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1、第六章 由流量资料推求设计洪水内容简介研究对象：本章研究由流量资料推求设计洪水。研究内容1.防洪标准及其选择；2.洪峰、洪量样本系列的选样，资料的三性审查；3.特大洪水的处理，即不连续系列的经验频率和统计参数的计算方法；4.典型洪水的选择及放大方法。研究目的：研究由流量资料推求设计洪水，以解决水库、堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题。第一节 概 述内容提要1.设计洪水的定义；2.设计洪水的“三要素”；3.水库规模的划分等级及设计洪水标准；4.设计洪水推求的基本途径。学习要求掌握设计洪水的定义、洪水的特征值及正确选择洪水标准。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
2、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。二、 水工建筑物的等级和防洪标准 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。分别见表6-1至表6-4。 表6-1 水利水电工程分等指标工程等别工 程规 模水库总库 容（108m3）防洪治涝灌溉供水发电防护城镇及工矿企业的重要性保护农田
3、（104亩）治涝面积（104亩）灌溉面积（104亩）供水对象重要性装机容量（104kw）大（1）型10特别重要500200150特别重要120大（2）型101.0重要5001002006015050重要12030中 型1.00.1中等100306015505中等305小（1）型0.10.01一般30515350.5一般51小（2）型0.010.001530.551注：1.水库总库容指水库最高水位以下的静库容；2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。 表6-2 永久性水工建筑物级别工程等级主要建筑物次要建筑物工程等级主要建筑物次要建筑物1345235534 表6-3 山区、丘陵区水利水电工程永久性水
4、工建筑物洪水标准重现期（年）项目水工建筑物级别12345设计10005005001001005050303020校核土石坝可能最大洪水（PMF）或10000500050002000200010001000300300200混凝土坝、浆砌石坝50002000200010001000500500200200100 表6-4 平原区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准重现期（年）项目水工建筑物级别12345水库工程设计300100100505020201010校核200010001000300300100100505020拦河水闸设计1005050303020201010校核300200200100
5、1005050303020建国以来,我国推求设计洪水经历了三个阶段: (1)历史最大洪水加成法 以历史上发生过的最大洪水再加一个成数作为设计洪水。 此法有二个缺点:没有考虑未来洪水超过历史最大洪水的可能性,使人们产生不安全感;对大小不同,重要性不同的工程采用一个标准, 显然不合理。如葛洲坝枢纽:选用1788年洪水作为设计洪水 Qm=8600 m3/s; 选用1870年洪水作为校核洪水 Qm=110000 m3/s。 (2)频率计算法 以符合某一频率的洪水作为设计洪水,如百年一遇洪水、千年一遇洪水等。 此法把洪水作为随机事件, 根据概率理论由已发生的洪水来推估未来可能发生的符合某一频率标准的洪水
6、作为设计洪水, 它可以克服上法存在的缺点,根据工程的重要性和工程规模选择不同的标准,适用面较宽, 在我国水利、电力、公路桥涵、航道、堤防设计中广泛应用。 (3)水文气象法因频率计算缺乏成因概念,如资料系列太短,用于推求稀遇洪水根据就很不足。且近年来,我国一再出现超标准的特大洪水,使设计标准一再提高。水文气象法从物理成因入手, 根据水文气象要素推求一个特定流域在现代气候条件下,可能发生的最大洪水作为设计洪水。设计标准是一个关系到政治、经济、技术、风险和安全的极其复杂的问题,要综合分析,权衡利弊、根据国家规范合理选定。 1.水工建筑物的洪水设计标准 在工程设计中,设计标准由国家制定,以设计规范给出
7、。规划中按工程的种类、大小和重要性,将水工建筑物划分为若干等级,按不同等级给出相应的设计标准。 对永久性建筑物,采用二级标准:正常运用情况，即设计标准；非正常运用情况，即校核标准。建筑物的尺寸由设计洪水确定,当这种洪水发生时,建筑物应处于正常运用状态。校核洪水起校核作用,当其来临时,其主要建筑物要确保安全,但工程可处在非常情况下运行,即允许保持较高水位，电站、船闸等正常工作允许遭到破坏。 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。水库及其防护区关系见图6-1。水
8、库防洪控制断面水库防护区 图6-1 水库及下游防护区示意图三、设计洪水三要素一次洪水过程可用3个控制性要素加以描述，常称为洪水三要素，即l 设计洪峰流量 Qm（m3/s），为设计洪水过程线的最大流量。BQCAtt1Tt2图6-2 洪水过程线示意图l 设计洪水总量 W（m3），为设计洪水的径流总量，如图6-2，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。l 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，t2t1。T=t1+t2，称为洪水历时。四、 推求设计洪水的途径按工程性质不同，设计洪水
9、分为：l 水库设计洪水;l 下游防护对象的设计洪水;l 施工设计洪水;l 堤防设计洪水；l 桥涵设计洪水等。图6-3 十三陵水库图6-4 潮白河向阳闸图6-5长江荆江大堤按所用资料不同，设计洪水的推求方法分为:l 由流量资料推求设计洪水;l 由暴雨资料推求设计洪水。 对于桥涵、堤防、调节性能小的水库,一般可只推求设计洪峰,如葛洲坝电站为低水头(设计水头H=18.6m)径流式电站,调节库容(15.8亿m3)很小,只能起抬高水头的作用,故其泄洪闸以设计洪峰流量 (Qm=110000m3/s) 控制。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,如三峡水库,拦洪库容300.
10、2亿m3,龙羊峡总库容247亿m3 , 丹江总库容209亿m3。一般水库都以峰和量同时控制。复习思考题1.一次洪水中，涨水期历时比落水期历时（ B ）A.长 B.短 C.一样长 D.不能肯定2.设计洪水是指（ A ）。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.设计洪水三个要素是（ D ）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. 大坝的设计洪水标准比下游防护对象的防洪标准（ A ）。A.高 B.低 C.一样 D.不能肯
11、定5. 选择水库防洪标准是依据（ C ）。A.集水面积的大小 B.大坝的高度C.国家规范 D.来水大小第二节 设计洪峰、洪量的计算内容提要1.洪峰、洪量的选样方法；2.“三性审查”的内涵和方法；3.特大洪水重现期的确定；4.特大洪水的处理方法。学习要求掌握洪水选样、特大洪水处理、三点法配线和洪水同频率放大方法。一、洪水资料的审查由流量资料推求设计洪峰流量和设计洪量时要经过选样、资料审查、频率计算和成果合理性分析几个步骤。资料审查：（1）资料可靠性的审查与改正 资料的可靠性是指资料的正确与否，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。（2）资料一致性的审查与还原资料
12、系列的一致性是指产生资料系列的条件要一致，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。若不能满足一致性要求，则需进行一致改正。（3）资料代表性的审查与插补延长洪水系列的代表性，是指该洪水样本的频率分布与其总体概率分布的接近程度，如接近程度较高，则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反之较低。 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。但总体分布是未知的，无法直接进行对比，人们只能根据对洪水规律的认识，与更长的相关系列对比，进行合理性分析与判断。 一般要求洪水系
13、列n30年,并有特大洪水加入。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图6-6 年最大洪峰、洪量选样示意图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，如图6-6。三、特大洪水 1.什么叫特大洪水 比系列中一般洪水大得多的洪水称为特大洪水, 并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。历史上的一般洪水是没有文字记载，没有留下洪水痕迹，只有特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证，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的n年
