第二章由流量推求設(shè)計(jì)洪水

1、 研究對象：研究對象： 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： 研究目的：研究目的： 研究內(nèi)容概述研究內(nèi)容概述 1.洪峰、洪量樣本系列的選樣，資料的三性審查；洪峰、洪量樣本系列的選樣，資料的三性審查； 2.特大洪水的處理，即不連續(xù)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)特大洪水的處理，即不連續(xù)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng) 計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法；計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法； 3.洪水頻率的計(jì)算。洪水頻率的計(jì)算。 研究由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水。研究由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水。 研究由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，以解決水庫、研究由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水，以解決水庫、 堤防、橋涵等工程設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算問題。堤防、橋涵等工程設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算問題。 v（1 1）設(shè)計(jì)洪水的定義：）設(shè)計(jì)洪

2、水的定義： 在進(jìn)行水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物本身的安全和在進(jìn)行水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)，為了建筑物本身的安全和 防護(hù)區(qū)的安全，必須按照某種標(biāo)準(zhǔn)的洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種防護(hù)區(qū)的安全，必須按照某種標(biāo)準(zhǔn)的洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種 作為水工建筑物設(shè)計(jì)依據(jù)的洪水稱為設(shè)計(jì)洪水。作為水工建筑物設(shè)計(jì)依據(jù)的洪水稱為設(shè)計(jì)洪水。 v（2 2）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（防洪標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（防洪標(biāo)準(zhǔn)）: : 工程設(shè)計(jì)運(yùn)營期內(nèi)遭受洪水破壞的概率。用洪水發(fā)生工程設(shè)計(jì)運(yùn)營期內(nèi)遭受洪水破壞的概率。用洪水發(fā)生 的頻率或重現(xiàn)期來定義。的頻率或重現(xiàn)期來定義。 3 設(shè)計(jì)洪水相關(guān)概念設(shè)計(jì)洪水相關(guān)概念 【例】某一水庫工程的【例】某一水庫工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是千年一

3、遇，就是是千年一遇，就是 指采用千年一遇的指采用千年一遇的設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)洪水作調(diào)洪演算所推求的作調(diào)洪演算所推求的 水庫設(shè)計(jì)洪水位，在未來水庫長期運(yùn)行中，每年水庫設(shè)計(jì)洪水位，在未來水庫長期運(yùn)行中，每年 庫水位超過該設(shè)計(jì)水位的概率為庫水位超過該設(shè)計(jì)水位的概率為1/10001/1000。 v （3 3）建國以來我國推求設(shè)計(jì)洪水經(jīng)歷了三個(gè)階段）建國以來我國推求設(shè)計(jì)洪水經(jīng)歷了三個(gè)階段 歷史最大洪水加成法階段：以歷史上發(fā)生過的最大洪水再歷史最大洪水加成法階段：以歷史上發(fā)生過的最大洪水再 加一個(gè)成數(shù)作為設(shè)計(jì)洪水。加一個(gè)成數(shù)作為設(shè)計(jì)洪水。 頻率計(jì)算法階段：以符合某一頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水，頻率計(jì)算法階段：以符合

4、某一頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水， 如百年一遇洪水、千年一遇洪水等。如百年一遇洪水、千年一遇洪水等。 水文氣象法階段：從物理成因入手，根據(jù)水文氣象要素推水文氣象法階段：從物理成因入手，根據(jù)水文氣象要素推 求一個(gè)特定流域在現(xiàn)代氣候條件下，可能發(fā)生的最大洪水求一個(gè)特定流域在現(xiàn)代氣候條件下，可能發(fā)生的最大洪水 作為設(shè)計(jì)洪水。作為設(shè)計(jì)洪水。 v（4 4）水工建筑物的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)）水工建筑物的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn) 國家根據(jù)工程效益、政治及經(jīng)濟(jì)各方面的綜合考慮，頒布國家根據(jù)工程效益、政治及經(jīng)濟(jì)各方面的綜合考慮，頒布 了按工程規(guī)模分類的工程等別和按建筑物劃分的防洪標(biāo)準(zhǔn)，了按工程規(guī)模分類的工程等別和按建筑物劃分的防洪標(biāo)

5、準(zhǔn)， 這就是國家這就是國家防洪標(biāo)準(zhǔn)防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201-94）和水利部）和水利部2000年年 頒發(fā)的編號為頒發(fā)的編號為SL 252-2000的的水利水電工程等級劃分及洪水利水電工程等級劃分及洪 水標(biāo)準(zhǔn)水標(biāo)準(zhǔn)。 v（5 5）水工建筑物的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）水工建筑物的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 對永久性建筑物，采用二級標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用情況，即設(shè)計(jì)對永久性建筑物，采用二級標(biāo)準(zhǔn)：正常運(yùn)用情況，即設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)；非正常運(yùn)用情況，即校核標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)；非正常運(yùn)用情況，即校核標(biāo)準(zhǔn)。 v（6 6）下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)）下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn) 下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)防護(hù)對象的重要性選取。因下游防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)防護(hù)對象的重要

6、性選取。因 為沒有水庫的安全，也就談不上下游防護(hù)對象的安全，因?yàn)闆]有水庫的安全，也就談不上下游防護(hù)對象的安全，因 此上述水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)一般都高于防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)。此上述水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)一般都高于防護(hù)對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)。 v（6 6）設(shè)計(jì)洪水三要素）設(shè)計(jì)洪水三要素 設(shè)計(jì)洪峰流量設(shè)計(jì)洪峰流量 Qm（m3/s）:設(shè)計(jì)洪水過程線的最大流量。設(shè)計(jì)洪水過程線的最大流量。 設(shè)計(jì)洪水總量設(shè)計(jì)洪水總量 W（m3）:為設(shè)計(jì)洪水的徑流總量，從起漲為設(shè)計(jì)洪水的徑流總量，從起漲 點(diǎn)點(diǎn)A上漲，到達(dá)峰頂上漲，到達(dá)峰頂B后流量逐漸減小，到達(dá)后流量逐漸減小，到達(dá)C點(diǎn)退水結(jié)束，點(diǎn)退水結(jié)束， 流量過程線流量過程線ABC下的面積就是洪水總量

7、下的面積就是洪水總量 W。 設(shè)計(jì)洪水過程線設(shè)計(jì)洪水過程線:洪水從洪水從A到到B點(diǎn)的時(shí)距點(diǎn)的時(shí)距t1為漲水歷時(shí)，從為漲水歷時(shí)，從B 到到C點(diǎn)的時(shí)距點(diǎn)的時(shí)距t2為退水歷時(shí)，一般情況下，為退水歷時(shí)，一般情況下，t2t1。T=t1+t2， 稱為洪水歷時(shí)。稱為洪水歷時(shí)。 A B C v（7 7）推求設(shè)計(jì)洪水的途徑）推求設(shè)計(jì)洪水的途徑 u由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水：由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水：先求符合一定頻率的設(shè)計(jì)洪峰流先求符合一定頻率的設(shè)計(jì)洪峰流 量和時(shí)段設(shè)計(jì)洪量，然后通過典型縮放法構(gòu)成一個(gè)完整的設(shè)量和時(shí)段設(shè)計(jì)洪量，然后通過典型縮放法構(gòu)成一個(gè)完整的設(shè) 計(jì)洪水過程線。計(jì)洪水過程線。 u由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水：由暴

8、雨資料推求設(shè)計(jì)洪水：假定暴雨與對應(yīng)的洪水同頻率，假定暴雨與對應(yīng)的洪水同頻率， 先推求設(shè)計(jì)暴雨，經(jīng)流域產(chǎn)流計(jì)算與匯流計(jì)算，最后求得設(shè)先推求設(shè)計(jì)暴雨，經(jīng)流域產(chǎn)流計(jì)算與匯流計(jì)算，最后求得設(shè) 計(jì)洪水。計(jì)洪水。 u由氣象資料推求設(shè)計(jì)洪水：由氣象資料推求設(shè)計(jì)洪水：根據(jù)天氣形勢和風(fēng)速、露點(diǎn)、降根據(jù)天氣形勢和風(fēng)速、露點(diǎn)、降 水等氣象資料，分析和推求可能最大暴雨，然后經(jīng)流域產(chǎn)流水等氣象資料，分析和推求可能最大暴雨，然后經(jīng)流域產(chǎn)流 與匯流計(jì)算求出可能最大洪水。與匯流計(jì)算求出可能最大洪水。 2.1 水文過程的隨機(jī)特性描述水文過程的隨機(jī)特性描述 v2.1.1 水文過程的隨機(jī)特性水文過程的隨機(jī)特性 隨機(jī)性過程隨機(jī)性過程

9、 確定性過程確定性過程 采用隨機(jī)性模型描述，以反映其中的偶然性規(guī)律采用隨機(jī)性模型描述，以反映其中的偶然性規(guī)律 采用確定性模型描述，以反映其中的必然性規(guī)律采用確定性模型描述，以反映其中的必然性規(guī)律 過程過程隨時(shí)間或其他變量連續(xù)變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為過程。隨時(shí)間或其他變量連續(xù)變化的現(xiàn)象統(tǒng)稱為過程。 由隨機(jī)因素和確定性由隨機(jī)因素和確定性 因素共同作用的模型因素共同作用的模型 隨機(jī)模型隨機(jī)模型 2.1.2 純隨機(jī)模型對水文過程的適用性純隨機(jī)模型對水文過程的適用性 純隨機(jī)模型純隨機(jī)模型 假設(shè)所研究的水文變量是獨(dú)立隨機(jī)地抽自同一客假設(shè)所研究的水文變量是獨(dú)立隨機(jī)地抽自同一客 觀總體，而這個(gè)總體是通過概率分布函數(shù)觀

10、總體，而這個(gè)總體是通過概率分布函數(shù)(或概率密度函數(shù)或概率密度函數(shù)) 來描述的。來描述的。 水文頻率分析計(jì)算的任務(wù)，就是根據(jù)水文變量的樣本對總水文頻率分析計(jì)算的任務(wù)，就是根據(jù)水文變量的樣本對總 體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(如估計(jì)參數(shù)、推求指定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值等如估計(jì)參數(shù)、推求指定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值等)和推和推 斷斷(如假設(shè)檢驗(yàn)、推求置信限等如假設(shè)檢驗(yàn)、推求置信限等)。 獨(dú)立同分布假設(shè)獨(dú)立同分布假設(shè) 2.2 洪水資料的分析處理洪水資料的分析處理 采用純隨機(jī)模型進(jìn)行洪水頻率分析計(jì)算，是將連續(xù)的流量過采用純隨機(jī)模型進(jìn)行洪水頻率分析計(jì)算，是將連續(xù)的流量過 程以年為時(shí)段劃分開來，使時(shí)間坐標(biāo)離散化，把每年作為一程以年為時(shí)段

11、劃分開來，使時(shí)間坐標(biāo)離散化，把每年作為一 次實(shí)驗(yàn)。根據(jù)需要選取一些描述洪水的數(shù)字特征，從不同的次實(shí)驗(yàn)。根據(jù)需要選取一些描述洪水的數(shù)字特征，從不同的 角度來反映逐年洪水的特性。角度來反映逐年洪水的特性。 v2.2.1 洪水資料的選樣洪水資料的選樣 洪峰流量洪峰流量 指定時(shí)段內(nèi)洪水總量指定時(shí)段內(nèi)洪水總量 m Q t W 查閱流量過程線得到查閱流量過程線得到 固定時(shí)段的最大洪量，時(shí)段長度，可根據(jù)固定時(shí)段的最大洪量，時(shí)段長度，可根據(jù) 洪水過程的實(shí)際歷時(shí)及水庫調(diào)節(jié)能力確定洪水過程的實(shí)際歷時(shí)及水庫調(diào)節(jié)能力確定 樣本選擇方法樣本選擇方法 年最大值法年最大值法 年多次法年多次法 超定量法超定量法 超大值法超大

12、值法 每年選取一個(gè)最大值，每年選取一個(gè)最大值，n年資料可選出年資料可選出n項(xiàng)年極值，項(xiàng)年極值， 包括洪峰流量和各種時(shí)段的洪量。包括洪峰流量和各種時(shí)段的洪量。 每年選取最大的每年選取最大的k項(xiàng)，則由項(xiàng)，則由n年資料可選出年資料可選出nk項(xiàng)樣項(xiàng)樣 本系列本系列 把把n年資料看作一連續(xù)過程，從中選出最大的年資料看作一連續(xù)過程，從中選出最大的n項(xiàng)項(xiàng) 洪水特征。洪水特征。 選定閾值選定閾值 ，超過閾值的洪水特征均選作，超過閾值的洪水特征均選作 為樣本。為樣本。 0m Q 0t W 2.2.2 洪水資料的審查和分析洪水資料的審查和分析 可靠性審查可靠性審查 一致性審查一致性審查 代表性審查代表性審查 審查

13、方法參照水文資料整編方法和要求進(jìn)行審查方法參照水文資料整編方法和要求進(jìn)行 滿足計(jì)算樣本在統(tǒng)計(jì)上的同分布前提滿足計(jì)算樣本在統(tǒng)計(jì)上的同分布前提 樣本特征接近總體特征的程度。樣本特征接近總體特征的程度。 資料還原修正資料還原修正 v 資料還原修正資料還原修正將資料改正到同一的基礎(chǔ)上，力求使樣將資料改正到同一的基礎(chǔ)上，力求使樣 本系列具有統(tǒng)一總體分布。本系列具有統(tǒng)一總體分布。 向后還原向后還原流域已建有大型水庫，對洪水具有調(diào)節(jié)作用，流域已建有大型水庫，對洪水具有調(diào)節(jié)作用， 可以把建庫前的洪水資料經(jīng)過水庫調(diào)洪計(jì)算，統(tǒng)一修正成可以把建庫前的洪水資料經(jīng)過水庫調(diào)洪計(jì)算，統(tǒng)一修正成 為已建庫情況下的洪水。為已建

14、庫情況下的洪水。 向前還原向前還原把建庫后的實(shí)測資料經(jīng)過反調(diào)節(jié)計(jì)算，求得未把建庫后的實(shí)測資料經(jīng)過反調(diào)節(jié)計(jì)算，求得未 建庫情況下的洪水。建庫情況下的洪水。 W QQQ t 入出跨引 還原公式（水量平衡方程式） v 插補(bǔ)展延的目的：插補(bǔ)展延的目的： 樣本容量越大，包含總體分布的信息越多，樣本的代樣本容量越大，包含總體分布的信息越多，樣本的代 表性越高，當(dāng)設(shè)計(jì)站點(diǎn)或斷面的洪水資料較少時(shí)，就需要表性越高，當(dāng)設(shè)計(jì)站點(diǎn)或斷面的洪水資料較少時(shí)，就需要 參證本站其他資料、或上下游、干支流其他測站資料或流參證本站其他資料、或上下游、干支流其他測站資料或流 域中的暴雨資料，對洪水資料進(jìn)行插補(bǔ)和展延。域中的暴雨資料

15、，對洪水資料進(jìn)行插補(bǔ)和展延。 2.2.3 洪水資料的插補(bǔ)展延洪水資料的插補(bǔ)展延 插補(bǔ)展延的方法：插補(bǔ)展延的方法： 根據(jù)上下游測站的洪水特根據(jù)上下游測站的洪水特 征相關(guān)關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)展延征相關(guān)關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)展延 利用本站峰量關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)展延利用本站峰量關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)展延 利用暴雨徑流關(guān)系插補(bǔ)展延利用暴雨徑流關(guān)系插補(bǔ)展延 根據(jù)相鄰河流測站的洪水特征值進(jìn)行延長根據(jù)相鄰河流測站的洪水特征值進(jìn)行延長 有實(shí)測資料時(shí)有實(shí)測資料時(shí)相關(guān)分析法相關(guān)分析法 無實(shí)測資料時(shí)無實(shí)測資料時(shí)移用法移用法 洪峰流量洪峰流量洪水總量；洪水總量洪水總量；洪水總量洪峰流量；洪峰流量； 通過洪水過程線計(jì)算洪峰洪量，或建立暴雨量與洪峰洪量的相

16、關(guān)關(guān)系通過洪水過程線計(jì)算洪峰洪量，或建立暴雨量與洪峰洪量的相關(guān)關(guān)系 v2.3.1 2.3.1 洪水調(diào)查的意義洪水調(diào)查的意義 v2.3.22.3.2歷史洪水的實(shí)地調(diào)查和考證歷史洪水的實(shí)地調(diào)查和考證 v2.3.32.3.3歷史洪水的洪峰和洪量推算歷史洪水的洪峰和洪量推算 2.3 歷史歷史洪水的調(diào)查和考證洪水的調(diào)查和考證 v1.1.什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洪水稱為特大洪水，并且比系列中一般洪水大得多的洪水稱為特大洪水，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。通過洪水調(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(shí)測流量期間的特大洪水可以發(fā)生在實(shí)測流量

17、期間的n n年之內(nèi)，也可以發(fā)年之內(nèi)，也可以發(fā) 生在實(shí)測流量期間的生在實(shí)測流量期間的n n年之外，前者稱資料內(nèi)特大洪水，年之外，前者稱資料內(nèi)特大洪水， 后者稱資料外特大洪水后者稱資料外特大洪水( (歷史特大洪水歷史特大洪水) )。 v 2. 2.特大洪水重現(xiàn)期的確定特大洪水重現(xiàn)期的確定 l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(jì)年份設(shè)計(jì)年份 - 發(fā)生年份發(fā)生年份 + 1 l從調(diào)查考證的最遠(yuǎn)年份至今為最大從調(diào)查考證的最遠(yuǎn)年份至今為最大 N=設(shè)計(jì)年份設(shè)計(jì)年份 - 調(diào)查考證期最遠(yuǎn)年份調(diào)查考證期最遠(yuǎn)年份 + 1 2.3.4歷史洪水在調(diào)查考證期中的排位分析歷史洪水在調(diào)查考證期中的排位分析 實(shí)測期

18、實(shí)測期 具有洪水觀測資料的年份（包括插補(bǔ)展延的年份）具有洪水觀測資料的年份（包括插補(bǔ)展延的年份） 調(diào)查期調(diào)查期 從最早的調(diào)查洪水發(fā)生年份迄今的時(shí)期內(nèi)，實(shí)測期以外的部分從最早的調(diào)查洪水發(fā)生年份迄今的時(shí)期內(nèi)，實(shí)測期以外的部分 考證期考證期 有歷史文獻(xiàn)資料可以考證的時(shí)期有歷史文獻(xiàn)資料可以考證的時(shí)期 v2.4.12.4.1連序和不連序樣本系列連序和不連序樣本系列 連序系列（沒有特大洪水值）：大連序系列（沒有特大洪水值）：大小排列，無空缺小排列，無空缺 不連序系列（有特大洪水值）：有空缺不連序系列（有特大洪水值）：有空缺 2.4 考慮歷史考慮歷史洪水資料信息的洪水頻率計(jì)算方法洪水資料信息的洪水頻率計(jì)算方

19、法 2.4.22.4.2不連序樣本系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算不連序樣本系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算 v計(jì)算目的：計(jì)算目的： 估計(jì)樣本的經(jīng)驗(yàn)分布，再根據(jù)洪水樣本點(diǎn)距及估計(jì)樣本的經(jīng)驗(yàn)分布，再根據(jù)洪水樣本點(diǎn)距及 其經(jīng)驗(yàn)分布對客觀總體作出估計(jì)。其經(jīng)驗(yàn)分布對客觀總體作出估計(jì)。 v計(jì)算方法：計(jì)算方法： 統(tǒng)一處理法統(tǒng)一處理法 分別處理法分別處理法 （Xp，P） 實(shí)測洪水與歷史洪水一起共同組成一個(gè)不連序系列。實(shí)測洪水與歷史洪水一起共同組成一個(gè)不連序系列。 ,1 ,2, 1 M M PMa N (1),1,2,.,(28) 1 (1),1,2,.,(29) 1 maa maa m PPPmn n ml PPPmllln nl （

20、1）統(tǒng)一處理法 特大洪水系列：特大洪水系列： 實(shí)測洪水系列：實(shí)測洪水系列： （2）分別處理法 各自作為隨機(jī)抽取的兩個(gè)獨(dú)立樣本各自作為隨機(jī)抽取的兩個(gè)獨(dú)立樣本 特大洪水系列：特大洪水系列： 實(shí)測系列樣本：實(shí)測系列樣本： ,1,2,. 1 m m Pmn n ,1 ,2, 1 M M PMa N 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線由實(shí)測資料繪制而成，它是水文頻率計(jì)經(jīng)驗(yàn)頻率曲線由實(shí)測資料繪制而成，它是水文頻率計(jì) 算的基礎(chǔ)，具有一定的實(shí)用性。算的基礎(chǔ)，具有一定的實(shí)用性。 經(jīng)驗(yàn)頻率曲線 （Xp，P） )(1 0 0 )( )( )( ax eaxxf dxXe x1 0 )( 2.4.3洪水頻率曲線線性洪水頻率曲線線性P 型型

21、 皮爾遜皮爾遜型曲線是一條一端有限一端無限的不對稱單型曲線是一條一端有限一端無限的不對稱單 峰、正偏曲線，數(shù)學(xué)上常稱伽瑪分布峰、正偏曲線，數(shù)學(xué)上常稱伽瑪分布: : 式中：式中：（）的伽瑪函數(shù)；的伽瑪函數(shù)；、 、a0分別為皮爾遜分別為皮爾遜型分布的形型分布的形 狀、尺度和位置參數(shù)，狀、尺度和位置參數(shù)，0， 0 。 、 、a a0與與 (Ex期望值期望值)、C CV(變差系數(shù)變差系數(shù))、C CS(偏態(tài)系數(shù)偏態(tài)系數(shù)) 的關(guān)系的關(guān)系 x 水文上應(yīng)用水文上應(yīng)用P P型的原因型的原因 （1 1）只有三個(gè)參數(shù)，簡單）只有三個(gè)參數(shù)，簡單 、 、a a。；。； （2 2）與水文要素的分布相接近；）與水文要素的分

22、布相接近； （3 3）計(jì)算有表可查。）計(jì)算有表可查。 ) 2 1 ( 2 4 0 2 S V SV S C C xa CCx C 理論頻率曲線理論頻率曲線 對變量做標(biāo)準(zhǔn)化變化得到離均系數(shù)對變量做標(biāo)準(zhǔn)化變化得到離均系數(shù) 指定頻率的指定頻率的xp ，則，則 即即 則：則： 應(yīng)用時(shí)，根據(jù)指定的設(shè)計(jì)頻率應(yīng)用時(shí)，根據(jù)指定的設(shè)計(jì)頻率p p和估計(jì)的和估計(jì)的CsCs值查表求值查表求 ，代入，代入 上式即可求得上式即可求得Xp p x p dxxfxXP)()( V Cx xx V p p Cx xx xxCx pvp (1)(1) pvpv xx CxC p 水文關(guān)鍵問題：推求指定頻率P的xp值 例： 800

23、mm，CV=0.5，CS= 1.0 求千年一遇（P=0.1%）的年雨量值。 查表 CS1，得 =4.53 =2612mm 例：宜昌多年平均降雨量1000mm CV=0.5，CS=2CV=1.0 求百年一遇（P=1%）的年設(shè)計(jì)雨量 解：由CS、P查表得 =3.02 =2510mm x p )15 .053.4(800)1C(xx vp%1 .0 %1 ) 15 . 002. 3(1000) 1( %11%1 v Cxx 2.4.4 頻率曲線參數(shù)估計(jì)頻率曲線參數(shù)估計(jì) 初值初值 樣本系列：樣本系列： 物理意義：物理意義：表示系列水平的高低，表示系列的平均情況表示系列水平的高低，表示系列的平均情況 例

24、如：葛洲壩：例如：葛洲壩： =4530=4530億億m m3 丹丹 江：江： =379=379億億m m3 水文系列的均值常繪制成等值線圖，以反映水文現(xiàn)象的地水文系列的均值常繪制成等值線圖，以反映水文現(xiàn)象的地 區(qū)變化規(guī)律。區(qū)變化規(guī)律。 例如我國年降水量均值等值線圖分布：沿海比內(nèi)陸大、山區(qū)比例如我國年降水量均值等值線圖分布：沿海比內(nèi)陸大、山區(qū)比 平原大、南方比北方大。平原大、南方比北方大。 n xxx, 21 n i n x nn xxx x 1 21 1 x 0 W （1）均值）均值 x 0 W 均值能表示系列水率高低，但不能反映系列各變量值在均值兩 側(cè)的離散程度： 例如：甲 10 、 50、

25、 90， =50 乙 49、 50、 51， =50 以均值為中心考察， 稱為離均差。 方差： 均方差（標(biāo)準(zhǔn)差）： 甲=32.6，乙 =0.8， 甲乙，甲離散程度大、乙小。 的物理意義：系列離散程度大??； 間接均值的代表性問題。 ii xxx )( 2 () ( ) 1 i xx D x n 2 1 () 1 n i xx n （2）均方差）均方差 x x 變差系數(shù)變差系數(shù)CV的物理意義：表示離散程度的大小的物理意義：表示離散程度的大小 n )1k( nx )xx( x n )xx( x C n 1 2 i 2 2 n 1 i 2 n 1 i V （3）變差系數(shù)（離差系數(shù)、離勢系數(shù)）變差系數(shù)（

26、離差系數(shù)、離勢系數(shù)） 模比系數(shù) x x k i i 408.0 10 4008 x C V 甲 甲 甲 00408.0 1000 4008 x C V 乙 乙 乙 說明乙系列離散程度遠(yuǎn)比甲系列離散程度小 注意：注意： （1 1）對徑流來講，）對徑流來講，C CV大，說明來水不均勻，變化大，說明來水不均勻，變化 劇烈，如若在這樣的河流上修建水庫，就需要較大劇烈，如若在這樣的河流上修建水庫，就需要較大 的庫容調(diào)節(jié)，所以的庫容調(diào)節(jié)，所以C CV對水利工程的設(shè)計(jì)規(guī)模有很大對水利工程的設(shè)計(jì)規(guī)模有很大 的影響。的影響。 （2 2）同一河流，上）同一河流，上下游，下游，C CV上 上 CV中中 CV下下，上

27、 ，上 游河窄、控制流域面積小，調(diào)節(jié)能力差，暴漲暴落，游河窄、控制流域面積小，調(diào)節(jié)能力差，暴漲暴落， 中下游、河寬面積大，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。中下游、河寬面積大，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。 系列的偏度，即系列對于均值系列的偏度，即系列對于均值 來說，對稱還是不對稱（用來說，對稱還是不對稱（用C CS），）， 大于均值的數(shù)出現(xiàn)的多些還是小于均值的數(shù)出現(xiàn)的多些。大于均值的數(shù)出現(xiàn)的多些還是小于均值的數(shù)出現(xiàn)的多些。 CS=0，對稱；，對稱； CS0，正偏，正偏； CS0，負(fù)偏。，負(fù)偏。 i i V ii S k x x nC k n xx C 3 3 3 3 ) 1()( （4）偏態(tài)系數(shù)（偏差系數(shù)）偏態(tài)系數(shù)（偏差系數(shù)） x

28、 ， 頻率曲線位置抬高，且變陡。頻率曲線位置抬高，且變陡。 x C CV、C CS固定，固定， 改變頻率曲線的高低位置改變頻率曲線的高低位置 12 xx （5） 、C CV、C CS對頻率曲線的影響對頻率曲線的影響 x x x （5） 、C CV、C CS對頻率曲線的影響對頻率曲線的影響 、C CS固定固定 C CV變大，使頻率曲線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變大，使頻率曲線順時(shí)針旋轉(zhuǎn) x 21vv CC x 3 、C CV固定固定 C CS變大，使頻率曲線上端變陡，中間曲率變大，下端趨于水平變大，使頻率曲線上端變陡，中間曲率變大，下端趨于水平 （5） 、C CV、C CS對頻率曲線的影響對頻率曲線的影響 x

29、21ss CC aNln xx aNLn xi特大洪水變量，i=1，a xj實(shí)測洪水變量，j=L+1，n 22 11 1 (1)(1) 1 an vij ij l Na CKK Nnl 11 1 an ij ij l Na xxx Nnl CS根據(jù)根據(jù)CV的倍比估算的倍比估算 將實(shí)測資料由大到小排列，計(jì)算各項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，將實(shí)測資料由大到小排列，計(jì)算各項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率， 在頻率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。在頻率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)。 選定水文頻率分布線型（一般選用皮爾遜選定水文頻率分布線型（一般選用皮爾遜型）。型）。 先采用矩法或其它方法估計(jì)出頻率曲線參數(shù)的初估先采用矩法或其它方法估計(jì)出頻率曲線參數(shù)的初估 值

30、均值值均值、C Cv v，而，而C Cs s憑經(jīng)驗(yàn)初選為憑經(jīng)驗(yàn)初選為C Cv v的倍數(shù)。的倍數(shù)。 根據(jù)擬定的均值、根據(jù)擬定的均值、C Cv v和和C Cs s，查附表，計(jì)算，查附表，計(jì)算x xp p 值。以值。以 x xp p為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，p p為橫坐標(biāo)，即可得到頻率曲線。將此線畫為橫坐標(biāo)，即可得到頻率曲線。將此線畫 在繪有經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的圖上，看與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合的情況在繪有經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的圖上，看與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合的情況 。若。若 不理想，可通過調(diào)整均值、不理想，可通過調(diào)整均值、C Cv v和和C Cs s點(diǎn)繪頻率曲線。點(diǎn)繪頻率曲線。 最后根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合情況，從中選最后根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)

31、據(jù)的配合情況，從中選 出一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應(yīng)于出一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線，相應(yīng)于 該曲線的參數(shù)便看作是總體參數(shù)的估值。該曲線的參數(shù)便看作是總體參數(shù)的估值。 求指定頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。求指定頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。 某站年徑流系列符合某站年徑流系列符合p-型分布，已知該系列的型分布，已知該系列的X均 均=650mm， ， =162.5mm，Cs =2Cv，試結(jié)合下表計(jì)算設(shè)計(jì)保證率，試結(jié)合下表計(jì)算設(shè)計(jì)保證率p=90% 的設(shè)計(jì)年徑流量。的設(shè)計(jì)年徑流量。 C s0 .20 .30 .40 .50 .6 -1 .2 6-1 .2 4-1 .2 3-1 .2 2-

32、1 .2 0 )1 ( V cXX 解：解：Cv=/X均 均=162.5/650=0.25， ，Cs=2Cv=0.5 查表得查表得=-1.22，代入，代入 R90%=650(1-0.251.22) =6500.695=541.8mm 1 1離差平方和最小準(zhǔn)則（離差平方和最小準(zhǔn)則（OLSOLS）；）； 2 2離差絕對值和最小準(zhǔn)則（離差絕對值和最小準(zhǔn)則（ABSABS）；）； 3 3相對離差平方和最小準(zhǔn)則。相對離差平方和最小準(zhǔn)則。 2.5 設(shè)計(jì)成果的合理性分析設(shè)計(jì)成果的合理性分析 v1 1從洪峰、洪量及統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律分析。從洪峰、洪量及統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律分析。 v2 2從洪峰、洪量及統(tǒng)計(jì)

33、參數(shù)地區(qū)變化規(guī)律分析。從洪峰、洪量及統(tǒng)計(jì)參數(shù)地區(qū)變化規(guī)律分析。 v 3. 3.設(shè)計(jì)洪峰流量與國內(nèi)外或地區(qū)最大洪水記錄對比分析設(shè)計(jì)洪峰流量與國內(nèi)外或地區(qū)最大洪水記錄對比分析 v 4. 4.與暴雨計(jì)算成果比較與暴雨計(jì)算成果比較。 2.6 洪水設(shè)計(jì)值的抽樣誤差和安全修正值問題洪水設(shè)計(jì)值的抽樣誤差和安全修正值問題 3 設(shè)計(jì)洪水過程線的推求設(shè)計(jì)洪水過程線的推求 設(shè)計(jì)洪水過程線推求的基本思路：設(shè)計(jì)洪水過程線推求的基本思路： （1）選擇典型洪水過程線；）選擇典型洪水過程線； （2）對典型洪水過程線進(jìn)行縮放，得出設(shè)計(jì)洪水過程線。）對典型洪水過程線進(jìn)行縮放，得出設(shè)計(jì)洪水過程線。 根據(jù)流域洪水形成規(guī)律和天氣條件，

34、洪水的特征（峰根據(jù)流域洪水形成規(guī)律和天氣條件，洪水的特征（峰 現(xiàn)時(shí)間、季節(jié)、峰型（單峰、雙峰或連續(xù)峰），主峰位現(xiàn)時(shí)間、季節(jié)、峰型（單峰、雙峰或連續(xù)峰），主峰位 置、洪水上漲雨時(shí)、洪量集中程度等，參照這些規(guī)律和置、洪水上漲雨時(shí)、洪量集中程度等，參照這些規(guī)律和 特點(diǎn)選擇典型洪水過程線。特點(diǎn)選擇典型洪水過程線。 v1 1峰高、量大的實(shí)測洪水過程線，稀遇洪水峰高、量大的實(shí)測洪水過程線，稀遇洪水 v2 2具有代表性，能反映流域大洪水特性：成因、具有代表性，能反映流域大洪水特性：成因、 季節(jié)、洪峰次數(shù)、主峰位置、洪水歷時(shí)及峰季節(jié)、洪峰次數(shù)、主峰位置、洪水歷時(shí)及峰 量關(guān)系等，具有代表性。量關(guān)系等，具有代表性

35、。 v3 3選對工程不利、峰形集中、主峰靠后。選對工程不利、峰形集中、主峰靠后。 v4 4與下游洪水遭遇情況最不利的典型。與下游洪水遭遇情況最不利的典型。 所選典型一般峰、量都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行放所選典型一般峰、量都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行放 大，使其符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)計(jì)洪水過程線。大，使其符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即設(shè)計(jì)洪水過程線。 放大方法放大方法 同倍比法同倍比法 同頻率法同頻率法 （1）同倍比放大法 同倍比法采用按同一倍比對典型洪水過程線的縱同倍比法采用按同一倍比對典型洪水過程線的縱 標(biāo)值（流量值）進(jìn)行縮放來推求設(shè)計(jì)洪水過程線。標(biāo)值（流量值）進(jìn)行縮放來推求設(shè)計(jì)洪水過程線。 放大倍比：放大倍比

36、： Q Qmp mp設(shè)計(jì)頻率為 設(shè)計(jì)頻率為P P的洪峰流量的洪峰流量 Q Qm m典 典典型洪水的洪峰流量 典型洪水的洪峰流量 mp Q m Q K Q 典 按峰放大 放大倍比：放大倍比： W WTP TP設(shè)計(jì)頻率為 設(shè)計(jì)頻率為P P，設(shè)計(jì)時(shí)段為，設(shè)計(jì)時(shí)段為T T的設(shè)計(jì)洪量的設(shè)計(jì)洪量 W WT T典 典典型洪水過程線上下時(shí)段的最大洪量 典型洪水過程線上下時(shí)段的最大洪量 T T對決定防洪庫容等起控制作用的時(shí)段長對決定防洪庫容等起控制作用的時(shí)段長 TP W T W K W 典 按量放大 按3d洪量放大 按洪峰放大 按1d洪量放大 優(yōu)點(diǎn)：簡單、工作量小優(yōu)點(diǎn)：簡單、工作量小 缺點(diǎn)：洪峰、量無法同時(shí)達(dá)到

37、設(shè)計(jì)值缺點(diǎn)：洪峰、量無法同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值 （2）同頻率放大法 按不同歷時(shí)采用不同倍比對典型洪水過程線的縱按不同歷時(shí)采用不同倍比對典型洪水過程線的縱 標(biāo)值進(jìn)行縮放，得出的設(shè)計(jì)洪峰及不同歷時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)值進(jìn)行縮放，得出的設(shè)計(jì)洪峰及不同歷時(shí)設(shè)計(jì) 洪量均符合設(shè)計(jì)頻率。洪量均符合設(shè)計(jì)頻率。 峰和量都可達(dá)到設(shè)計(jì)值峰和量都可達(dá)到設(shè)計(jì)值 洪峰放大倍比：洪峰放大倍比： 典m mp Q Q Q K 典1 1 1 W W K P W 典典13 13 13 WW WW K PP W 典典37 37 37 WW WW K PP W 放大倍比 一天洪量放大倍比：一天洪量放大倍比： 3 31 1日洪量放大倍比日洪量放大倍比 7 73 3日洪量放大倍比：日洪量放大倍比： v 1 1推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量Qmp、W1P、W3P v 2 2選典型洪水過程線，并確定洪峰、洪量選典型洪水過程線，并確定洪峰、洪量Qm典 典、 、W1典 典 注意：典型洪水各歷時(shí)的洪量要以長包短的