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文档简介

1、内容回顾,年径流分析 短期径流资料 插补延长 无资料 移用 等值线图 枯水径流,第8章 由流量资料推求设计洪水,8.1 概述 8.2 洪水资料分析处理 8.3 设计洪峰流量及洪量的推求 8.4 设计洪水过程线的拟定 8.5 设计洪水的地区组成 8.6 汛期分期设计洪水与施工设计洪水,8.1 概述,8.1.1洪水设计标准,国家根据工程效益、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建筑物划分的防洪标准,这就是国家防洪标准(GB50201-94)和水利部2000年颁发的编号为SL 252-2000的水利水电工程等级划分及洪水标准。,防洪标准 防洪安全标准,1.水工建筑物的洪水设

2、计标准 永久性水工建筑物采用的洪水标准分为正常运用和非常运用两种情况,分别称为设计标准和校核标准。 正常运用标准:确定水库的设计洪水位、设计泄洪流量等。不超过这种标准的洪水来临时,水库枢纽一切工作维持正常状态。 非常运用标准:确定水库的校核洪水位。这种标准的洪水来临时,水库枢纽的某些正常工作可以暂时破坏,次要建筑物允许损毁,但主要建筑物必须确保安全。,2.下游防护对象的防洪标准 下游防护对象的防洪标准根据防护对象的重要性选取。一般水工建筑物的防洪标准都高于防护对象的防洪标准。,表8-1 不同防洪保护对象的防洪标准,表 8-2 水利水电枢纽工程的等别,表 8-3 水工建筑物的级别,表 8-4 水

3、库工程水工建筑物的防洪标准,8.1 概述,8.1.2设计洪水的含义,在进行水利水电工程设计时,为了建筑物本身的安全和防护区的安全,必须按照某种标准的洪水进行设计,这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水。,设计洪水是指水利水电工程规划、设计所指定的各种设计标准的洪水。,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, 设计洪峰流量 Qm(m3/s),设计洪水过程线的最大流量。 设计洪水总量 W(m3),设计洪水的径流总量,从起涨点A上涨,到达峰顶B后流量逐渐减小,到达C点退水结束,流量过程线ABC下的面积就是洪水总量 W。,设计洪水过程线,洪水从A到B点的时距t1为涨水历时,从B

4、到C点的时距t2为退水历时,一般情况下,t2t1。T=t1+t2,称为洪水历时。,设计洪水的推求方法分为:由流量(暴雨)资料推求设计洪水,8.2 洪水资料分析处理,8.2.1洪水样本选取,洪峰选样:年最大值法 洪量选样:固定时段年最大值法,可发生在同次洪水中,也可不发生在同一次洪水中。固定时段:1、3、5 、7、15、30天。 年最大洪峰流量可以从水文年鉴上直接查得,而年最大各历时洪量则要根据洪水水文要素摘录表的数据用梯形面积法计算。,T=1天,T=5天,T=3天,t(d),Q(m3/s),Qm,W1,W5,W3,图8-1 年最大值法选样示意图,8.2 洪水资料分析处理,8.2.2洪水资料的审

5、查与分析,资料可靠性的审查:包括水位观测、流量测验、水位流量关系等。重点放在观测与整编质量较差的年份及大洪水年份。 资料一致性的审查: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。故主要从人类活动影响和下垫面的改变来审查。 资料代表性的审查:洪水系列较长、包括大、中、小等各种洪水则代表性好。实际工作中要求连续实测的洪水年数一般不少于30年,并有特大洪水加入。,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

6、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。,为什么要考虑特大洪水?,8.2 洪水资料分析处理,8.2.3历史洪水的调查与考证,8.2 洪水资料分析处理,8.2.3历史洪水的调查与考证,历史调查期,实测期,QN,QN,资料内特大洪水,资料外特大洪水 (历史特大洪水),历史调查期,实测期,一般 时,QN可以考虑作为特大洪水处理。,历史洪水的排位问题?,例1992年长江重庆宜昌河段洪水调查 同治九年(1870年)川江发生特大洪水,沿江调查到石刻91处,推算得宜昌洪峰流量Qm110000m3/s。,如此洪水为1870年以来为最大,则N=1992-1870+1123(年)。

7、这么大的洪水平均130年就发生一次,可能性不大。,N,n,1992,1870,Qm110000m3/s,又经调查,在四川忠县长江北岸2km处的选溪山洞中调查到宋绍兴23年(南宋赵构年号)即1153年一次大洪水。,N,n,1992,1870,Qm110000m3/s,1153,该洪水小于1870年洪水,通过调查还可以肯定自1153年以来1870年洪水为最大,则1870年洪水的重现期为 N1992-1153+1840(年)。,【例】1955年规划河北省滹沱河黄壁庄水库时,按当时具有的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Q0.1%=7500m3/s。 1956年发生了一

8、次洪峰流量为13100m3/s的特大洪水,直接加入资料系列,未做特大洪水处理, Q0.1%=25900m3/s; 将1956年洪水做特大洪水处理,但不加历史特大洪水,Q0.1%=19700m3/s; 后在滹沱河调查到1794、1853、1917和1939年4次历史特大洪水,再将1956年洪水和历史调查洪水作为特大值处理,得Q0.1%=22600m3/s,比原设计值大80%, 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。由此可看出特大洪水处理的重要性。,8.3 设计洪峰

9、流量及洪量的推求,8.3.1连续与不连续样本系列,所谓“连序”与“不连序”,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。 统一描述:设特大值的重现期为N,实测系列年数为n,在N年内共有a个特大值,其中有l个来自实测系列,其它来自于调查考证。若l=a=0,N=n,表明没有特大洪水,不连序样本就变成连序样本。,8.3 设计洪峰流量及洪量的推求,8.3.2不连续样本系列的频率计算,目前国内方法:独立样本法、统一样本法。,N,n,a项特大洪水M=1,2,.,a,.,.,T,Q(m3/s),.,.,实测一般洪水,n-l项m=l+1,l+2,.,n,缺测,实测期内特大洪水,l项,1.独立样本法

10、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。 由于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频率绘在一起,共同适线。,特大洪水的经验频率为:,一般洪水的经验频率为:,2.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,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N年内统一排位。特大洪水的经验频率的计算同上。,实测系列中其余的(n-l )项,假定均匀地分布在第a项频率PM,a以外的范围内,即(1PM,a ) ,如下图所示。一般洪水的经验频率为:,a项特大洪水M=1,2,.,a,实测期

11、内特大洪水,l项,.,.,P,Q(m3/s),.,Pm,PM,实测一般洪水,n-l项m=l+1,l+2,.,n,.,PMa,1-PMa,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,但比较简便,在特大洪水排位可能有错漏时,因不相互影响,这方面讲则是比较合适的。当特大洪水排位比较准确时,理论上说,用统一样本法更好一些。,3、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仍采用配线法,参数值的初估可用矩法。 假设系列中n-l年的一般洪水的均值为xn-l、均方差为n-l,它们与除去特大洪水后的N-a年总的一般洪水系列的均值

12、xN-a、均方差N-a相等,即:,xj特大洪水;xi一般洪水,则可导出:,Cs值: 对于Cv0.5的地区,Cs=(34)Cv; 对于0.51.0的地区,Cs=(23)Cv; 此外,还可以采用权函数法来估计 Cs。,【例6】某站自19351972年的38年中,有5年因战争缺测,故实有洪水资料33年。其中1949年为最大,经考证应作为特大值处理。另外,查明自1903年以来的70年间,为首的三次大洪水,其大小排位依次为1921、1949、1903年,并能判断不会遗漏掉比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,其序位为1867、1852、1832年,但因

13、年代久远,小于1921年的洪水则无法查清。现按上述两种方法估算各项经验频率。 分析:实测洪水n=33,调查期分作两个时期:其一是18321972年,记为N2=141年,在此期间能够进行排位的有1832、1852、1867和1921年洪水,顺序为1867、1852、1832、1921,而1949、1903年则不能在这一调查期中排位(小于1921年的洪水未知)。其二是19031972年,记为N1=70年,其中仅有1903、1921、1949年的洪水能在N1中排位,它们的大小顺序为1921、1949、1903年,见图。频率计算见表。,n=33,N1=70,N2=141,1921,1949,1903,

14、1949,1921,1867,1852,1832,1903,1832,1935,洪水排序示意图,【例6】某站自19231970年的断续的洪峰流量资料33年。实测最大是9200m3/s,发生在1956年,次大洪峰5470m3/s,发生在1963年。另外调查到1913年、1917年、1928年、1939年及1943年共5年历史洪水,分别为6740m3/s、5000m3/s、6510m3/s、6420m3/s和8000m3/s。除此之外,1932年洪水在群众记忆中略小于1933年,但未查到数值,又据历史文献考证1870年洪水与1956年不相上下,而1849年的洪水较1870年为大,并自1849年以来

15、,无遗漏比1956年更大的洪水,需根据这些资料推求该站0.1%设计洪峰流量。,8.3 设计洪峰流量及洪量的推求,8.3.4计算成果的合理性分析,1.根据本站频率计算成果,检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时之间的关系。 一般情况,随历时的增加,洪量的均值也增加,而时段平均流量的均值则随历时的增加而减小。 CV在一般情况下随历时的增加而减小。 将各统计时段的洪量频率曲线绘在同一图上,频率曲线不相交,间距合理。,2. 根据上下游站、干支流站及邻近地区各河流洪水的频率分析计算成果进行比较。 如气候、地形条件相似,则一般自上游向下游,洪峰、洪量的均值递增,CV递减、CS/CV较稳定。 3.邻近河流洪水

16、统计参数及设计值在地区分布上的分析。 绘制洪峰、洪量的均值或设计值与流域面积的关系图,分析点据的分布是否与暴雨及地形等因素的分布相适应,可以判断成果的合理性。 4.暴雨径流之间关系的分析。 一般洪水的径流深应小于相应天数的暴雨深,而洪水的Cv值应大于相应时段暴雨的Cv值。,8.3 设计洪峰流量及洪量的推求,8.3.5设计洪水值的抽样误差,设计洪水xp的均方误近似公式为:,B为Cs和设计频率P的函数,已制成PCSB图。,可靠性 系数0.7;20%,P-Cs-B图,内容回顾,洪水设计标准 防洪标准 防洪安全标准 洪水资料处理 洪峰 洪量 资料三性审查 特大洪水处理 设计洪峰及洪量计算 连续不连续系

17、列 不连续系列的独立样本和统一样本法 统计参数估计,8.4 设计洪水过程线的拟定,8.4.1典型洪水过程线的选取,可以选择几个典型过程,8.4 设计洪水过程线的拟定,8.4.2放大方法,同频率放大、同倍比放大,1. 同倍比放大 1)按洪峰控制的放大倍比: 2)按洪量控制的放大倍比:,注意: 1. 用峰控制还是用量控制,要看峰、量哪个其主要作用; 2. 设计洪水过程线的峰或量偏离设计值。“以峰控制”,则洪峰等于设计值,洪量不一定等于设计值;“以量控制”,则时段洪量等于设计值,而洪峰不一定等于设计值。,特点:用同一放大倍比放大典型过程.,2. 同频率放大(峰量同频率放大法) 洪峰放大倍比: 最大1

18、天洪量放大倍比: 最大3天洪量除最大1天以外,其余两天的放大倍比:,注意: 1. 时段划分,不宜过多,一般以3段或4段为宜; 2. 对于放大后过程线的不连续现象,可徒手修匀,修匀后仍应保持洪峰和各时段洪量等于设计值。,特点:放大后的过程线,其洪峰流量和各时段的洪量都符合同一设计频率.,【例题】通过频率计算.已求得某水库坝址处p1的洪峰流量及各时段的设计洪量.如表1中第(2)栏。另外.根据选择典型洪水过程线的原则.选坝址处1963年8月16日7时至23日7时的洪水为典型表2中第(3)栏.其洪峰流量为1620m3/s.并算出了不同时段的最大洪量.连同其相应起迄时刻一起列入表1第(3)、(4)栏中.试用同频率放大法推求p1的设计洪水过程线。,表1 某水库坝址的洪峰、洪量,1)计算各时段的放大倍比,KQ353016202.18 KW142600202902.10 Kw3-1(7240042600)(3125020290)2.72 KW7-3(118

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