第6章 由流量资料推求设计洪水

实测期内特大洪水，l项
PMa ... ... ... 1－PMa
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
Pm ... P
其中, PMa
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a N 1
Pm PMa
ml (1 PMa ) n l 1
一般说来，当在特大洪水排位可能有错漏时，分别
处理法把特大洪水与实测一般洪水视为相互独立，因 不互相影响，计算也比较简单。但是，这在理论上有 些不合理，会出现经验频率“重叠”现象。 当特大洪水排位比较准确时，从理论上讲，用统一 处理法更好一些，计算较繁，但不会出现经验频率“ 重叠”的现象。
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6.1.2 两类防洪计算课题
下游地区防洪—— 为保证下游地区的安全，要求水库建
成后的下泄流量q不超过防护对象的某一安全流量值q安和水 位Z防，即确定下游防护对象的防洪标准。 水库本身安全—— 当发生某一特大洪水情况下，为了不 使洪水漫溢坝顶造成毁坝灾害，需确定溢洪道高程Z0和宽 度B，以及坝顶高程等工程规模数据，即确定水工建筑物的
的项数；m为实测洪水系列由大至小排列的序位；M为特
大洪水由大至小排列的序位。
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分别处理法—— 把实测一般洪水系列与特大洪水系
列都看作是从总体中独立抽出的两个随机连序样本，各项 洪水可分别在各个系列中进行排位，实测系列的经验频率 仍按连序系列经验频率公式计算：
m Pm m l 1,l 2,...,n n 1
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水文气象法—— 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。
历史最大洪水加大法—— 以历史上发生过的最大洪 水再加上一个安全值作为设计洪水。 缺点：①对未来洪水超过历史最大洪水的可能性考虑 不足，降低了工程的安全程度；②对大小不同和重要性
水标准)和非常运用标准(水利工程不能保证正常运用，主要
水工建筑物必须确保安全的标准，即校核洪水标准)。 确定永久性建筑物在 正常运用和非正常运用 的洪水标准是一个非常 复杂的问题，一般要结 合水利工程及其主要建 筑物的等级来综合确定 。P.126-127
表6-2～表6-5
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6.1.4 设计洪水的内容和计算途径
N＝1992－1870＋1＝123(年)
1870 N n 1992
Qm＝110000m3/s
事实上，该次大洪水平均
130年就发生一次的可能性并不大。
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于是，又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年发生过一次大洪水 ，该次洪水小于1870年，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
当实测系列中含有特大洪水时，把这些特大洪水与历史
特大洪水一起排序，但仍然在实测系列中排序，即实测系列
的排序为m＝l+1，l+2，...，n。 特大洪水系列的经验频率计算公式为：
M PM M 1,2,..., a N 1
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统一处理法—— 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统一的样本，不连
性的系列。
例如，上游兴建了比较大的水库，则应把建库后的资
料通过水库调洪计算，修正为未建库条件下的洪水情况。
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代表性分析与展延—— 当洪水资料的频率分布能近似
反映洪水的总体分布时，则认为具有代表性，否则被认 为缺乏代表性；实际工作中要求连续实测的洪水年数一 般不少于20～30年，并有特大洪水加入；当实测洪水资 料缺乏代表性时，应插补延长和补充历史特大洪水，使
设计洪水的内容一般包括：设计洪峰流量、不同时
段的设计洪水总量和设计洪水过程线。
工程特点不同和设计要求不同，设计洪水内容和重 点也不相同。譬如：对于桥梁、涵洞、调节性能较小 的水库，可只推求设计洪峰流量；对于蓄洪区，则主 要计算设计洪水总量；对于中、大型水库，调节性能
高，需采用洪峰流量和洪水总量同时控制，并计算设
少年出现一次，又称多少年一遇。
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。 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
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p.131～132 安康站实例
例：1992年在长江重庆～宜昌河段进行洪水调查了解 到同治九年(1870年)发生过特大洪水。 据沿江调查到石刻91＃处， 推算得宜昌洪峰流量Qm＝ 110000m3/s。若此洪水为 1870年以来为最大，则
计洪水过程线，有时还需要推求入库设计洪水作为工 程设计依据。
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推求设计洪水的基本方法和途径：
频率计算法—— 根据概率理论由已发生过的洪水来
推估未来可能发生的符合某一频率标准的洪水作为设
计洪水，如百年一遇、千年一遇等。
该法根据工程的重要性和工程规模大小选择不同的
标准，适用面较宽，在我国水利、电力、交通设计中 应用广泛。但因频率计算缺乏成因概念，如果资料太 短，用于推求稀遇洪水根据就很不足。
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一般地，采用固定时段1d、3d、5d、7d、15d、
30d等。大流域和调洪能力大的工程，设计时段可以取
得更长；小流域和调洪能力小的工程，可以取得短一些， 如3h、6h、12h等。见p.128 图6－3
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图6－3
洪水资料的审查与处理：
洪水资料：包括实测洪水资料和调查的历史洪水资料。 洪水资料的“三性”审查：即可靠性、一致性、代表性。 可靠性审查与修正—— 实测洪水，需对测验和整编
4）推求设计洪水过程线。
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6.2.1 洪水资料的分析处理 洪水资料的选样： 河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同
历时的流量变化，需要从历年洪水系列资料中选取符
合设计频率标准的洪水特征值的样本。 年最大值独立取样—— 从资料中逐年选取一个最大 流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪 量系列。 可以发生在同一次洪水中，也可以为不同一次的洪 水，关键是选出最大值。
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6.2 设计洪峰流量及设计洪量的推求 由流量资料推求设计洪水的计算步骤如下：
1）洪水资料的收集和审查；
2）根据水利工程的重要性，确定防洪设计标准P；
3）通过洪峰流量Qm和各种时段洪量Wt (t＝1d, 3d,
7d)的洪水频率计算，分别求出满足设计标准P的
设计洪峰流量QmP和各种时段设计洪量WtP；
以及水库泄洪建筑物等。
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三峡水利枢纽工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m， 枯季消落最低水位155m，100年一遇洪水位166.9m，设计洪 水位（1000年一遇）175m，校核洪水位180.4m，坝顶高程 185m。总库容393亿m3（175m以下），兴利库容165m3，防洪 库容221.5m3，水库库面面积1084km2。
《工程水文学》
第6章 由流量资料推求设计洪水
6.1 概述
6.2 设计洪峰 流量及设计洪量 的推求 6.3 设计洪水过程线 的推求 6.4 设计洪水中的其他问题
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6.1 概述
6.1.1 洪灾与防洪的工程和非工程措施
洪灾—— 见p.124 图6－2(a,b)
工程措施—— 水库、防洪堤、分洪道、蓄洪区等。
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特大洪水的调查、考证与计算：
调查和考证方式——
以历史文字记载、洪水 痕迹调查、走访等形式。 计算方法—— 水位～流量关系曲线法 和比降法。
1 Q AR 2 / 3 I 1/ 3 n
Q
河流纵断面 L
Z
特大洪水处理的关键： 特大洪水重现期的确定和经验频率的计算。
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Z
特大洪水的重现期： 重现期—— 指某随机变量的取值在长时期内平均多
N＝1992－1153＋1＝840（年）
说明确定特大洪水
Qm＝110000m /s 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 1153 n 1870 前差别越大，记载愈不 N 详尽，计算精度亦愈差。 * 一般地，以明、清两代六百年为宜。 27/62
调洪库容和泄洪建筑物的设计标准。
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6.1.3 设计洪水与设计标准
设计洪水—— 在水利工程规划中，为确保工程本 身及其下游安全，而确定拦洪、泄洪设备能力(工程 规模)所依据的洪水(包括洪峰、洪量、过程线)。 水利水电工程规划和设计中所指定的作各种设计 标准的洪水，可分为：设计洪水和校核洪水两种。
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有特大洪水的洪水样本系列经验频率的确定： 连序系列与不连序系列：指所构成的样本系列有无空
位。见p.133 图6－5
缺测
图6-5
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经验频率的估算：当考虑特大洪水时，特大洪水的
经验频率和一般洪水的经验频率需分别计算。目前，有
分别处理法(独立样本)和统一处理法(统一样本)两种方法。 已知条件：设在历史考证期N年中，有特大洪水a项， 其中有 l 项发生在实测洪水系列之内； n为实测洪水系列
载，也没有留下洪水痕迹，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通常被认为是 稀遇洪水。 特大洪水可能发生在实测流量期间之内，也可能发生 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)。
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QN
QN
实测期 调查期 调查期
实测期
资料内特大洪水
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；历史洪水资料，一 是审查调查计算的洪峰流量的可靠性，二是审查洪水发生 年份的准确性。