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水
二、设计原则
怎样选择水工建筑物旳设计洪水，涉及一种原则 问题，即设计原则。
我国现行原则：
GB50201-94《防洪原则》 SL252-2023 《水利水电工程等级划分及洪水原则》
水利水电工程等别拟定
水利水电工程建筑物级别拟定
水库工程建筑物防洪原则拟定
水利水电工程防洪原则：
正常利用原则—设计洪水：拟定水库旳设计洪水 位、设计泄洪流量等。不超出这种原则旳洪水来临时， 水库枢纽一切工作维持正常状态。
5、考虑特大洪水时统计参数旳拟定
（1）初步估计参数—矩法
假设系列中n-l年旳一般洪水旳均值为
、均方差为σn-l，在假设它们与除去特大洪水后旳N-
a年总旳一般洪水系列旳均值
、均方差
σN-l 相等，即:
旳条件下可导出： 其中：xj—特大洪水；xi—一般洪水。
Cs值： 对于Cv≤0.5旳地域，Cs=(3～4）Cv； 对于0.5<Cv≤1.0旳地域，Cs=(2.5～3.5） Cv： 对于Cv>1.0旳地域，Cs=(2～3）Cv； 另外，还能够采用权函数法来估计Cs。
目前采用年最大值法选样。
年最大值法选样： 即从资料中逐年选用一种最大流量和固定时段旳 最大洪水总量，构成洪峰流量和洪量系列。
固定时段一般采用1、3、5 、7、15、30天。大 流域、调洪能力大旳工程，设计时段能够取得长些； 小流域、调洪能力小旳工程，能够取得短某些。
三、特大洪水旳处理
1. 特大洪水
某站洪峰流量频率曲线
序号
Ⅰ Ⅱ
合计
特大洪峰流量
2520 2200
4720
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
工程水文学教学大纲
《工程水文学》教学大纲课程编号：L265009 课程类别：专业限选课学分数： 1 学时数：16适用专业：土木工程应修基础课程：《水力学》、《高等数学》一、本课程的地位和作用本课程是土木工程专业技术平台课程中的一门专业限选课程。
它是一门阐述和运用水文规律、开发和发挥工程效益的学科。
主要介绍在水循环从降水到径流过程中，关于地面径流的形成、观测，以及对土木工程建筑物的影响。
二、本课程的教学目标本课程的教学目的，是使土木工程专业学生，了解自然界中水的运行变化与河川径流的关系，具有分析计算河渠设计流量和确定过水建筑物孔径等的设计知识。
三、课程内容和基本要求第一章绪论1、教学基本要求掌握水文学的概念，了解工程水文学的研究方法及水文学的发展。
2、教学内容第一节水文学第二节工程水文学的研究方法第三节水文学的发展第二章水文循环与径流形成1、教学基本要求了解水文循环与水量平衡的概念及河流与流域、河流基本特征、径流的形成；泥沙运动与河床演变、造床流量与河相的关系。
2、教学内容第一节水文循环与水量平衡第二节河流与流域第三节降水第四节土壤水、下渗与地下水第五节蒸散发第六节径流第三章水文信息采集与处理1、教学基本要求了解测站与站网的概念，熟悉水位、流量及泥沙观测及水质检测，掌握水文数据处理。
2、教学内容第一节测站与站网第二节水位观测第三节流量测验第四节泥沙测验与计算第五节水质监测第六节水文调查与水文遥感第七节水文数据处理第四章流域产汇流计算1、教学基本要求掌握土的成因类型、土的工程地质性质、土的工程分类及特殊土的工程地质性质2、教学内容第一节降雨径流要素计算第二节流域产流分析第三节产流计算第四节流域汇流计算第五章水文预报1、教学基本要求了解水文预报在各个不通阶段的预报方法2、教学内容第一节概述第二节短期洪水预报第三节洪水实时预报方法第四节水文预报精度评定第五节中长期水文预报简介第六节施工水文预报第六章水文模型1、教学基本要求了解水文模型的概念，熟悉水文系统理论模型及水文概念性模型2、教学内容第一节概述第二节水文系统理论模型第三节水文概念性模型第七章水文统计1、教学基本要求了解水文统计的概念，熟悉随机变量及概率分布，掌握水文统计的方法。
第二章由流量推求设计洪水
——有历史文献资料可以考证的时期
§2.4 考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法
❖ §2.4.1连序和不连序样本系列
连序系列（没有特大洪水值）：大→小排列，无空缺 不连序系列（有特大洪水值）：有空缺
§2.4.2不连序样本系列的经验频率计算
❖计算目的：
估计样本的经验分布，再根据洪水样本点距及
（5）x 、CV、CS对频率曲线的影响
① CV、CS固定，x 改变频率曲线的高低位置 x ↑， 频率曲线位置抬高，且变陡。
x2 x1
（5）x 、CV、CS对频率曲线的影响
② x 、CS固定
CV变大，使频率曲线顺时针旋转
Cv2 Cv1
xx
x CV
则：
x p x (C v 1 ) x (1 pC v)
应用时，根据指定的设计频率p和估计的Cs值查表求 p ，代入
上式即可求得Xp
例：x 800mm，CV=0.5，CS= 1.0 求千年一遇（P=0.1%）的年雨量值。 查表 CS→1，得 =4p.53
x 0 . 1 % x (p C v 1 ) 8 ( 0 4 . 5 0 . 5 3 1 ) =2612mm
Q入Q出W t Q跨 引
§2.2.3 洪水资料的插补展延
❖ 插补展延的目的： 样本容量越大，包含总体分布的信息越多，样本的代
表性越高，当设计站点或断面的洪水资料较少时，就需要 参证本站其他资料、或上下游、干支流其他测站资料或流 域中的暴雨资料，对洪水资料进行插补和展延。
插补展延的方法：
⑴根据上下游测站的洪水特 有实测资料时——相关分析法 征相关关系进行插补展延 无实测资料时——移用法
⑵利用本站峰量关系进行插补展延 洪峰流量→洪水总量；洪水总量→洪峰流量；
郑大工程水文学(05-19)简答题及答案
1、 展延年径流系列的关键是选取参证变量，简述参证变量应具备的条件？ 答：（1）参证变量与设计变量在成因上有密切的联系；（2）参证变量与设计变量有一段相当长的平行观测资料，以便建立相关关系；（3）参证变量必须具有长期的实测资料，以便展延设计站系列使之符合代表性的要求。
2、 何为前期影响雨量？如何计算？计算中应注意哪些问题？答：前期影响雨量a P 是反映本次降雨之前流域土壤干湿程度的一种指标，因此对本次降雨的产流量将产生重要影响。
a P 一般按下式计算：,1t ,=K ()a ta t t P P P 且 ,1a t m P W其计算步骤如下： （1）确定流域蓄水容量m W ；（2）由蒸发资料和m W 确定土壤含水量消退系数t K ；（3）由降雨P 、m W 和t K 按上式计算,1a t P3、 试述设计洪水推求的途径及其适用条件？答：（1）由流量资料推求设计洪水。
当设计断面有足够的实测流量资料时，可用水文统计原理直接由流量系列推求设计洪水。
（2）由暴雨资料推求设计洪水。
当设计断面流量资料不足，但是有比较好的雨量资料时，可根据径流形成原理，由设计暴雨推求设计净雨，再由设计净雨推求设计洪水。
（3）地区综合法推求设计洪水。
当设计流域缺乏降雨-径流资料时，可根据水文地区变化规律采用该办法推求设计洪水。
4、工程水文学在水利水电工程建设的各个阶段有何作用？答：（1）规划设计阶段。
为规划设计工程位置、规模提供设计洪水、设计年径流等水文数据；（2）施工阶段。
为施工设计提供设计水文数据，为指导现场施工，提供施工水文预报；（3）运行管理阶段。
提供各类水文预报成果，确保工程安全和发挥最大效益。
同时还需不断进行水文复核，提供新的情况下的设计水文数据。
5、现行水文频率计算配线法的实质是什么？简述配线法的方法步骤？实质：认为样本的经验分布反应了总体分布的一部分，因此可用配线法推求总体分布。
方法步骤：（1）将实测资料由大到小排列，计算各项的经验频率，在频率格纸上点绘经验点距（纵坐标为变量的取值，横坐标为对应的经验频率）（2）选定水文频率分布线（一般选择皮尔逊Ⅲ型）（3）先采用矩法和其他方法估计出频率曲线参数得初估值X、vC，而s C凭经验初选为vC的某一倍数；（4）根据拟定的X、vC和s C，查书上附表，计算p x值。
工程水文学第八章
例：河北省滹沱河黄壁庄水库设计洪水计算： 1955年设计，资料n=18年， Q0.1%=12600m3/s； 1956年发生特大洪水Q=13100m3/s，直接加入资料系列（ n=19），未做特大洪水处理， Q0.1%=25900m3/s；
将1956年洪水做特大洪水处理，但不加历史特大洪水， Q0.1%=19700m3/s； 再加入历史特大洪水（1794、1853、1917、1939）， Q0.1%=22600m3/s；1963年又发生了一次特大洪水 Q=12000m3/s ，加入并做特大洪水处理， Q0.1%=23300m3/s。
水库泄洪——泄洪建筑物；
死水位Z死和死库容V死；正常蓄水位Z蓄和兴利库容V兴 ；
防洪限制水位Z限和结合库容V结；防洪高水位Z防和防洪库容V防；
设计洪水位Z设和拦洪库容V拦；校核洪水位Z校与调洪库容V调； 水库总库容：V总= V死+ V兴 + V调 - V结
三峡工程，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。
2. 资料一致性的审查与还原 所谓洪水资料的一致性，就是产生各年洪水的流 域产流和汇流条件在调查观测期中应基本相同。 如果发生了较大的变化，需要将变化后的资料还 原到原先天然状态的基础上，以保证抽样的随机性（ 减少人为的干扰），和能与历史资料组成一个具有一 致性的系列。 例如上游建了比较大的水库，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。
1-PMa
(完整版)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。
工程水文学课程设计
拟在某河上修筑蓄水工程。
坝址断面水文站内有 1960-2022 年的洪水流量观测资料，如表 1 所 示。
历史洪水洪峰流量调查资料如下： 1878 年为Q =14720m 3/s, 1901 年为Q =22100m 3/s ，为 1901m m年以来的最大洪峰流量， 1942 年为 8400m 3/s 。
1878- 1900 年间其他洪水未能查清。
分析选定的典型 洪水过程如表 2 所示。
表 1 实测历年洪水资料统计表表 2 典型洪水过程14 15 16 17 18 20 24根据以上资料推求百年一遇设计洪水的洪峰流量和洪水过程线。
1960920011030018723019849812115840211570 1961 8500 100020 183600 1985 3248 38830 70148 1962 7512 90110 152990 1986 8421 97810 178650 1963 6524 13048 139820 1987 3264 38650 70024 1964 2100 25200 45360 1988 5671 68500 40326 1965 6325 76216 138620 1989 5421 65420 115980 1966 5412 58340 116800 1990 6487 76840 140020 1967 5486 65600 118490 1991 9120 105420 189683 1968 2400 28560 51840 1992 8845 103110 191020 1969 3241 39000 68950 1993 6124 73450 132180 1970 6245 74230 135620 1994 2456 29400 52850 1971 980 10264 21152 1995 3210 37920 68936 1972 1600 18250 35310 1996 8451 101220 182540 1973 3245 37932 70005 1997 6243 74102 133980 1974 6328 12350 136420 1998 8515 102150 183682 1975 3261 39950 70420 1999 6278 75300 135800 1976 2369 27450 51124 2000 3164 36890 67842 1977 1620 18430 34820 2001 2489 28960 54160 1978 2458 27856 52852 2002 1189 14260 25640 1979 1540 17580 33240 2003 6120 72340 129806 1980 1200 13420 25860 2004 4832 58010 103740 1981 5412 64520 116583 2005 1006 12042 21560 1982 3214 38500 68490 2022 3216 39480 686544890 5634 6572 6310 6150 5648 52604890 4560 4235 3980 3674 3325 30003980 3420 3146 2653 3130 3582 42001240 1652 2430 2880 3832 4430 41000 4 8 12 13 14 1618 20 244 8 10 124 810 12 14 18 249781、分别选取洪峰流量和时段洪量组成计算样本，计算相应频率，绘制P-Ⅲ频率曲线；2、根据P-Ⅲ频率曲线推求设计洪峰流量和时段洪量；3、频率计算成果合理性检查；4、计算放大倍比；5、推求设计洪水过程线。
设计洪峰流量与水位计算
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；
2、按典型放大
（1）同倍比放大
1）按洪峰控制的放大倍比：K Q
Q mP Q mD
2）按洪量控制的放大倍比：K Wt
WtP 。
注意： 1. 用峰控制还是用量控制，要看峰、量哪
个其主要作用； 2. 设计洪水过程线的峰或量偏离设计值。
“以峰控制”，则洪峰等于设计值，洪 量不一定等于设计值；“以量控制”， 则时段洪量等于设计值，而洪峰不一定 等于设计值。
P 1-PMa
PM
M N 1
P mP M a(1P M)anm l l1
上述两种方法，我国目前都在使用 。一般说，独立样本法把特大洪水与实 测一般洪水视为相互独立，这在理论上 有些不合理，但比较简单。在特大洪水 排位可能有错漏时，因不互相影响，这 方面讲则是比较合适的。当特大洪水排 位比较准确时，理论上说，用统一样本 法更好一些。
为宜； 2. 对于放大后过程线的不连续现象，可徒
手修匀，修匀后仍应保持洪峰和各时段 洪量等于设计值。
四、计算成果的合理性检验 （1）检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时
之间的关系； 历时增长，均值增大，Cv、Cs一般减小。
QW 7d
5d 3d
P
(2)根据上下游、干支流及邻近地区各河流洪水 频率分析成果进行比较。
1867
1852 1832 1921
设计洪峰流量与设计洪量的推求
Q(m3/s)
a项特大洪水 M=1,2,...,a
实测期内特大洪水，l项
WUHEE
... ...
实测一般洪水，n-l项 m=l+1,l+2,...,n
缺测 ...
...
T
n
N
（2）独立样本法
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：
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).
WUHEE
[例6-1]某站自1935～1972年的38年中，有5年因战争缺测，故实有 洪水资料33年。其中1949年为最大，并考证应从实测系列中抽出 作为特大值处理。另外，查明自1903年以来的70年间，为首的三 次大洪水，其大小排位为1921、1949、1903年，并能判断在这 70 年 间 不会遗 漏掉 比 1903 年 更大 的洪 水 。 同时， 还调 查到在 1903年以前，还有三次大于1921年的特大洪水，其序位是1867 、1852、1832年，但因年代久远，小于1921年洪水则无法查清 。现按上述两种方法估算各项经验频率。
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130年就发生一次，可能性不大。
Qm＝110000m3/s
由流量计算的设计洪水
3 由水文气象资料推求可能最大洪水
从物理成因入手，推求可能最大暴雨，然后经产流、汇流计算，得到可能发 生的最大洪水作为设计洪水。
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第二节 设计洪峰、洪量的计算
现行水文计算方法 把实际连续的洪水过程离散成洪峰流量、各种时段的洪量等洪水特征值， 并以其作为独立随机变量，采用频率计算的方法估计各洪水特征值总体的 概率分布，并由此推求指定频率的洪水特征值，即设计洪峰流量和设计时 段洪水总量。 选一实测洪水过程，按设计特征值控制放大的方法推求设计洪水过程。
2 校核标准（非正常运用标准） 校核洪水起校核作用,当其来临时,其主要建筑物要确保安全,但工程可处在非 常情况下运行,即允许保持较高水位，电站、船闸等正常工作允许遭到破坏。
三、设计洪水三要素
1.设计洪峰流量 Qm（m3/s） 2.设计洪水总量 W（m3） 3.设计洪水过程线：
7
第一节 概 述
四、设计洪水的内容和计算途径 （一）设计洪水的内容 1.设计洪峰流量； 2.不同时段的设计洪水总量； 3.设计洪水过程线 [说明]：工程特点和设计要求不同，需计算的内容和重点也不同。 无调蓄能力的堤防和桥涵工程: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:需要计算完整的设计洪水过程线； 施工设计:要求计算分期(或分月)的设计洪水。
洪库容相对较大的情况，时段宜取长些。
独立取样：年内各次洪水中，分别独立选取各自的年最大值.即不要求年最 大瞬时洪峰流量和各时段的年最大洪量一定要发生在同一次洪水中 。
12
第二节 设计洪峰、洪量的计算
13
Байду номын сангаас
第二节 设计洪峰、洪量的计算
三、特大洪水的处理 （一）特大洪水 1 特大洪水的定义 比系列中一般洪水大得多的洪水称为特大洪水, 并且通过洪水调查可以确定 其量值大小及其重现期。 资料内特大洪水:发生在实测期间的n年之内;
设计洪峰、设计洪量计算(1)
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年最大洪峰 洪量选样示意图
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• 三、特大洪水
• 1.什么叫特大洪水
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• 二、选 样
•
选样就是在现有的洪水记录中选取若干个洪峰流量或某一历
时的洪量组成样本，作为频率计算的依据。
• 在水库防洪计算中,目前采用年最大值法。 洪峰选样: 采用年最大值法。可以从水文年鉴上直接查得。 洪量选样: 采用固定时段选取年最大值法。根据洪水水文要素
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• 如加入1794年、1853年、1917年和1939年等历史洪水，并将 1956年的实测洪水与历史洪水放在一起进行特大洪水处理，则 求得1000年一遇洪峰流量22600m3/s。
• 1963年该河又发生了实测流量为12000m3/s的大洪水将它加入 系列计算，得1000年一遇洪峰23300m3/s，与22600m3/s比较只相 差4%.
• 由此说明，考虑特大洪水并进行特大值处理，所得计算成果 比较稳定合理。
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• 2.特大洪水重现期的确定 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 - 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 - 调查考证期最远年份 + 1
第8章 设计洪水推求汇总
1、选择典型过程 选择典型洪水的原则： （1）洪水峰高量大： 洪水特性比较接近设 计条件。 （2）洪水的特性具有代表性： 发生季节、 地区组成、洪峰次数、洪水历时、峰量关系、 主峰位置代表流域大洪水一般特性。 （3）洪量集中、洪峰偏后: 洪水过程对工程 不利。
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2： 00
7： 00
典 型 流 ( m 3/s ) 200 383 370 260 205 480 765 810 801 727 334 197 173 144 127 123 111 127 171 171 180 250 337 331 200 142 125 420 1380 1620 1590 473 444 334 328 276 250 236 215 190
由气象资料推求设计洪水：根据天气形势和风速 、露点、降水等气象资料,分析和推求可能最大暴雨, 然后经流域产流与汇流计算求出可能最大洪水
三、频率计算中的选样方法 洪水或暴雨资料选样的原则,应满足独立随 机选样的要求,并符合防洪设计标准的含义。 而每年有多个洪峰、时段洪量、时段雨量,国 内外常见的有四种选择方法。
3、同频率缩放法
按不同历时采用不同倍比对典型洪水过程
6 设计洪水
二 洪水资料审查
3.洪水资料的代表性审查 洪水系列的代表性，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，如接近程度较高，则系列的代表性较好，频率分 析成果的精度较高，反之较低。
目的：保证样本的统计参数接近总体的统计参数； 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。在水文数据资料分析时，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。
四 推求设计洪水的途径
按所用资料不同，推求设计洪水的途径主要包括：
（1）由流量资料推求设计洪水
分别对洪峰流量和各种时段洪量进行频率计算，求的设计洪峰流量和各 种时段的设计洪量；选择适当的典型洪水过程线，用设计洪峰和设计洪量控 制对其进行放大，得出设计洪水过程线。
（2）由暴雨资料推求设计洪水
先通过频率计算推求设计暴雨，再利用流域产汇流方法由设计暴雨推求 设计洪水。
一 洪水样本选取
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，如何从历年洪水系列资料（包括实测洪水资料和调查的历史 洪水资料）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。
实测水：n年；
洪水系列有两类：洪峰流量与不同 时段洪水总量；
洪峰系列：年最大值法；即，从收 集的洪水系列资料中逐年选取一个 最大瞬时洪峰流量组成洪峰流量系 列。
对调查的历史洪水资料主要审查调查计算的洪峰流量及其发生年份的 可靠性。关于前者，主要审查洪水痕迹是否可靠，上下游痕迹是否一致以 及流量推算是否合理。对于后者，应主要了解确定发生年份的依据是否充 分，河流上下游和邻近流域是否一致等。
二 洪水资料审查
2.洪水资料一致性审查 资料系列的一致性是指资料系列具有同一成因，就是说，组成
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。
;62设计洪峰流量及设计洪量的推求
;62 设计洪峰流量及设计洪量的推求?6—2 设计洪峰流量及设计洪量的推求一、洪水资料的选择、审查和插补延长(一)洪水资料的选择1、洪峰流量，采用年最大值法选样。
2、洪量，采用固定时段独立选取年最大值法选样。
(二)洪水资料的审查1、洪水资料的可靠性审查2、洪水资料的一致性审查及还原计算3、洪水资料的代表性审查(三)洪水资料的插补延长1、利用上、下游站的流量资料进行插补延长(1)设计站和参证站集水面积相差不超过3%:直接移用 (2)集水面积相差超过3%，但不大于10%~20%:n,,F设,, ,QQ设参,,F参,,(3)在设计断面的上下游不远处各有一参证站:F,F设参,上Q,Q，Q,Q ，，设参,上参,下参,上F,F参下参,上2、利用本站峰量关系进行插补延长3、利用本流域暴雨资料插补延长4、根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长二、洪水特大值处理(一)系列中加入特大洪水的作用特大洪水:无明确定义，通常指比稀遇洪水大得多的洪水。
加入特大洪水的作用:扩大样本容量，增加样本的代表性。
(二)经验频率的确定1、连序系列和不连序系列不连序样本在时间上一定是不连续的;连序样本在时间上可以连续，也可以不连续。
流量(a) 连序系列 (b)不连序系列 2、经验频率的计算(1)连序系列中第m项的经验频率P按下式计算 mmP,，100% mn，1(2)不连序系列有分别和统一处理两种方法? 分别处理法MP,，100%N年中的a项特大洪水: MN，1mP,，100%n年实测洪水: mn，1?统一处理法aam,l,,P,，1, ,,mN，1N，1n,l，1,,【例6-1】××河××站，自1953,1986年中，有两年资料缺测，且无法插补。
在32年实测资料中，82年洪水最大，且为特大洪水;64年洪水次大;78年洪水最小。
经调查考证获得1905年和1931年两次历史的信息，即1905年洪水大于1931年洪水，但都没有82年洪水大，且已查清在1905,1986年的82年中没有遗漏比1931年更大的洪水。
5第五章河道工程设计水位及流量推求
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)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
… 1971 平均
年最枯水位
9.90 9.96 … 9.70 … 9.86 9.96
保证率为95% 的水位
9.91 9.99 … 9.72 … 9.89 9.996
学会宽恕他人
有几个知心朋友
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
H 'm i0 n .1m 6
H m 0 .i 1 n 9 6 .7 9 0 .8 m 6
所以，10年一遇、保证率为95%的设计最低水位为9.86m。
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）
以历年最枯水位为零点的 95%水位
0.21 0.29 … 0.02 … 0.19 0.296
H'H' 0.29m 6 n Cs'2Cv'
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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一要求，为使设计工作规范化，便于各地设计洪水估计结果有可比性，世界上大多数国家根据当地长期洪水系列经验点据拟合情况，选择一种能较好地拟合大多数系列的理论线型，以供本国或本地区有关工程设计使用。
我国曾采用皮尔逊Ⅲ型和克里茨基一曼开里型作为洪水特征的频率曲线线型，为了使设计工作规范化，自60年代以来，一直采用皮尔逊m型曲线，作为洪水频率计算的依据。
在SL44—93中规定“频率曲线线型一般应采用皮尔逊Ⅲ型。
特殊情况，经分析论证后也可采用其他线型”。
有关皮尔逊Ⅲ型频率曲线的性质、数学模式、参数估计以及频率计算等问题，已在第七章作了详细论述，本节不重复。
从皮尔逊Ⅲ型频率曲线的特性来看，其上端随频率的减小迅速递增以至趋向无穷，曲线下端在＞2时趋于平坦，而实测值又往往很小，对于这些干旱半干旱的中小河流，即使调整参数，也很难得出满意的适线成果，对于这种特殊情况，经分析研究，也可采用其他线型。
五、频率曲线参数估计在洪水频率计算中，我国规范统一规定采用适线法。
适线法有两种：一种是经验适线法(或称目估适线法)，另一种是优化适线法。
经验适线法是在经验频率点据和频率曲线线型确定之后，通过调整参数使曲线与经验频率点据配合得最好，此时的参数就是所求的曲线线型的参数，从而可以计算设计洪水值。
适线法的原则是尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心，当经验点据与曲线线型不能全面拟合时，可侧重考虑上中部分的较大洪水点据，对调查考证期内为首的几次特大洪水，要作具体分析。
一般说来，年代愈久的历史特大洪水加入系列进行配线，对合理选定参数的作用愈大，但这些资料本身的误差可能较大。
因此，在适线时不宜机械地通过特大洪水点据，否则使曲线对其他点群偏离过大，但也不宜脱离大洪水点据过远。
用适线法估计频率曲线的统计参数分为初步估计参数、用适线法调整初估值以及对比分析三个步骤。
矩法是一种简单的经典参数估计方法，它无需事先选定频率曲线线型，因而是洪水频率分析中广泛使用的一种方法。
由矩法估计的参数及由此求得的频率曲线总是系数偏小，其中尤以偏小更为明显。
在用矩法初估参数时，对于不连序系列，假定年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的年系列的相等，即，，可以导出参数计算公式：（9-5）（9-6）式中－－特大洪水，1、2、…、a；——一般洪水，；其余符号意义同前。
偏态系数属于高阶矩，用矩法算出的参数值及由此求得的频率曲线与经验点据往往相差较大，故一殷不用矩法计算，而是参考附近地区资料选定一个值。
对于＜0．5的地区，可试用＝3—4进行配线；对于0．5＜＜1．0的地区，可试用=2．5—3．5进行配线；对于＞1．0的地区，可试用＝2—3进行配线。
如第七章所述，权函数法在于引入一个权函数，用一阶与二阶加权中心矩来推求，可以提高皮尔逊Ⅲ型的偏态系数计算精度，但权函数法本身不能估计、，属于单参数估计，仍需借助其他方法(如矩法)，且的精度受、估算精度的影响。
第七章中介绍了另一个类型的适线法，即优化适线法。
在能用计算机优选的条件下，可根据洪水系列的误差规律，选定适线准则，直接求解与经验点据拟合最优的频率曲线，本章不拟再作具体介绍。
六、推求设计洪峰、洪量根据上述方法计算的参数初估值，用适线法求出洪水频率曲线，然后在频率曲线上求得相应于设计频率的设计洪峰和各统计时段的设计洪量。
有关水文频率曲线适线法的步骤、计算实例，以及适线时应考虑的事项，已在第七章作了具体介绍，但未涉及特大洪水处理问题，本节将用一个实例，考虑加入特大洪水，具体说明用矩法配线推求设计洪峰的方法。
[例9—1]某河水文站实测洪峰流量资料共30年[见表9—4第(2)栏]，历史特大洪水2年L见表9—4第(2)栏]，历史考证期102年，试用矩法初选参数进行配线，推求该水文站200年一遇的洪峰流量。
(1)计算经验频率，并点绘经验频率曲线，见图9—3。
用式(9—2)计算特大洪水的经验频率，式中N＝102，计算成果列入表9—4第(3)栏。
用式(9—3)计算一般洪水的经验频率，式中＝，计算成果列入表9—4第(4)栏。
(2)用矩法计算统计参数。
用式(9—5)计算年最大洪峰流量的均值，式中N ＝102、n＝30、a＝2、l＝0，得：==587用公式（9-6）计算年最大洪峰流量的变差系数，得（见表9-5，表9-6）=（3）选配洪水频率曲线。
根据统计参数计算成果，取=0.7, ,查附表2得出相应于不同频率P的值，列入表9-7第（2）栏，乘以得相应的值，列入表9-7第（3）栏。