分期设计洪水

第三章分期设计洪水
3.1 分期设计洪水的定义与目的
分期设计洪水是指指年内不同季节或时期，如丰水期、平水期、枯水期、或其他指定时期的设计洪水。

在水库调度运用、施工期防洪设计或其他需要时，要求计算分期的设计洪水。

河流洪水（流量）随季节、时间变化的过程是自然界中的一种复杂现象，在这种复杂现象的背后隐藏特定规律性。

它在一定原则下则显而易见，把满足这种原则的特定规律性洪水的年内时间段作为一个洪水分期。

众所周知，在一年的不同时期，洪水成因不同，产生的洪水量级也不同，因此，对汛期进行合理分期，进而制定水库汛限水位，使水库在不增加防洪风险的前提下增加水库的防洪与兴利效益，有利于水库的洪水资源化调度和水库兴利效益的发挥。

3.2 洪水分期的原则
洪水分期的划分原则，既要考虑工程设计中不同季节对防洪安全和分期蓄水的要求。

又要使分期基本符合暴雨和洪水的季节性变化及成因特点。

（1）同一个分期内，洪水量级一般相近，洪峰外包值无太大差异。

（2）前后两个分期洪水量级应有明显差异。

（3）分期起终日期界定，应使所选的洪水样本不跨期，避免分割天然洪水过程。

（4）一般分期不宜短于一个月。

3.3统计方法--洪水分期研究
我国水利部门进行汛期分期工作时，多采用定性概念并部分结合统计分析（如
统计发生频次散布图等）的途径来进行，分期结果往往是一个比较粗略的区间。

传统洪水分期采用统计学方法，为了便于分析，从历年洪水资料中，将历年各次洪水以洪峰发生日期或某一历时最大洪量的中间日期为横坐标，以相应洪水的峰量数值为纵坐标，点绘洪水年内分布图，并描绘平顺的外包线。

从统计意义上来说，一年中一定时期内，洪水的发生有比较相似的机制，即一定量的样本点矩较集中分布在某一时间段。

然后，根据这种特性和洪水分期的原则进行洪水分期定量划分洪水分期的时间段。

采用西宁市水文站1953-1970年月平均流量资料，点绘洪水年内分布图，
1968 上 20.6 21.2 28.6 21.2 65.6 22.4 80.9 42.4 72.2 50.2 23.4 16.3 中 21.6 20.9 53.6 29.5 43.5 18.7 39.4
23.1 72.1 44.7 18.7 14.4 下 23.8 23.1 29
62.4 29.3 14.9 23.4
28.6 54.2 30.2 17.1 11.8 1969 上 10.9 9.76 20.6 7.94 22.2 7.17 23.3 33.2 18
35.5
14.3 8.78 中 10.7 9.91 14.5 7.72 36.2 9.81 16.5
26.2 21.8 24.5 16.3 8.2 下 10.6 13
11.4 9.55 37.5 13.8 15.9
27.9 38.8 20.2 9.65 7.29 1970 上 6.32 8.69 88.21 7.68 63.6 46.8 12 81 51.7 39.6 30.4 12.5 中 6.83 7.97 8.38 15.1 65.3 50.7 5.53
146 35
46.5
14.9 12 下 7.49 7.77 8.97 39.8 36.5 13.5 31.5 87.5
42.3 43.8
13.4 9.46
1953-1970年西宁市各旬平均流量散布图
西宁市水文站多年平均年月降水日数表 实测资料 各月降水日数（天）
年降水日数
年份
年数 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十
二
1952-1970 19 2 2 3 6 12 12 15 14 13 8 3 2 92
西宁站多年的平均降水量为355.0毫米，降水量年内分配不均，连续最大5个月降水出现在5～9月，降水量占全年降水量的70%以上；1～2月、11～12月降水最小，仅占全年降水量的1.5%左右，年内降水量最多的月份一般出现在7、8月，月降水量各占全年的43.2%，1月、12月降水量最少仅占全年降水量的0.25%和0.24%。

从西宁水文站多年平均月降水量统计数据来看，该站存在年降水量分配不均的现象，其中夏、秋两个季节降水量丰富，占全年降水量的85%以上。

根据以上图、表分析可以看出：
(1)旬平均流量散点的大小基本呈现由弱至强、再由强至弱的规律性。

(2)洪峰在7=8月出现次数最多，且洪峰最大，其余各月流量相对较小，出现频率也较低。

最大的洪峰流量和降水量都出现在8月份。

（3）因此，由图明显看出,将汛期月分为三个期：
7月1日一8月31日为主汛期；
6月1日一6月30日为汛期前；
9月1日一9月30日为汛期后。

3.4分期设计洪水研究
现行分期设计洪水模式是在分析流域洪水季节性规律的基础上，按照设计和管理要求，把整个汛期划分为若干个分期，然后在分期的相应时段内按照一定的选样方法选出洪水样本，再进行频率分析，进而推求满足设计频率的分期设计洪水。

1.选样方法
分期洪水的选样，一般是在规定时段内按年最大值法选择。

由于洪水的出现时间在多年内存在偶然性，各年分期洪水的最大值不一定正好在所定的分期内，可
能往前或往后错开几天。

因此，在用分期年最大值选样时，有跨期和不跨期两种选样方法。

一次洪水过程位于两个分期内时，视其洪峰或时段洪量的主要部分位于何期，就作为该期的样本，而对另一分期，就不作重复选样，这即是不跨期选样原则。

跨期选样是考虑到邻期中靠近本期一定时段内的洪峰或洪量也可能在本期发生，所以选样时适当跨期，将其选做本期的样本系列，但跨期幅度一般不宜超过5-10日。

历史洪水应按其发生日期，加入所属分期。

采用跨期选样的方法完成分期设计洪水样本的选样，各个分期的选样时间适当向前及向后延长5日，使该分期前后短期内大于本分期的最大洪水也能包括在统计系列之内，使得设计成果更偏于安全。

在选样中还充分考虑了分期选样的独立性。

2.选样结果（以主汛为例）
主汛期选样结果
3.分期洪水的频率分析计算
选样方法有多种，本文采用年最大值法进行选样。

年最大值选样法即在n 年洪水系列中每年选用该年最大值作为样本。

年最大值选样方法在现行全年设计洪水计算中采用较为普遍，且成为设计洪水计算规范的重点内容。

年最大值选样的主要优点在于其选样系列彼此是独立无关的，且与其发生的频率和重现期紧密结合在一起，比较直观明了，缺陷是它每年只选取一个最大值，对于一年多场大洪水的情况无法考虑，而在枯水年的取值又明显偏小。

（1）在考虑历史洪水时，其重现期应遵循分期洪水系列的原则，在分期内考证。

分期考证的历史洪水重现期应不短于其在年最大洪系列中的重现期。

（2）将各分期洪水的峰量频率曲线与全年最大洪水的峰量频率曲线，画在同一张几率格纸上，检查其相互关系是否合理。

1.洪水频率曲线线型
在水文实际工作中，目前选择线型还是经验性的，即根据实测水文资料经验频率分布的情况，选配适当的概率分布模型，并根据所选配的曲线与经验分布点据拟合的好坏判断理论模型是否适当。

在我国，20世纪60年以来，通过对我国洪水极值资料的验证，认为皮尔逊Ⅲ型能较好拟合我国大多数河流的洪水系列。

此后，我国洪水频率分析一直采用皮尔逊Ⅲ型曲线。

2.频率曲线参数估计
在洪水频率曲线参数估计方法中，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。

对于n年连续系列，采用下列公式计算各统计参数：
采用P-Ⅲ型分布曲线来拟合经验点据时，以离差绝对值和最小作为基本的适线准则，并综合考虑以往的一些经验因素进行适当的修正。

在修正过程中，为了避免主观任意性，着重考虑以下几个基本原则：
（1）洪水样本中各个洪水点据均可视为从总体中抽取的样本，每个洪水点据都是样本系列中的一个事件，故在适线时，尽量考虑照顾全部点群的分布趋势，使频率曲线上下各段两边的点据权或总离差大致相等。

（2）由于特大洪水对统计参数的估算结果有着举足轻重的影响，在适线时比较慎重地对待特大洪水的点据。

在适线时，尽可能使曲线靠近这些特大洪水点据。

（3）分期设计洪水的计算多数是针对已建水库进行的，这些水库在过去的工作实践中已经积累了大量的研究成果。

因此分期设计洪水计算结果应该与以往的这些研究成果进行充分的对比分析，以检验复核计算结果的合理性。

西宁市水文站1953-1970年共18年的实测洪峰流量经验频率计算表
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