洪水特大值处理方法简介

不连序系列：
通过历史洪水的调查考证，将历史特大洪 水值与实测的洪水值资料加在一起组成一系列 ，由于特大洪水值的重现期（N）必然大于实 测系列的年数n，而在 N-n年内各年的洪水值 无法查到，即特大洪水值与实测的洪水值之间 有一些缺测项，不能判断由大到小是连续的， 这样的样本是不连序系列。
Q(m3/s)
。
对水利水电工程而言，一般采用“年最大 值法”，即每年只选一最大的值作为样本点。
年最大值法的依据：
水利工程破坏率的概念： 所谓水利工程被破坏是指它的正常运行遭
到损坏，水利工程破坏率可按下式计算：
按上式的定义，如果一年之中水利工程只要 受到一次洪水袭击而被破坏，即使破坏时间很短 ，则认为该年被破坏了，而因此造成的损失往往 在一年中难以恢复。如果一年中，先后遭受多次 洪水只要有一次被破坏，也只认为该年被破坏。 故按此方法，每年只要取一个最大洪峰流量或固 定时段的最大洪水总量作为样本点，组成一洪水 系列。如此确定洪水系列的方法即为年最大值法 。
设计洪水 (Flood design)
上述的二个问题都需要对有关河段/地点按指 定标准选择出将来水利工程运行期间可能发生的 一次洪水，作为设计的依据。若此洪水定得过大 ，则会使工程造价过高不经济；若此次洪水定得 过低，虽然造价降低但遭受破坏风险增大。这种 用以设计水利工程所依Biblioteka Baidu的各种标准的洪水的总 称为设计洪水。设计洪水包括设计洪峰流量、设 计洪量和设计洪水过程，常称为设计洪水三要素 。
按正常运用洪水标准计算的洪水称为设计 洪水，用它确定水利水电工程的设计洪水位， 设计泄流量等。宣泄正常运用洪水时，泄洪设 施应保证安全和正常运行，即遇到不超过这种 设计标准的洪水时，水利工程的一切工作能维 持正常状态。
非常运用的洪水标准(校核标准) ：
出现超过这种标准的洪水，水利工程的某 些正常工作可以暂时破坏，如仅允许消能设施 和一些次要建筑物部分损坏，但必须确保主要 水利工程建筑物（大坝、溢洪道）安全或不允 许发生河流改道等重大灾害性后果，则这种情 况为“非常运用条件”。非常运用的洪水标准用 以确定水利水电工程的校核洪水位，这种标准 的洪水称为校核洪水。
当缺乏代表性时，应插补延长和补充历 史特大洪水，以满足代表性的要求。
10.2.3 洪水资料的延展
洪峰洪量频率计算一般要求系列容量n20-30
,否则必须进行系列插补以及尽可能地利用历史洪 水或暴雨资料展延系列，以提高洪水系列的信息 量即代表性，减少频率分析的抽样误差。
利用上下游测站或邻近的测站流量资料进行 插补延长；
（1）洪峰流量的选择：
每年只选一个最大的洪峰流量，由此组 成洪峰流量系列(样本)。
（2）洪量的选择：
一般采用固定时段选取年最大值(独立选 样)，洪量统计时段长度一般取1d, 3d, 5d, 7d, 10d, 15d, …。其最长的统计时段视工程规模 和流域大小，按设计要求而定。
独立选样：指在同一年中，按不同时段的最大洪量
10.2.5 设计洪峰、洪量的推求
基本概念介绍：
连序系列：n年实测(包括插补延长)的洪
水系列，若系列中没有特大值提出进行单独处 理，也没有历史特大洪水的加入，无论资料的 年份是否连续，只要确认n年的各项洪水数值 为已知，按大到小次序排列，各项之间没有空 缺，序数是连序的，这样的系列称为连序系列 。
利用本站洪峰流量和洪量的关系进行展延；
利用本流域暴雨资料插补延长。
10.2.4 历史洪水调查及文献考证
通过历史文献资料的考证和历史洪水调查 ，可取得几百年的大洪水信息，合理地利用这 些信息，参与到实测系列中来，则相当于将实 测系列延长，从而提高频率计算成果的稳定性 和合理性。
【实例】不同样本系列洪峰流量频率计算结果：
2~100 5~10
5~2 10~5
20~50 10~20
第二类防洪标准:
按水利水电工程的等级确定设计洪水：
首先根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性， 确定水利水电枢纽工程等级（如下表所示）：
GB50201-94《防洪标准》，1995年1月1日起实施
其次根据工程的等级、作用和重要性确定建筑物 的级别（1～5）：
资料一致性的审查
洪水资料的一致性是指产生各年的洪水 的产流和汇流的流域下垫面条件在调查观测 期应该基本相同。若这些条件发生较大变化 （如上游建水库、溃堤缺口等）以至明显影 响各年洪水资料的一致性时，需要将变化后 的资料还原到原先天然状况。
资料代表性的审查
洪水资料的代表性的概念与年径流资料 的代表性的概念是一致的。即当洪水系列的 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。故为保证洪水系列具有代 表性，常要求连续实测的洪水年数不少于20 ～30年，并有若干年调查的历史特大洪水。 除外，也可采用与年径流资料代表性审查的 类似方法进行检查。
不同坝型的 枢纽工程 土坝
建筑物级别
1
2
3
4
防洪标准[ 重现期（年）]
可能最大洪水 5000－ 2000－ 1000－
5 300－
堆石坝 混凝土坝
浆砌石坝
或10000－5000 5000－2000
2000 2000－
1000
1000 1000－
500
300 500－
200
200 200－
100
21
正常运用的洪水标准(设计标准)：
进行选取，各自只选取全年中的一个最大值，可以在
同一场洪水中选取，也可以在不同场洪水中选取，短
时段可以包含在长时段中，也可以不包含其中，只需
遵守选取“最大”的原则。若有n年资料，则对于某一 特征值可选出n个最大值，组成一个n年系列。
Q(m3/s )
Q1 =Qm Q2
年最大选样示意图
Q3
t
3d
1d
5d
10.2.2 洪水资料的审查
Q(m3/s)
N （1750－2000）
N-n n（1950－2000）
空缺
序号m 1750、1767、1850
设计洪水有二个待解决的问题：
1) 按什么标准（设计标准）来选择设计洪水； 2) 确定标准后，如何确定设计洪水的三要素。
对于第一个问题： 设计标准：
按历史曾发生过的最大洪水作为设计标准； 按工程规模、工程重要性及社会经济等综合 因素，指定不同的频率洪水作为设计标准。
指定频率的洪水作为设计洪水，其实质 是把洪水作为随机变量，对实测的洪水系列 进行统计分析，以概率的形式来预估设计地 区未来可能发生的洪水情势。
Q(m3/s
)
Qm
B
Qm：洪峰流量(m3/s)， 一次洪水过程中的最大 流量；
W ：一次洪水的总径 流量(m3)，即ABCDE所 包围的面积；
W
C
A
E
D
t1
t2
t
T
洪水过程示意图
A：洪水起涨点；
B：洪峰点； C：退水结束点； t1：涨水历时； t2：退水历时； T：洪水总历时
(T= t1+ t2)
1
2
第一类防洪标准:
保护防洪对象的防洪标准表 (表10-1，P189)
保护城镇
保护工业区
保护农田 面积
（104万亩）
防洪标准
洪水频率 重现期（
（％）
年）
重大城镇 重大工业区 >500 重要城市 重要工业区 100~500
1~0.33 2~1
100~300 50~100
中等城市 中等工业区 一般城市 一般工业区
资料可靠性的审查； 资料一致性的审查； 资料代表性的审查。
讲义P193~194
资料可靠性的审查
对实测洪水资料的测验和整编方法进行 检查，重点要放在观测和整编质量较差的年 份，以及对设计洪水计算成果影响比较大的 大洪水年份。
对历史洪水资料的审查，一是调查洪峰 流量，主要看历史洪水痕迹是否可靠，上下 游是否一致等，二是审查洪水发生的年份的 依据是否充分，与上下游和邻近流域是否一 致，有无当时的气象资料旁证等
选用的样本数( 年)
18
千年一遇的 洪峰流量 Q m(m3/s)
备注
12600 1955年规划计算结果
19
19700
加入1956年实测的特大洪水 Q =13100 m3/s 后的计算结果，比原计算大56%
22600
调查考证后加入若干年历史特大洪水 资料后计算结果，比原计算大80%
23300
加入1963年实测特大洪水Q m=12000 m3/s后计算结果，与上相比只差4％
这说明考虑历史洪水资料作特大值处理后，计算结果
比较稳定合理。
特大洪水：
指在洪水系列中，比一般洪水大得多的稀 遇洪水，一般为历史洪水，可以经过调查考证 取得，它也可以出现在实测系列中，均称之为 特大洪水。
将特大洪水与实测洪水共同组成一洪水系 列(样本)，与实测系列有何不同？如何进行频 率计算？
关键是对特大洪水的处理，即在经验频率 计算、统计参数估计等方面采取有别于一般洪 水的计算方法。
【实例】
北京密云水库：
设计洪水标准：P=1/1000，Q =15,200 m3/s 校核洪水标准：P=1/10,000， Q =216,00 m3/s
三峡工程：
设计洪水标准：P=1/1000，Q =98,800 m3/s 校核洪水标准：P=1/10,000， Q =113,000 m3/s
10.1.3 推求设计洪水的途径(计算方法)
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10.1 概述
内容提要
10.1.1 设计洪水
10.1.2 防洪设计标准
10.1.3 推求设计洪水的途径
10.2 由流量资料推求设计洪水
10.2.1 选样方法
10.2.2 洪水资料的审查
10.2.3 洪水资料的展延
10.2.4 历史洪水调查及文献考证
10.2.5 设计洪峰、洪量的推求
10.1.2 防洪设计标准
防洪设计标准：
▲ 第一类：为保障防护对象免除一定洪水灾 害的防洪标准(表10-1) p189；
▲ 第二类：为确保水库大坝等水工建筑物自 身安全的防洪标准(表10-2) p189 。
以上二者均为设计洪水，只是对象和设计标 准不同，一般前者标准低，后者标准高。
在1994年水利部会同其它部门共同制定 GB50201－94《防洪标准》中作了有关的规定， 作为选择洪水标准的依据。
10.1.1 设计洪水 (Flood design)
概述：
水利工程的防洪问题可归纳为二类：
水利工程下游地区的防洪问题，要求水库 设置较大的防洪库容，以解决下游的安全；
水工建筑物本身的安全防洪问题，要求水 库除有兴利库容外，还需有一定的调洪库容和 泄洪建筑物，以保证水库工作的正常进行和大 坝等水工建筑物的安全。
有以下四种方法： 由流量资料推求设计洪水; 由暴雨资料推求设计洪水; 由水文气象资料推求设计洪水; 利用暴雨等值线图和一些简化公式 估算设计洪水
10.2 由流量资料推求设计洪水
当设计流域具有一定数量(n30)的实测洪水 资料时，可采用该法推求设计洪水，其推求的思 路和步骤大体与推求设计年径流类似：
洪水资料的审查，以保证资料的可靠性、 一致性和代表性；
选样，从每年洪水中选取符合要求的洪峰 流量和洪量，组成各自的统计系列；
频率计算，求出设计洪峰和设计洪量（特 殊点须对特大值洪水进行处理）
求设计洪水过程线
10.2.1 洪水样本的选择
河流一年内要发生多次洪水，每次都不同
，采因用此如“何年从历最年的大洪水值系列法资料”中的选取表征 依据是什么？ 洪水特征值的样本是设计洪水的一个首要问题
10.2.6 设计洪水过程线的推求
10.2.7 设计洪水地区组成
10.2.8 分期设计洪水
不要求
10.2.9 入库设计洪水
10.1 概述
描述一次洪水过程的三要素： 洪峰流量Qm flood peak discharge 洪水总量W flood volume 洪水过程线 flood hydro-graph
工程等别
一 二 三 四 五
永久性建筑物级别
临时性建筑
主要建筑物 次要建筑物 物级别
1
3
4
2
3
4
3
4
5
4
5
5
5
5
主要建筑物：
系指失事后将造成下游灾害，严重影响工程 效益的建筑物。如大坝、溢洪道、输水管道、电 站厂房等。
次要建筑物：
非挡水和泄水建筑物，如引水式和坝后式水 电站厂房，一旦破坏不至于影响水利工程的安全 。
临时性建筑物：
水利工程施工期使用的建筑物如导流建筑物 等。
水利水电工程建筑物洪水标准又分为正常运用
和非常运用两种：
表10-4 永久性水工建筑物正常运用的标准(设计标准)
建筑物级别
1
2
3
4
5
洪水重现期 1000－500 500－100 100－50 50－30 30－20
表10-5 永久性水工建筑物非常运用的标准(较核标准)