工程水文学-第8章

'8由流量资料推求设计洪水重点与难点：1、洪水三要素；2、特大洪水、为什么要对特大洪水进行处理？3、特大洪水处理的内容4、典型洪水的放大 一设计洪水的定义由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。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。(指定频率或重现期对应的洪水)8.1概述 二水工建筑物的等级与防洪标准1水工建筑物的洪水设计标准（1）水利水电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五等：I、II、III、IV、V（2）水工建筑物的级别永久建筑物与临时建筑物根据其所属枢纽工程的等别、作用和重要性分五级：1，2，3，4，5 3）水工建筑物的防洪标准根据水工建筑物的级别确定其防洪标准。防洪标准有两种：正常运用——设计标准——按正常运用标准推算出的洪水为设计洪水；非常运用——校核标准——按非常运用标准推算出的洪水为校核洪水。水利枢纽工程的泄洪设施有正常和非常两种。 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。因为没有水库的安全，也就谈不上下游防护对象的安全，因此上述水库洪水标准一般都高于防护对象的防洪标准。 三设计洪水的三要素1设计洪峰流量Qm：设计洪水过程线的最大流量。2不同时段设计洪水总量W：设计洪水的径流总量，也就是洪水过程线包围的面积。3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到C点的时距t2为退水历时，一般情况下，t2〉t1。T=t1+t2，称为洪水历时。(逐时段流量值) 四推求设计洪水的途径1设计洪水的分类按工程性质不同2推求设计洪水的方法按所用资料不同 第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求一、资料的三性审查1可靠性审查目的：保证径流系列真实、可靠方法：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。2一致性审查目的：保证径流系列来自同一总体方法：气候条件一致性——一般假定满足下垫面条件一致性——一般不满足，还原计算 3代表性审查目的：保证样本的统计参数接近总体的统计参数方法：选择参证站——与设计站变量具有成因联系；具有长期的同期观测资料；自身具有较好代表性 二选样选样就是在现有的洪水记录中选取若干个洪峰流量或某一历时的洪量组成样本，作为频率计算的依据。在水库防洪计算中，目前采用：年最大值法：每年只选一个最大洪峰流量及某一历时的最大洪量。年最大值法，方法简单，操作容易，样本独立性好。洪峰选样：年最大值法洪量选样：固定时段选取年最大值法 三特大洪水的处理1什么叫特大洪水特大洪水：比系列中一般洪水大得多的稀遇洪水称为特大洪水。实测期特大洪水：实测期特大洪水历史特大洪水：调查期特大洪水考证期特大洪水 实测期：从有实测洪水资料年份开始至今的时期；调查期：在实地调查到若干可以定量的历史大洪水的时期；考证期：从具有连续可靠文献记载历史大洪水的时期。 2特大洪水重现期的确定要准确地定出特大洪水的重现期是相当困难的，目前，一般是根据历史洪水发生的年代来大致推估。重现期：是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。（平均间隔期）①从发生年代至今为最大②从调查考证的最远年份至今为最大 3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年中的特大洪水，就相当于把年资料展延到了N年，提高了系列的代表性，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。考虑特大洪水并进行特大值处理，所得计算成果比较稳定合理。 4洪水经验频率的估算特大洪水加入系列后成为不连续系列，即由大到小排位序号不连续，其中一部分属于漏缺项位，其经验频率和统计参数计算与连续系列不同。这样，就要研究有特大洪水时的频率计算方法，称为特大洪水处理。 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的经验频率分别计算的方法。设调查及实测(包括空位)的总年数为N年，连续实测期为n年，共有a次特大洪水，其中有l次发生在实测期，a-l次是历史特大洪水。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。 （1）独立样本法：实测系列一般洪水的经验频率计算公式：特大洪水系列的经验频率计算公式： (2)统一样本法实测系列一般洪水第m项的经验频率计算公式：特大洪水系列的经验频率计算公式： 一般采用P－Ⅲ型曲线五、考虑特大洪水时统计参数的确定在洪水频率计算中，我国规范统一规定采用适线法。其计算步骤同第七章。用适线法估计频率曲线的统计参数分为初步估计参数、用适线法调整初估值。四、频率曲线线型选择 式中：―――特大洪水――一般洪水 六推求设计洪峰和设计洪量在所采用的洪峰、洪量频率曲线上，用设计频率就可查得相应的设计洪峰和设计洪量。P241页例9－1注意表9－4中，第4列为独立样本法求得的一般洪水频率值；第6列为统一样本法求得的一般洪水频率值。图9－3采用的是第1列与第4列数据，也就是采用的是独立样本法计算的频率值。 七、设计洪水估计值的抽样误差图《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—93）第1.0.11款规定：对大型工程或重要的中型工程，用频率分析计算的校核标准设计洪水，应计算抽样误差。经综合分析检查后，如成果有偏小的可能，应加安全修正值，一般不超过计算值的20%。 八、计算成果的合理性分析成果误差来源：①资料误差②计算误差③计算方法不完善检查根据：水量平衡，雨洪径流形成规律，水文现象随时间和地区的变化规律，各种因素对洪水的影响。 检查工作一般从以下几个方面进行：1从洪峰、洪量及其统计参数随时间变化关系上分析.一般情况，设计历时T越长，则均值、CV、CS/CV越小；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.从洪峰、洪量及其统计参数的地区分布规律分析一条河流从上游到下游，一般有QP、WP越大、CV越小、CS/CV较稳定。3.设计洪峰流量与国内外或地区最大洪水记录对比分析4.与暴雨计算成果比较。 【思考题】2.设计洪水是指（____）1.一次洪水中，涨水期历时比落水期历时（____）A.符合设计标准要求的洪水B.设计断面的最大洪水C.任一频率的洪水D.历史最大洪水A.长B.短C.一样长D.不能肯定 3.设计洪水三个要素是（____）A.集水面积的大小B.大坝的高度C.国家规范A.设计洪水标准、设计洪峰流量、设计洪水历B.洪峰流量、洪水总量和洪水过程线C.设计洪峰流量、1天洪量、三天洪量D.设计洪峰流量、设计洪水总量、设计洪水过程线4.选择水库防洪标准是依据（____）。 5.在洪水峰、量频率计算中，洪峰流量选样的方法是（____）。6.在洪水峰、量频率计算中，洪量选样的方法是（____）。A.最大值法B.年最大值法C.超定量法D.超均值法A.固定时段最大值法B.固定时段年最大值法C.固定时段超定量法D.固定时段超均值法 7.某一历史洪水从发生年份以来为最大，则该特大洪水的重现期为（____）。8.对特大洪水进行处理的内容是（____）。A.N=设计年份-发生年份B.N=发生年份-设计年份+1C.N=设计年份-发生年份+1D.N=设计年份-发生年份-1A.插补展延洪水资料B.代表性分析C.经验频率和统计参数的计算D.选择设计标准 9.对设计流域历史特大洪水调查考证的目的是（____）。A.提高系列的一致性B.提高系列的可靠性C.提高系列的代表性D.使洪水系列延长一年 一典型洪水过程线的选择设计洪水过程线的推求：典型洪水放大法——从实测洪水中选出和设计要求相近的洪水过程线作为典型，然后按设计的峰和量将典型洪水过程线放大，此法的关键是如何恰当地选择典型洪水和如何放大。第三节设计洪水过程线的推求 选择典型洪水的原则：“可能”和“不利”①资料完整，精度较高，接近设计值的实测大洪水过程线。②具有较好的代表性，即在发生季节、地区组成、峰型、主峰位置、洪水历时及峰、量关系能代表设计流域大洪水的特性。③选择对防洪不利的典型，具体地说，就是选“峰高量大、主峰偏后”的典型洪水。 二典型洪水过程线的放大1同倍比放大法把典型洪水过程线的纵高都按同一比例系数放大，即为设计洪水过程线(1)按峰放大(2)按量放大同倍比放大，方法简单，计算工作量小，但在一般情况下，KQ和Kw不会完全相等，所以按峰放大的洪量不一定等于设计洪量，按量放大后的洪峰不一定等于设计洪峰。 2同频率放大法在放大典型过程线时，若按洪峰和不同历时的洪量分别采用不同的倍比，使放大后的过程线的洪峰及各种历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量。也就是说，放大后的过程线，其洪峰流量和各种历时的洪水总量都符合同一设计频率，称为“峰、量同频率放大”，简称“同频率放大”。此法能适应多种防洪工程的特性，目前大、中型水库规划设计，主要采用此法。 方法步骤：①计算设计洪峰Qmp及各历时设计洪量。W1pW3pW7p（频率计算得到）②选择典型洪水，计算：QmDW1DW3DW7D（根据典型洪水过程线数据计算得到）计算典型洪水的峰和量时采用“长包短”。③计算放大倍比 第四节分期设计洪水1定义分期设计洪水是指一年中某个时期所拟定的设计洪水。因为在水库管理调度运行和施工期防洪中，各分期的洪水成因和洪水大小不同，必须分别计算各时期的设计洪水。 2分期划分划定分期洪水时，应对设计流域洪水季节性变化规律进行分析，并结合工程的要求来考虑。一般，可根据设计流域的实测洪水资料，点绘洪水年内分布图，并描绘平顺的外包线。分期一般原则：应按洪水成因和出现季节划定分期，分期一般不短于1个月。考虑到洪水发生的随机性，分期年最大洪水选样时，可跨期选样，跨期一般为5天，最多不超过10天 。 3分期设计洪水的计算（2）分期洪水选样，仍采用分期内年最大值法；（3）对各分期洪水样本系列进行频率计算，推求各分期设计洪水过程线，方法同前；（4）成果合理性检查：可将分期洪水的峰量频率曲线和全年最大洪水的峰量频率曲线画在同一张频率格纸上，检查其相互关系是否合理；一般情况下，分期洪水的变化幅度比年最大洪水的变化幅度更大，分期洪水系列的CV应大于年最大洪水的CV。（1）分期划分； 第五节入库设计洪水1定义入库设计洪水是指通过各种途径进入水库的洪水。它由三部分组成：①回水末端或干流断面洪水；②水库周边断面洪水（区间洪水）；③水库库面降水（库面洪水）。 2入库洪水与坝址洪水的差异3水力与水文特性的变化4入库洪水的计算5水库设计洪水的计算方法 【思考题】1.用典型洪水同倍比法（按峰的倍比）放大推求设计洪水，则（____）。A.峰等于设计洪峰、量等于设计洪量B.峰等于设计洪峰、量不一定等于设计洪量C.峰不一定等于设计洪峰、量等于设计洪量D.峰和量都不等于设计值 2.用典型洪水同频率放大推求设计洪水，则（____）。A.峰不一定等于设计洪峰、量等于设计洪量B.峰等于设计洪峰、量不一定等于设计洪量C.峰等于设计洪峰、各历时量等于设计洪量D.峰和量都不等于设计值 3.用典型洪水同倍比法（按量的倍比）放大推求设计洪水，则（____）。A.峰等于设计洪峰、量等于设计洪量B.峰等于设计洪峰、量不一定等于设计洪量C.峰不一定等于设计洪峰、量等于设计洪量D.峰和量都不等于设计值 4.选择典型洪水的原则是“可能”和“不利”，所谓不利是指（____）。A.典型洪水洪峰靠前B.典型洪水洪峰居中C.典型洪水洪峰靠后D.典型洪水洪量较大 5.典型洪水同频率放大的次序是（____）。A.短历时洪量、长历时洪量、峰B.峰、长历时洪量、短历时洪量C.短历时洪量、峰、长历时洪量D.峰、短历时洪量、长历时洪量 6.入库洪水包括（____）。7什么叫特大洪水？为什么考虑特大洪水？如何进行特大洪水的处理？A.入库断面洪水、区间洪水、库面洪水B.洪峰流量、洪量、洪量水过程线C.地面洪水、地下洪水、库面洪水D.上游洪水、中游洪水、下游洪水'