5第五章 河道工程设计水位及流量推求
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第五章
河道工程设计水位及流量推求
本章重点：
1、由流量资料推求设计洪水；
2、设计洪水过程线的推求； 3、特大洪水处理和同频率控制放大法； 4、不同条件下设计通航水位及流量的推算。
第一节 设计洪水
一、概述 1．洪水过程特征要素
洪峰流量 洪水过程总量
洪水历时
2．设计洪水和设计标准
设计 水位 水库设计水位 设计通航水位 设计最高通航水位 （以“累积频率”为指标） 设计最低通航水位 （“保证率”或“保证率频率”）
频率分析法（资料充分时） 相关分析法（资料短缺时） 移用邻近站资料（资料缺乏时）
通航保证率
正常通航日数 100% 全年总日数
保证率是指统计年限内能正常通航天数占总天数 的百分比，是多年平均概念。
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
保证率频率法
①确定频率和保证率； ②摘取水位（流量）值； ③频率分析计算。 例5-2：试推求某工程10年一遇、保证率为95%的设计最低水位 值。 解:(1)计算经验频率，点绘经验点据。 (2)初始参数计算 修正原始数据（H1-H0)、（H2-H0)…… （Hn-H0)
H‘1
、
H’2
……
H＇n
年份 1952 1953 … 1958
三、短缺资料条件下设计通航水位及流量的推求（自 学）
四、缺乏实测资料条件下水位——流量关系曲线的拟 定（自学）
0.38
Cs ' 2Cv '
(3)适线定参
H ' 0.296m
Cv' 0.40
Cs ' 2Cv '
(4)对于设计枯水，T=10 年，则设计频率P=1-1/T 则
H ' min 0.16m H min 0.16 9.70 9.86m
所以，10年一遇、保证率为95%的设计最低水位为9.86m。
修匀时注意保持设计洪峰和各种时段的设计洪量不变。
典型洪水过程线的选择
• (1) 选择峰高量大的过程线，其洪水特征接近于设计条件 下的稀遇洪水情况；
• (2)要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、 洪峰次数、峰量关系能代表本流域上大洪水的特性；
• (3)从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大
设计最高 通航水位 设计最低 通航水位
一、有长期观测资料条件下设计通航水位及流量推求 设计最高通航水位
累积频率曲线法
Байду номын сангаас
的推求
设计最低通航水位 的推求
历时曲线法 保证率频率法
1．设计最高通航水位的推求
1）有调蓄能力的水利枢纽通航要求：即设计的最高通航水位 不得高于枢纽的设计洪水位，不得低于正常蓄水位和汛期限 制水位。 2）以通航为主无调蓄的水利工程且设计标准不高的山区河 流频率计算要求：采用日平均流量作为统计变量进行频率计 算，不用洪峰流量作统计变量。 3）简化计算问题：当用水位资料推求设计最高通航水位时， 为便于计算和减少误差，又不致于出现过小的Cv值，常将原 水位系列中各项数值都减一个常数H0（H0取低于该系列中最 枯水位的整数值），然后进行频率计算，最后求得的结果需 要再加上H0。
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
0.19 100.00
③以水位为纵坐标，以保证率为横坐标绘制综合历时曲 线（保证率曲线）。
（2）平均法（n年n线， 同历时取平均）
H
Hmin 95 P（%）
（3）代表年法 （丰、平、枯三条线取 平均）
H
Hmin 95 P（%）
（4）简化法：用P20表3-1中统计的每年历时水位（7个 点）的平均值绘制的历时曲线
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。
年最枯水位 9.90 9.96 … 9.70
保证率为95% 的水位
9.91 9.99 … 9.72
以历年最枯水位为零点的 95%水位
0.21 0.29 … 0.02
…
1971 平均
…
9.86 9.96
…
9.89 9.996
…
0.19 0.296
H ' 0.296m H '
n
C' v
( Ki 1) 2 n 1
历时曲线法
（1）综合法（n年一条线）
①根据统计年份中日平均最高和最低水位变动范围，分 日平均水位为若干级； ②编制水位历时统计表
水位级别 发生历时（天） 次数 合计 累计天数 保证率
29.99~29.30
29.89~29.80 … 12.09~12.00
5
9 … 11
5
9 … 11
5
14 7305
0.07
3873 2874 1.49 2565 1895
R31
2874 1525 1.66 1895 1083
R7 3
其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的 放大倍比值，得放大的设计洪水过程线。由于各时段放大倍比 值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀，最后得所 求的设计洪水过程线。
41
总计 平均
28.31
11.31
590.60 14.40
0.79
41.00
-0.21
0.044
0.38
97.6
（2）计算初始参数
H i` 14.40m H n
Cv
( Ki 1)
n 1
2
0.10
（3）适线，并计算设计值
H 14.40m Cv 0.10 Cs 2.5Cv
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 1 2 … 按大小排列 34.37 33.29 … Hi`=Hi-H0 17.37 16.29 … Ki 1.21 1.13 … Ki-1 0.21 0.13 … (Ki-1)^2 P=m/(n+1) 0.044 0.017 … 2.38 4.77 …
K 5% H K 5% H 0 33.85m
注意：
（1）如断面稳定，冲淤变化不大，可直接用年最高水 位进行频率分析计算，求设计最高通航水位；
（2）若断面不稳定，需先推求设计流量，再用水位~流 量（最新的）关系曲线推求设计最高通航水位，同时考 虑河床冲淤演变。
2．设计最低通航水位的推求方法
二、由流量资料推求设计洪水
1．洪水资料的审查
可靠性审查 一致性审查 代表性审查
2．洪水资料的选样
目前采用“年最大”法
3．洪水资料的插补延长
1）利用上下游站、干支流站或邻近流域测站的流量 资料进行插补延长； 2）利用本站峰量关系进行插补延长。
4．特大洪水的处理和频率分析计算确定统计参数
洪水调查与考证；重现期的确定。 求不同设计累积频率相应的设计洪峰、设计洪量。
设计洪水（设计洪水过程线），是指具有某一设计标 准的洪水过程线
校核标准 可能最大洪水 正常运用洪水（设计洪水） 非常运用洪水（校核洪水）
校核洪水位
3．设计洪水计算的内容和方法
1）设计洪水计算的内容
设计洪峰流量
不同时段的设计洪水总量
设计洪水过程
2）推求设计洪水的基本方法
由流量资料推求设计洪水 由暴雨推求设计洪水 水文比拟法、等值线图法、水力学公式法等
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第五章
河道工程设计水位及流量推求
本章重点：
1、由流量资料推求设计洪水；
2、设计洪水过程线的推求； 3、特大洪水处理和同频率控制放大法； 4、不同条件下设计通航水位及流量的推算。
第一节 设计洪水
一、概述 1．洪水过程特征要素
洪峰流量 洪水过程总量
洪水历时
2．设计洪水和设计标准
设计 水位 水库设计水位 设计通航水位 设计最高通航水位 （以“累积频率”为指标） 设计最低通航水位 （“保证率”或“保证率频率”）
频率分析法（资料充分时） 相关分析法（资料短缺时） 移用邻近站资料（资料缺乏时）
通航保证率
正常通航日数 100% 全年总日数
保证率是指统计年限内能正常通航天数占总天数 的百分比，是多年平均概念。
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
保证率频率法
①确定频率和保证率； ②摘取水位（流量）值； ③频率分析计算。 例5-2：试推求某工程10年一遇、保证率为95%的设计最低水位 值。 解:(1)计算经验频率，点绘经验点据。 (2)初始参数计算 修正原始数据（H1-H0)、（H2-H0)…… （Hn-H0)
H‘1
、
H’2
……
H＇n
年份 1952 1953 … 1958
三、短缺资料条件下设计通航水位及流量的推求（自 学）
四、缺乏实测资料条件下水位——流量关系曲线的拟 定（自学）
0.38
Cs ' 2Cv '
(3)适线定参
H ' 0.296m
Cv' 0.40
Cs ' 2Cv '
(4)对于设计枯水，T=10 年，则设计频率P=1-1/T 则
H ' min 0.16m H min 0.16 9.70 9.86m
所以，10年一遇、保证率为95%的设计最低水位为9.86m。
修匀时注意保持设计洪峰和各种时段的设计洪量不变。
典型洪水过程线的选择
• (1) 选择峰高量大的过程线，其洪水特征接近于设计条件 下的稀遇洪水情况；
• (2)要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、 洪峰次数、峰量关系能代表本流域上大洪水的特性；
• (3)从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大
设计最高 通航水位 设计最低 通航水位
一、有长期观测资料条件下设计通航水位及流量推求 设计最高通航水位
累积频率曲线法
Байду номын сангаас
的推求
设计最低通航水位 的推求
历时曲线法 保证率频率法
1．设计最高通航水位的推求
1）有调蓄能力的水利枢纽通航要求：即设计的最高通航水位 不得高于枢纽的设计洪水位，不得低于正常蓄水位和汛期限 制水位。 2）以通航为主无调蓄的水利工程且设计标准不高的山区河 流频率计算要求：采用日平均流量作为统计变量进行频率计 算，不用洪峰流量作统计变量。 3）简化计算问题：当用水位资料推求设计最高通航水位时， 为便于计算和减少误差，又不致于出现过小的Cv值，常将原 水位系列中各项数值都减一个常数H0（H0取低于该系列中最 枯水位的整数值），然后进行频率计算，最后求得的结果需 要再加上H0。
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
0.19 100.00
③以水位为纵坐标，以保证率为横坐标绘制综合历时曲 线（保证率曲线）。
（2）平均法（n年n线， 同历时取平均）
H
Hmin 95 P（%）
（3）代表年法 （丰、平、枯三条线取 平均）
H
Hmin 95 P（%）
（4）简化法：用P20表3-1中统计的每年历时水位（7个 点）的平均值绘制的历时曲线
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。
年最枯水位 9.90 9.96 … 9.70
保证率为95% 的水位
9.91 9.99 … 9.72
以历年最枯水位为零点的 95%水位
0.21 0.29 … 0.02
…
1971 平均
…
9.86 9.96
…
9.89 9.996
…
0.19 0.296
H ' 0.296m H '
n
C' v
( Ki 1) 2 n 1
历时曲线法
（1）综合法（n年一条线）
①根据统计年份中日平均最高和最低水位变动范围，分 日平均水位为若干级； ②编制水位历时统计表
水位级别 发生历时（天） 次数 合计 累计天数 保证率
29.99~29.30
29.89~29.80 … 12.09~12.00
5
9 … 11
5
9 … 11
5
14 7305
0.07
3873 2874 1.49 2565 1895
R31
2874 1525 1.66 1895 1083
R7 3
其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的 放大倍比值，得放大的设计洪水过程线。由于各时段放大倍比 值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀，最后得所 求的设计洪水过程线。
41
总计 平均
28.31
11.31
590.60 14.40
0.79
41.00
-0.21
0.044
0.38
97.6
（2）计算初始参数
H i` 14.40m H n
Cv
( Ki 1)
n 1
2
0.10
（3）适线，并计算设计值
H 14.40m Cv 0.10 Cs 2.5Cv
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 1 2 … 按大小排列 34.37 33.29 … Hi`=Hi-H0 17.37 16.29 … Ki 1.21 1.13 … Ki-1 0.21 0.13 … (Ki-1)^2 P=m/(n+1) 0.044 0.017 … 2.38 4.77 …
K 5% H K 5% H 0 33.85m
注意：
（1）如断面稳定，冲淤变化不大，可直接用年最高水 位进行频率分析计算，求设计最高通航水位；
（2）若断面不稳定，需先推求设计流量，再用水位~流 量（最新的）关系曲线推求设计最高通航水位，同时考 虑河床冲淤演变。
2．设计最低通航水位的推求方法
二、由流量资料推求设计洪水
1．洪水资料的审查
可靠性审查 一致性审查 代表性审查
2．洪水资料的选样
目前采用“年最大”法
3．洪水资料的插补延长
1）利用上下游站、干支流站或邻近流域测站的流量 资料进行插补延长； 2）利用本站峰量关系进行插补延长。
4．特大洪水的处理和频率分析计算确定统计参数
洪水调查与考证；重现期的确定。 求不同设计累积频率相应的设计洪峰、设计洪量。
设计洪水（设计洪水过程线），是指具有某一设计标 准的洪水过程线
校核标准 可能最大洪水 正常运用洪水（设计洪水） 非常运用洪水（校核洪水）
校核洪水位
3．设计洪水计算的内容和方法
1）设计洪水计算的内容
设计洪峰流量
不同时段的设计洪水总量
设计洪水过程
2）推求设计洪水的基本方法
由流量资料推求设计洪水 由暴雨推求设计洪水 水文比拟法、等值线图法、水力学公式法等