列，并计算经验频率）调整原水位系列，并计算经验频率（2）计算初始参数）计算初始参数vsCCCvmH5 . 210. 040.14mHKHK85.330%5%5（3）适线，并计算设计值）适线，并计算设计值注意：注意：（1）如断面稳定，冲淤

13、变化不大，可直接用年最高水）如断面稳定，冲淤变化不大，可直接用年最高水位进行频率分析计算，求设计最高通航水位；位进行频率分析计算，求设计最高通航水位；（2）若断面不稳定，需先推求设计流量，再用水位）若断面不稳定，需先推求设计流量，再用水位流流量（最新的）关系曲线推求设计最高通航水位，同时考量（最新的）关系曲线推求设计最高通航水位，同时考虑河床冲淤演变。虑河床冲淤演变。2 2设计最低通航水位的推求方法设计最低通航水位的推求方法 历时曲线法历时曲线法（1）综合法（）综合法（n年一条线）年一条线）根据统计年份中日平均最高和最低水位变动范围，分根据统计年份中日平均最高和最低水位变动范围，分 日平均水位

14、为若干级；日平均水位为若干级；编制水位历时统计表编制水位历时统计表水位级别水位级别发生历时（天）发生历时（天）累计天数累计天数保证率保证率次数次数合计合计29.9929.305550.0729.8929.8099140.1912.0912.0011117305100.00以水位为纵坐标，以保证率为横坐标绘制综合历时曲以水位为纵坐标，以保证率为横坐标绘制综合历时曲 线（保证率曲线）。线（保证率曲线）。（4）简化法：用）简化法：用P20表表3-1中统计的每年历时水位（中统计的每年历时水位（7个个点）的平均值绘制的历时曲线点）的平均值绘制的历时曲线（2）平均法（）平均法（n年年n线，线，同历时取平均

15、）同历时取平均）（3）代表年法）代表年法（丰、平、枯三条线取（丰、平、枯三条线取平均）平均）P（%）H95HminP（%）H95Hmin 保证率频率法保证率频率法确定频率和保证率；确定频率和保证率；摘取水位（流量）值；摘取水位（流量）值；频率分析计算。频率分析计算。例例5-25-2：试推求某工程：试推求某工程1010年一遇、保证率为年一遇、保证率为95%95%的设计最低水位的设计最低水位值。值。解解: :(1)(1)计算经验频率，点绘经验点据。计算经验频率，点绘经验点据。 (2)(2)初始参数计算初始参数计算修正原始数据（修正原始数据（H H1 1-H-H0 0) )、（、（H H2 2-H-H0 0) （H Hn n-H-H0 0) ) H H1 1 、 H H2 2 H Hn n年份年份年最枯水位年最枯水位保证率为保证率为95%的水位的水位以历年最枯水位为零点的以历年最枯水位为零点的95%水位水位19529.909.910.2119539.969.990.2919589.709.720.0219719.869.890.19平均平均9.969.9960.296mnHH296. 038. 01) 1(2nKivC2vsCC 所以，所以，1010年一遇、保证率为年一遇、保证率为95%95%的设