第四章 設(shè)計洪水流量

1、第第 4 章章 設(shè)計洪水流量設(shè)計洪水流量 與設(shè)計水位計算與設(shè)計水位計算 Chapter 4 Calculation of Design Flood Flow and Flood Water Level 4.1 概概 述（述（Introduction） 4.1.1 設(shè)計洪水的意義及內(nèi)容設(shè)計洪水的意義及內(nèi)容 橋梁、涵洞、堤防、水壩和城市防洪工程，在橋梁、涵洞、堤防、水壩和城市防洪工程，在 未來長期運行過程中，隨時都面臨著洪水破壞的威未來長期運行過程中，隨時都面臨著洪水破壞的威 脅。對公路橋梁工程來說，在發(fā)生洪水時，必須保脅。對公路橋梁工程來說，在發(fā)生洪水時，必須保 證橋梁能安全宣泄洪水，公路能暢通

2、。因此，在規(guī)證橋梁能安全宣泄洪水，公路能暢通。因此，在規(guī) 劃設(shè)計公路橋梁時，橋涵的孔徑、橋梁的高度、墩劃設(shè)計公路橋梁時，橋涵的孔徑、橋梁的高度、墩 臺基礎(chǔ)的埋置深度、調(diào)治構(gòu)造物的尺寸等，都應(yīng)根臺基礎(chǔ)的埋置深度、調(diào)治構(gòu)造物的尺寸等，都應(yīng)根 據(jù)洪水的大小來設(shè)計。據(jù)洪水的大小來設(shè)計。 確定設(shè)計洪水頻率后，可以按照一定的方法推確定設(shè)計洪水頻率后，可以按照一定的方法推 求相應(yīng)于該頻率的設(shè)計洪水流量，簡稱求相應(yīng)于該頻率的設(shè)計洪水流量，簡稱設(shè)計流量設(shè)計流量， 以及相應(yīng)的以及相應(yīng)的設(shè)計水位設(shè)計水位、設(shè)計流速設(shè)計流速和和過水?dāng)嗝婷娣e過水?dāng)嗝婷娣e， 作為橋孔設(shè)計、墩臺沖刷計算的依據(jù)。作為橋孔設(shè)計、墩臺沖刷計算的依

3、據(jù)。 但河流的洪水有大有小，用多大的洪水來設(shè)計但河流的洪水有大有小，用多大的洪水來設(shè)計 橋梁？這就需要有一個標(biāo)準，這個標(biāo)準稱為橋梁？這就需要有一個標(biāo)準，這個標(biāo)準稱為設(shè)計洪設(shè)計洪 水標(biāo)準水標(biāo)準，用頻率（或重現(xiàn)期）表示，稱為，用頻率（或重現(xiàn)期）表示，稱為設(shè)計洪水設(shè)計洪水 頻率頻率。 4.1.2 設(shè)計洪水標(biāo)準設(shè)計洪水標(biāo)準 （Design Criterion of Flood） 設(shè)計標(biāo)準由國家統(tǒng)一制定。橋涵工程依據(jù)：交通設(shè)計標(biāo)準由國家統(tǒng)一制定。橋涵工程依據(jù)：交通 部頒布的部頒布的公路工程技術(shù)標(biāo)準公路工程技術(shù)標(biāo)準（JTJ001-97）和）和 公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)范（JTG C3

4、0-2002）。）。 首先根據(jù)首先根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準公路工程技術(shù)標(biāo)準確定確定公路的等級公路的等級 和橋梁的大小和橋梁的大小，然后按照，然后按照公路工程水文勘測設(shè)計規(guī)公路工程水文勘測設(shè)計規(guī) 范范，確定設(shè)計洪水頻率（或重現(xiàn)期），最后推求相，確定設(shè)計洪水頻率（或重現(xiàn)期），最后推求相 應(yīng)于該頻率的應(yīng)于該頻率的設(shè)計流量設(shè)計流量，以及相應(yīng)的，以及相應(yīng)的設(shè)計水位設(shè)計水位、設(shè)計設(shè)計 流速流速和和過水?dāng)嗝婷娣e過水?dāng)嗝婷娣e。 橋涵分類橋涵分類 多孔跨徑總長多孔跨徑總長 L (m) 單孔跨徑單孔跨徑 L0 (m) 特大橋特大橋 L 500 L0 100 大大 橋橋100 L 500 40 L0 100 中中 橋橋

5、 30 L 100 20 L0 40 小小 橋橋 8 L 30 5 L0 20 涵涵 洞洞 L 8 L0 30a，并有若干次特大洪水（實，并有若干次特大洪水（實 測和調(diào)查的測和調(diào)查的歷史歷史洪水）。洪水）。 設(shè)計資料設(shè)計資料：橋位斷面實測年最大洪峰流量系列及若干：橋位斷面實測年最大洪峰流量系列及若干 次歷史調(diào)查洪水資料；實測水位次歷史調(diào)查洪水資料；實測水位流量關(guān)系、水位流量關(guān)系、水位流流 速關(guān)系、水位速關(guān)系、水位過水?dāng)嗝骊P(guān)系等。過水?dāng)嗝骊P(guān)系等。 4.2.1 設(shè)計洪峰流量的推求設(shè)計洪峰流量的推求 2、資料的審查資料的審查 （1）資料可靠性的審查與改正）資料可靠性的審查與改正 資料的可靠性是指資料

6、的正確與否資料的可靠性是指資料的正確與否，要從流量，要從流量 資料的測驗方法、水位流量關(guān)系、整編精度和水量資料的測驗方法、水位流量關(guān)系、整編精度和水量 平衡等方面進行檢查。平衡等方面進行檢查。 （2）資料一致性的審查與還原）資料一致性的審查與還原 資料系列的一致性是指組成該系列的流量資資料系列的一致性是指組成該系列的流量資 料，都是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和料，都是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和 同一測流斷面條件下獲得的。同一測流斷面條件下獲得的。因氣候條件變化緩慢，因氣候條件變化緩慢， 故主要從人類活動影響和下墊面的改變來審查。若故主要從人類活動影響和下墊面的改變來審查。若

7、不能滿足一致性要求，則需進行一致改正。不能滿足一致性要求，則需進行一致改正。 （3）資料代表性的審查與插補延長）資料代表性的審查與插補延長 洪水系列的代表性，是指該洪水樣本的頻率分洪水系列的代表性，是指該洪水樣本的頻率分 布與其總體概率分布的接近程度布與其總體概率分布的接近程度，如接近程度較高，如接近程度較高， 則系列的代表性較好，頻率分析成果的精度較高，反則系列的代表性較好，頻率分析成果的精度較高，反 之較低。之較低。 樣本對總體代表性的高低，可通過對二者統(tǒng)計樣本對總體代表性的高低，可通過對二者統(tǒng)計 參數(shù)的比較加以判斷。但總體分布是未知的，無法直參數(shù)的比較加以判斷。但總體分布是未知的，無法直

8、 接進行對比，人們只能根據(jù)對洪水規(guī)律的認識，與更接進行對比，人們只能根據(jù)對洪水規(guī)律的認識，與更 長的相關(guān)系列對比，進行合理性分析與判斷。長的相關(guān)系列對比，進行合理性分析與判斷。 我國大部分河流由于實測年限有限，所以目前我我國大部分河流由于實測年限有限，所以目前我 們所掌握的樣本系列不長，系列愈短，抽樣誤差愈大。們所掌握的樣本系列不長，系列愈短，抽樣誤差愈大。 而且在實測期內(nèi)不一定發(fā)生大洪水，所以洪水系列不而且在實測期內(nèi)不一定發(fā)生大洪水，所以洪水系列不 一定含有特大洪水資料，如果用一般的中小洪水資料一定含有特大洪水資料，如果用一般的中小洪水資料 進行設(shè)計，設(shè)計成果不可靠。特別是用于推求百年一進行

9、設(shè)計，設(shè)計成果不可靠。特別是用于推求百年一 遇、三百年一遇的高標(biāo)準洪水，根據(jù)就很不足。遇、三百年一遇的高標(biāo)準洪水，根據(jù)就很不足。 如果能獲得這種洪水資料，比如果能獲得這種洪水資料，比如能調(diào)查到如能調(diào)查到 N 年年 (Nn) 中發(fā)生的特大洪水中發(fā)生的特大洪水，就相當(dāng)于把就相當(dāng)于把 n 年資料延長年資料延長 到了到了 N 年年，提高了系列的代表性提高了系列的代表性，能，能使計算成果更加使計算成果更加 合理、可靠。合理、可靠。 橋位河段歷史上肯定發(fā)生過很多次特大洪水。歷橋位河段歷史上肯定發(fā)生過很多次特大洪水。歷 史上曾經(jīng)發(fā)生過的史上曾經(jīng)發(fā)生過的特大洪水，往往會造成嚴重的洪澇特大洪水，往往會造成嚴重的

10、洪澇 災(zāi)害，在歷史文獻中一般會有詳細的記載和留下洪水災(zāi)害，在歷史文獻中一般會有詳細的記載和留下洪水 痕跡可供查證，所以調(diào)查到的歷史洪水一般就是特大痕跡可供查證，所以調(diào)查到的歷史洪水一般就是特大 洪水。洪水。 【例例】1955年規(guī)劃河北省滹沱河黃壁莊水庫時，按當(dāng)年規(guī)劃河北省滹沱河黃壁莊水庫時，按當(dāng) 時具有的時具有的1919-1955年期間斷斷續(xù)續(xù)的年期間斷斷續(xù)續(xù)的20年實測洪水年實測洪水 資料推求千年一遇設(shè)計洪峰流量資料推求千年一遇設(shè)計洪峰流量Qm=7500m3/s。1956 年發(fā)生了一次洪峰流量為年發(fā)生了一次洪峰流量為13100m3/s的特大洪水，顯的特大洪水，顯 然原設(shè)計成果值得懷疑。將然原

11、設(shè)計成果值得懷疑。將1956年特大洪水直接加入年特大洪水直接加入 實測資料組成實測資料組成21年的樣本系列，對此樣本直接進行頻年的樣本系列，對此樣本直接進行頻 率計算也是不合適的。率計算也是不合適的。 后在滹沱河調(diào)查到后在滹沱河調(diào)查到1794、1853、1917和和1939年年 4次特大洪水，將次特大洪水，將1956年洪水和歷史調(diào)查洪水作特大年洪水和歷史調(diào)查洪水作特大 值處理，得千年一遇設(shè)計洪峰值處理，得千年一遇設(shè)計洪峰 Qm= 22600m3/s，比原設(shè)，比原設(shè) 計值大得多。計值大得多。1963年又發(fā)生了一次大洪水，洪峰流年又發(fā)生了一次大洪水，洪峰流 量為量為12000m3/s，再將其作為特

12、大洪水也加入樣本，得，再將其作為特大洪水也加入樣本，得 千年一遇設(shè)計洪峰流量千年一遇設(shè)計洪峰流量 Qm= 23500m3/s。這次計算的洪。這次計算的洪 峰流量只變化了峰流量只變化了4 %，顯然設(shè)計值已趨于穩(wěn)定。由此可顯然設(shè)計值已趨于穩(wěn)定。由此可 看出特大洪水處理的重要性?？闯鎏卮蠛樗幚淼闹匾?。 3、洪峰流量頻率分析方法洪峰流量頻率分析方法 特大洪水的處理特大洪水的處理 （1）問題的提出）問題的提出 什么叫特大洪水什么叫特大洪水 比系列中一般洪水大得多的比系列中一般洪水大得多的稀遇洪水（稀遇洪水（rare flood） 稱為稱為特大洪水（特大洪水（extraordinary flood），

13、并且通過洪水，并且通過洪水 調(diào)查可以確定其量值大小及其重現(xiàn)期者。調(diào)查可以確定其量值大小及其重現(xiàn)期者。 特大洪水可以發(fā)生在實測記錄期間的特大洪水可以發(fā)生在實測記錄期間的n年之內(nèi)年之內(nèi)， 也可以發(fā)生在實測期的也可以發(fā)生在實測期的n年之外年之外，前者稱資料內(nèi)特大前者稱資料內(nèi)特大 洪水洪水，后者稱資料外特大洪水（歷史特大洪水），如后者稱資料外特大洪水（歷史特大洪水），如 下下圖。圖。 也可以資料內(nèi)資料外都有特大洪水。一般也可以資料內(nèi)資料外都有特大洪水。一般， 這樣的洪水這樣的洪水QN可以考慮作為特大洪水處理。可以考慮作為特大洪水處理。 特大洪水重現(xiàn)期的確定特大洪水重現(xiàn)期的確定 特大洪水可能有多次，首先

14、必須確定出特大洪水可能有多次，首先必須確定出首位特首位特 大洪水的重現(xiàn)期大洪水的重現(xiàn)期，然后在該重現(xiàn)期內(nèi)對其它特大洪水，然后在該重現(xiàn)期內(nèi)對其它特大洪水 進行從大到小排位，計算每項洪水的經(jīng)驗頻率。但要進行從大到小排位，計算每項洪水的經(jīng)驗頻率。但要 準確地定出準確地定出首位首位特大洪水的重現(xiàn)期是相當(dāng)困難的特大洪水的重現(xiàn)期是相當(dāng)困難的，目目 前前，一般是根據(jù)歷史洪水發(fā)生的年代來大致推估。一般是根據(jù)歷史洪水發(fā)生的年代來大致推估。 1）從發(fā)生年代至今為最大從發(fā)生年代至今為最大 N = 設(shè)計年份設(shè)計年份 - - 發(fā)生年份發(fā)生年份 + 1 2）從調(diào)查考證的最遠年份至今為最大從調(diào)查考證的最遠年份至今為最大 N

15、 = 設(shè)計年份設(shè)計年份 - - 調(diào)查考證期最遠年份調(diào)查考證期最遠年份 + 1 這種方法確定的特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)這種方法確定的特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng) 大的不穩(wěn)定性大的不穩(wěn)定性，如果，如果要更加準確地確定歷史洪水要更加準確地確定歷史洪水 的重現(xiàn)期勢必就要追溯到更遠的年代的重現(xiàn)期勢必就要追溯到更遠的年代，但追溯的但追溯的 年代愈遠年代愈遠，歷史，歷史記載可能愈不詳盡，記載可能愈不詳盡，河道情況與河道情況與 當(dāng)前差別也愈大當(dāng)前差別也愈大，計算精度反而愈差計算精度反而愈差，所以，我，所以，我 國國一般以明清兩代以來六百年為宜一般以明清兩代以來六百年為宜. 【例例4-1】確定特大洪水重現(xiàn)期確定特大

16、洪水重現(xiàn)期 長江重慶宜昌河段洪水調(diào)查，同治九年長江重慶宜昌河段洪水調(diào)查，同治九年(1870年年) 川江發(fā)生特大洪水川江發(fā)生特大洪水，沿江調(diào)查到石刻沿江調(diào)查到石刻91處（如處（如下下圖）圖）， 推算得宜昌洪峰流量推算得宜昌洪峰流量Qm=110000 m3/s。該該洪水為洪水為1870 年以來為最大年以來為最大，則則重現(xiàn)期：重現(xiàn)期：N=1992- -1870+1 =123 (a)，這么大的洪水平均，這么大的洪水平均123年就發(fā)生一次年就發(fā)生一次，可能可能 性不大。又經(jīng)調(diào)查性不大。又經(jīng)調(diào)查， 忠縣東云鄉(xiāng)長江岸石壁上有兩處忠縣東云鄉(xiāng)長江岸石壁上有兩處 宋代石刻，記述宋代石刻，記述“紹興二十三年癸酉六月

17、二十六日水紹興二十三年癸酉六月二十六日水 泛漲。泛漲?！边@是長江干流上發(fā)現(xiàn)最早的洪水題刻。這是長江干流上發(fā)現(xiàn)最早的洪水題刻。 據(jù)洪痕實測，忠縣洪峰水位為據(jù)洪痕實測，忠縣洪峰水位為155.6m。又據(jù)歷。又據(jù)歷 史洪水調(diào)查，宜昌站洪峰水位為史洪水調(diào)查，宜昌站洪峰水位為58.06m，推算流量，推算流量 為為92800 m3/s，3天洪量為天洪量為232.7億億m3。宋紹興二十三。宋紹興二十三 年即公元年即公元1153年，該次洪水也小于年，該次洪水也小于1870年洪水年洪水，所，所 以以可以推斷可以推斷1870年洪水是年洪水是 1153 年以來最大的洪水年以來最大的洪水， 故故1870年洪水的重現(xiàn)期為

18、：年洪水的重現(xiàn)期為：N=1992- -1153+1=840 (a) （2）連序系列和不連序系列）連序系列和不連序系列 連序系列（連序系列（ complete n-year series ）：洪水樣本中每：洪水樣本中每 一項從大到小排位，序號是一項從大到小排位，序號是連續(xù)連續(xù)順位排列的系列。如：順位排列的系列。如： 實測系列。實測系列。 不連序系列（不連序系列（ incomplete N-year series ）：洪水樣本：洪水樣本 加入特大洪水后的系列稱為加入特大洪水后的系列稱為不連序系列不連序系列，即從大到小，即從大到小 排位，序號不連續(xù)，其中一部分屬于漏項、缺項位的排位，序號不連續(xù)，其中

19、一部分屬于漏項、缺項位的 系列。如：加入歷史調(diào)查洪水的系列。系列。如：加入歷史調(diào)查洪水的系列。 不連序系列經(jīng)驗頻率和統(tǒng)計參數(shù)的計算方法與不連序系列經(jīng)驗頻率和統(tǒng)計參數(shù)的計算方法與 連序系列有所不同。這樣，就要研究有特大洪水的連序系列有所不同。這樣，就要研究有特大洪水的 不連序系列的排序和頻率計算以及參數(shù)估計的方法，不連序系列的排序和頻率計算以及參數(shù)估計的方法， 稱為稱為特大洪水處理特大洪水處理。 特大洪水的排序，對可以定量的特大洪水，可特大洪水的排序，對可以定量的特大洪水，可 根據(jù)洪峰流量的大小進行排位。對無法定量的歷史根據(jù)洪峰流量的大小進行排位。對無法定量的歷史 調(diào)查洪水，可根據(jù)歷史文獻記載中

20、不同次洪水的雨調(diào)查洪水，可根據(jù)歷史文獻記載中不同次洪水的雨 情、水情、災(zāi)情的描述分析比較后確定序位。情、水情、災(zāi)情的描述分析比較后確定序位。 （3）考慮特大洪水時經(jīng)驗頻率的計算）考慮特大洪水時經(jīng)驗頻率的計算 不連序系列經(jīng)驗頻率（不連序系列經(jīng)驗頻率（考慮特大洪水時經(jīng)驗考慮特大洪水時經(jīng)驗 頻率頻率）計算：計算： 設(shè)調(diào)查及實測設(shè)調(diào)查及實測(包括空位包括空位)的總年數(shù)為的總年數(shù)為 N 年（即年（即 首位特大洪水的重現(xiàn)期），連續(xù)實測期為首位特大洪水的重現(xiàn)期），連續(xù)實測期為 n 年（年（n 包包 含在含在 N 中），共有中），共有 a 次特大洪水，其中有次特大洪水，其中有 l 次發(fā)生次發(fā)生 在實測期，在實

21、測期，a - - l 次是歷史特大洪水。次是歷史特大洪水。 a l n N 設(shè)設(shè) 計計 年年 份份 追追 溯溯 最最 遠遠 年年 份份 個個特特大大： 個個）內(nèi)內(nèi)個個特特大大（包包括括 ln lnaN : 目前國內(nèi)有兩種計算特大洪水與一般洪水經(jīng)驗頻目前國內(nèi)有兩種計算特大洪水與一般洪水經(jīng)驗頻 率的方法。率的方法。 1) 獨立樣本法獨立樣本法 此法是把包括歷史洪水的長系列此法是把包括歷史洪水的長系列(N年年)和實測的和實測的 短系列短系列(n年年)看作是從總體中隨機抽取的兩個獨立樣本，看作是從總體中隨機抽取的兩個獨立樣本， 各項洪峰值可在各自所在系列中排位。因為兩個樣本各項洪峰值可在各自所在系列中

22、排位。因為兩個樣本 來自同一總體，符合同一概率分布，故適線時仍可把來自同一總體，符合同一概率分布，故適線時仍可把 經(jīng)驗點據(jù)繪在一起，共同適線。經(jīng)驗點據(jù)繪在一起，共同適線。 特大洪水的經(jīng)驗頻率為：特大洪水的經(jīng)驗頻率為： )14( 1 N M PM 式中，式中， M = 1，2， ，a x P(%) 100 一般洪水的經(jīng)驗頻率為：一般洪水的經(jīng)驗頻率為： )24( 1 n m P m 式中，式中，nllm, 2, 1 2) 統(tǒng)一樣本法統(tǒng)一樣本法 將實測一般洪水系列與特大值系列共同組成將實測一般洪水系列與特大值系列共同組成 一個不連序系列作為代表總體的樣本，不連序系一個不連序系列作為代表總體的樣本，不

23、連序系 列的各項可在調(diào)查期限列的各項可在調(diào)查期限N年內(nèi)統(tǒng)一排位。年內(nèi)統(tǒng)一排位。 特大洪水的經(jīng)驗頻率為：特大洪水的經(jīng)驗頻率為： )14( 1 N M PM 式中，式中，M = 1，2，a 一般洪水的經(jīng)驗頻率為一般洪水的經(jīng)驗頻率為: 剩下剩下 N a 項的頻率范項的頻率范 圍為：圍為：1- -PMa ，而實際而實際 x P(%) 100 PMa 最后一項的經(jīng)驗頻率：最后一項的經(jīng)驗頻率： 1 N a PMa 只知只知 n l 項。先將項。先將 n l 項在項在 0 1 內(nèi)計算經(jīng)驗頻率：內(nèi)計算經(jīng)驗頻率： )10( 1 ln lm m = l + 1，l + 2， ，n x P(%) 100 PMa 然

24、后按（然后按（ 1- - PMa ） 為比例縮小，并接到為比例縮小，并接到 PMa 之后，最后得：之后，最后得： )34( 1 ) 1 1( 1 1 )1( ln lm N a N a ln lm PPP MaMam m = l +1，l + 2，n 上述兩種方法，我國目前都在使用。一般說，上述兩種方法，我國目前都在使用。一般說， 獨立樣本法把特大洪水與實測一般洪水視為相互獨立獨立樣本法把特大洪水與實測一般洪水視為相互獨立 的，這在理論上有些不合理，但比較簡單，在特大洪的，這在理論上有些不合理，但比較簡單，在特大洪 水排位可能有錯漏時，因不相互影響，這方面講是比水排位可能有錯漏時，因不相互影響

25、，這方面講是比 較合適的。當(dāng)特大洪水排位比較準確時，理論上說，較合適的。當(dāng)特大洪水排位比較準確時，理論上說， 用統(tǒng)一樣本法更好一些。用統(tǒng)一樣本法更好一些。 【例例4-2】東北某橋位河段有東北某橋位河段有19351960年實測資料，年實測資料， 其中，其中，1960年為特大洪水，洪水位年為特大洪水，洪水位 Z1960 . 并調(diào)查到并調(diào)查到 1888年（光緒十四年）發(fā)生的特大洪水，洪水位年（光緒十四年）發(fā)生的特大洪水，洪水位 Z1888 . 并考證到并考證到1810年（嘉慶十五年）發(fā)生的特大洪年（嘉慶十五年）發(fā)生的特大洪 水，洪水位水，洪水位 Z1810 . 經(jīng)過對歷史文獻的論證，上述三次經(jīng)過對歷

26、史文獻的論證，上述三次 洪水排序為：洪水排序為： Z1960 Z1810 Z1888 26年實測系列中排第二位的是年實測系列中排第二位的是1945年，年，洪水位洪水位 Z1945 . 從當(dāng)時從當(dāng)時 調(diào)查研究的調(diào)查研究的1960年出發(fā)，試計算上述四次洪年出發(fā)，試計算上述四次洪 水經(jīng)驗頻率。水經(jīng)驗頻率。 解：解：)(151118101960aN )(26119351960an 1,3 la （1）獨立樣本法）獨立樣本法 %66. 0 1151 1 1960 P %32. 1 1151 2 1810 P %97. 1 1151 3 1888 P %41. 7 126 2 1945 P （2）統(tǒng)一樣本

27、法）統(tǒng)一樣本法 1 ) 1 1( 1 1 )1( ln lm N a N a ln lm PPP MaMam %74. 5 1126 12 ) 1151 3 1( 1151 3 1945 P 【例例4-3】某橋位斷面某橋位斷面19351972年年38年洪水資料中，年洪水資料中， 有有5年因戰(zhàn)亂缺測，故實有洪水資料年因戰(zhàn)亂缺測，故實有洪水資料33年。其中年。其中1949年年 為最大，經(jīng)考證應(yīng)作為特大值處理。另外，為最大，經(jīng)考證應(yīng)作為特大值處理。另外，洪水調(diào)查洪水調(diào)查 查明自查明自1903年以來的年以來的70年間，為首的三次大洪水，其年間，為首的三次大洪水，其 大小排位依次為大小排位依次為1921

28、、1949、1903年，并能判斷不會年，并能判斷不會 遺漏掉比遺漏掉比1903年更大的洪水。年更大的洪水。此外，經(jīng)考證此外，經(jīng)考證在在1903年年 以前，還以前，還發(fā)生過發(fā)生過三次大于三次大于1921年的特大洪水，其序位年的特大洪水，其序位 為為1867、1852、1832、1921年，但因年代久遠，年，但因年代久遠，這一這一 期間期間小于小于1921年的洪水則無法查清?，F(xiàn)按上述兩種方年的洪水則無法查清?，F(xiàn)按上述兩種方 法估算各項經(jīng)驗頻率。法估算各項經(jīng)驗頻率。 1832190319351972 1832 1852 1867 1903 1921 1949 實測期實測期調(diào)查期調(diào)查期 歷史考證期歷史

29、考證期 根據(jù)上述情況，實測洪水根據(jù)上述情況，實測洪水n=33年年，調(diào)查期分作，調(diào)查期分作 兩個時期：其一是兩個時期：其一是18321972年，記為年，記為N2=141年，在年，在 此期間能夠進行排位的有此期間能夠進行排位的有1832、1852、1867和和1921年年 洪水，順序為洪水，順序為1867、1852、1832、1921，而，而1949、 1903年則不能在這一調(diào)查期中排位。其二是年則不能在這一調(diào)查期中排位。其二是1903 1972年，記為年，記為N1=70年，其中僅有年，其中僅有1903、1921、1949 年的洪水能在年的洪水能在N1中排位，它們的大小順序為中排位，它們的大小順序

30、為1921、 1949、1903年，見年，見下下圖圖，頻率計算見頻率計算見下下表表4-3。 1832 38 1867 調(diào)查調(diào)查 或或 實測實測 系列年數(shù)系列年數(shù)洪水序位洪水序位洪水洪水 年份年份 經(jīng)經(jīng) 驗驗 頻頻 率率 n N m M 獨立樣本法獨立樣本法 統(tǒng)一樣本法統(tǒng)一樣本法 調(diào)調(diào) 查查 期期 N2 141 (1832 1972) 11867 同獨立樣本法同獨立樣本法 21852 31832 41921 調(diào)調(diào) 查查 期期 N1 70 (1903 1972) 11921 抽到上一欄排列抽到上一欄排列 抽到上一欄排列抽到上一欄排列 21949 31903 實測期實測期 n 33 （1935 19

31、72） 1 1949 抽到上一欄排列抽到上一欄排列 抽到上一欄排列抽到上一欄排列 2 1940 0070. 0 1141 1 12 M P 0141. 0 1141 2 22 M P 0211. 0 1141 3 32 M P 0282. 0 1141 4 42 M P 0282. 0 170 2 21 M P 0423. 0 170 3 31 M P 0421. 0 1170 12 )0282. 01 (0282. 0 21 M P 0560. 0 1170 13 )0282. 01 (0282. 0 31 M P 0588. 0 133 2 2 m P 0846. 0 1133 12 )0

32、560. 01 (0560. 0 2 m P （4）不連序序列統(tǒng)計參數(shù)估計）不連序序列統(tǒng)計參數(shù)估計 SV CCQ, 1、用矩法初估參數(shù)：、用矩法初估參數(shù)： 假定：假定：N a 年系列與年系列與 n l 年實測系列的均值和均年實測系列的均值和均 方差相等，即：方差相等，即： lnaN lnaNxx 適線法（適線法（curve fitting method） l n N ln aN lnaN xx a n li iln N ai i aNx ln xx aN x 11 1 , 1 N ai n li ii x ln aN x 11 所以所以N年系列的均值為：年系列的均值為： a j N ai ij

33、 Nxx N x 11 1 a j n li ij x ln aN x N11 )44( 1 a j ln j xaNx N1 )( 1 N年系列的年系列的CV值為：值為： 由：由： 22 lnaN 由此可證明：由此可證明： N ai n li N i N i xx ln xx aN 11 22 )( 1 )( 1 N ai n li ln i aN i xx ln xx aN 11 22 )( 1 )( 1 即：即： N ai n li N i N i xx ln aN xx 11 22 )()( a j n li N i N j a j N ai N i N jN xx ln aN xx

34、N xxxx N 11 22 1 2 1 22 )()( 1 1 )()( 1 1 ) 54 ()()( 1 11 11 22 a j n li N i N j NN N VN xx ln aN xx Nxx C 令：令： N ln N j j x x x x K )1 ( 1 )() 1( 1 1 22 1 2 lVn a j jVN C ln ln aNK N C CSN 按經(jīng)驗的方法選?。喊唇?jīng)驗的方法選取： CVN 0.50 CSN /CVN = 34 0.50 1.00 CSN /CVN = 23 2、三點法三點法 同第三章第同第三章第4節(jié)。節(jié)。 不連序系列用三點法初估參數(shù)更簡單。不連

35、序系列用三點法初估參數(shù)更簡單。 適線法應(yīng)注意：適線法應(yīng)注意： 曲線應(yīng)盡可能通過點群中心，適當(dāng)照顧上、中部曲線應(yīng)盡可能通過點群中心，適當(dāng)照顧上、中部 大洪水；大洪水； 曲線應(yīng)盡量靠近峰量數(shù)值、重現(xiàn)期精度較高的點曲線應(yīng)盡量靠近峰量數(shù)值、重現(xiàn)期精度較高的點 據(jù)；據(jù)； 應(yīng)參照同一氣候區(qū)內(nèi)其余站參數(shù)變化規(guī)律進行調(diào)應(yīng)參照同一氣候區(qū)內(nèi)其余站參數(shù)變化規(guī)律進行調(diào) 整。整。 【例例4-4】 某橋位河段實測洪峰流量資料某橋位河段實測洪峰流量資料30 a，另調(diào)查，另調(diào)查 到二次歷史特大洪水，調(diào)查考證期到二次歷史特大洪水，調(diào)查考證期N = 102 a。試求。試求 200年一遇的設(shè)計洪峰流量。年一遇的設(shè)計洪峰流量。 1、

36、計算經(jīng)驗頻率，點繪經(jīng)驗點據(jù)、計算經(jīng)驗頻率，點繪經(jīng)驗點據(jù) 獨立樣本法獨立樣本法 特大洪水：特大洪水：a = 2，l = 0，N = 102 一般洪水：一般洪水：n =30，l = 0 統(tǒng)一樣本法統(tǒng)一樣本法 計算結(jié)果見下表計算結(jié)果見下表 。 序號序號 洪峰洪峰 流量流量 獨立樣本法獨立樣本法 統(tǒng)一樣本法統(tǒng)一樣本法 序號序號 洪峰洪峰 流量流量 獨立樣本法獨立樣本法 統(tǒng)一樣本法統(tǒng)一樣本法 PM Pm PM Pm PM Pm PM Pm 25200.0100.010 15 4800.4840.494 22000.0190.019 16 4700.5160.525 1 14000.0320.050 17

37、 4620.5480.557 2 12100.0650.083 18 4400.5810.589 3 9600.0970.114 19 3860.6130.620 4 9200.1290.146 20 3680.6450.652 5 8900.1610.177 21 3400.6770.683 6 8800.1940.209 22 3220.7100.716 7 7900.2260.241 23 3000.7420.747 8 7840.2580.272 24 2880.7740.778 9 6700.2900.303 25 2620.8060.810 10 6500.3230.336 26

38、2400.8390.842 11 6380.3550.367 27 2200.8710.873 12 5900.3870.399 28 2000.9030.905 13 5200.4190.430 29 1860.9350.936 14 5100.4520.462 30 1600.9680.969 某河洪峰流量經(jīng)驗頻率計算（某河洪峰流量經(jīng)驗頻率計算（a = 2，l = 0） 800 1600 2400 3200 2、參數(shù)估計、參數(shù)估計 矩法矩法 68. 0 /587 3 V C smx 調(diào)整參數(shù)，最后采用：調(diào)整參數(shù)，最后采用： VSV CCCsmx5 . 380. 0/587 3 VSV CC

39、Csmx370. 0/587 3 適線法適線法 初試?。撼踉嚾。?3、求設(shè)計值、求設(shè)計值 T = 200 a ，P = 0.5% ，CV = 0.80，CS = 3.5 CV 查查K值表，得值表，得KP = 4.87，橋位斷面設(shè)計流量：，橋位斷面設(shè)計流量： smxKx PP /285958787. 4 3 1、利用歷史調(diào)查洪水推算統(tǒng)計參數(shù)利用歷史調(diào)查洪水推算統(tǒng)計參數(shù) 如果橋位河段能調(diào)查到三次以上歷史洪水，其中如果橋位河段能調(diào)查到三次以上歷史洪水，其中 至少能定量出二次洪峰流量及其重現(xiàn)期，則可推至少能定量出二次洪峰流量及其重現(xiàn)期，則可推 算算 。 設(shè)可以定量及確定重現(xiàn)期的二次歷史調(diào)查洪水的設(shè)可以

40、定量及確定重現(xiàn)期的二次歷史調(diào)查洪水的 洪峰流量及其經(jīng)驗頻率為：洪峰流量及其經(jīng)驗頻率為： Q1 ，P1 Q2 ，P2 V CQ, 4.2.2 利用歷史調(diào)查洪水推算設(shè)計流量利用歷史調(diào)查洪水推算設(shè)計流量 設(shè)歷史洪水服從設(shè)歷史洪水服從P-型分布，且上述兩點在頻率型分布，且上述兩點在頻率 曲線上，則有：曲線上，則有： QCQ QCQ VP VP )1( )1( 2 1 2 1 令：令： VP VP C C Q Q 2 1 1 1 2 1 可解得：可解得： 21 1 PP V C 式中式中、P已知，已知，是是CS的函數(shù)，若的函數(shù)，若假定假定CS =（34） CV ，則則可以看作是可以看作是CV的函數(shù)。上式

41、是的函數(shù)。上式是CV的隱函數(shù)，的隱函數(shù)， 可通過試算解出可通過試算解出CV值，并求出值，并求出CS值。又：值。又： VPVP C Q C Q Q 21 11 21 SV CCQ,求出求出 后，根據(jù)設(shè)計洪水頻率，就可求出設(shè)計后，根據(jù)設(shè)計洪水頻率，就可求出設(shè)計 值值QP。 21 1 PP V C 【例例4-5】江西贛州區(qū)某橋位，江西贛州區(qū)某橋位，1980年經(jīng)洪水調(diào)查，得年經(jīng)洪水調(diào)查，得 如下資料：如下資料： 1、四次歷史洪水、四次歷史洪水 從大到小排列為：從大到小排列為：1882年（光緒八年（光緒八 年），年），1935年，年，1967年，年，1955年；年； 2、可靠洪痕、可靠洪痕 1967年、

42、年、1955年。用形態(tài)法計算得：年。用形態(tài)法計算得： Q67=10946m3/s， Q55=10111m3/s； 3、地區(qū)經(jīng)驗關(guān)系、地區(qū)經(jīng)驗關(guān)系 CS=4CV。 求：求： 統(tǒng)計參數(shù)統(tǒng)計參數(shù) 五十年一遇設(shè)計流量五十年一遇設(shè)計流量 解：解： N = = 1980- -1882+1=99（a） 年份：年份： 1882 1935 1967 1955 Q（m3/s） 10946 10111 （%） 1 2 3 4 0826. 1 10111 10946 55 67 Q Q 55675567 0826. 1 10826. 11 V C 1 N M P 29. 2%457. 2%3 40. 24,60. 0

43、 5567 時，時， 設(shè) PP CCC VSV 60. 091. 0 29. 20826. 157. 2 0826. 0 V C 31. 2%462. 2%3 80. 24,70. 0 5567 時，時， 再設(shè) PP CCC VSV 70. 0693. 0 31. 20826. 162. 2 0826. 0 V C 取取 CV=0.70，CS=4CV=2.80 31. 2%462. 2%3 5567 時，時，時，時，PP sm C Q Q V /3862 70. 062. 21 10946 1 3 67 67 sm C Q Q V /3864 70. 031. 21 10111 1 3 55

44、55 smQ/3863 3 取取 求設(shè)計流量求設(shè)計流量 ，CV=0.70，CS=4CV=2.80， 當(dāng)當(dāng) P=2%時，時， P P = 3.11 smQ/3863 3 sm QCQ VPP /12273 3863)70. 011. 31 ( )1 ( 3 2、利用歷史調(diào)查洪水資料推算利用歷史調(diào)查洪水資料推算 如果橋位河段調(diào)查到若干次歷史洪水，并且能定如果橋位河段調(diào)查到若干次歷史洪水，并且能定 量和確定出較可靠的重現(xiàn)期，可直接作量和確定出較可靠的重現(xiàn)期，可直接作部分頻率曲線部分頻率曲線， 推求設(shè)計流量。推求設(shè)計流量。 Q P P QPQi ，Pi %100 1 N M P 設(shè)計橋梁時，為什么要考

45、慮設(shè)計橋梁時，為什么要考慮 歷史調(diào)查洪水？考慮特大洪歷史調(diào)查洪水？考慮特大洪 水對設(shè)計成果有何影響？水對設(shè)計成果有何影響？ 4.3 由暴雨資料推求設(shè)計洪水由暴雨資料推求設(shè)計洪水 (Design Flood Based on Rainstorm Data) 略略 4.4 小流域設(shè)計洪水計算小流域設(shè)計洪水計算 （Design Flood Computation for Small Watershed ） 交通部門一般將集水面積小于交通部門一般將集水面積小于100 km2的流域稱的流域稱 為為小流域小流域。公路沿線跨越的小河、溪溝、溝壑均屬于。公路沿線跨越的小河、溪溝、溝壑均屬于 小流域。小流域。

46、小流域設(shè)計洪水計算的特點：小流域設(shè)計洪水計算的特點： 沒有實測流量資料；調(diào)查洪水資料少；沒有實測流量資料；調(diào)查洪水資料少； 小流域集水面積小，自然地理條件單一，計算方小流域集水面積小，自然地理條件單一，計算方 法允許作適當(dāng)?shù)暮喕?；法允許作適當(dāng)?shù)暮喕?在基本保證精度的條件下，力求簡便。在基本保證精度的條件下，力求簡便。 計算方法計算方法：推理公式，地區(qū)經(jīng)驗公式，歷史洪水調(diào)查：推理公式，地區(qū)經(jīng)驗公式，歷史洪水調(diào)查 分析法和綜合單位線法。分析法和綜合單位線法。 4.4.3 經(jīng)驗公式法計算設(shè)計洪峰流量經(jīng)驗公式法計算設(shè)計洪峰流量 （Empirical Formula ） 利用一個地區(qū)內(nèi)小流域水文站實測

47、的和調(diào)查的暴利用一個地區(qū)內(nèi)小流域水文站實測的和調(diào)查的暴 雨洪水資料，建立洪峰流量與其主要影響因素之間的雨洪水資料，建立洪峰流量與其主要影響因素之間的 經(jīng)驗相關(guān)關(guān)系，該關(guān)系就是洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗公式。經(jīng)驗相關(guān)關(guān)系，該關(guān)系就是洪峰流量的地區(qū)經(jīng)驗公式。 在該地區(qū)內(nèi)，無實測洪水資料的流域用它來推求設(shè)計在該地區(qū)內(nèi)，無實測洪水資料的流域用它來推求設(shè)計 洪峰流量，就是地區(qū)經(jīng)驗公式法。洪峰流量，就是地區(qū)經(jīng)驗公式法。 注意：注意：經(jīng)驗公式地區(qū)性很強，用哪個地區(qū)的資料建立經(jīng)驗公式地區(qū)性很強，用哪個地區(qū)的資料建立 的經(jīng)驗公式，原則上只適用于該地區(qū)，一般不允許移的經(jīng)驗公式，原則上只適用于該地區(qū)，一般不允許移 到其它地

48、區(qū)使用。到其它地區(qū)使用。 1、以流域面積為參數(shù)的地區(qū)經(jīng)驗公式以流域面積為參數(shù)的地區(qū)經(jīng)驗公式 )634( N PP FCQ 式中，式中，QP：設(shè)計頻率為：設(shè)計頻率為P的設(shè)計洪峰流量，的設(shè)計洪峰流量，m3/s； F ：集水面積，：集水面積，km2； N，CP：經(jīng)驗指數(shù)和經(jīng)驗系數(shù)，隨地區(qū)和頻：經(jīng)驗指數(shù)和經(jīng)驗系數(shù)，隨地區(qū)和頻 率而變，可查各省的率而變，可查各省的水文手冊水文手冊或設(shè)計手冊?；蛟O(shè)計手冊。 2、以流域面積和凈雨量為參數(shù)的經(jīng)驗公式以流域面積和凈雨量為參數(shù)的經(jīng)驗公式 )644( ,24 nm PP FCRQ 式中，式中，R24,P：設(shè)計頻率為：設(shè)計頻率為P，歷時為，歷時為24h的設(shè)計凈雨的設(shè)計

49、凈雨 量，量，mm； C，m，n：經(jīng)驗系數(shù)、經(jīng)驗指數(shù)，查各?。航?jīng)驗系數(shù)、經(jīng)驗指數(shù)，查各省 水文手冊水文手冊或設(shè)計手冊?；蛟O(shè)計手冊。 3、交通科學(xué)研究院經(jīng)驗公式交通科學(xué)研究院經(jīng)驗公式 )654()( 5 4 2 3 FZhQ PP 式中，式中，：地貌系數(shù)；與流域面積、地形、主河道比：地貌系數(shù)；與流域面積、地形、主河道比 降有關(guān)；降有關(guān)； hP ：設(shè)計徑流深，設(shè)計徑流深，mm； Z ：植物截流和填洼損失量，：植物截流和填洼損失量，mm； ：洪峰傳播中變形對洪峰流量影響的折減系數(shù)；：洪峰傳播中變形對洪峰流量影響的折減系數(shù)； ：流域降雨不均勻影響洪峰流量的折減系數(shù)；：流域降雨不均勻影響洪峰流量的折減系

50、數(shù)； ：湖泊、塘堰、小水庫調(diào)節(jié)作用影響洪峰流量的：湖泊、塘堰、小水庫調(diào)節(jié)作用影響洪峰流量的 折減系數(shù)。折減系數(shù)。 4.5 橋位斷面設(shè)計洪峰流量橋位斷面設(shè)計洪峰流量 及設(shè)計水位的推求及設(shè)計水位的推求 Calculation of Design Flood Peak Flow and Stage of Bridge Location Section 4.5.1 橋位斷面設(shè)計洪峰流量橋位斷面設(shè)計洪峰流量 （ Design Flood Peak Flow of Bridge Location Section ） 一、橋位斷面有實測洪水資料一、橋位斷面有實測洪水資料 橋位斷面有長期（橋位斷面有長期（n

51、30a）實測洪水資料，且橋）實測洪水資料，且橋 位河段有若干次歷史調(diào)查洪水資料。按位河段有若干次歷史調(diào)查洪水資料。按4.2計算。計算。 二、橋位斷面缺乏實測洪水資料二、橋位斷面缺乏實測洪水資料 1、橋位斷面上、下游或附近相鄰流域有實測洪水資料、橋位斷面上、下游或附近相鄰流域有實測洪水資料 采用采用水文比擬法水文比擬法 橋位斷面橋位斷面 FB 水文站或形態(tài)斷面水文站或形態(tài)斷面F 水文站水文站 或形態(tài)或形態(tài) 斷面斷面F 當(dāng)橋位斷面和水當(dāng)橋位斷面和水 文站斷面或形態(tài)斷文站斷面或形態(tài)斷 面的集水面積相差面的集水面積相差 小于小于5%時，直接將時，直接將 水文站或形態(tài)斷面水文站或形態(tài)斷面 的實測資料移用

52、到的實測資料移用到 橋位斷面，然后按橋位斷面，然后按 有資料情況計算設(shè)有資料情況計算設(shè) 計流量。計流量。 橋位斷面橋位斷面 FB 水文站或形態(tài)斷面水文站或形態(tài)斷面F 水文站水文站 或形態(tài)或形態(tài) 斷面斷面F 面積比法面積比法 )734( )( , Pm N B PmB Q F F Q 式中，式中，N為經(jīng)驗指數(shù)，查水為經(jīng)驗指數(shù)，查水 文手冊或設(shè)計手冊。一般：文手冊或設(shè)計手冊。一般： 大、中河流：大、中河流：N=0.50.7 小河流：小河流： N=0.70.85 通常：通常： N=2/3 橋位斷面橋位斷面 FB 水文站或形態(tài)斷面水文站或形態(tài)斷面F 水文站水文站 或形態(tài)或形態(tài) 斷面斷面F 面積雨量比法

53、面積雨量比法 )474( )()( , 21 24 ,24 , Pm N B N P PB PmB Q F F R R Q 式中，式中，N1、N2為經(jīng)驗指數(shù)，查為經(jīng)驗指數(shù)，查 水文手冊或設(shè)計手冊。水文手冊或設(shè)計手冊。 2、橋位斷面有若干次歷史調(diào)查洪水資料橋位斷面有若干次歷史調(diào)查洪水資料 利用歷史調(diào)查洪水反推三個統(tǒng)計參數(shù)，進而推利用歷史調(diào)查洪水反推三個統(tǒng)計參數(shù)，進而推 求設(shè)計洪峰流量；或作部分頻率曲線推求。求設(shè)計洪峰流量；或作部分頻率曲線推求。 3、利用暴雨資料推求利用暴雨資料推求 三、小流域設(shè)計洪峰流量三、小流域設(shè)計洪峰流量 推理公式推理公式，地區(qū)經(jīng)驗公式地區(qū)經(jīng)驗公式，綜合單位線法等，綜合單位線法等， 或查各省的水文手冊或設(shè)計手冊?；虿楦魇〉乃氖謨曰蛟O(shè)計手冊。 4.5.2 橋位斷面設(shè)計水位橋位斷面設(shè)計水位 （ Design Flood Stage of Bridge Locatio