设计洪水的分析计算

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1、5 设计洪水的分析计算,5.1 设计洪水概述5.2 由流量资料推求设计洪水5.3 由暴雨资料推求设计洪水5.4 小流域设计洪水估算,Ch5 设计洪水的分析计算,5.1 设计洪水概述,本节内容提要,内容： 一、洪水与设计洪水 二、设计标准 三、设计洪水计算的内容和途径 练习题,要求： 熟悉洪水与设计洪水的概念，了解设计标准以及推求设计洪水的途径。,1. 设计洪水的定义 洪水： 由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨的一种水文现象。 设计洪水： 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

2、设计洪水。,一、洪水与设计洪水,水库设计洪水,十三陵水库,一、洪水与设计洪水,堤防设计洪水,长江荆江大堤,一、洪水与设计洪水,下游防护对象设计洪水,潮白河向阳闸,一、洪水与设计洪水,2. 设计洪水三要素 设计洪峰流量 Qm（m3/s） 设计洪水的最大流量。 设计洪水总量 W（m3） 洪水起涨至落平的径流总量，即图上流量过程线ABC与时间轴包围的面积。设计洪水过程线 Q t,一、洪水与设计洪水,二、设计标准,1. 防洪标准 担任防洪任务的水工建筑物，应具备的防御洪水能力的洪水标准。常用重现期表示。 2. 选定防洪标准的原则,统一,水利水电工程等级划分,注：1.水库总库容指水库最高水位以下的静库容

3、； 2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。,二、设计标准,永久性水工建筑物级别,二、设计标准,三、设计洪水计算的内容和途径,1. 内容 2. 途径,练习题,1.一次洪水中，涨水期历时比落水期历时（_） A.长 B.短 C.一样长 D.不能肯定2.设计洪水是指（_） 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 3. 大坝的设计洪水标准比下游防护对象的防洪标准（_）。 A.高 B.低 C.一样 D.不能肯定,B,A,A,4.设计洪水三个要素是（_） A.设计洪水标准、设计洪峰流量、设计洪水历时 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

4、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5. 选择水库防洪标准是依据（_）。 A.集水面积的大小 B.大坝的高度 C.国家规范,D,C,练习题,Ch5 设计洪水的分析计算,5.2 由流量资料推求设计洪水,上节内容回顾,1、什么叫设计洪水？2、设计洪水的三要素有哪些？3、推求设计洪水的主要方法有哪些？4、由流量资料推求设计洪水的基本程序是什么？,本节内容提要,内容： 一、洪水资料的选样与审查 二、频率计算推求设计洪峰流量 三、设计洪水过程线推求 练习题,要求：,掌握洪峰与洪量的选样，掌握考虑特大洪水加入实测资料系列时设计洪峰流量的计算方法，掌握同频率法放大洪水过程线。,一、洪

5、水资料的选样与审查,1）什么是选样？,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。,1. 洪水资料的选样,一、洪水资料的选样与审查,2）选样方法年最大值法,每年只选一个最大洪峰流量或某一历时的最大洪量。,1）资料可靠性的审查与改正2）资料一致性的审查与还原 3）资料代表性的审查与插补延长,2. 洪水资料的审查,一、洪水资料的选样与审查,二、频率计算推求设计洪峰流量,1. 特大洪水及其重要性,？ 什么叫特大洪水 比一般洪水大得多的稀遇洪水。,长江历史特大洪水石刻,二、频率计算推求设计洪峰流量,？ 为什么要考虑特大洪水,尽量取得较为久远和可靠的历史洪水资料

6、，可以延长洪水资料系列，提高系列的代表性，使频率计算的成果更加合理、准确。,二、频率计算推求设计洪峰流量,？ 什么是特大洪水处理,研究有特大洪水加入水文序列时的频率计算方法,二、频率计算推求设计洪峰流量,2. 连序系列与不连序系列,连序系列: 实测的短系列(n年) 不连序系列:包括历史洪水的长系列(N年),Qm,序号,n项,连序系列,Qm,序号,缺项,不连序系列,N项,二、频率计算推求设计洪峰流量,某河历史洪水调查考证情况,调查考证年数：（首项特大洪水重现期）N= 1960 1810 + 1 = 151实测系列年数：n= 1960 1935 + 1 = 26,二、频率计算推求设计洪峰流量,3.

7、 经验频率计算,独立样本法 统一样本法,思想: 将特大洪水的经验频率与一般洪水的经验频率 分别计算假设: 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。,方法:,二、频率计算推求设计洪峰流量,独立样本法,特大洪水的经验频率为： M=1,2,，a； 一般洪水的经验频率为: m=1,2,，n；,Qm,p,0,独立样本法频率计算示意,n,N,a,特大洪水,一般洪水,二、频率计算推求设计洪峰流量,统一样本法,特大洪水的经验频率为： M=1,2,，a； 一般洪水的经验频率为: m=l+1,l+2,，n；,Qm,p,0,统一样

8、本法频率计算示意,n,N,a-l,特大洪水,一般洪水,l,n-l,二、频率计算推求设计洪峰流量,例 5-1：某站1938-1982共45年洪水资料，其中1949年洪水比一般洪水大得多，应从实测系列中提出作特大值处理。另外通过调查历史洪水资料，得知本站自1903年以来的80年间有两次特大洪水，分别发生在1921年和1903年。经分析考证，可以确定80年以来没有遗漏比1903年更大的洪水，洪水资料见下表，试用两种方法分析计算各次洪水的经验频率，并进行比较。,表5-8 某站洪峰流量系列经验频率分析计算,二、频率计算推求设计洪峰流量,实例分析,解：(1)独立样本法特大洪水一般洪水,(2)统一样本法特大

9、洪水 计算同独立样本法一般洪水,加强练习,试分析确定以下四个洪水位的经验频率。,4. 洪水统计参数的计算,二、频率计算推求设计洪峰流量,5. 设计洪水频率计算的适线,步骤：1）计算经验频率，绘经验频率点 2）计算统计参数 3）调整参数，使理论频率曲线与经验点配合最佳 4）由最佳拟合曲线求得计算所需参数,二、频率计算推求设计洪峰流量,注意: 1）尽量照顾点群趋势，使曲线通过点群中央 2）使曲线尽量靠近精度较高的点 3）对于特大洪水，在误差范围内调整，使曲线不脱离点群太远,二、频率计算推求设计洪峰流量,6. 计算成果的合理性分析,误差来源： 1）实测资料误差 2）计算误差 3）计算方法不完善,合理

10、性分析方法： 1）从上下游及干支流洪水的关系上进行分析 2）从邻近河流洪水统计参数及设计值的地区分布进行分析 3）将稀遇的设计值与国内外河流大洪水记录进行比较,二、频率计算推求设计洪峰流量,实例分析,例 5-2：某流域拟建中型水库一座。经分析确定水库枢纽本身永久水工建筑物正常运用洪水标准(设计标准)p=1%，非常运用洪水标准(校核标准)p=0.1%。该工程坝址位置有25年实测洪水资料(19581982)，经选样审查后洪峰流量资料列入表5-9第栏，为了提高资料代表性，曾多次进行洪水调查，得知1900年发生特大洪水，洪峰流量为3750m3/s，考证期为80年，试推求p=1%、p=0.1%的设计洪峰

11、流量。,解：(1)分析已知资料，将1975年洪水从实测系列中抽出作为特大值处理，故l=1，a=2，N=80，n=25。 (2)经验频率按独立样本法列表计算。 (3)计算统计参数初始值,表5-9 经验频率曲线计算成果,实例分析,解：(3),选取CS=3.0CV(4)以计算的统计参数作为初始值查表并绘制理论频率曲线，调整参数进行适线，得所求的频率曲线。相应的统计参数为Qm=1168m3/s，CV=0.65，CS=3.5CV(5)在曲线上查出 p=1%时，Qmp=4018m3/s p=0.1%时，Qmp=5933m3/s,实例分析,补充实例,例：已知某坝址断面有19年的洪峰流量实测资料，经洪水调查得

12、知1922年曾发生过一场特大洪水，据考证，它是1922年以来最大的一次，Q=2700 ,1963年的洪水为第二个特大洪水。试用试错适线法推求洪峰流量频率曲线。,某坝址洪峰流量表,实例分析,解题思路：,1、计算经验频率,2、计算统计参数,3、试错适线,1）确定 N，n2）由大到小排序3）计算 ；,调整参数，使理论频率曲线与经验点配合最佳,1）计算 ； 2）假定 /,解：,P(%),14902 3350460,实例分析,Xm,P(%),洪峰流量频率曲线（适错试线法）,实例分析,三、设计洪水过程线推求,推求思路：,放大,1.典型洪水过程线的选择,原则,水量相近对工程不利,从资料完整、精度较高、接近设

13、计值的实测大洪水过程线中选择,选择具有代表性的、对防洪偏于不利的洪水过程线,三、设计洪水过程线推求,2.典型洪水过程线的放大,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,三、设计洪水过程线推求,2.典型洪水过程线的放大,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,三、设计洪水过程线推求,例5-3：某水库千年一遇设计洪峰流量和各历时洪量计算成果如表5-11所示，用同频率法推求设计洪水过程线。,表5-11 设计洪水和典型洪水特征值统计成果,三、设计洪水过程线推求,实例分析,3500,实例分析,图5-5,思考题,1.在洪水峰、量频率计算中，洪峰流量选样的方法是（_）。 A. 最大值法 B. 年最大值法 C. 超定量法 D. 超均值法 2.在洪水峰、量频率计算中，洪量选样的方法是（_）。 A. 固定时段最大值法 B. 固定时段超定量法 C. 固定时段年最大值法 D. 固定时段超均值法3. 确定历史洪水重现期的方法是（_）。 A. 根据适线确定 B. 按暴雨资料确定 C. 按国家规范确定 D. 由历史洪水调查考证确定,