第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求

第二节设计洪峰流量及设计洪量的推求

由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。

一、资料审查

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。

除在第三章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。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计洪水。

二、样本选取

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过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。

根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个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。固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。

在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。例如，图9—l中最大1天洪量与3天、5天洪量不属于同一次洪水。

三、特大洪水的处理

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。我国测流量资料系列一般不长，通过插补延长的系列也有限，若只根据短系列资料作，当出现一次新的大洪水以后，设计洪水数值就会发生变动，所得成果很不稳定。如果在频率计算中能够正确利用特大洪水资料，则会提高计算成果的稳定性。

特大洪水一般指的是历史洪水，但是在实测洪水系列中，若有大于历史洪水或数值相当大的洪水，也作为特大洪水。洪水系列(洪峰或洪量)有两种情况，一是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，称为连序系列，如图9—2(a)所示；二是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，称为不连序系列，如图9—2(b)所示。特大洪水处理的关键是特大洪水重现期的确定和经验频率计算。所谓重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。特大洪水中历史洪水的数值确定以后，要分析其在某一代表年限内的大小序位，以便确定洪水的重现期。目前我国根据资料来源不同，将与确定历史洪水代表年限有关的年份分为实测期、调查期和文献考证期。

实测期是从有实测洪水资料年份开始至今的时期。调查期是在实地调查到若干可以定量的历史大洪水的时期。文献考证期是从具有连续可靠文献记载历史大洪水的时期。调查期以前的文献考证期内的历史洪水，一般只能确定洪水大小等级和发生次数，不能定量。

历史洪水包括实测期内发生的特大洪水，都要在历史洪水代表年限中进行排位，在排位时不仅要考虑已经确定数值的特大洪水，也要考虑不能定量但能确定其洪水等级的历史洪水，并排出序位。

在洪水频率计算中，经验频率是用来估计系列中各项洪水的超过概率，以便在机率格纸上点绘洪水点子，构成经验分布，因此，首先要估算系列的经验频率。

连序系列中各项经验频率的计算方法，已在第七章中论述，不予重复。

不连序系列的经验频率，有以下两种估算方法：

(1) 把实测系列与特大值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

（9-1）计算。特大洪水系列的经验频率计算公式为

（9-2）

公式中--实测系列第m项的经验频率；

m--实测系列由大至小排列的序号；

n—-实测系列的年数；

--特大洪水第序号的经验频率；

M--特大洪水由大至小排列的序号；

N—自最远的调查考证年份至今的年数。

当实测系列内含有特大洪水时，此特大洪水亦应在实测系列中占序号。例如，实测为30年，其中有一个特大洪水，则一般洪水最大项应排在第二位，其经验

频率＝：0．0645。

(2)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。

假设在历史调查期N年中有特大洪水a项，其中有l项发生在n年实测系列之内；中的“项特大洪水的经验频率仍用式(9—2)计算。实测系列中其余的(n-l)项，

则均匀分布在l-频率范围内，为特大洪水第末项M=a的经验频率，即

（9-3）实测系列第m项的经验频率计算公式为

（9-4）上述两种方法，我国目前都在使用，第一种方法比较简单，但是在使用式(9—1)和式(9—2)点绘不连序系列时，会出现所谓的“重叠”现象，而且在假定不连序系列是两个相互独立的连序样本条件下，没有对式(9—1)作严格的推导。当调查考证期N年中为首的数项历史洪水确系连序而无错漏，为避免历史洪水的经验频率与实测系列的经验频率的重叠现象，采用第二种方法较为合适。

四、频率曲线线型选择

样本系列各项的经验频率确定之后，就可以在机率格纸上确定经验频率点据的位置。点绘时，可以不同符号分别表示实测、插补和调查的洪水点据，其为首的若干个点据应标明其发生年份。通过点据中心，可以目估绘制出一条光滑的曲线，称为经验频率曲线。由于经验频率曲线是由有限的实测资料算出的，当求稀遇设计洪水数值时，需要对频率曲线进行外延，而经验频率曲线往往不能满足这