第四章由流量资料推求设计洪水
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第四章 设计洪水
)
n
F ( ) min xi x( pi , )
i 1
❖ 相对离差平方和最小准则（WLS）
)
F ( )
min
n i 1
xi
x( x( pi
pi , , )
)
2
算例
某水文站1923~1970年共有断续的实测洪峰流量资料33 年（15年缺测）。实测最大洪峰为9200m31 /s，发生在
1974
23400
2
p 0.0303 (1 0.0303) 1 0.0476 55 1
p 2 0.0351 56 1
某水库坝址断面处有1958年至1995年的年最大洪峰流 量资料，其中最大的三年洪峰流量分别为7500m3/s， 4900m3/s，3800m3/s。由调查洪水知道，自1835年到 1957年间，发生过一次特大洪水，洪峰流量为9700m3/s， 并且可以肯定，调查期内没有漏掉6000m3/s以上的洪水， 试计算各次洪水的经验频率，并说明理由。
某站洪峰流量经验频率计算表
按时间次序排列 按数量大小排序
序号
分别处理法
统一处理法
年份 Qm(m3 / s) 年份 Qm(m3 / s) M(N=58) m(n=37) PM
Pm PM
Pm
1913 (6740) 1956 9200
1
1917 (5000) 1943 (8000) 2
1923
1740 1913 (6740) 3
设计断面
上游 断面
下游 断面
2.利用本站峰量关系进行插补延长 3.利用暴雨径流关系插补延长 4.根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长
第三节 历史洪水的调查和考证
第四章 设计洪水与设计水位推
4、资料独立性的审查
要求同一系列中的样本，必须相互独立
第四章设计洪水与设计水位推算
桥涵水文
频率计算推求设计洪峰流量
1、特大洪水的处理 (1)什么是特大洪水? 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).
P
1949年
P
M 1 2
2 0.0282 70 1
M 1 2
0.0282 (1 0.0282) 21 0.042 70 1 1 0.0282 (1 0.0282) 2 0.0559 70
1903年
P
M 1 3
P 3 0.0423 70 1
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。 特大洪水的经验频率仍采用下式
(n-l)项实测一般洪水的经验频率计算公式为：
第四章设计洪水与设计水位推算
桥涵水文
Q(m3/s)
a项特大洪水 M=1,2,...,a
实测期内特大洪水，l项
x
N a
x
a j 1
n l
n i l 1
N a
n l
1 N a 则可导出： x x n j x N 1 1 N a C x x n l x x x N 1
j i
_第四章__设计洪水流量
二、选择： 年最大值法——每年只选一个最大值 1. 洪峰 Qm：Q1、Q2……Qm……Qn 2. 洪量WTm： 连续24h年最大洪量系列W1天1 、W1天2……W1天m……W1
天n
连续3d年最大洪量系列W3天1、W3天2……W3天m……W3天n 连续7d年最大洪量系列W7天1、W7天2……W7天m……W7天 ………………… n
l
一定频率时段平均降雨强度
i=
l l l
Sp tn
从降雨量推算净雨量，有两种方法： 一种方法是降雨量乘以折减系数，即洪峰径流系 数； 另一种方法是从降雨量中减去损失雨量，损失雨 量可用损失参数表示。
推理公式一
Qp = K ⋅ H 0 ⋅ F
l l l
l
Q p——频率为P的流量；
K ——单位换算系数0.278； 的平均净雨强度( mm / h)； H 0——频率为 P(%) 2 F ——流域面积 (km ) 该公式关键是平均净雨强度的确定
Cv的无偏估计量： C v =
n n −1
∑ ( K i − 1)
i =1
n
2
n
=
∑ ( K i − 1) 2
i =1
n
n −1
Cs 的无偏估计量： C s = (n − 1n n − 2) i =1 )(
2
∑ ( K i − 1)
nC v3
n
2
≈
∑ ( K i − 1) 3
i =1
n
(n − 3)C v3
在图4-1-1中点击“皮尔逊Ⅲ型曲”按钮 → 点击“水 文资料输入”，输入年最大流量系列表 → 选“流量连 续性系列”按钮 → 点击“计算 、 ，Cv ”
水文资料输入和计算
水文学第4章 设计洪峰流量与水位
(2)连序样本和不连序样本
特大洪水：
比一般洪水大得多；无定 量限制；重现期需考证。
调查、考证 到的历史洪水一 般就是 特大洪水。
某站 ：n年内有连续的实测记录，其中Q3是实测资料内 特大洪水。
考证、调查到 N年 中有3次特大洪水Ql、Q2及Q4，则在 N年中，只有n+3次洪峰流量值，称 N 年样本为 不连序样 本，资料在排序上有空位。
一般洪水(n项中除去l 项特大值)的经验频率：
m pm n 1 m l 1, l 2,...... n
m为一般洪水在n中的排序。
即考证期、调查期、实测期单独应用公式计算。
考证期、调查期、实测期 特大洪水 用以下公式计算：
M pM N 1 M 1,2,...... a
M为特大洪大在 N中 的排序。
在频率格纸上点绘经验频率点子，然后进行配线。
例 4-1
实测n=33年，1972-1935+1-5=33年,Q1949为特大洪水； 调查N1=70年，Q1921、Q1949、Q1903为特大洪水，没有漏 掉比Q1903 更大的洪水； 考证N2=141年、Q1867、Q1852、Q1832为特大洪水、小于 Q1921的无法查清。
特大洪水处理： 不连序样本其经验频 率及统计参数的计算。
(3) 考虑特大洪水时 经验频率的计算
考虑特大洪水后 采用将 特大洪水的经 验频率 与 一般洪水的经验频率 分别 计算的方法。
考证及实测(包括空位)的总年数： N 2 年 调查及实测(包括空位)的总年数： N 1 年 连续实测期 ： n年 特大洪水： a 次 (例： a=4) 实测特大洪水； l 次 （例： l =1） 历史特大洪水： a-l次（例： a-l =4-1=3）
第四章由流量资料推求设计洪水
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
资料审查 年最大值法选样 特大洪水处理 峰、量频率计算 安全修正值 设计洪峰和设计洪量 成果合理性检验 选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
设计洪水过程线
一、资料审查 1、可靠性 实测洪水资料： 对测验和整编进行检查，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。而且洪水系列中 各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 历史洪水资料： 一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是 审查洪水发生的年份的准确性。
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； Pm——实测系列第m项的经验频率； PM—— 特 大 洪 水 第 M 序 号 的 经 验 频 率 ， M=1，2，...，a
1153
1870
n
1992
N
说明确定特大洪水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 前差别越大，记载愈不详尽，计算精度亦愈差。 一般地，以明、清两代六百年为宜。
（3）经验频率的计算 连序系列中各项经验频率的计算方法， 已在前面论述，不予重复。 不连序系列的经验频率，有以下两种 估算方法： 1、独立样本法 2、统一样本法
所谓“连序”与“不连序”，不是指时 间上连续与否，只是说所构成的样本中间有 无空位。
连序系列：洪水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； 不连序系列：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。
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。
水文分析计算-第4章课件-2015年
XB=EXB+（ XA-EXA）*sB/sA
（5）利用雨量~~洪峰（量）关系插补
条件：两者关系较好，可由实测或调查的Q去推X。
（三）频率计算－－ 经验适线法
地区 Cs/Cv
Cv>0.6地区 3.0
Cv<0.45地区 4.0
一般地区 3.5
（四）合理性分析
1、同站、 不同历 时间协调
1）频率曲线不交叉（适用范围内） 2）不同历时的频率曲线变化平缓，
(3) 指标暴雨法（index-rainfall）
假设：气候一致区内各站暴雨的模比系数（变量）同分布； （各站均值不同，但Cv，Cs/Cv相同。）
Ki xi, j / xi
Ki 模比系数变量，i 1,..., m个站
xi, j 第i站样本系列，j 1,..., ni , ni样本容量
对模比系数变量Ki，用均值法（或中值法） 推求出该分区综合模比系数频率曲线；
➢点面折减系数=0.92
最大1日 XP,f=296*0.92=272mm
2、设计暴雨时程分配及净雨划分
时段序号
1
2
3
（Dt=6h）
占最大1天分
11
63
17
配百分比
设计面暴雨
29.9
171.3
46.2
量（mm）
设计净雨量
7.9
171.3
46.2
（mm）
地面净雨量
5.5
162.3
37.2
（mm）
地下净雨量
（2）移用区域的平均值
域内本年
主要是对发生一般暴雨的年份而言。即流
份未发生特大暴雨的情况。
（3）用等值线插补
点较多，
设计洪峰流量与水位计算
目前国内有两种计算特大洪水与一般洪水 经验频率的方法：独立样本法、统一样本法。
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：
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
桥涵水文 第四章 设计洪水流量
7 0.76 0.66 0.63 0.20 0.18 0.17 0.15 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 0.09 0.09 0.14 0.14 0.23 0.33 0.39
2016/4/26
设计洪水流量
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
19000 17000
Qm (m3/s)
15000 13000 11000 9000 7000 5000 3000 1000 0.01 0.1 0.5 1 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 95 99 99.9 99.99
P (%)
2016/4/26
设计洪水流量
桥涵水文
10
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
水也加入样本，得千年一遇设计洪峰流量Qm=23500m3/s。这次计算的洪峰流量
只变化了4%，显然设计值已趋于稳定。
2016/4/26
设计洪水流量
桥涵水文
13
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
特大值处理时，目前国内有独立样本法和统一样本法两种方法。 资料条件：设有a年特大洪峰流量资料Qmi（i＝1，2，…，a），其中可能 有ℓ项实测大洪水；n年实测洪峰流量资料Qmj（j＝ℓ＋1，ℓ＋2，…，n）。 假设： N —— 历史调查期年数； n —— 实测系列的年数； ℓ—— 为n年中的特大洪水项数； a —— 为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 —— 为实测系列在n中由大到小排列的序号，m＝ℓ+1，ℓ+2，...，n； Pm —— 实测系列第m 项的经验频率； PM —— 特大洪水第M 序号的经验频率，M＝1，2，...，a。
设计洪水计算
项目二：设计洪水计算由流量资料推求设计洪水一、填空题1．洪水的三要素是指、、。
2．防洪设计标准分为两类，一类是、另一类是。
3．目前计算设计洪水的基本途径有三种，它们分别是、、。
4．在设计洪水计算中，洪峰及各时段洪量采用不同倍比，使放大后的典型洪水过程线的洪峰及各历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量值，此种放大方法称为。
5．在洪水峰、量频率计算中，洪峰流量的选样采用、时段洪量的选样采用。
6．连序样本是指。
不连序样本是指。
7．对于同一流域，一般情况下洪峰及洪量系列的C V值都比暴雨系列的C V值，这主要是洪水受＿和影响的结果。
二、问答题1．什么是特大洪水？特大洪水在频率计算中的意义是什么？2．对特大洪水进行处理时，洪水经验频率计算的方法有哪两种？分别是如何进行计算的？3．洪水频率计算的合理性分析应从几个方面进行考虑？4．采用典型洪水过程线放大的方法推求设计洪水过程线，典型洪水过程线的选择原则是什么？5．采用典型洪水过程线放大的方法推求设计洪水过程线的两种放大方法是什么？分别是如何计算的？6．在洪水峰、量频率计算工作中，为了提高资料系列的可靠性、一致性和代表性，一般要进行下列各项工作，试在下表的相应栏中用“+”表明该项措施起作用，用“-”表明该项措施不起作用。
三、计算题1．某水库坝址断面处有1958年至1995年的年最大洪峰流量资料，其中最大的三年洪峰流量分别为 7500 m3/s、 4900 m3/s和 3800 m3/s。
由洪水调查知道，自1835年到1957年间，发生过一次特大洪水，洪峰流量为 9700 m3/s ，并且可以肯定，调查期内没有漏掉 6000 m3/s 以上的洪水，试计算各次洪水的经验频率，并说明理由。
2．某水文站根据实测洪水和历史调查洪水资料，已经绘制出洪峰流量经验频率曲线，现从经验频率曲线上读取三点（2080，5%）、（760，50%）、（296，95%），试按三点法计算这一洪水系列的统计参数。
如何由流量资料推求设计洪水(大流域)
2. 下游地区防洪问题，一般是水库下游河道要求 下游地区防洪问题， 水库下泄流量不超过某一流量值。 水库下泄流量不超过某一流量值。 如何设计防洪库容？ 如何设计防洪库容？ ——防护对象的设计洪水。 防护对象的设计洪水。 防护对象的设计洪水 设计洪水定义：为解决各类防洪问题， 设计洪水定义：为解决各类防洪问题，所提供 的作为规划设计依据的各种设计标准的洪水。 的作为规划设计依据的各种设计标准的洪水。
二、设计洪水的涵义和设计标准
水库防洪设计的依据。 水库防洪设计的依据。
两类水库防洪问题： 两类水库防洪问题： 水库本身安全防洪问题， 1. 水库本身安全防洪问题，是确定在某一特大Q 情况下， ～t情况下，为了不使洪水漫溢坝顶造成毁坝 灾害，所需要的坝顶高程等工程规模数据。 灾害，所需要的坝顶高程等工程规模数据。 如何设计调洪库容和泄洪建筑物？ 如何设计调洪库容和泄洪建筑物？ ——水工建筑物的设计洪水 水工建筑物的设计洪水
三峡工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m， 三峡工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m，枯季消 175m 145m 落最低水位155m 100年一遇洪水位166.9m， 155m， 年一遇洪水位166.9m 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 年一遇） 180.4m， （1000年一遇）175m，校核洪水位180.4m，坝顶高程 185m。总库容393 393亿 175m以下），兴利库容 以下），兴利库容165m 185m。总库容393亿m3（175m以下），兴利库容165m3，防 洪库容221.5m 水库库面面积1084km 洪库容221.5m3，水库库面面积1084km2。
为水利水库自身安全和下游防护区的安全 ，还必须设置一定的库容拦蓄洪水。 还必须设置一定的库容拦蓄洪水。 设计洪水——拦洪库容 拦洪库容——设计洪水位； 设计洪水位； 设计洪水 拦洪库容 设计洪水位 校核洪水——调洪库容 调洪库容——校核洪水位 校核洪水位; 校核洪水 调洪库容 校核洪水位 水库泄洪——泄洪建筑物； 泄洪建筑物； 水库泄洪 泄洪建筑物
环工第十章由暴雨推求设计洪水
4
合计
9
100
24.6 272
24.6 250
15.6 220.6
9.0 29.4
（3）设计洪水过程线的推求
地面净雨根据单位线推流，得地面径流过程。 地下净雨过程概化为等腰三角形出流。
地下径流等腰三角形的底长为地面径流历时长 的两倍。
同频率放大法推求设计暴雨举例：
已知某流域的设计时段暴雨量如表1。
表1 设计面雨量
时段
最大3h 最大12h
设计面雨量（mm） 55.0
200.0
最大24h 300.0
表2 典型暴雨过程
时段（△t=3h）
1
2
3
4
5
6
7
8
设计暴雨过程(mm) 10 17
12
20
30
45
36 10
表3 设计暴雨计算
时段（△t=3h） 1
第四章 由暴雨推求设计洪水
概述 直接法推求设计面暴雨量 间接法推求设计面暴雨量 设计暴雨量的时空分布计算 由设计暴雨推求设计洪水
第一节 概述
1、为什么要由暴雨推求设计洪水?
(1)流量观测资料往往比雨量观测资料少，在缺乏实测流 量资料时，无法直接由流量资料推求设计洪水。
(2)洪水主要是由暴雨产生的，从本质上讲由洪水资料直 接推求洪水，与由暴雨资料间接推求，两者应该是一致 的。直接法和间接法相互检验，有益于提高设计洪水成 果的可靠性。
梯下 1960-1998 大坝 水位 雨量 1970-1998
白竹 1960-1998
广东省南水水库流域图
雨 量 （ mm）
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 .0 1
03 设计洪水流量
Q
、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，
绘制理论频率曲线。
4. 观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数
，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数 Q 、CV和CS的采用值 及采用的理论频率曲线。
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
汇流过程：坡面出现汇流后，从流域各处汇集到流域出 口断面的过程。
汇流时间τ（h）：从流域最远点流到出口断面的时间
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念
暴雨强度公式：暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型
i＝f(t，P)，称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性
年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784 而需要进行调查和考证。 年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测 实测期、调查期、文献考证期 期内也出现过一次特大洪水。
文献考证期
Nanjing University of Technology
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
二、全国水文分区Cv值表
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
三、全国水文分区CS／Cv 值表
Nanjing University of Technology
公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。
、CS、Pi查表计算确定理论频率曲线的纵坐标，
绘制理论频率曲线。
4. 观察理论频率曲线与经验频率曲线的符合程度，反复调整统计参数
，直到两者符合得最好为止，即可确定统计参数 Q 、CV和CS的采用值 及采用的理论频率曲线。
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.1 根据流量观测资料推算设计流量
汇流过程：坡面出现汇流后，从流域各处汇集到流域出 口断面的过程。
汇流时间τ（h）：从流域最远点流到出口断面的时间
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桥涵水文
4.3 推理公式和经验公式
一、基本概念
暴雨强度公式：暴雨强度、历时及累积频率三者关系的数学模型
i＝f(t，P)，称为暴雨强度公式。它用以反映实测点雨量资料的暴雨特性
年连续20年的年最大流量资料；又通过洪水调查和文献考证，得到1784 而需要进行调查和考证。 年、1880年、1949年和1955年连续系列前四次特大洪水；1975年在实测 实测期、调查期、文献考证期 期内也出现过一次特大洪水。
文献考证期
Nanjing University of Technology
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
二、全国水文分区Cv值表
Nanjing University of Technology
桥涵水文
4.2 根据地区经验公式推算设计流量
三、全国水文分区CS／Cv 值表
Nanjing University of Technology
公路沿线跨越的小河、溪流、沟壑等都是属于小流域。
6_由流量资料推求设计洪水
式中：x j ――特大洪水， j 1,2,, a ；
,n 。 x i ――一般洪水， i l 1, l 2,
【例 4 】某水文站有 1960 ～ 1995 年的连续实测流量记录，系列年最大洪峰流量之和为 3 3 3 350098m /s，另外调查考证至 1890 年，得三个最大流量为 Q1895=30000m /s、Q1921=35000m /s、 3 Q1991=40000m /s，求此不连续系列的平均值。
WT[（m3/s）h] 1d 1525 1083 3d 2874 1895 7d 3873 2565
六、设计洪水过程线的推求
解：（1）计算洪峰和各时段洪量的放大倍比
K Qm
2610 1.44 1810
K1
K 31
1525 1.41 1083 2874 1525 1.66 1895 1083
【例 2】某水库坝址处有 1954 年至 1984 年实测年最大洪峰流量资料，其中最大的四年洪峰 3 3 3 3 流量依次为：15080m /s，9670m /s，8320m /s 和 7780m /s。此外，调查到 1924 年发生过一 3 次洪峰流量为 16500m /s 的大洪水， 是 1883 年以来最大的一次洪水， 且 1883 年至 1953 年间 3 其余洪水的洪峰流量均在 10000m /s 以下，试考虑特大洪水处理，用用独立样本法和统一样 本法推求上述五项洪峰流量的经验频率。 解：考证期系列长度N=1984-1883+1=102年，实测系列长度n=1984-1954+1=31年 各次洪水经验频率计算表
（七）考虑特大洪水时的统计参数估算
考虑特大洪水时统计参数的确定仍采用目估配线法，参数值的初始值可用矩法进行计 算。对于不连序系列，假设系列中 n-L 年一般洪水的均值为 Qn l 、均方差为 n l 与除去特 大 洪 水 后 的 N-a 年 的 洪 水 系 列 的 均 值 QN a 和 均 方 差 N a 相 等 ， 即 Qn l = QN a 和
水文学第四章(2010)
资料的代表性分析 资料的代表性分析 代表性 资料的代表性: 资料的代表性: 是指样本的统计特性能否很好地
反映总体的统计特性。 反映总体的统计特性。 样本与总体的离差越小，代表性越好； 样本与总体的离差越小，代表性越好； 样本与总体的离差越大，代表性越差。 样本与总体的离差越大，代表性越差。
A站：设计站，资料系列30年 30年 设计站，资料系列30 B站：参证站，资料系列50年 50年 参证站，资料系列50 分布参数： 分布参数： A 站： R B 站： R
资料一致性的分析 资料一致性的分析 一致性
水文系列资料的成因前后应一致。 水文系列资料的成因前后应一致。当 水文系列资料的成因前后不一致时， 水文系列资料的成因前后不一致时，应 该还原修正到天然状态的水平。 该还原修正到天然状态的水平。
ห้องสมุดไป่ตู้
W天然 = W实测 +W还原
根据水量平衡原理，采用各种方法还原。 根据水量平衡原理，采用各种方法还原。 （1）分时段还原； ）分时段还原； （2）总量还原； ）总量还原； （3）过程还原。 ）过程还原。
4.设计洪水的计算方法 4.设计洪水的计算方法
设计洪水的内容： 设计洪水的内容： 设计洪水包括 包括： 设计洪水包括： 一定频率的设计洪峰流量 率的设计洪峰流量； 1 一定频率的设计洪峰流量； 不同时段的设计洪水总量； 不同时段的设计洪水总量； 设计洪水过程线。 设计洪水过程线。 设计洪水的计算方法 ： (1)由流量资料推求设计洪水 ； 由流量资料推求设计洪水 (2)由暴雨资料推求设计洪水 (2)由暴雨资料推求设计洪水 ； (3)由经验公式推求设计洪水 (3)由经验公式推求设计洪水 ； (4)由水文气象资料推求设计洪水 (4)由水文气象资料推求设计洪水 。
由流量推求设计洪水
由流量推求设计洪水
2015.3.16
姓名：学号：班级：
某河流断面1974～2005年的洪峰系列如下表所示。
其中，经考证1996年的洪水是自从1900年以来最大的洪水，另据调查发现，1923年洪峰为8700 m3/s，在1900～1973年间再无超过1923年的洪水。
根据给定资料，采用经验适线法推求设计频率p=1%的洪峰流量。
要求，适线法的初值由矩法估计。
写出具体计算步骤和适线过程。
解：
登陆水文工具集
使用频率智能分析
添加序列，此处第一行1923年数据手动输入进去，其余的可以复制粘贴
填写考证期和考证系列点子数目，考证期为2005-1900+1=106，考证系列点子数目为2（两个特大洪水：1823年和1996年），填写在1996年后面
经验频率计算
确定后画出经验频率曲线
优化曲线，第一次选择的是ABS
结果如下
依题意知，设计频率p=1%的洪峰流量为11571m3/s。
由流量资料推求水库设计洪水
ＮＯ Ｖ ．， ２ ０１ ３
由 流 量 资 料 推 求 水 库 设 计 洪 水
靳 玉 芹
（ 黑 龙 江 省 绥 滨农 场水 务局 ， 黑 龙 江 绥 滨 １ ５ ６ ２ ０ ３ ）
［ 摘 要］ 由流量 资料推 求设 计 洪峰及 不 同 时段 的设 计 洪量 ， 一般 使 用数 理 统计 方 法 ， 计算 负
图１ 年最 大值 法选 样 示 意 图
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 表总体分 布上 ， 而洪水 的总体
又难 以 获得 。一 般认 为 ， 资 料 年 限越 长 ， 并 能包括 大 、 中、
一
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 ， 有必要 的精 度 ， 而且具备频 率分析所 必需 的一 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 。 资料审查 的内容 和年径 流量 资料 相似 ， 对资料 的可 靠性 、 一致性和代表性进行审查。洪水资料包括实测 和涮
件 。 所 谓 选样 ， 是指从每年 的全部洪水 过程 中， 选 取 那 些
在规划设计各种 水利一 Ｔ 程时， 为 了处 理 好 防 洪 问题 ，
必须选 择一个相应 的洪水标 准会使工程造价 增多而不 经济 ， 但工程却 比较 安全 ； 若此洪水 标 准定得 过小 ， 虽 然工程 造价 降低 ， 但遭 受 洪 水 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 ， 结 合我 国 国情 ， 在 水 利 水 电工 程 等 级 划 分 及 洪 水 标 准 中 做 了 规 定 ， 作为强制性 国家标准。
由 流 量 资 料 推 求 水 库 设 计 洪 水
靳 玉 芹
（ 黑 龙 江 省 绥 滨农 场水 务局 ， 黑 龙 江 绥 滨 １ ５ ６ ２ ０ ３ ）
［ 摘 要］ 由流量 资料推 求设 计 洪峰及 不 同 时段 的设 计 洪量 ， 一般 使 用数 理 统计 方 法 ， 计算 负
图１ 年最 大值 法选 样 示 意 图
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 表总体分 布上 ， 而洪水 的总体
又难 以 获得 。一 般认 为 ， 资 料 年 限越 长 ， 并 能包括 大 、 中、
一
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 ， 有必要 的精 度 ， 而且具备频 率分析所 必需 的一 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 。 资料审查 的内容 和年径 流量 资料 相似 ， 对资料 的可 靠性 、 一致性和代表性进行审查。洪水资料包括实测 和涮
件 。 所 谓 选样 ， 是指从每年 的全部洪水 过程 中， 选 取 那 些
在规划设计各种 水利一 Ｔ 程时， 为 了处 理 好 防 洪 问题 ，
必须选 择一个相应 的洪水标 准会使工程造价 增多而不 经济 ， 但工程却 比较 安全 ； 若此洪水 标 准定得 过小 ， 虽 然工程 造价 降低 ， 但遭 受 洪 水 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 ， 结 合我 国 国情 ， 在 水 利 水 电工 程 等 级 划 分 及 洪 水 标 准 中 做 了 规 定 ， 作为强制性 国家标准。
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第四章由流量资料推求设计洪水
设计洪水包括两方面的含义：一是按照 何种标准作为计算依据；二是依据这种标准 如何确定洪水数值。
第四章由流量资料推求设计洪水
2、设计标准 设计标准定得过高，工程投资增大而不
经济，但工程比较安全； 设计标准定得过低，工程造价降低，但
工程遭受破坏的风险增大。 确定设计标准是一个非常复杂的问题，
第四章由流量资料推求设计洪水
（３）水文气象法 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。且近年来， 我国一再出现超标准的特大洪水，设计标准一 再提高。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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
年最大值法 年最大值选样原则：从资料中逐年选取一
个最大流量和各种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 1、3、5、7、15、30天。
同一年内所选取的各种洪水特征值可以在 同一场洪水中取，也可以在不同场洪水中选取， 只需遵循“最大”的原则即可。
第四章由流量资料推求设计洪水
Q（m3/s）
Qm
W1
W3 W5
T=1天
T=3天
第四章由流量资料推求设计T洪=5水天
t（d）
三、洪水资料的插补和展延 1、上下游或邻近流域站资料的移用
若设计断面的上游或下游有较长期记录 的参证站，设计站与参证站流域面积相差不 超过3%，且区间无分洪、滞洪设施时，可考 虑将上游或下游参证站的洪峰数值直接移用 到设计站。
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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
二、设计洪水 设计洪水：符合设计频率并用于工程设计的 一次洪水。 1、设计洪水的意义
设计洪水计算是通过对暴雨、洪水等资 料的分析，寻求它们的规律，从而对未来长 时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，为取水工程和防洪工程的规划设 计提供必要的水文依据。
第四章由流量资料推求设计洪水
当设计断面的上游或下游不远处均有观 测资料，可认为洪峰随流域面积的增长呈直 线变化，便可按流域面积进行内插。
第四章由流量资料推求设计洪水
2、计算方法 ① 由流量资料推求设计洪水； ② 由暴雨资料推求设计洪水； ③ 无资料地区的设计洪水。 3、计算内容： ① 设计洪峰； ② 设计洪量； ③ 设计洪水过程线。
第四章由流量资料推求设计洪水
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
资料审查
年最大值法选样
特大洪水处理
峰、量频率计算
安全修正值
设计洪峰和设计洪量
3、代表性 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，则认 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，并能包括大、中、 小等各种洪水年份，并有特大洪水加入。
第四章由流量资料推求设计洪水
二、洪水资料选择 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 从历次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。
国际上尚无统一的设计标准。水利部于1994 年制订了GB50201—94《防洪标准》作为强 制性国家标准，自1995年1月1日起施行。
第四章由流量资料推求设计洪水
三、设计洪水的基本途径、计算方法和计算内容 1、基本途径 （1）历史最大洪水加乘法
以历史上发生过的最大洪水再加一个乘数作 为设计洪水。
此法有二个缺点：① 没有考虑未来洪水超 过历史最大洪水的可能性，使人产生不安全感； ② 对大小不同、重要性不同的工程采用一个标 准，显然不合理。
第四章由流量资料推求设计洪水
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、一致性 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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
（２）频率计算法 以符合某一频率（设计标准）的洪水
作为设计洪水，如百年一遇。 此法把洪水作为随机事件，根据概率
理论由已发生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。
此法克服了历史加乘法存在的缺点， 根据工程的重要性和工程规模选择不同的 标准，适用面较宽，在我国水利、电力、 公路桥涵、航道、堤防设计中被广泛应用。
第四章由流量资料推求设计洪水
如果两站流域面积相差不超过15%，且流 域自然地理条件比较一致，流域内暴雨分布比 较均匀，可按下式修正移用到设计站。
Qm=（F/F′）nQm′ 式中，Qm、Qm′——设计站、参证站洪峰 流量，m3/s； F、F′——设计站、参证站流域面积，km2； n——指数，对于大中型河流，n=0.5～0.7， 对于F＜100km2的小流域，n≥0.7，也可根据 实测洪水资料分析确定。
第四章 由流量资料推求设计洪水 第一节 概述
一、洪水 当流域内下了一场暴雨或者冰雪融化
时，大量径流汇入河中，导致流量激增， 水位上涨；涨到峰值之后，流量减少，水 位下落，这种现象，称为洪水。 1、洪水三要素
洪水过程线、、
第四章由流量资料推求设计洪水
洪峰Qm（m3/s），为洪水过程线的最大流 量。
洪水总量 W（m3），为洪水的径流总量， 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。
成果合理性检验
选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
第四章由流量资料设推求计设洪计水洪过水程线
一、资料审查 1、可靠性 实测洪水资料：
对测验和整编进行检查，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。而且洪水系列中 各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 历史洪水资料：
一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是 审查洪水发生的年份的准确性。
设计洪水包括两方面的含义：一是按照 何种标准作为计算依据；二是依据这种标准 如何确定洪水数值。
第四章由流量资料推求设计洪水
2、设计标准 设计标准定得过高，工程投资增大而不
经济，但工程比较安全； 设计标准定得过低，工程造价降低，但
工程遭受破坏的风险增大。 确定设计标准是一个非常复杂的问题，
第四章由流量资料推求设计洪水
（３）水文气象法 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。且近年来， 我国一再出现超标准的特大洪水，设计标准一 再提高。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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
年最大值法 年最大值选样原则：从资料中逐年选取一
个最大流量和各种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 1、3、5、7、15、30天。
同一年内所选取的各种洪水特征值可以在 同一场洪水中取，也可以在不同场洪水中选取， 只需遵循“最大”的原则即可。
第四章由流量资料推求设计洪水
Q（m3/s）
Qm
W1
W3 W5
T=1天
T=3天
第四章由流量资料推求设计T洪=5水天
t（d）
三、洪水资料的插补和展延 1、上下游或邻近流域站资料的移用
若设计断面的上游或下游有较长期记录 的参证站，设计站与参证站流域面积相差不 超过3%，且区间无分洪、滞洪设施时，可考 虑将上游或下游参证站的洪峰数值直接移用 到设计站。
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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
二、设计洪水 设计洪水：符合设计频率并用于工程设计的 一次洪水。 1、设计洪水的意义
设计洪水计算是通过对暴雨、洪水等资 料的分析，寻求它们的规律，从而对未来长 时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，为取水工程和防洪工程的规划设 计提供必要的水文依据。
第四章由流量资料推求设计洪水
当设计断面的上游或下游不远处均有观 测资料，可认为洪峰随流域面积的增长呈直 线变化，便可按流域面积进行内插。
第四章由流量资料推求设计洪水
2、计算方法 ① 由流量资料推求设计洪水； ② 由暴雨资料推求设计洪水； ③ 无资料地区的设计洪水。 3、计算内容： ① 设计洪峰； ② 设计洪量； ③ 设计洪水过程线。
第四章由流量资料推求设计洪水
第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求
资料审查
年最大值法选样
特大洪水处理
峰、量频率计算
安全修正值
设计洪峰和设计洪量
3、代表性 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，则认 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，并能包括大、中、 小等各种洪水年份，并有特大洪水加入。
第四章由流量资料推求设计洪水
二、洪水资料选择 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 从历次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。
国际上尚无统一的设计标准。水利部于1994 年制订了GB50201—94《防洪标准》作为强 制性国家标准，自1995年1月1日起施行。
第四章由流量资料推求设计洪水
三、设计洪水的基本途径、计算方法和计算内容 1、基本途径 （1）历史最大洪水加乘法
以历史上发生过的最大洪水再加一个乘数作 为设计洪水。
此法有二个缺点：① 没有考虑未来洪水超 过历史最大洪水的可能性，使人产生不安全感； ② 对大小不同、重要性不同的工程采用一个标 准，显然不合理。
第四章由流量资料推求设计洪水
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、一致性 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。
第四章由流量资料推求设计洪水
第四章由流量资料推求设计洪水
（２）频率计算法 以符合某一频率（设计标准）的洪水
作为设计洪水，如百年一遇。 此法把洪水作为随机事件，根据概率
理论由已发生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。
此法克服了历史加乘法存在的缺点， 根据工程的重要性和工程规模选择不同的 标准，适用面较宽，在我国水利、电力、 公路桥涵、航道、堤防设计中被广泛应用。
第四章由流量资料推求设计洪水
如果两站流域面积相差不超过15%，且流 域自然地理条件比较一致，流域内暴雨分布比 较均匀，可按下式修正移用到设计站。
Qm=（F/F′）nQm′ 式中，Qm、Qm′——设计站、参证站洪峰 流量，m3/s； F、F′——设计站、参证站流域面积，km2； n——指数，对于大中型河流，n=0.5～0.7， 对于F＜100km2的小流域，n≥0.7，也可根据 实测洪水资料分析确定。
第四章 由流量资料推求设计洪水 第一节 概述
一、洪水 当流域内下了一场暴雨或者冰雪融化
时，大量径流汇入河中，导致流量激增， 水位上涨；涨到峰值之后，流量减少，水 位下落，这种现象，称为洪水。 1、洪水三要素
洪水过程线、、
第四章由流量资料推求设计洪水
洪峰Qm（m3/s），为洪水过程线的最大流 量。
洪水总量 W（m3），为洪水的径流总量， 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。
成果合理性检验
选择典型洪水
同倍比或同频率缩放
第四章由流量资料设推求计设洪计水洪过水程线
一、资料审查 1、可靠性 实测洪水资料：
对测验和整编进行检查，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。而且洪水系列中 各项洪水相互独立，且服从同一分布等。 历史洪水资料：
一是调查计算的洪峰流量可靠性；二是 审查洪水发生的年份的准确性。