第4章-设计洪水流量

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2、计算统计参数Q 、Cv,假定Cs=m·Cv,在我国一般取m=2~4。 3、确定线型,即根据 Q、Cs、Cv、Pi 查表计算,确定理论频率曲
线。
4、观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度,反复调整统 计参数,直到两者符合的最好为止,即可确定统计参数的采 用值 Q、Cs、Cv以及对应的理论频率曲线。

3 20 1

0.1428 14.28%
[例4-1-3]
3、不连续系列统计参数计算
4、适线
Q 1801(m3 s)
CV 0.36 CS 0.90 Q0.33% 4171(m3 s) Q1% 3718(m3 s) Q2% 3420(m3 s)
4.2 根据地区经验公式推算设计流量※
2)一般洪水的经验频率为:
Pm

m n1
式中:
(4 2)
Pm——连续n年系列中第m项的经验频率; m——由大到小排位的顺序号,
若实测期中无特大洪水,则m=1,2,…,n; 若有l项特大洪水,则m=l+1,l+2,…,n
3、不连序系列的统计参数的确定:
4、适线法: 对于不连续的年最大流量系列,其统计参数的最后确定,
和1955年连续系列前四次特大洪水;1975年在实测期内也
出现过一次特大洪水。以上洪水资料列于4-1-2第2栏。
1、参数计算 不连续系列特大值项数:
a=5
实测期:
n=20
实测期内特大值个数:
l=1
调查考证期:
N=(1982-1784) +1=199
[例4-1-3]
2、经验频率计算 (1)前5项特大值经验频率计算
5、调整时,可参照统计参数与频率曲线的关系(图3-5-4)。
六、适线法应用注意事项:
在适线过程中,一般只调整Cs,即固定Cv,选取 m值;
如果适当调整Cv和 Q ,能使经验频率曲线与理论 频率曲线拟合更好,也可以对其做少量调整。
曲线应尽可能通过点群中心,适当照顾上、中部 大洪水;
曲线应尽量靠近峰量数值、重现期精度较高的点 据;
永久性桥涵:长期使用,需按照规定的设计洪水 频率、桥面宽度和检查维修设备等进行设计。
半永久性桥涵:一般是下部结构按永久性设计, 而上部结构是临时性的,易于更换的。
铁路桥涵设计洪水频率
铁路 等级
设计洪水频率 桥梁 涵洞
Ⅰ、Ⅱ 1/100 1/50

1/50 1/50
检算洪水频率
特大桥(或大桥)属于技术 复杂、修复困难者或重要者
(3)资料的代表性:是指资料是否包括了丰水年、平水年和枯水 年,若代表性差,就不能很好地反映总体的规律,统计计算 结果的实际误差就大,为了提高资料的代表性,应尽可能展 延径流系列的长度。
七、资料中特大值(特大洪水)的处理:
1、问题的提出 (2)什么叫特大洪水? 比系列中一般洪水大得多的稀遇洪水称为特大洪水,并 且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。
一、任务:
现在需要在黄河支流汾河临汾市某镇附近建设 一座中型桥梁。根据规范要求,该桥梁设计标准 之一是能够抵御100年一遇的洪水。作为设计人员, 该如何完成此任务?
二、步骤:
1、来到汾河建桥地点水文断面附近的水文站,索 要或者购买建站以来的水文资料特别是洪水资料。
假设你特别幸运,水文站对你很友好,将建站 以来共24年(1990-2013)的数据都给你了。
(2)连序系列和不连序系列
连序系列:洪水样本中每一项从大到小排位,序号是连续顺 位排列的系列。如:实测系列。
不连序系列:洪水样本加入特大洪水后的系列称为不连序系 列,即从大到小排位,序号不连续,其中一部分属于漏项、缺 项位的系列。如:加入历史调查洪水的系列。
不连序系列经验频率和统计参数的计算方法与连序系 列有所不同。这样,就要研究有特大洪水的不连序系列的排 序和频率计算以及参数估计的方法,称为特大洪水处理。
Q2% KF n' Q1% / Q2%
F为集水面积,km2
2. 计算或查表得理论频率曲线的三个统计参数,用皮尔 逊Ⅲ型曲线推求相应频率的设计流量。
计算 Q CF n (查表3-2-1)

查表 Cv
(查表3-2-2)

PearsonIII曲线

Q
p
%
查表 Cs/Cv
(查表3-2-3),得Cs
正确答案: C
随堂作业:
2. 降落到地面上的水,除掉损失一部分以外,在 重力作用下沿着一定的方向和路径流动,这种水 流称为()。
A. 地面径流 B. 河川径流 C. 自由水 D. 活水
应参照同一气候区内其余站参数变化规律进行调 整。
资料的审查内容如下:
(1)资料的可靠性:即资料的可靠程度。应从资料来源、资料的 测验和整编方法有无问题、刊印是否有误进行检查,可以通 过上下游或干、支流水量平衡,流域年降水量等检查,数据 是否合理。
(2)资料的一致性:资料的一致性主要分析流域内下垫面条件是 否稳定。否则,资料的一致性将遭到破坏。例如,设计断面 上游修建了大型引水工程后,使设计断面资料一致性遭到破 坏,必须对资料修正后方可进行计算。
仍是应用适线法最适宜。以上计算的均值和变差系数,作 为初试值。适线法的基本步骤与连续系列相同。
[例4-1-3]某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一
个水文站,能搜集到14年断续的流量观测资料,经插补和延
长,获得1963年至1982年连续20年的年最大流量资料;又
通过洪水调查和文献考证,得到1784年、1880年、1949年
2、分析这些数据的可靠性、代表性和一致性。
3、频率计算。累积频率 实测资料
经验(累积)频率曲线
统计参数
理论频率曲线
三、经验频率点群与理论频率曲线拟合结果如下:
四、分析:
但是,由于洪水观测年限与总体相比差之甚远,
经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线; 而由三个统计参数确定的P-Ⅲ理论频率曲线,由 于观测年限有限,抽样误差较大,使其与经验频 率曲线偏离较大。
第4章 设计洪水流量
4.1 根据流量观测资料推算设计流量 4.2 根据地区经验公式推算设计流量※ 4.3 推理公式和经验公式※
引言
设计流量:公路、桥梁和涵洞等各项工程设计时, 根据国家技术标准规定的某一设计洪水频率(如 表3-3-2),推算该频率相应洪水的洪峰流量 (m3/s)。
设计水位:桥位计算断面上通过设计流量时相应 的水位(m)。
报告中把全国分为111个分区,分区图如下。 制定了3个表,即全国水文分区流量计算参数表、全国水文
分区Cv值表和全国水文分区Cs/Cv经验关系表。
二、全国水文分区Cv值表
三、全国水文分区Cs/Cv经验关系表
四、以上各表的用法
1. 直接由表3-2-1推求p为2%和1%的设计流量
小流域流量计算方法主要有两个公式:
1. 径流简化公式
34
Qp 0 (h z)2 F 5
2.水利科学研究院水文所公式:
Q

0.278
A
n
F
随堂作业:
1. 公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵 洞,以及公路排水系统的设计流量,一般由() 来推求。
A. 小雨资料 B. 中雨资料 C. 暴雨资料 D. 以上选项都不正确
我国大部分河流由于实测年限有限,所以目前我们所掌 握的样本系列不长,系列愈短,抽样误差愈大。而且在实测 期内不一定发生大洪水,所以洪水系列不一定含有特大洪水 资料,如果用一般的中小洪水资料进行设计,设计成果不可 靠。特别是用于推求百年一遇、三百年一遇的高标准洪水, 根据就很不足。
桥位河段历史上肯定发生过很多次特大洪水。 历史上曾经发生过的特大洪水,往往会造成严重的洪 涝灾害,在历史文献中一般会有详细的记载和留下洪 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。
第一项:m=l+1=1+1=2
P2

2 20 1

0.0952

9.52%
m Pm n 1
P2

a N 1
(1
a) N 1
ml n l 1
来自百度文库
5 199 1
(1 5 ) 199 1
2 1 20 11

0.02875
2.88%
第二项:m=l+2=1+2=3
P3
1)特大洪水的经验频率为:
PM

M N 1
(4 1)
式中:
PM——不连续N年系列前M项的经验频率;
M——特大洪水由大到小的排位序号,M=1,2,…,a;
N——调查或考证的年数,包括实测期n年,首项特大洪水 的重现期
N=T2-T1+1 T2——实测连续系列最近的年份; T1——调查考证到最近的年份。
设计流速:设计流量通过时桥位断面的河槽平均 流速(m/s)。
《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)规定, 永久性桥涵的设计洪水频率如下表所示:
表3-3-2
概念补充:
按照使用期限分:临时性桥涵、永久性桥涵、半 永久性桥涵。
临时性桥涵:构造简易,仅在有限的短时间内使 用,或在永久性桥梁建成之前供维持交通之用。
适用于中小河流,无水文站观测资料
三、相关分析
资料较少,插补、延长水文资料系列。
实际工作中,对重要的工程,为保证 计算成果的可靠性,应根据水文资料的情 况,采用多种途径计算,相互比较,充分 论证,合理采用。
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
学习目的:掌握由流量资料推求设计洪水的原理 和方法。
1/300
1/100
设计标准越高(频率越小),设计洪水越大,设计的工 程越安全,被洪水破坏的风险就越小,但工程的造价越高; 反之,标准越低(频率越大),工程耗资较少,但安全程度 也相应降低,被破坏的风险就较大。
推求设计流量的方法汇总:
一、水文统计法
适用于大中河流,资料多,中等以上流域
二、地区性公式、暴雨径流的推理公式
2、不连序系列经验频率(考虑特大洪水时经验频率)计算:
设调查及实测(包括空位)的总年数为 N 年(即首位 特大洪水的重现期),连续实测期为 n 年(n 包含在 N 中),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。
a
l


溯 最 远 年
计 年 份

n N
N : a个特大(包括n内l个) n: l个特大
即两者拟合不是很贴切,因此必须采取某方法确 定合适的统计参数,从而改变理论频率曲线走向 和趋势,使两者拟合最好。
通过调整统计参数,选择一条与经验频率点群拟 合最好的理论频率曲线,此方法叫做适线法。
五、适线法的步骤:
1、将审核过的水文资料按递减顺序排列,计算各随机变量的经 验频率,并点绘于几率格纸上。
PM

M N 1
P1

1 199 1

0.005

0.5%
P2

2 199 1

0.010
1.0%
3 P3 199 1 0.015 1.5%
P
4

4 199
1

0.020

2.0%
P5

5 199 1

0.025

2.5%
[例4-1-3]
2、经验频率计算
(2)实测连续系列经验频率计算
水文现象受气候和自然地理因素的影响,具有明显的地区 性。
跨越中小河流的桥梁,若缺少水文站观测资料,设计流量 的推算,可应用根据地区水文资料制定的经验公式计算水 文参数和流量等水文要素。这类地区公式水利部门应用很 广,可向当地水利部门调查,搜集该地区《水文手册》查 取。
1979年4月,在交通部公路规划设计院主持下,28个省 (自治区)交通厅和3个部属设计院参加,根据全国1785 个水文站的观测资料,2198站年的历史洪水调查资料,制 定了《我国公路大中桥流量经验公式汇总报告》。
如果能获得这种洪水资料,比如能调查到 N 年 (N>>n) 中发生的特大洪水,就相当于把 n 年资 料延长到了 N 年,提高了系列的代表性,能使计算成 果更加合理、可靠。
实测期、调查期、文献考证期
文献考证期 调查期 实测期
特大洪水可以发生在实测记录期间的n年之内, 也可以发生在实测期的n年之外,前者称资料内特大 洪水,后者称资料外特大洪水(历史特大洪水),如 下图。 也可以资料内资料外都有特大洪水。一般, 这样的洪水QN可以考虑作为特大洪水处理。

五、使用范围
一般用于流域面积F<50 000km2的中等流域 的桥位。
首先在地图上勾绘出桥位以上的流域面积F,视流 域大部分在哪一分区中(图3-2-1),就可采用该 分区公式。
4.3 根据推理公式推算设计流量※
公路工程中位于小流域河流及沟渠的桥梁和涵洞, 以及公路排水系统的设计流量,一般由暴雨资料来 推求。(P92)
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