4设计洪水与设计水位推算
第四章 设计洪水
)
n
F ( ) min xi x( pi , )
i 1
❖ 相对离差平方和最小准则（WLS）
)
F ( )
min
n i 1
xi
x( x( pi
pi , , )
)
2
算例
某水文站1923~1970年共有断续的实测洪峰流量资料33 年（15年缺测）。实测最大洪峰为9200m31 /s，发生在
1974
23400
2
p 0.0303 (1 0.0303) 1 0.0476 55 1
p 2 0.0351 56 1
某水库坝址断面处有1958年至1995年的年最大洪峰流 量资料，其中最大的三年洪峰流量分别为7500m3/s， 4900m3/s，3800m3/s。由调查洪水知道，自1835年到 1957年间，发生过一次特大洪水，洪峰流量为9700m3/s， 并且可以肯定，调查期内没有漏掉6000m3/s以上的洪水， 试计算各次洪水的经验频率，并说明理由。
某站洪峰流量经验频率计算表
按时间次序排列 按数量大小排序
序号
分别处理法
统一处理法
年份 Qm(m3 / s) 年份 Qm(m3 / s) M(N=58) m(n=37) PM
Pm PM
Pm
1913 (6740) 1956 9200
1
1917 (5000) 1943 (8000) 2
1923
1740 1913 (6740) 3
设计断面
上游 断面
下游 断面
2.利用本站峰量关系进行插补延长 3.利用暴雨径流关系插补延长 4.根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长
第三节 历史洪水的调查和考证
第四章 设计洪水与设计水位推
4、资料独立性的审查
要求同一系列中的样本，必须相互独立
第四章设计洪水与设计水位推算
桥涵水文
频率计算推求设计洪峰流量
1、特大洪水的处理 (1)什么是特大洪水? 特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中， 比一般洪水大得多的稀遇洪水。 历史上的一般洪水是没有文字记载和留下洪水 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之内,也可以 发生在实测流量期之外,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).
P
1949年
P
M 1 2
2 0.0282 70 1
M 1 2
0.0282 (1 0.0282) 21 0.042 70 1 1 0.0282 (1 0.0282) 2 0.0559 70
1903年
P
M 1 3
P 3 0.0423 70 1
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仍采用下式
(n-l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：
第四章设计洪水与设计水位推算
桥涵水文
Q(m3/s)
a项特大洪水 M=1,2,...,a
实测期内特大洪水，l项
x
N a
x
a j 1
n l
n i l 1
N a
n l
1 N a 则可导出： x x n j x N 1 1 N a C x x n l x x x N 1
j i
桥涵设计流量及水位推算
• 桥涵设计概述 • 桥涵设计流量计算 • 水位推算方法 • 桥涵设计流量及水位推算案例分析
01
桥涵设计概述
桥涵设计的概念
桥涵设计是指根据桥梁和涵洞的具体 要求和条件，进行结构、构造、施工 等方面的设计，以满足交通、水利、 市政等方面的需求。
桥涵设计需要考虑多种因素，如荷载 、结构形式、材料、施工方法等，以 确保结构的安全性、经济性和耐久性 。
VS
详细描述
在某水库上设计一座桥涵，需要考虑水库 的蓄水和泄洪要求。通过分析水库调度图 和历史水位数据，可以推算出桥涵的设计 流量和水位，以确保桥涵在各种工况下的 安全性和稳定性。
案例三
总结词
根据灌溉需求和渠道输水能力，采用水利计算方法确定桥涵的设计流量和水位。
详细描述
在某灌溉渠道上设计一座桥涵，需要考虑灌溉需求和渠道输水能力。通过水利计算方法，可以确定桥涵的设计流 量和水位，以满足灌溉需求的同时，保证渠道的正常输水能力。
气候变化会影响降雨量和蒸发量，从而影响水位 变化。
流域特征
河流的流域特征，如地形、地貌、植被等，会影 响水流的运动和河道的冲刷。
3
水利工程
水利工程的建设和运行会影响河道的流量和水位 变化。
水位推算的实际应用
01
02
03
桥涵设计
根据水位推算结果，确定 桥涵的高度和跨度，确保 桥涵的安全和正常使用。
防洪规划
案例四：某排水沟的桥涵设计流量及水位推算
总结词
根据排水沟的设计排涝标准，利用暴雨资料和排水沟的排水能力，推算桥涵的设计流量和水位。
详细描述
在某排水沟上设计一座桥涵，需要考虑排水沟的排涝标准和排水能力。通过分析暴雨资料和排水沟的 排水能力，可以推算出桥涵的设计流量和水位，以确保在暴雨期间能够及时排除积水，保障周边地区 的安全。
_第四章__设计洪水流量
二、选择： 年最大值法——每年只选一个最大值 1. 洪峰 Qm：Q1、Q2……Qm……Qn 2. 洪量WTm： 连续24h年最大洪量系列W1天1 、W1天2……W1天m……W1
天n
连续3d年最大洪量系列W3天1、W3天2……W3天m……W3天n 连续7d年最大洪量系列W7天1、W7天2……W7天m……W7天 ………………… n
l
一定频率时段平均降雨强度
i=
l l l
Sp tn
从降雨量推算净雨量，有两种方法： 一种方法是降雨量乘以折减系数，即洪峰径流系 数； 另一种方法是从降雨量中减去损失雨量，损失雨 量可用损失参数表示。
推理公式一
Qp = K ⋅ H 0 ⋅ F
l l l
l
Q p——频率为P的流量；
K ——单位换算系数0.278； 的平均净雨强度( mm / h)； H 0——频率为 P(%) 2 F ——流域面积 (km ) 该公式关键是平均净雨强度的确定
Cv的无偏估计量： C v =
n n −1
∑ ( K i − 1)
i =1
n
2
n
=
∑ ( K i − 1) 2
i =1
n
n −1
Cs 的无偏估计量： C s = (n − 1n n − 2) i =1 )(
2
∑ ( K i − 1)
nC v3
n
2
≈
∑ ( K i − 1) 3
i =1
n
(n − 3)C v3
在图4-1-1中点击“皮尔逊Ⅲ型曲”按钮 → 点击“水 文资料输入”，输入年最大流量系列表 → 选“流量连 续性系列”按钮 → 点击“计算 、 ，Cv ”
水文资料输入和计算
第4章-设计洪水流量
[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）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，
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。
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
适用于中小河流，无水文站观测资料
三、相关分析
水利工程设计常用计算公式
水利常用专业计算公式一、枢纽建筑物计算1、进水闸进水流量计算：Q=B0δεm（2gH03）1/2式中：m —堰流流量系数ε—堰流侧收缩系数2、明渠恒定均匀流的基本公式如下：流速公式：u＝RiC流量公式Q＝Au＝A RiC流量模数K＝A RC式中：C—谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即C ＝6/1n 1RR —水力半径（m ）；i —渠道纵坡；A —过水断面面积（m 2）；n —曼宁粗糙系数，其值按SL 18确定。
3、水电站引水渠道中的水流为缓流。
水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。
求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。
逐段试算法的基本公式为△x=f21112222i -i 2g v a h 2g v a h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ 式中：△x ——流段长度（m ）；g ——重力加速度（m/s ²）；h 1、h 2——分别为流段上游和下游断面的水深（m ）；v 1、v 2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s ）；a 1、a 2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；f i ——流段的平均水里坡降，一般可采用⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-2f 1f -f i i 21i 或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆=3/4222224/312121f f v n R v n 21x h i R 式中：h f ——△x 段的水头损失（m ）； n 1、n 2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n 1=n 2=n ； R 1、R 2——分别为上、下游断面的水力半径（m ）；A 1、A 2——分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡）；4、各项水头损失的计算如下：（1）沿程水头损失的计算公式为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=3/4222223/412121f v n v n 2x h R R （2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为：L f 2122c f c i g 2v g 2v f h h h -+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=ω 5、前池虹吸式进水口的设计公式（1）吼道断面的宽高比：b 0/h 0=1.5—2.5；（2）吼道中心半径与吼道高之比：r 0/h 0=1.5—2.5；（3）进口断面面积与吼道断面面积之比：A 1/A 0=2—2.5；（4）吼道断面面积与压力管道面积之比：A 0/A M =1—1.65；（5）吼道断面底部高程（b 点）在前池正常水位以上的超高值：△z=0.1m —0.2m ；（6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比：l/P=0.7—0.9；6、最大负压值出现在吼道断面定点a 处，a 点的最大负压值按下式确定：γανp *w 20a h g 2h h -+++Z +∆Z =∑、B式中：Z —前池内正常水位与最低水位之间的高差（m ）；h 0—吼道断面高度（m ）；∑w h —从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m ）； γ/p *—因法向加速度所产生的附加压强水头（m ）。
第四章由流量资料推求设计洪水
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
资料审查 年最大值法选样 特大洪水处理 峰、量频率计算 安全修正值 设计洪峰和设计洪量 成果合理性检验 选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
设计洪水过程线
一、资料审查 1、可靠性 实测洪水资料： 对测验和整编进行检查，重点放在观测 与整编质量较差的年份。包括水位观测、流 量测验、水位流量关系等。而且洪水系列中 各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 历史洪水资料： 一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是 审查洪水发生的年份的准确性。
设：N——历史调查期年数； n——实测系列的年数； l——n年中的特大洪水项数； a——N年中能够确定排位的特大洪水项数 （含资料内特大洪水l项）； m——实测系列在n中由大到小排列的序号， m=l+1，l+2，...，n； Pm——实测系列第m项的经验频率； PM—— 特 大 洪 水 第 M 序 号 的 经 验 频 率 ， M=1，2，...，a
1153
1870
n
1992
N
说明确定特大洪水的重现期具有相当大的 不稳定性。要准确地确定重现期就要追溯到更 远的年代，但追溯的年代愈远，河道情况与当 前差别越大，记载愈不详尽，计算精度亦愈差。 一般地，以明、清两代六百年为宜。
（3）经验频率的计算 连序系列中各项经验频率的计算方法， 已在前面论述，不予重复。 不连序系列的经验频率，有以下两种 估算方法： 1、独立样本法 2、统一样本法
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。
连序系列：洪水系列中没有特大洪水 值，在频率计算时，各项数值直接按大小 次序统一排位，各项之间没有空位，序数m 是连序的； 不连序系列：系列中有特大洪水值， 特大洪水值的重现期（N）必然大于实测系 列年数n，而在N－n年内各年的洪水数值无 法查得，它们之间存在一些空位，由大到 小是不连序的。
桥涵水文教学大纲
《桥涵水文》课程教学大纲（开放本科）一．课程的地位和任务《桥涵水文》是中央广播电视大学开放教育土木工程（道桥）专业本科的一门技术基础课。
通过对本课程的学习，它的任务是使学生掌握必要的桥涵水文学的基本概念、基本理论、基本计算方法，为今后学习相关专业课程、从事专业工作和科学研究工作打下一定的基础。
二．教学内容和教学要求第一章绪论第一节水文现象与桥涵水文的研究意义第二节河川水文现象的特点和桥涵水文的研究方法了解水文现象等有关概念，理解河川水文现象的特点。
第二章河流概论第一节河流与流域第二节河川径流形成第三节河川的泥沙运动第四节河床演变第五节河川水文资料的收集和整理熟悉河流和流域、河川径流的有关概念，了解水文测验和资料整理方法。
重点河川径流形成过程。
第三章水文统计基本原理与方法第一节概率统计理论基础第二节随机变量的概率分布第三节水文经验频率曲线第四节水文理论频率曲线线型与参数估计第五节抽样误差与相关分析第六节水文频率计算适线法了解随机事件、设计洪水频率、频率分布及其特性、统计参数与频率曲线的关系、皮III型曲线以及相关的概念，熟悉经验频率、统计参数、理论频率曲线的计算公式，掌握适线法在设计流量推算及相关分析在水文计算中的应用。
重点难点适线法在设计流量推算的应用。
第四章设计洪水与设计水位推算第一节根据流量观测资料推算第二节根据洪水调查资料推算第三节根据暴雨资料推算第四节水流域设洪水第五节设计洪水位的推求了解观测资料的审查、插补与延长的方法，正确理解特大洪水处理和小流域径流理论，掌握有观测资料时设计流量的推算方法、利用少量洪水资料推算大中桥设计流量和小流域计算方法。
重点有观测资料时设计流量的推算；难点特大洪水处理。
第五章大中桥孔径计算第一节桥位河段水流图式和桥孔布设原则第二节桥孔长度第三节桥面设计高程了解桥位河段水流图式和各类河段的桥孔布置原则、要求、河段分类、桥长计算的经验公式、引起桥下水位升高的因素和桥下净空的概念，掌握冲刷系数法计算桥孔长度和桥面中心最低标高的计算方法。
桥涵水文 第四章 设计洪水流量
7 0.76 0.66 0.63 0.20 0.18 0.17 0.15 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.09 0.09 0.14 0.14 0.23 0.33 0.39
2016/4/26
设计洪水流量
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
19000 17000
Qm (m3/s)
15000 13000 11000 9000 7000 5000 3000 1000 0.01 0.1 0.5 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 99 99.9 99.99
P (%)
2016/4/26
设计洪水流量
桥涵水文
10
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
水也加入样本，得千年一遇设计洪峰流量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。
2016/4/26
设计洪水流量
桥涵水文
13
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
特大值处理时，目前国内有独立样本法和统一样本法两种方法。 资料条件：设有a年特大洪峰流量资料Qmi（i＝1，2，…，a），其中可能 有ℓ项实测大洪水；n年实测洪峰流量资料Qmj（j＝ℓ＋1，ℓ＋2，…，n）。 假设： N —— 历史调查期年数； n —— 实测系列的年数； ℓ—— 为n年中的特大洪水项数； a —— 为N年中能够确定排位的特大洪水项数(含资料内特大洪水 ℓ 项)； m —— 为实测系列在n中由大到小排列的序号，m＝ℓ+1，ℓ+2，...，n； Pm —— 实测系列第m 项的经验频率； PM —— 特大洪水第M 序号的经验频率，M＝1，2，...，a。
设计洪水位计算PPT
三、塘坝坝体整治技术要求
坝体防渗处理技术要求——斜墙设计举例
斜墙顶部厚度为2m，顶部 高程高于校核洪水位。
底部厚度大于2m，大于坝前水 头的1/4~1/6。 截水槽底宽为3m，深入至 基岩以下0.5m。 斜墙设计参考图（尺寸单位：mm）
Hale Waihona Puke 三、塘坝坝体整治技术要求坝体防渗处理技术要求
4、斜墙防渗体技术要求
斜墙上薄下厚，顶部厚度一般不应小于1m，底部厚度 不小于坝前水头的1/4~1/6，并且不小于2m，斜墙顶不 应低于校核洪水位。斜墙与两岸山坡接触部位一般应 放宽一倍。斜墙粘土的渗透系数≤1×10-5cm/s，水溶盐 含量不大于3%，有机质含量不大于2%。
一、总则
4、塘坝总容积是指校核洪水位相对应的蓄水总量。 5、本指南所称的重点塘坝是指坝高超过10m、串联 型塘坝的最上级、位于我省高暴雨区、位于人口居 住密集地或重要设施（如公路、铁路等设施）上游 500m以内、如失事可能直接造成下游人员伤亡或设 施损毁的塘坝。
塘坝容积的估算方法
塘坝容积的估算方法
山区、丘陵区
平原区
设计
校核
设计
校核
20~10 200～50 10
50~20
当山区、丘陵区塘坝的挡水高度低于15m，上下游水头差 小于10m时，其防洪标准可按平原区的洪水标准确定；
当平原区塘坝的挡水高度高于15m，上下游水头差大于 10m时，其防洪标准可按山区、丘陵区的洪水标准确定。
重点塘坝的洪水标准可按上限值取用。
三、塘坝坝体整治技术要求
坝体反滤排水技术要求——反滤层及过渡层
5、反滤层和过渡层应压实。反滤的厚度应根据材料的 用途及施工方法等情况确定。水平反滤层、竖向或倾 斜反滤层每层的最小厚度可采用20cm。采用机械填筑 时的最小水平宽度可视施工机械和施工方法确定。 6、软土地基上填筑的反滤层应适当加厚。
5第五章 河道工程设计水位及流量推求
洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。
三、施工设计洪水
1．施工设计洪水的分期
1）全年设计洪水 2）分季设计洪水
2．施工设计洪水的计算方法 3．成果合理性分析
1）各分期洪水统计参数变化规律性分析 2）各分期洪水的峰量累积频率曲线变化规律的 合理性分析
第二节 设计通航水位与设计流量推求
一、概述
项目
P=1%的设计值 典型过程线的相应值
洪峰Qm (m3/s) 2610 1810
洪量W (m3/s)h 1天 1525 1083 3天 2874 1895 7天 3873 2565
首先，计算洪峰和各时段洪量的放大倍比。
RQm
2610 1.44 1810
1525 R1 1.41 1083
例：某水位站有41年水位资料，试求该站P=5%的设计最高通航 水位。 解：（1）调整原水位系列，并计算经验频率
序号 按大小排列 Hi`=Hi-H0 Ki Ki-1 (Ki-1)^2 P=m/(n+1)
1
2 … 41 总计 平均
34.37
33.29 … 28.31
17.37
16.29 … 11.31 590.60 14.40
5．推求设计洪水过程
1）同倍比放大法 峰控制同倍比放大法 量控制同倍比放大法 2）同频率放大法
定义：在放大典型过程线时，按峰和不同时段的洪量分别采 用不同倍比，使放大后的设计洪水过程，其峰和各时段的洪 量都符合同一设计累计频率，这种放大方法称为~。
例： 某水库设计标准P=1%的洪峰和1天、3天、7天洪量，以及 典型洪水过程线的洪峰和1天、3天、7天洪量列于下表。要求 用分时段同频率放大法，推求P=1%的洪水过程线。
3第三章堤防基本知识
3第三章堤防基本知识第三章堤防⼯程基本知识堤防是修建于江河、湖泊、海洋岸边以及⽔库、蓄滞洪区周边的挡⽔建筑物，随着使⽤位置及作⽤的不同、⽽划分为不同的种类，并根据其⼯作条件的不同需采取相应的防护措施；本章重点介绍堤防的种类、作⽤、各部位名称以及堤防的护岸⼯程。
第⼀节堤防种类、作⽤及各部位名称⼀、堤防的种类堤防⼯程有不同的分类⽅法，主要是按其修建位置、作⽤和修建材料的不同⽽划分的。
（⼀）按位置和作⽤分类堤防是⽔利⼯程的重要组成部分，按其所在的位置和作⽤不同，通常分为防洪堤、海塘堤、渠堤。
1、防洪堤防洪堤⼜分为江河堤、湖堤、库区堤、及蓄滞洪区围堤等，它们是沿江河、湖泊、库区、蓄滞洪区的岸边或周边修建的，其主要作⽤是：⽤于束范、输送洪⽔，防⽌洪⽔漫溢成灾；减少挡⽔或蓄滞洪区域的淹没范围。
2、海塘堤海塘堤修建在海边，⽤以防御涨潮和风浪潮引起的危害，⼜称为海堤或防潮、防浪堤。
海堤分为⼟海堤和护坡（直⽴式、斜墙式、混合式）海堤两⼤类。
3、渠堤渠堤修建在渠道两侧，⽤于输送引⽔或排⽔。
（⼆）按建筑材料分类依据修建堤防的建筑材料不同，堤防可分为⼟堤、⼟⽯混合堤、⽯堤（砌⽯挡⼟墙）、钢筋混凝⼟堤等。
其中，⼟堤最为常见，在缺乏⼟料的⼭区也常采⽤⼟⽯混合堤。
⼆、堤防的作⽤随着使⽤位置的不同，堤防的具体作⽤不同：（⼀）江河堤在洪⽔位⾼于当地地⾯⾼程的江河岸边，顺⽔流⽅向修建的挡⽔建筑物，称为江河堤防，简称江河堤；江河堤⼀般为⼟堤或⼟⽯混合堤，也有的采⽤砌⽯或混凝⼟防浪墙；江河堤的主要作⽤有：约束江河⽔，束范洪⽔，防⽌洪⽔漫溢造成灾害。
（⼆）湖堤在湖泊周围修建围堤，⽤以控制湖⽔⽔⾯，限制淹没范围，减少淹没⾯积，也可以通过修建围堤⽽抬⾼湖泊的蓄⽔⽔位，增加湖泊蓄⽔调洪能⼒，减轻江河防洪负担。
（三）海堤沿海滩或海岸修建堤防（防浪墙），⽤以阻挡涨潮和风暴潮对沿海低洼地区的侵袭，确保防风浪潮安全，也能增加陆地⾯积、防⽌附近⼟地盐碱化。
设计洪水与设计水位推算方案
设计洪水与设计水位推算方案一、设计洪水推算概述1. 设计洪水标准明确本项目所需遵循的设计洪水标准，包括洪水重现期、设计洪水频率等。
2. 洪水类型及特征分析本项目所在区域的洪水类型，如暴雨洪水、融雪洪水等。
描述各类洪水的特征，包括发生时间、频率、持续时间等。
3. 推算方法选取依据项目特点，选择合适的洪水推算方法，如频率分析、水文模型模拟等。
说明所选方法的适用性和优势，为后续推算提供依据。
二、设计洪水推算步骤1. 数据收集与处理收集项目所在流域的历史洪水资料、降雨资料、地形地貌等数据。
对收集到的数据进行审核、整理和预处理，确保数据质量。
2. 设计暴雨分析分析设计暴雨的时空分布特征，确定设计暴雨的强度、历时等参数。
结合地形地貌，分析暴雨对洪水形成的影响。
3. 洪水过程线推算利用所选推算方法，结合设计暴雨成果，推算设计洪水过程线。
分析不同重现期下的洪水过程线特征，为设计提供依据。
4. 设计洪水成果合理性分析对比历史洪水资料，分析设计洪水成果的合理性。
如有必要，对设计洪水成果进行修正，确保其可靠性和安全性。
三、设计水位推算概述1. 设计水位标准明确本项目所需遵循的设计水位标准，包括防洪标准、排涝标准等。
2. 水位影响因素分析影响设计水位的主要因素，如河道形态、糙率、比降等。
描述各因素对设计水位的影响程度，为后续推算提供依据。
3. 推算方法选取依据项目特点，选择合适的设计水位推算方法，如水力学计算、水理模型模拟等。
说明所选方法的优势和适用性，为后续推算提供依据。
四、设计水位推算步骤1. 河道参数确定收集项目所在河道的地形地貌、糙率、比降等参数。
对河道参数进行实地调查和测量，确保数据准确性。
2. 水位流量关系建立基于实测数据，建立河道水位与流量的关系曲线。
分析不同工况下的水位流量关系，为设计水位推算提供依据。
3. 设计水位推算利用所选推算方法，结合设计洪水成果，推算设计水位。
4. 设计水位成果合理性分析对比历史水位资料，分析设计水位成果的合理性。
03 设计洪水流量
、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，
绘制理论频率曲线。
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
，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数 Q 、CV和CS的采用值 及采用的理论频率曲线。
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4.1 根据流量观测资料推算设计流量
汇流过程：坡面出现汇流后，从流域各处汇集到流域出 口断面的过程。
汇流时间τ（h）：从流域最远点流到出口断面的时间
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4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念
暴雨强度公式：暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型
i＝f(t，P)，称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性
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 而需要进行调查和考证。 年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测 实测期、调查期、文献考证期 期内也出现过一次特大洪水。
文献考证期
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
二、全国水文分区Cv值表
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4.2 根据地区经验公式推算设计流量
三、全国水文分区CS／Cv 值表
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公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。
CH5-工程水文学河道工程设计水位及流量推求
与设计洪水 有关的概念
1．洪水过程特征要素
洪峰流量 洪水过程总量
洪水历时
设计洪峰流量 Qm（m3/s）:为设计洪水过程线的最大流 量。 设计洪水总量 W（m3）:为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 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。
如此洪水为1870年以来为最大，则N=1992-1870+1＝123 （年）。这么大的洪水平均123年就发生一次，可能性不大。
Qm＝110000m3/s
1870
N
n
1992
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。 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 N＝1992-1153+1＝840（年）。
由此可见加入特大洪水有助于提高样本的代表性和设计洪水的可靠 性。但应注意的是，年代越久，由于河流演变等原因，推算的洪峰流量 可能存在较大误差，必须尽可能的从多方面考察、论证。
4.2 考虑特大洪水时经验频率的估算
加入特大洪水后，资料系列的特征： （1）连序系列和不连序系列： 如何处理不 连续系列？
①从发生年代至今为最大 N=设计年份 - 调查期发生年份 + 1 ②从调查考证的最远年份至今为最大 N=设计年份 - 文献考证期最远年份 + 1
[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Qm＝110000m3/s。
水闸设计中设计水位的确定
水闸设计中设计水位的确定【摘要】水闸是调节水位、控制流量的低水头水利工程建筑物，具有挡水和泄(引)水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。
水闸设计水位是确定水闸规模的重要参数，确定水闸设计水位也是水闸设计工作中的重要部分。
本文对拦河闸、排水闸、挡潮闸及灌区上水闸的设计水位的确定方法分别进行了说明，供同行参考。
【关键词】水闸设计；设计水位0.引言水闸是调节水位、控制流量的低水头水利工程建筑物，具有挡水和泄(引)水的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。
根据水闸的功能，可分为拦河闸(节制闸)，进水闸、分水闸、排水闸、挡潮闸等。
在水闸设计中，水闸设计水位是确定水闸规模的重要参数，确定水闸设计水位也是水闸设计工作中的重要部分。
1.拦河闸拦河闸一般是用来调节水位、控制流量，以满足灌溉、航运、发电等要求。
在确定拦河闸的设计洪水位时，一般是先根据水闸下游水位流量关系，按水闸设计过水流量，查算闸下设计水位，然后再根据水闸水力计算公式，推算闸上游水位。
一般情况下，平原区水闸的闸上、下游水位差控制在0.1～0.3m，以此确定水闸的闸孔尺寸等参数。
因此，在确定拦河闸的设计洪水位时，关键是要先确定水闸下游水位流量关系，这又需要根据闸下游的河流情况分别对待：(1)当水闸下游水位流量关系相对稳定时，可根据实测水位流量关系资料、历史洪水调查资料，结合水面线推算成果、水力学公式法成果拟定。
当然，河流的水位流量关系不会是完全单一、稳定的关系，设计时，一般按偏于工程安全的角度拟定一条水位流量关系曲线。
(2)当水闸下游河道为感潮河段时，下游水位既受洪水影响，又受外海潮汐影响时，水流往复，无确定的水位流量关系。
设计时，应根据洪、潮遭遇分析结果，采用水面线计算等方法推算若干组闸下水位流量关系。
一般来说，洪水、潮汐为两个互不相关的独立事件，设计中一般按上游洪水与外海多年平均最高潮水位或2～5年一遇最高潮水位遭遇，以此推算的闸下水位流量关系，则作为确定水闸闸顶高程、闸孔尺寸的水位流量关系。
水利水电工程设计洪水计算规范
水利水电工程设计洪水计算规范&SL4493Regulation for calculating design floodof water resources and hydropower projects19930311199312201 总则2 基本资料3 根据流量资料计算设计洪水4 根据暴雨资料推算设计洪水5 设计洪水的地区组成6 干旱、岩溶、冰川地区设计洪水7 水利和水土保持措施对设计洪水的影响附录A 洪水频率计算附录B 暴雨及产流汇流计算附录C 可能最大暴雨附加说明11.0.1 为满足水利水电工程设计需要，统一设计洪水计算的基本原则和方法，特制订本《规范》。
1.0.2 本《规范》适用于大中型水利水电工程各设计阶段的设计洪水计算。
河流规划或小型水利水电工程的设计洪水计算可参照本《规范》执行。
1.0.3 水利水电工程设计所依据的各种标准的设计洪水，包括洪峰流量、时段洪量、洪水过程线等，可根据工程设计要求计算其全部或部分内容。
1.0.4 水利水电工程设计洪水一般可采用坝址洪水。
对具有水库的工程，当建库后产汇流条件有明显改变，采用坝址设计洪水对调洪结果影响较大时，应以入库设计洪水作为设计依据。
1.0.5 计算设计洪水必须重视基本资料。
当实测水文资料缺乏时，应根据设计需要，设立水文站或水位站。
1.0.6 计算设计洪水，应充分利用已有的实测资料，并重视、运用历史洪水、暴雨资料。
1.0.7 根据资料条件，设计洪水可采用以下一种或几种方法进行计算。
（1）坝址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历史洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。
（2）工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，并有暴雨洪水对应关系时，可采用频率分析法计算设计暴雨，推算设计洪水。
（3）工程所在流域内洪水和暴雨资料均短缺时，可利用邻近地区实测或调查暴雨和洪水资料，进行地区综合分析，估算设计洪水。
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第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
（2）不连序系列
在水文站观测年份内，如果河流发生特大洪水，相 应地就会出现特大值。通过洪水调查和文献考证，往往 也会获得特大值。这些特大值与其它数值之间有显著的 脱节现象，是不连续的。在统计计算中，不能把这些特 大值与其它数值等同看待，需要进行适当处理，即所谓 特大值的处理。
设计水位、设计流速和过水断面面积。
桥梁涵洞分类
桥涵 分类
特大桥 大桥 中桥 小桥 涵洞 公路桥涵 多孔跨径总长L/m 单孔跨径 LK /m
L≥1000
100≤ L ≤ 1000 30＜ L＜100 8≤ L≤30 -
LK ≥150
40 ≤ LK≤ 150 20＜ LK＜40 5≤ LK＜20
LK ＜5
公路桥涵设计洪水频率
构造物 名 称 高速公路
特大桥 大中桥 小 桥 1/300 1/100 1/100 1/100
公 一
1/300 1/100 1/100 1/100
路 二
1/100 1/100 1/ 50 1/ 50
等 三
1/100 1/ 50 1/ 25 1/ 25
级 四
1/100 1/ 50 1/ 25 按具体情 况确定 按具体情 况确定
不连续系列的经验频率计算
1) 独立样本法
此法是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。因为两个样本来 自同一总体，符合同一概率分布，故适线时仍可把经验 点据绘在一起，共同适线。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
a1+ a2=a个大洪水 a1 个大洪水 a2 个大洪水
T1 N 调查期或考证期
n 实测期
T2
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
（2）不连序系列
什么是特大洪水？
至今人们对特大洪水还没有一个明确的量的定义。
在概率格纸上，它的频率点与一般洪水的频率点有明 显的脱节、不连续现象。在历史洪水中、在实测洪水 中都有可能出现特大洪水，需提出作单独处理。
x N a
N
N n 1 1 xi , x na2 xi N a i a 1 n a2 i a2 1
N a n xi xi n a2 i a2 1 i a 1
N年系列的均值为：
N 1 a x N [ x j xi ] N j 1 i a 1
资料独立性：水文资料彼此无关
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
一、资料的选样与审查
3、资料的插补与延长
（ 1 ）寻找参证站：采用水文统计方法推算设计流量时， 如桥位附近水文站流量观测资料的观测年限较短或有缺 失年份，则应尽量利用参证站 ( 上、下游或邻近流域内 的水文站 ) 的观测资料，进行插补和延长，来提高可靠 性。 （2）用暴雨资料插补洪峰资料
另外还调查到1903年和1921年两个历史洪水资料，另知三个 历史洪水流量的排序 Q1921 Q1949 Q1903
实测期
考证期（调查 期）
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法 解：(1)取1903年到1978年N=76年作为一个系列。
根据调查考证，认为在此期间不会遗漏大于等于 1903年 的洪水流量。那么在76年为首的三项的频率为：
由此可证明：
两种方法的比较：
第一种显得方便，但没有坚强的理论基础，有时会出现经 验频率分布重叠的不合理现象。
第二种方法理论基础强，但所要求调查的特大洪水个数要 准确可靠，而这一点在有些情况下是不易做到的。当有特 大洪水遗漏时，将导致错误的计算结果。 以上两种估算频率的方法已为《水利电力工程设计洪 水计算规范》SD 122-79所采用。
年超大值法：观测年数较少时采用。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
一、资料的选样与审查
2、审查
资料可靠性：资料的正确与否
资料一致性：是指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
资料代表性：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
1 a N a n [ x j xi ] N j 1 n a2 i a2 1
(3 86)
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
N年系列的CV值为：
2 2 N a n a
由：
2
N n 1 1 2 2 即： ( x x ) ( x x ) N a n a 2 i i N a i a 1 n a2 i a2 1
而实际只知n-a2 项。先将 n-a2项在 0-1 内计算经验频率：
m a2 n a2 1 m a2 +1， , n (0 ~ 1)
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
x
然后按（ 1- PMa ）为比例
缩小，并接到 PMa 之后，最 后得：
m a2 Pm PMa (1 PMa ) n a2 1 m a2 a a (1 ) N 1 N 1 n a2 1 m a2 +1， , n
P 1949
2 , 77
P 1903
3 77
(2) 而在实测资料的 49 年中，因抽出 1949 年的流量后，尚余 48项，各项的经验频率为：
3 3 m 1 Pm (1 ) , 77 77 49 1 1
m 2,...., 49
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
PMa
100
P(%)
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
解：(1) 在实测系列n=49中有1个特大洪水 Q1949
在实测期以外，又调查得到两个历史洪水 Q1921、Q1903
a 2 1 3 Q1921、Q1949、Q1903 在N=76年中的序位是M=1，2，3
所以： 有：
1 P , 1921 77
都应根据洪水的大小来设计。
本章主要任务在于确定桥梁基本尺寸 ( 桥孔长
度、桥面标高、墩台埋深 )所依据的桥位河段的水
文要素，即在桥渡设计使用期内可能出现的控制 洪峰流量(设计流量)及其相应的水位(设计水位)。
设计洪水：在道路桥涵规划、设计中所指定
的各种设计标准的洪水。
设计水位：在规定的桥涵设计洪水频率标准 下的水位加上根据河流具体情况，即考虑壅水高 度、浪高、水拱、河湾超高、凹岸超高、局部股
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Hydrology of Bridge and Culvert 第四章设计洪水与设计水位推算
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
第二节 根据洪水调查资料推算（略）
第三节 根据暴雨资料推算（略） 第四节 小流域设计洪水 第五节 设计洪水位的推求
对公路桥梁工程来说，在发生洪水时，必须 保证桥梁能安全宣泄洪水，公路能畅通。因此， 在规划设计公路桥梁时，桥涵的孔径、桥梁的高 度、墩台基础的埋臵深度、调治构造物的尺寸等，
Ⅰ、Ⅱ Ⅲ
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。
设计洪水的计算途径 1、由实测流量资料推求； 2、由洪水调查资料推求； 3、由暴雨资料推求。
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。
涵洞及小 型排水构 造物 路 基
1/100
1/100
1/ 50
1/ 25
注：二级公路的特大桥及三、四级公路的大桥，在水势猛急、河床易于冲刷的 情况下，可提高一级洪水频率验算基础冲刷深度。
铁路桥涵设计洪水频率
铁路 等级 设计洪水频率 桥梁 1/100 1/50 涵洞 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 1/300 1/100
插补和延长年数不宜超过实测洪水流量的年数，并 应结合气象和地理条件作合理性分析。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
二、设计洪峰流量的推求
连序系列：即从大到小排位，序号是顺位连续排列
的系列。如：实测系列 不连序系列：特大洪水加入系列后称为不连序系列， 即从大到小排位，序号不连续，其中一部分属于漏 项、缺项位，其经验频率和统计参数计算与连序系 列不同。
m P , 76 1
m 1、、 23
(2)另取1930年-1978年n=49年作为一个系列，按大小排队， 各项频率为：
m P , 49 1
m 1， 2， ..., 49
对于两个系列中都有的 1949 年流量，一般来说选取时期 较长的系列所推算的经验频率。
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法 2）统一样本法：将实测系列和特大洪水系列共同组成一
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
二、设计洪峰流量的推求
（1）连序系列
选取样本，一般采用“年最大值法”选取样本；
绘制经验频率曲线； 用适线法绘制理论频率曲线，并选定三个统计参数； 用选定的三个统计参数计算设计洪水频率相应的设计 流量； 审查计算结果。参照统计参数的地区经验值，审查所 选定参数值，并用其他方法推算设计流量，进行对比。
特大洪水的经验频率 M PM 100% x N 1 M 1， 2， 3， , a1 a2 N =T2 T1 1
一般洪水的经验频率 m Pm 100% n 1 m a2 +1，a2 +2, , n
100
P(%)
第一节 有观测资料的设计洪水流量推算方法
【例】某站自1930年至1978年有49个年头的连续实测资料，