设计洪水分析与计算水文与水资源学实验指导

河流还可能发生比设计洪水更大的洪水，因而也 需要一个标准，这就称为“校核标准”。
5.1.3设计洪水计算的内容和方法
设计洪水的内容一般包括设计洪峰流量、 不同时段的设计洪量（如最大、最大、最 大设计洪量）和设计洪水过程线项。但对 于具体的工程，因其特点和设计要求不同， 设计计算的内容和重点也就不同。
设计洪水是指水利水电工程规划、设计中所指定的各种设 计标准的洪水。合理分析计算设计洪水，是水利水电工程 规划设计中首先要解决的问题。
在河流上筑坝建库能在防洪方面发挥很大的作用，但是， 水库本身却直接承受着洪水的威胁，一旦洪水漫溢坝顶， 将会造成严重灾害。为了处理好防洪问题，在设计水工建 筑物时，必须选择一个相应的洪水作为依据，若此洪水定 得过大测会使工程造价增多而不经济，但工程却比较安全； 若此洪水定得过小，虽然工程造价降低，但遭受破坏的风 险增大。如何选择对设计的水工建筑物较为合适的洪水作 为依据，涉及一个标准问题，称为设计标准。
SDJ12-78分防洪对象的防洪标准（即地区防洪标 准）和水工建筑物设计的洪水标准两种。
设计永久性水工建筑物所采用的洪水标，又分 为正常运用（设计标准）和非常运用（校核标准） 两种情况。
正常运用的洪水标准较低（即出现概率较大）称 为设计洪水，用它来决定水利水电枢纽工程的设 计洪水位、设计泄洪流量等。正常运用时工程遇 到设计洪水时应能保持正常运用。
（2）由暴雨资料推求设计洪水
由于流量资料太短，或无实测流量资料时不能直 接按流量资料进行设计时可由暴雨资料通过频率 计算先求出设计暴雨，即求出符合设计频率的暴 雨过程，再经过产流计算推求设计净雨过程，然 后经汇流计算推求出设计洪水过程线。
此外，还可根据水文气象资料，用成因分析的方 法推求出可能最大暴雨，然后，再经产流、汇流 计算得出可能最大洪水。
在水利、水土保持工程规划设计中确定拦洪、泄 洪设备能力时所依据的洪水（洪峰、洪量或过程 线）称为“设计洪水”。
如果设计洪水定量过大就会使工程造价增加很多， 但在水利工程安全上所承担的风险要小一些，反 之亦然。
合理分析计算设计洪水是正确解决工程规划设计 中安全和经济矛盾的重要环节。由于近代大坝日 益增高，一旦失事，将会造成毁灭性灾害，所以 决定设计洪水也是一个非常严峻的任务。
5.1 概述
5.1.1 设计洪水计算的目的
为防治洪灾，一方面可采取多种防洪工程措施， 如在上游兴建防洪水库，在中下游开辟蓄洪或滞 洪区，在下游开挖疏浚河道、修筑堤防等；另一 方面采取非工程防洪措施，加强对洪泛区管理， 划分洪水威胁区，控制调整土地利用情况，限制 城镇工厂在这个地区的发展，改作为耕地、公园 或停车场，并加强洪水预报调度、警报系统运用 洪灾保险等手段。
设计洪水是确定拦洪、泄洪设备能力即工程规模 和尺寸的依据，有时也称为标准。
目前我国的水利工程设计大多按照工程的重要性、 指定不同频率作为设计标准。
水电部颁布的《水利水电枢纽工程等级划分及设 计标准（SDJ12-78）山区、丘陵区部分》，对于 特别重要的工程，又提出以可能最大洪水作为校 核标准。现将其内容简介如下。
在应用资料之前，首先要对原始水文资料 进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要 的精度，而且，具备频率分析所必须的某 些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相 互独立，且服从同一分布等。除在前面章 节谈到审查资料的可靠性之外，还要审查 资料的一致性和代表性。
为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成 条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑 物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算， 使洪水资料换算到天然状态的基础上。 洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计 特性，而洪水的总体又难以获得。一般认为，资料年限较 长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。 由此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文 献和系列插补延长等增加洪水系列的信息量方法，是提高 洪水系列代表性的基本途径。 根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其 上下游具有较长期的实测洪水资料（一般需要30年以上）， 并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算设 计洪水。
对无调蓄能力的工程，因对工程起控制作用的是 洪峰流量。所以，只要计算设计洪峰流量；蓄洪 区主要计算设计洪水总量；水库工程洪水的峰、 量、过程对它都有影响，因此，不仅需要计算设 计洪峰及不同时段的设计洪量，而且还需计算出 设计洪水过程线。
设计洪水包括设计洪峰流量、不同时段设计洪量 及设计洪水过程线三个要素。
目前，我国计算设计洪水的方法，根据不同资料条 件和设计要求，可大致分为以下几种类型：
（1）由流量资料推求设计洪水 这种方法与由径流资料推求设计年径流量及其年
内分配大体相似。
先对洪峰流量及各种历时的洪水总量进行频率分 析，求出符合设计频率的这些特征值。然后，再 选定一条实测洪水过程线作为洪量在时程上分布 的典型，认为这样求出的设计洪水过程线符合设 计频率的要求。再用此洪水过程线按照预定的调 洪规程进行调洪计算，并得出的调洪库容的频率 与设计频率是相同的。
（4）利用水文随机模拟法推求设计洪水
随机模拟法是利用实测资料建立数学模型，然后 模拟出大量的洪水序列，模拟序列的统计参数与 实测序列统计参数一致。
5.2 由流量资料推求设计洪水
当设计流域具有一定数量的实测洪水资料时，可 直接由流量资料通过频率计算推求设计洪水。表 征洪水流量的特征值有洪峰流量和各种时段的洪 水总量。洪水资料的选择原则是应满足频率计算 关于独立随机选择的要求，并符合安全标准。
（3）利用简化公式或地区等值线图估算设计洪水
对于缺乏实测资料地区，通常只能利用暴雨等值 线图和一些简化公式等间接方法估算设计洪水。 有关这类图、公式或一些经验数据，在各省（自 治区）编印的暴雨洪水图集（或称暴雨洪水查算 手册）中均有刊载，可供中小流域无资料地区查 用。
我国计算小流域洪水的途径和方法可归纳为两种： 即经验公式与推理公式。
设计洪水计算的目的是通过对暴雨、洪水等资料 的分析，寻求它们的规律，从而对未来长期内的 洪水情势作出切实可靠的预估，推求出在设计地 点将来可能出现的符合设计标准的洪水，为水利 水电工程、水土保持以及其他如铁路、公路、桥 涵、港口、城市等防洪措施的规划设计提供必要 的水文依据。
5.1.2设计洪水的涵义和设计标准