城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件

城市水文學(xué)-8由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水城市水文學(xué)-8由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水第一節(jié)概述一、問(wèn)題的提出

在河流上興建水庫(kù)，目的在于興利除害。為了興利（灌溉、發(fā)電等），需要設(shè)置一定的興利庫(kù)容，調(diào)節(jié)年、月徑流，使之符合人們的要求。但水庫(kù)單單有興利庫(kù)容是否就行了呢？由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水第一節(jié)概述

為水利水庫(kù)自身安全和下游防護(hù)區(qū)的安全，還必須設(shè)置一定的庫(kù)容攔蓄洪水。設(shè)計(jì)洪水——攔洪庫(kù)容——設(shè)計(jì)洪水位；校核洪水——調(diào)洪庫(kù)容——校核洪水位;

水庫(kù)泄洪——泄洪建筑物；為水利水庫(kù)自身安全和下游防護(hù)區(qū)的安全死水位Z死和死庫(kù)容V死；正常蓄水位Z蓄和興利庫(kù)容V興；防洪限制水位Z限和結(jié)合庫(kù)容V結(jié)；防洪高水位Z防和防洪庫(kù)容V防；設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)和攔洪庫(kù)容V攔；校核洪水位Z校與調(diào)洪庫(kù)容V調(diào)；水庫(kù)總庫(kù)容：V總=V死+V興

+V調(diào)

-V結(jié)死水位Z死和死庫(kù)容V死；正常蓄水位Z蓄和興利庫(kù)容V興；三峽工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m，枯季消落最低水位155m，100年一遇洪水位166.9m，設(shè)計(jì)洪水位（1000年一遇）175m，校核洪水位180.4m，壩頂高程185m?？値?kù)容393億m3（175m以下），興利庫(kù)容165m3，防洪庫(kù)容221.5m3，水庫(kù)庫(kù)面面積1084km2。三峽工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m，枯季消落二、設(shè)計(jì)洪水的涵義和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)的依據(jù)。

兩類水庫(kù)防洪問(wèn)題：1.水庫(kù)本身安全防洪問(wèn)題，是確定在某一特大Q～t情況下，為了不使洪水漫溢壩頂造成毀壩災(zāi)害，所需要的壩頂高程等工程規(guī)模數(shù)據(jù)。

如何設(shè)計(jì)調(diào)洪庫(kù)容和泄洪建筑物？

——水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水二、設(shè)計(jì)洪水的涵義和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.下游地區(qū)防洪問(wèn)題，一般是水庫(kù)下游河道要求水庫(kù)下泄流量不超過(guò)某一流量值。

如何設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容？

——防護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水。

設(shè)計(jì)洪水定義：為解決各類防洪問(wèn)題，所提供的作為規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水。

2.下游地區(qū)防洪問(wèn)題，一般是水庫(kù)下游河道要求水庫(kù)下泄流量不

如何選擇水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水，涉及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，即設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定得過(guò)高，工程投資增大而不經(jīng)濟(jì)，但工程比較安全；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定得過(guò)低，工程造價(jià)降低，但工程遭受破壞的風(fēng)險(xiǎn)增大。確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。

我國(guó)：SDJ12-78《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）（試行）》GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》如何選擇水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水，涉及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)：水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)：

正常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)計(jì)洪水：確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄洪流量等。不超過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐一切工作維持正常狀態(tài)。非常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——校核洪水：確定水庫(kù)的校核洪水位。這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐的某些正常工作可以暫時(shí)破壞，次要建筑物允許損毀，但主要建筑物必須確保安全。正常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)計(jì)洪水：確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)：防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)：三、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基本方法和內(nèi)容

1.我國(guó)推求設(shè)計(jì)洪水的發(fā)展（1）歷史最大洪水加成法以歷史上發(fā)生過(guò)的最大洪水再加上一個(gè)安全值作為設(shè)計(jì)洪水。缺點(diǎn)：①對(duì)未來(lái)洪水超過(guò)歷史最大洪水的可能性考慮不足，降低了工程的安全程度；②對(duì)大小不同，重要性不同的工程采用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，顯然不合理。三、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基本方法和內(nèi)容（2）頻率計(jì)算法以符合某一頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水，如百年一遇、千年一遇等。此法將洪水作為隨機(jī)事件，根據(jù)概率理論由已發(fā)生的洪水來(lái)推估未來(lái)可能發(fā)生的符合某一頻率標(biāo)準(zhǔn)的洪水作為設(shè)計(jì)洪水。此法克服了歷史加成法存在的缺點(diǎn)，根據(jù)工程的重要性和工程規(guī)模選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)，適用面較寬，在我國(guó)水利、電力、交通設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。（2）頻率計(jì)算法（3）水文氣象法因頻率計(jì)算缺乏成因概念，如果資料太短，用于推求稀遇洪水根據(jù)就很不足。且近年來(lái)，我國(guó)一再出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)的特大洪水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一再提高。水文氣象法從物理成因入手，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)生的最大洪水作為設(shè)計(jì)洪水。（3）水文氣象法2.設(shè)計(jì)洪水的內(nèi)容設(shè)計(jì)洪水三要素：

設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

對(duì)于橋梁、涵洞、調(diào)節(jié)性能小的水庫(kù)，一般可只推求設(shè)計(jì)洪峰流量，如葛洲壩電站，其泄洪閘以設(shè)計(jì)洪峰流量控制（Qm=110000m3/s)。對(duì)于大型水庫(kù)，調(diào)節(jié)性能高，可以洪量控制，即庫(kù)容大小主要由洪水總量決定。如三峽水庫(kù)，攔洪庫(kù)容300.2億m3。一般水庫(kù)都以峰和量同時(shí)控制。2.設(shè)計(jì)洪水的內(nèi)容第二節(jié)設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪量的推求一、資料審查

“三性”審查：可靠性、一致性、代表性1.資料可靠性的審查與改正實(shí)測(cè)洪水資料：對(duì)測(cè)驗(yàn)和整編進(jìn)行檢查，重點(diǎn)放在觀測(cè)與整編質(zhì)量較差的年份。包括水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)、水位流量關(guān)系等。歷史洪水資料：一是調(diào)查計(jì)算的洪峰流量可靠性；二是審查洪水發(fā)生的年份的準(zhǔn)確性。第二節(jié)設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪量的推求2.資料一致性的審查與還原所謂洪水資料的一致性，就是產(chǎn)生各年洪水的流域產(chǎn)流和匯流條件在調(diào)查觀測(cè)期中應(yīng)基本相同。如果發(fā)生了較大的變化，需要將變化后的資料還原到原先天然狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以保證抽樣的隨機(jī)性（減少人為的干擾），和能與歷史資料組成一個(gè)具有一致性的系列。例如上游建了比較大的水庫(kù)，則應(yīng)把建庫(kù)后的資料通過(guò)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算，修正為未建庫(kù)條件下的洪水。2.資料一致性的審查與還原3.資料代表性的審查與插補(bǔ)延長(zhǎng)當(dāng)洪水資料的頻率分布能近似反映洪水的總體分布時(shí)，則認(rèn)為具有代表性；否則，則認(rèn)為缺乏代表性。實(shí)際工作中要求連續(xù)實(shí)測(cè)的洪水年數(shù)一般不少于20～30年，并有特大洪水加入。當(dāng)實(shí)測(cè)洪水資料缺乏代表性時(shí)，應(yīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)和補(bǔ)充歷史特大洪水，使之滿足代表性的要求。插補(bǔ)延長(zhǎng)主要是采用相關(guān)分析的方法。

3.資料代表性的審查與插補(bǔ)延長(zhǎng)二、樣本選取河流上一年內(nèi)要發(fā)生多次洪水，每次洪水具有不同歷時(shí)的流量變化過(guò)程，如何從歷年洪水系列資料中選取表征洪水特征值的樣本，是洪水頻率計(jì)算的首要問(wèn)題。目前采用年最大值法選樣：即從資料中逐年選取一個(gè)最大流量和固定時(shí)段的最大洪水總量，組成洪峰流量和洪量系列。固定時(shí)段一般采用1、3、5、7、15、30天。大流域，調(diào)洪能力大的工程，設(shè)計(jì)時(shí)段可以取得長(zhǎng)些；小流域、調(diào)洪能力小的工程，可以取得短一些。二、樣本選取T=1天T=5天T=3天t(d)Q(m3/s)QmW1W5W3T=1天T=5天T=3天t(d)Q(m3/s)QmW1W5W

在洪水資料審查中，樣本的代表性要求洪水系列長(zhǎng)20～30年，并有特大洪水加入。那么下面主要講什么是特大洪水、為什么要加入特大洪水、加入特大洪水進(jìn)入后如何進(jìn)行處理等問(wèn)題在洪水資料審查中，樣本的代表性要求洪水系列長(zhǎng)2三、特大洪水的處理

1.概述(1)什么是特大洪水?

特大洪水是指實(shí)測(cè)系列和調(diào)查到的歷史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。

歷史上的一般洪水是沒(méi)有文字記載和留下洪水痕跡,只有特大洪水才有文獻(xiàn)記載和洪水痕跡可供查證,所以調(diào)查到的歷史洪水一般就是特大洪水.

特大洪水可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期間之內(nèi),也可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期之外,前者稱資料內(nèi)特大洪水,后者稱資料外特大洪水(歷史特大洪水).三、特大洪水的處理歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期QNQN資料內(nèi)特大洪水資料外特大洪水(歷史特大洪水)一般時(shí)，QN可以考慮作為特大洪水處理。歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期QNQN資料內(nèi)特大洪水資料外特大洪水一般（2）特大洪水重現(xiàn)期

重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱多少年一遇。

要準(zhǔn)確地定出特大洪水的重現(xiàn)期是相當(dāng)困難的，目前，一般是根據(jù)歷史洪水發(fā)生的年代來(lái)大致推估。①?gòu)陌l(fā)生年代至今為最大

N=設(shè)計(jì)年份-調(diào)查期發(fā)生年份+1②從調(diào)查考證的最遠(yuǎn)年份至今為最大

N=設(shè)計(jì)年份-文獻(xiàn)考證期最遠(yuǎn)年份+1（2）特大洪水重現(xiàn)期[例]1992年長(zhǎng)江重慶～宜昌河段洪水調(diào)查

同治九年（1870年）川江發(fā)生特大洪水，沿江調(diào)查到石刻91處，推算得宜昌洪峰流量Qm＝110000m3/s。

Nn19921870Qm＝110000m3/s

如此洪水為1870年以來(lái)為最大，則N=1992-1870+1＝123（年）。這么大的洪水平均130年就發(fā)生一次，可能性不大。[例]1992年長(zhǎng)江重慶～宜昌河段洪水調(diào)查Nn1992187

又經(jīng)調(diào)查，在四川忠縣長(zhǎng)江北岸2km處的選溪山洞中調(diào)查到宋紹興23年（南宋趙構(gòu)年號(hào)）即1153年一次大洪水。Nn19921870Qm＝110000m3/s1153

該洪水小于1870年洪水，通過(guò)調(diào)查還可以肯定自1153年以來(lái)1870年洪水為最大，則1870年洪水的重現(xiàn)期為

N＝1992-1153+1＝840（年）。又經(jīng)調(diào)查，在四川忠縣長(zhǎng)江北岸2km處的選溪山洞中

這樣確定特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)大的不穩(wěn)定性，要準(zhǔn)確地確定重現(xiàn)期就要追溯到更遠(yuǎn)的年代，但追溯的年代愈遠(yuǎn)，河道情況與當(dāng)前差別越大，記載愈不詳盡，計(jì)算精度愈差，一般以明、清兩代六百年為宜。這樣確定特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)大的不（3）為什么要考慮特大洪水？

目前我們所掌握的樣本系列不長(zhǎng)，系列愈短，抽樣誤差愈大，若用于推求千年一遇、萬(wàn)年一遇的稀遇洪水，根據(jù)就很不足。如果能調(diào)查到N年（N>>n）中的特大洪水，就相當(dāng)于把n年資料展延到了N年，提高了系列的代表性，使計(jì)算結(jié)果更合理、準(zhǔn)確。（3）為什么要考慮特大洪水？例：河北省滹沱河黃壁莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算：1955年設(shè)計(jì)，資料n=18年，Q0.1%=12600m3/s；1956年發(fā)生特大洪水Q=13100m3/s，直接加入資料系列（n=19），未做特大洪水處理，Q0.1%=25900m3/s；將1956年洪水做特大洪水處理，但不加歷史特大洪水，Q0.1%=19700m3/s；再加入歷史特大洪水（1794、1853、1917、1939），Q0.1%=22600m3/s；1963年又發(fā)生了一次特大洪水Q=12000m3/s，加入并做特大洪水處理，Q0.1%=23300m3/s。例：河北省滹沱河黃壁莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算：

由此可見(jiàn)加入特大洪水有助于提高樣本的代表性和設(shè)計(jì)洪水的可靠性。但應(yīng)注意的是，年代越久，由于河流演變等原因，推算的洪峰流量可能存在較大誤差，必須盡可能的從多方面考察、論證。由此可見(jiàn)加入特大洪水有助于提高樣本的代表性和2.考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的估算加入特大洪水后，資料系列的特征：（1）連序系列和不連序系列：缺測(cè)

所謂“連序”與“不連序”，不是指時(shí)間上連續(xù)與否，只是說(shuō)所構(gòu)成的樣本中間有無(wú)空位。2.考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的估算缺測(cè)所謂“連

所以特大洪水加入系列后，樣本成為不連序系列，其經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算與連序系列不同。這樣就要研究有特大洪水時(shí)的經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法，稱為特大洪水處理?？紤]特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算基本上是采用將特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率與一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率分別計(jì)算的方法。目前國(guó)內(nèi)有兩種計(jì)算特大洪水與一般洪水經(jīng)驗(yàn)頻率的方法：獨(dú)立樣本法、統(tǒng)一樣本法。所以特大洪水加入系列后，樣本成為不連序設(shè)：N——?dú)v史調(diào)查期年數(shù)：n——實(shí)測(cè)系列的年數(shù)；l——n年中的特大洪水項(xiàng)數(shù)；

a——N年中能夠確定排位的特大洪水項(xiàng)數(shù)（含資料內(nèi)特大洪水l項(xiàng)）；m——實(shí)測(cè)系列在n中由大到小排列的序號(hào)，m=l+1，l+2，...，n；Pm——實(shí)測(cè)系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；PM——特大洪水第M序號(hào)的經(jīng)驗(yàn)頻率，M=1,2,...,a設(shè)：Nna項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)......TQ(m3/s)......實(shí)測(cè)一般洪水，n-l項(xiàng)m=l+1,l+2,...,n缺測(cè)Nna項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)（2）獨(dú)立樣本法把實(shí)測(cè)一般洪水系列與特大洪水系列都看作是從總體中獨(dú)立抽出的兩個(gè)隨機(jī)連序樣本，各項(xiàng)洪水可分別在各個(gè)系列中進(jìn)行排位，實(shí)測(cè)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率仍按連序系列經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算：特大洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：

當(dāng)實(shí)測(cè)系列中含有特大洪水時(shí)，雖然這些特大洪水提到與歷史特大洪水一起排序，但這些特大洪水亦應(yīng)在實(shí)測(cè)系列中占序號(hào)，即實(shí)測(cè)系列的排序?yàn)閙=l+1,l+2,...,n。（2）獨(dú)立樣本法特大洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：當(dāng)實(shí)（2）統(tǒng)一樣本法

將實(shí)測(cè)系列與特大值系列共同組成一個(gè)不連序系列，作為代表總體的一個(gè)樣本，不連序系列各項(xiàng)可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)統(tǒng)一排位。

特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率仍采用下式(n-l)項(xiàng)實(shí)測(cè)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：（2）統(tǒng)一樣本法(n-l)項(xiàng)實(shí)測(cè)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為a項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)......PQ(m3/s)...PmPM實(shí)測(cè)一般洪水，n-l項(xiàng)m=l+1,l+2,...,n...PMa1-PMaa項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)..

上述兩種方法，我國(guó)目前都在使用。一般說(shuō)，獨(dú)立樣本法把特大洪水與實(shí)測(cè)一般洪水視為相互獨(dú)立，這在理論上有些不合理，但比較簡(jiǎn)單。在特大洪水排位可能有錯(cuò)漏時(shí)，因不互相影響，這方面講則是比較合適的。當(dāng)特大洪水排位比較準(zhǔn)確時(shí)，理論上說(shuō)，用統(tǒng)一樣本法更好一些。上述兩種方法，我國(guó)目前都在使用。一般說(shuō)[例6-1]某站自1935～1972年的38年中，有5年因戰(zhàn)爭(zhēng)缺測(cè)，故實(shí)有洪水資料33年。其中1949年為最大，并考證應(yīng)從實(shí)測(cè)系列中抽出作為特大值處理。另外，查明自1903年以來(lái)的70年間，為首的三次大洪水，其大小排位為1921、1949、1903年，并能判斷在這70年間不會(huì)遺漏掉比1903年更大的洪水。同時(shí)，還調(diào)查到在1903年以前，還有三次大于1921年的特大洪水，其序位是1867、1852、1832年，但因年代久遠(yuǎn)，小于1921年洪水則無(wú)法查清?，F(xiàn)按上述兩種方法估算各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)頻率。n=33N1=70N2=141192119491903194919211867185218321972190318321935[例6-1]某站自1935～1972年的38年中，有5年因戰(zhàn)獨(dú)立樣本法：

1852年1832年1921年1867年調(diào)查期N2=141：統(tǒng)一樣本法：

同獨(dú)立樣本法獨(dú)立樣本法：1852年1832年1921年1867年調(diào)查期獨(dú)立樣本法：

1949年1903年1921年已抽到上面排序調(diào)查期N1=70：統(tǒng)一樣本法：

獨(dú)立樣本法：1949年1903年1921年已抽到上面獨(dú)立樣本法：

1940年1968年1949年已抽到上面排序?qū)崪y(cè)期n=33：統(tǒng)一樣本法：

.........獨(dú)立樣本法：1940年1968年1949年已抽到上面3.考慮特大洪水時(shí)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定（1）初步估計(jì)參數(shù)——矩法假設(shè)系列中n-l年的一般洪水的均值為xn-l、均方差為σn-l，它們與除去特大洪水后的N-a年總的一般洪水系列的均值xN-a、均方差σN-a相等，即:xj——特大洪水；xi——一般洪水則可導(dǎo)出：3.考慮特大洪水時(shí)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定xj——特大洪水；xi——一（2）三點(diǎn)法初估參數(shù)如已知某曲線的數(shù)學(xué)方程，用選點(diǎn)法可確定方程中的參數(shù)。

[例]直線方程y=a+bx

在直線上任選兩點(diǎn)，有：

y1=a+bx1y2=a+bx2

解之可得a，b（2）三點(diǎn)法初估參數(shù)解之可得a，b

我們知道P-Ⅲ型曲線有三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，x，Cv，Cs，于是在經(jīng)驗(yàn)頻率曲線上任選三點(diǎn):根據(jù)P-Ⅲ型曲線的性質(zhì)有：xPxP1xP2xP3P1P2P3（P1,xP1)，(P2,xP2)，(P3,xP3)我們知道P-Ⅲ型曲線有三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，x，Cv，C聯(lián)解得：令：S是Cs的函數(shù)，稱偏度系數(shù)。計(jì)算時(shí)，可由計(jì)算的S值，查S—Cs關(guān)系表，求Cs。再查Cs—Φ值表，得Φ(P1,Cs)，Φ(P2,Cs)，Φ(P3,Cs)。聯(lián)解得：令：S是Cs的函數(shù)，稱偏度系數(shù)。計(jì)算時(shí)，可由計(jì)算的S再聯(lián)解下式得；三點(diǎn)的選取一般為：1～50～99%3～50～97%5～50～95%10～50～90%再聯(lián)解下式得；三點(diǎn)的選取一般為：1～50～99%[例6-2]已知某水庫(kù)壩址處共有1972～1954年19年的實(shí)測(cè)洪峰流量資料。另外，通過(guò)歷史洪水調(diào)查得知，1922年發(fā)生過(guò)一次大洪水，是1922年來(lái)最大，1963年洪水則為第二大洪水。試根據(jù)點(diǎn)繪的經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，用三點(diǎn)法初估參數(shù)。P(%)Qm(m3/s)20807602605%50%95%選點(diǎn)：Q5%=2080m3/sQ50%=760m3/sQ95%=260m3/s[例6-2]已知某水庫(kù)壩址處共有1972～1954年19年的計(jì)算S值：由S查得：由Cs查附表1Φ值表，得：計(jì)算得：計(jì)算S值：由S查得：由Cs查附表1Φ值表，得：計(jì)算得：例題：某水文站實(shí)測(cè)有1938年至1992年最大洪峰流量資料，其中最大的五年洪峰流量依次為28400m3/s，13200m3/s，9850m3/s，8560m3/s，8450m3/s。另外，調(diào)查到1927年發(fā)生一次洪峰為32000m3/s是1856年以來(lái)最大一次洪水，1856年至1938年間其余洪水的洪峰流量均在15000m3/s以下，試用統(tǒng)一樣本法計(jì)算上述六項(xiàng)洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)頻率。例題：

Cs值：對(duì)于Cv≤0.5的地區(qū)，Cs=(3～4）Cv；

對(duì)于0.5<Cv≤1.0的地區(qū)，Cs=(2.5～3.5）Cv；

對(duì)于Cv>1.0的地區(qū)，Cs=(2～3）Cv；此外，還可以采用權(quán)函數(shù)法來(lái)估計(jì)Cs。Cs值：四、頻率曲線線型選擇

PⅢ型頻率曲線五、頻率曲線參數(shù)估計(jì)1.經(jīng)驗(yàn)適線法（目估適線法）

1)盡量照顧點(diǎn)群的趨勢(shì)

2）曲線通過(guò)點(diǎn)群中心

3）側(cè)重考慮中上部的較大洪水點(diǎn)據(jù)

4）對(duì)特大洪水作具體分析2.優(yōu)化適線法四、頻率曲線線型選擇六、推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量（1）在頻率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)；（2）選定頻率分布線型（一般選用PⅢ型）；（3）參數(shù)估計(jì)x

、Cv、Cs；（4）根據(jù)x、Cv、Cs，查附表1或附表2，計(jì)算xp值，以xp為縱坐標(biāo)，p為橫坐標(biāo)，即可得到頻率曲線；（5）根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合情況，從中選擇一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線；（6）求指定頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。六、推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件取Cv=0.7，令Cs=3Cv。查附表2，得不同頻率P的Kp值。則Qp=Kp×Q或查附表1，得不同頻率P的Φ值，Qp=Q(1+CvΦ)計(jì)算Qp。取Cv=0.7，令Cs=3Cv。城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件為避免修改參數(shù)的盲目性，要了解參數(shù)對(duì)頻率曲線形狀的影響：a)值愈大，頻率曲線位置愈高；xPPPxPPxPc)CS值愈大，頻率曲線上段變陡，下段變緩，中部向左偏。b)CV

值愈大，頻率曲線愈陡；為避免修改參數(shù)的盲目性，要了解參數(shù)城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件求200年一遇的洪峰流量？∵P=0.5%，Cv=0.8，Cs=3.5Cv=2.8查附表2，得Kp=4.87∴Q0.5%=4.87×587=2859m3/s或查附表1，得Φ=4.84，代入有Q0.5%=587×（1+0.8×4.84）=2859m3/s

求200年一遇的洪峰流量？有Q0.5%=587×（1+0.七、設(shè)計(jì)洪水估計(jì)值的抽樣誤差

頻率計(jì)算是用有限樣本估算總體的參數(shù)，必然存在誤差。統(tǒng)計(jì)參數(shù)的誤差與所選的頻率曲線線型有關(guān)。當(dāng)總體分布為PⅢ型，對(duì)于n年連序序列，用矩法估計(jì)參數(shù)時(shí)，樣本的均方誤的計(jì)算公式為：七、設(shè)計(jì)洪水估計(jì)值的抽樣誤差均值的相對(duì)誤差為：設(shè)計(jì)洪水xp的均方誤近似公式為：

在實(shí)際工作中，對(duì)大型或重要的中型工程，應(yīng)計(jì)算校核標(biāo)準(zhǔn)洪水的抽樣誤差。如果成果偏小，應(yīng)加安全修正，一般不超過(guò)計(jì)算值的20%。均值的相對(duì)誤差為：設(shè)計(jì)洪水xp的均方誤近似公式為：在八、計(jì)算成果的合理性檢驗(yàn)（1）檢查洪峰、各時(shí)段洪量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與歷時(shí)之間的關(guān)系；

歷時(shí)增長(zhǎng)，均值增大，Cv、Cs一般減小。

PQW7d5d3d八、計(jì)算成果的合理性檢驗(yàn)PQW7d5d3d(2)根據(jù)上下游、干支流及鄰近地區(qū)各河流洪水頻率分析成果進(jìn)行比較。從上游到下游，均值增大、模數(shù)減小PW3d（下游站、干流站）3d（上游站、支流站）(2)根據(jù)上下游、干支流及鄰近地區(qū)各河流洪水頻率分析成果進(jìn)行（3）與暴雨頻率分析結(jié)果進(jìn)行比較一般洪水徑流深應(yīng)小于相應(yīng)天數(shù)的暴雨深，而洪水的Cv值大于相應(yīng)暴雨量的Cv值。（3）與暴雨頻率分析結(jié)果進(jìn)行比較第三節(jié)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

目的：調(diào)洪演算，以確定防洪建筑物的規(guī)模尺寸等。

定義：設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線是指具有某一標(biāo)準(zhǔn)的洪水過(guò)程線。方法：類似推求設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配，從實(shí)測(cè)資料中選取典型洪水過(guò)程線，按設(shè)計(jì)洪峰、洪量放大，即得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

同頻率放大、同倍比放大第三節(jié)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求一、典型洪水過(guò)程線的選擇

影響因素：

1）洪水（尤其是特大洪水）的形成規(guī)律和天氣條件；

2）洪水過(guò)程，如大洪水出現(xiàn)的時(shí)間、季節(jié)、峰型（單峰、雙峰或連續(xù)峰）、主峰位置、洪水上漲歷時(shí)、洪量集中程度等。原則：

1）峰高量大，接近設(shè)計(jì)條件下的稀遇洪水；

2）代表性（季節(jié)、地區(qū)組成、洪峰次數(shù)、峰量關(guān)系）；

3）對(duì)過(guò)程不利（峰型集中、主峰靠后、與下游洪水遭遇）。一、典型洪水過(guò)程線的選擇

若符合條件的洪水過(guò)程可能不止一條，也可以選擇幾個(gè)典型過(guò)程，分別推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，供調(diào)洪計(jì)算時(shí)分析比較。例如丹江口水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)，就曾選擇了1935年和1964年洪水兩個(gè)典型，前者是夏季洪水的典型，后者是秋季洪水的典型。若符合條件的洪水過(guò)程可能不止一條，也可以選擇幾個(gè)二、放大方法1.同頻率放大（峰量同頻率放大法）洪峰放大倍比：最大1天洪量放大倍比：最大3天洪量除最大1天以外，其余兩天的放大倍比：二、放大方法

特點(diǎn)：放大后的過(guò)程線，其洪峰流量和各時(shí)段的洪量都符合同一設(shè)計(jì)頻率。注意：1.時(shí)段劃分，不宜過(guò)多，一般以3段或4段為宜；2.對(duì)于放大后過(guò)程線的不連續(xù)現(xiàn)象，可徒手修勻，修勻后仍應(yīng)保持洪峰和各時(shí)段洪量等于設(shè)計(jì)值。特點(diǎn)：放大后的過(guò)程線，其洪峰流量和各時(shí)段的洪2.同倍比放大1）按洪峰控制的放大倍比：2）按洪量控制的放大倍比：2.同倍比放大特點(diǎn)：用同一放大倍比放大典型過(guò)程。注意：1.用峰控制還是用量控制，要看峰、量哪個(gè)其主要作用；2.設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的峰或量偏離設(shè)計(jì)值?！耙苑蹇刂啤?，則洪峰等于設(shè)計(jì)值，洪量不一定等于設(shè)計(jì)值；“以量控制”，則時(shí)段洪量等于設(shè)計(jì)值，而洪峰不一定等于設(shè)計(jì)值。特點(diǎn)：用同一放大倍比放大典型過(guò)程。第四節(jié)分期設(shè)計(jì)洪水

目的：為了滿足不同時(shí)期的防洪需要；定義：一年中某個(gè)時(shí)段所擬定的設(shè)計(jì)洪水。

方法：把整個(gè)年內(nèi)劃分為若干個(gè)分期，然后在分期的時(shí)段內(nèi)，按年最大值法選樣，進(jìn)行頻率計(jì)算。第四節(jié)分期設(shè)計(jì)洪水一、洪水季節(jié)性變化規(guī)律分析和分期劃分依據(jù)：設(shè)計(jì)流域洪水季節(jié)變化規(guī)律、工程要求氣候、均值、Cv、Cs的變化等原則：盡可能根據(jù)不同成因的洪水，把全年劃分為若干分期。分期不宜過(guò)短，一般以不短于1個(gè)月為宜。選樣：跨期選樣、不跨期選樣?？缙谶x樣的日期不宜超過(guò)5～10日。一、洪水季節(jié)性變化規(guī)律分析和分期劃分城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件二、分期設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法1）選樣2）特大洪水處理；經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算；參數(shù)估計(jì)；配線；3）分期設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線施工初期圍堰——設(shè)計(jì)洪峰流量大壩合龍——設(shè)計(jì)洪峰和洪量調(diào)洪——設(shè)計(jì)洪水工程線4）與全年最大洪水的峰量頻率曲線對(duì)比

二、分期設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法要點(diǎn)特大洪水的確定與經(jīng)驗(yàn)頻率選擇。系列特征值的計(jì)算（均值、離差系數(shù)）設(shè)計(jì)洪峰的計(jì)算（查表）設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（同頻率、同倍比）

綜合：了解由流量推求設(shè)計(jì)洪水的過(guò)程。要點(diǎn)特大洪水的確定與經(jīng)驗(yàn)頻率選擇。練習(xí)1經(jīng)驗(yàn)頻率推求：某站具有1952年到1983年實(shí)測(cè)洪峰資料，其中1955年洪水最大，Qm=13600m3/s。另調(diào)查到期1878年洪峰流量Qm=18200m3/s，1935年的洪峰流量Qm=12500m3/s，從1878年以來(lái)，調(diào)查考證可知未遺漏大于1935年洪水。（1）、試分析各次特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率？（2）如實(shí)測(cè)期次大洪水為1967年，洪峰

，問(wèn)該洪峰流量如何排位？其經(jīng)驗(yàn)頻率為多少？練習(xí)1經(jīng)驗(yàn)頻率推求：練習(xí)2.設(shè)計(jì)洪峰推已求得某河流斷面年最大洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果為Q=365m3/s、Cv=0.72，Cs=3Cv。試推求該河流斷面50年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量。（查表：離均系數(shù)、模比系數(shù)）練習(xí)2.設(shè)計(jì)洪峰推城市水文學(xué)-8由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水城市水文學(xué)-8由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水第一節(jié)概述一、問(wèn)題的提出

在河流上興建水庫(kù)，目的在于興利除害。為了興利（灌溉、發(fā)電等），需要設(shè)置一定的興利庫(kù)容，調(diào)節(jié)年、月徑流，使之符合人們的要求。但水庫(kù)單單有興利庫(kù)容是否就行了呢？由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水第一節(jié)概述

為水利水庫(kù)自身安全和下游防護(hù)區(qū)的安全，還必須設(shè)置一定的庫(kù)容攔蓄洪水。設(shè)計(jì)洪水——攔洪庫(kù)容——設(shè)計(jì)洪水位；校核洪水——調(diào)洪庫(kù)容——校核洪水位;

水庫(kù)泄洪——泄洪建筑物；為水利水庫(kù)自身安全和下游防護(hù)區(qū)的安全死水位Z死和死庫(kù)容V死；正常蓄水位Z蓄和興利庫(kù)容V興；防洪限制水位Z限和結(jié)合庫(kù)容V結(jié)；防洪高水位Z防和防洪庫(kù)容V防；設(shè)計(jì)洪水位Z設(shè)和攔洪庫(kù)容V攔；校核洪水位Z校與調(diào)洪庫(kù)容V調(diào)；水庫(kù)總庫(kù)容：V總=V死+V興

+V調(diào)

-V結(jié)死水位Z死和死庫(kù)容V死；正常蓄水位Z蓄和興利庫(kù)容V興；三峽工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m，枯季消落最低水位155m，100年一遇洪水位166.9m，設(shè)計(jì)洪水位（1000年一遇）175m，校核洪水位180.4m，壩頂高程185m?？値?kù)容393億m3（175m以下），興利庫(kù)容165m3，防洪庫(kù)容221.5m3，水庫(kù)庫(kù)面面積1084km2。三峽工程，正常蓄水位175m，防洪限制水位145m，枯季消落二、設(shè)計(jì)洪水的涵義和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)的依據(jù)。

兩類水庫(kù)防洪問(wèn)題：1.水庫(kù)本身安全防洪問(wèn)題，是確定在某一特大Q～t情況下，為了不使洪水漫溢壩頂造成毀壩災(zāi)害，所需要的壩頂高程等工程規(guī)模數(shù)據(jù)。

如何設(shè)計(jì)調(diào)洪庫(kù)容和泄洪建筑物？

——水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水二、設(shè)計(jì)洪水的涵義和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.下游地區(qū)防洪問(wèn)題，一般是水庫(kù)下游河道要求水庫(kù)下泄流量不超過(guò)某一流量值。

如何設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容？

——防護(hù)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水。

設(shè)計(jì)洪水定義：為解決各類防洪問(wèn)題，所提供的作為規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)的各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水。

2.下游地區(qū)防洪問(wèn)題，一般是水庫(kù)下游河道要求水庫(kù)下泄流量不

如何選擇水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水，涉及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，即設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定得過(guò)高，工程投資增大而不經(jīng)濟(jì)，但工程比較安全；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定得過(guò)低，工程造價(jià)降低，但工程遭受破壞的風(fēng)險(xiǎn)增大。確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。

我國(guó)：SDJ12-78《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（山區(qū)、丘陵區(qū)部分）（試行）》GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》如何選擇水工建筑物的設(shè)計(jì)洪水，涉及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)：水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)：

正常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)計(jì)洪水：確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄洪流量等。不超過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐一切工作維持正常狀態(tài)。非常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——校核洪水：確定水庫(kù)的校核洪水位。這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)樞紐的某些正常工作可以暫時(shí)破壞，次要建筑物允許損毀，但主要建筑物必須確保安全。正常運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)——設(shè)計(jì)洪水：確定水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)泄防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)：防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)：三、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基本方法和內(nèi)容

1.我國(guó)推求設(shè)計(jì)洪水的發(fā)展（1）歷史最大洪水加成法以歷史上發(fā)生過(guò)的最大洪水再加上一個(gè)安全值作為設(shè)計(jì)洪水。缺點(diǎn)：①對(duì)未來(lái)洪水超過(guò)歷史最大洪水的可能性考慮不足，降低了工程的安全程度；②對(duì)大小不同，重要性不同的工程采用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，顯然不合理。三、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基本方法和內(nèi)容（2）頻率計(jì)算法以符合某一頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水，如百年一遇、千年一遇等。此法將洪水作為隨機(jī)事件，根據(jù)概率理論由已發(fā)生的洪水來(lái)推估未來(lái)可能發(fā)生的符合某一頻率標(biāo)準(zhǔn)的洪水作為設(shè)計(jì)洪水。此法克服了歷史加成法存在的缺點(diǎn)，根據(jù)工程的重要性和工程規(guī)模選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)，適用面較寬，在我國(guó)水利、電力、交通設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。（2）頻率計(jì)算法（3）水文氣象法因頻率計(jì)算缺乏成因概念，如果資料太短，用于推求稀遇洪水根據(jù)就很不足。且近年來(lái)，我國(guó)一再出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)的特大洪水，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一再提高。水文氣象法從物理成因入手，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)生的最大洪水作為設(shè)計(jì)洪水。（3）水文氣象法2.設(shè)計(jì)洪水的內(nèi)容設(shè)計(jì)洪水三要素：

設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

對(duì)于橋梁、涵洞、調(diào)節(jié)性能小的水庫(kù)，一般可只推求設(shè)計(jì)洪峰流量，如葛洲壩電站，其泄洪閘以設(shè)計(jì)洪峰流量控制（Qm=110000m3/s)。對(duì)于大型水庫(kù)，調(diào)節(jié)性能高，可以洪量控制，即庫(kù)容大小主要由洪水總量決定。如三峽水庫(kù)，攔洪庫(kù)容300.2億m3。一般水庫(kù)都以峰和量同時(shí)控制。2.設(shè)計(jì)洪水的內(nèi)容第二節(jié)設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪量的推求一、資料審查

“三性”審查：可靠性、一致性、代表性1.資料可靠性的審查與改正實(shí)測(cè)洪水資料：對(duì)測(cè)驗(yàn)和整編進(jìn)行檢查，重點(diǎn)放在觀測(cè)與整編質(zhì)量較差的年份。包括水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)、水位流量關(guān)系等。歷史洪水資料：一是調(diào)查計(jì)算的洪峰流量可靠性；二是審查洪水發(fā)生的年份的準(zhǔn)確性。第二節(jié)設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪量的推求2.資料一致性的審查與還原所謂洪水資料的一致性，就是產(chǎn)生各年洪水的流域產(chǎn)流和匯流條件在調(diào)查觀測(cè)期中應(yīng)基本相同。如果發(fā)生了較大的變化，需要將變化后的資料還原到原先天然狀態(tài)的基礎(chǔ)上，以保證抽樣的隨機(jī)性（減少人為的干擾），和能與歷史資料組成一個(gè)具有一致性的系列。例如上游建了比較大的水庫(kù)，則應(yīng)把建庫(kù)后的資料通過(guò)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算，修正為未建庫(kù)條件下的洪水。2.資料一致性的審查與還原3.資料代表性的審查與插補(bǔ)延長(zhǎng)當(dāng)洪水資料的頻率分布能近似反映洪水的總體分布時(shí)，則認(rèn)為具有代表性；否則，則認(rèn)為缺乏代表性。實(shí)際工作中要求連續(xù)實(shí)測(cè)的洪水年數(shù)一般不少于20～30年，并有特大洪水加入。當(dāng)實(shí)測(cè)洪水資料缺乏代表性時(shí)，應(yīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)和補(bǔ)充歷史特大洪水，使之滿足代表性的要求。插補(bǔ)延長(zhǎng)主要是采用相關(guān)分析的方法。

3.資料代表性的審查與插補(bǔ)延長(zhǎng)二、樣本選取河流上一年內(nèi)要發(fā)生多次洪水，每次洪水具有不同歷時(shí)的流量變化過(guò)程，如何從歷年洪水系列資料中選取表征洪水特征值的樣本，是洪水頻率計(jì)算的首要問(wèn)題。目前采用年最大值法選樣：即從資料中逐年選取一個(gè)最大流量和固定時(shí)段的最大洪水總量，組成洪峰流量和洪量系列。固定時(shí)段一般采用1、3、5、7、15、30天。大流域，調(diào)洪能力大的工程，設(shè)計(jì)時(shí)段可以取得長(zhǎng)些；小流域、調(diào)洪能力小的工程，可以取得短一些。二、樣本選取T=1天T=5天T=3天t(d)Q(m3/s)QmW1W5W3T=1天T=5天T=3天t(d)Q(m3/s)QmW1W5W

在洪水資料審查中，樣本的代表性要求洪水系列長(zhǎng)20～30年，并有特大洪水加入。那么下面主要講什么是特大洪水、為什么要加入特大洪水、加入特大洪水進(jìn)入后如何進(jìn)行處理等問(wèn)題在洪水資料審查中，樣本的代表性要求洪水系列長(zhǎng)2三、特大洪水的處理

1.概述(1)什么是特大洪水?

特大洪水是指實(shí)測(cè)系列和調(diào)查到的歷史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。

歷史上的一般洪水是沒(méi)有文字記載和留下洪水痕跡,只有特大洪水才有文獻(xiàn)記載和洪水痕跡可供查證,所以調(diào)查到的歷史洪水一般就是特大洪水.

特大洪水可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期間之內(nèi),也可以發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期之外,前者稱資料內(nèi)特大洪水,后者稱資料外特大洪水(歷史特大洪水).三、特大洪水的處理歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期QNQN資料內(nèi)特大洪水資料外特大洪水(歷史特大洪水)一般時(shí)，QN可以考慮作為特大洪水處理。歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期QNQN資料內(nèi)特大洪水資料外特大洪水一般（2）特大洪水重現(xiàn)期

重現(xiàn)期是指某隨機(jī)變量的取值在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次，又稱多少年一遇。

要準(zhǔn)確地定出特大洪水的重現(xiàn)期是相當(dāng)困難的，目前，一般是根據(jù)歷史洪水發(fā)生的年代來(lái)大致推估。①?gòu)陌l(fā)生年代至今為最大

N=設(shè)計(jì)年份-調(diào)查期發(fā)生年份+1②從調(diào)查考證的最遠(yuǎn)年份至今為最大

N=設(shè)計(jì)年份-文獻(xiàn)考證期最遠(yuǎn)年份+1（2）特大洪水重現(xiàn)期[例]1992年長(zhǎng)江重慶～宜昌河段洪水調(diào)查

同治九年（1870年）川江發(fā)生特大洪水，沿江調(diào)查到石刻91處，推算得宜昌洪峰流量Qm＝110000m3/s。

Nn19921870Qm＝110000m3/s

如此洪水為1870年以來(lái)為最大，則N=1992-1870+1＝123（年）。這么大的洪水平均130年就發(fā)生一次，可能性不大。[例]1992年長(zhǎng)江重慶～宜昌河段洪水調(diào)查Nn1992187

又經(jīng)調(diào)查，在四川忠縣長(zhǎng)江北岸2km處的選溪山洞中調(diào)查到宋紹興23年（南宋趙構(gòu)年號(hào)）即1153年一次大洪水。Nn19921870Qm＝110000m3/s1153

該洪水小于1870年洪水，通過(guò)調(diào)查還可以肯定自1153年以來(lái)1870年洪水為最大，則1870年洪水的重現(xiàn)期為

N＝1992-1153+1＝840（年）。又經(jīng)調(diào)查，在四川忠縣長(zhǎng)江北岸2km處的選溪山洞中

這樣確定特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)大的不穩(wěn)定性，要準(zhǔn)確地確定重現(xiàn)期就要追溯到更遠(yuǎn)的年代，但追溯的年代愈遠(yuǎn)，河道情況與當(dāng)前差別越大，記載愈不詳盡，計(jì)算精度愈差，一般以明、清兩代六百年為宜。這樣確定特大洪水的重現(xiàn)期具有相當(dāng)大的不（3）為什么要考慮特大洪水？

目前我們所掌握的樣本系列不長(zhǎng)，系列愈短，抽樣誤差愈大，若用于推求千年一遇、萬(wàn)年一遇的稀遇洪水，根據(jù)就很不足。如果能調(diào)查到N年（N>>n）中的特大洪水，就相當(dāng)于把n年資料展延到了N年，提高了系列的代表性，使計(jì)算結(jié)果更合理、準(zhǔn)確。（3）為什么要考慮特大洪水？例：河北省滹沱河黃壁莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算：1955年設(shè)計(jì)，資料n=18年，Q0.1%=12600m3/s；1956年發(fā)生特大洪水Q=13100m3/s，直接加入資料系列（n=19），未做特大洪水處理，Q0.1%=25900m3/s；將1956年洪水做特大洪水處理，但不加歷史特大洪水，Q0.1%=19700m3/s；再加入歷史特大洪水（1794、1853、1917、1939），Q0.1%=22600m3/s；1963年又發(fā)生了一次特大洪水Q=12000m3/s，加入并做特大洪水處理，Q0.1%=23300m3/s。例：河北省滹沱河黃壁莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算：

由此可見(jiàn)加入特大洪水有助于提高樣本的代表性和設(shè)計(jì)洪水的可靠性。但應(yīng)注意的是，年代越久，由于河流演變等原因，推算的洪峰流量可能存在較大誤差，必須盡可能的從多方面考察、論證。由此可見(jiàn)加入特大洪水有助于提高樣本的代表性和2.考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的估算加入特大洪水后，資料系列的特征：（1）連序系列和不連序系列：缺測(cè)

所謂“連序”與“不連序”，不是指時(shí)間上連續(xù)與否，只是說(shuō)所構(gòu)成的樣本中間有無(wú)空位。2.考慮特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的估算缺測(cè)所謂“連

所以特大洪水加入系列后，樣本成為不連序系列，其經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算與連序系列不同。這樣就要研究有特大洪水時(shí)的經(jīng)驗(yàn)頻率和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法，稱為特大洪水處理?？紤]特大洪水時(shí)經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算基本上是采用將特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率與一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率分別計(jì)算的方法。目前國(guó)內(nèi)有兩種計(jì)算特大洪水與一般洪水經(jīng)驗(yàn)頻率的方法：獨(dú)立樣本法、統(tǒng)一樣本法。所以特大洪水加入系列后，樣本成為不連序設(shè)：N——?dú)v史調(diào)查期年數(shù)：n——實(shí)測(cè)系列的年數(shù)；l——n年中的特大洪水項(xiàng)數(shù)；

a——N年中能夠確定排位的特大洪水項(xiàng)數(shù)（含資料內(nèi)特大洪水l項(xiàng)）；m——實(shí)測(cè)系列在n中由大到小排列的序號(hào)，m=l+1，l+2，...，n；Pm——實(shí)測(cè)系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；PM——特大洪水第M序號(hào)的經(jīng)驗(yàn)頻率，M=1,2,...,a設(shè)：Nna項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)......TQ(m3/s)......實(shí)測(cè)一般洪水，n-l項(xiàng)m=l+1,l+2,...,n缺測(cè)Nna項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)（2）獨(dú)立樣本法把實(shí)測(cè)一般洪水系列與特大洪水系列都看作是從總體中獨(dú)立抽出的兩個(gè)隨機(jī)連序樣本，各項(xiàng)洪水可分別在各個(gè)系列中進(jìn)行排位，實(shí)測(cè)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率仍按連序系列經(jīng)驗(yàn)頻率公式計(jì)算：特大洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：

當(dāng)實(shí)測(cè)系列中含有特大洪水時(shí)，雖然這些特大洪水提到與歷史特大洪水一起排序，但這些特大洪水亦應(yīng)在實(shí)測(cè)系列中占序號(hào)，即實(shí)測(cè)系列的排序?yàn)閙=l+1,l+2,...,n。（2）獨(dú)立樣本法特大洪水系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：當(dāng)實(shí)（2）統(tǒng)一樣本法

將實(shí)測(cè)系列與特大值系列共同組成一個(gè)不連序系列，作為代表總體的一個(gè)樣本，不連序系列各項(xiàng)可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)統(tǒng)一排位。

特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率仍采用下式(n-l)項(xiàng)實(shí)測(cè)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：（2）統(tǒng)一樣本法(n-l)項(xiàng)實(shí)測(cè)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為a項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)......PQ(m3/s)...PmPM實(shí)測(cè)一般洪水，n-l項(xiàng)m=l+1,l+2,...,n...PMa1-PMaa項(xiàng)特大洪水M=1,2,...,a實(shí)測(cè)期內(nèi)特大洪水，l項(xiàng)..

上述兩種方法，我國(guó)目前都在使用。一般說(shuō)，獨(dú)立樣本法把特大洪水與實(shí)測(cè)一般洪水視為相互獨(dú)立，這在理論上有些不合理，但比較簡(jiǎn)單。在特大洪水排位可能有錯(cuò)漏時(shí)，因不互相影響，這方面講則是比較合適的。當(dāng)特大洪水排位比較準(zhǔn)確時(shí)，理論上說(shuō)，用統(tǒng)一樣本法更好一些。上述兩種方法，我國(guó)目前都在使用。一般說(shuō)[例6-1]某站自1935～1972年的38年中，有5年因戰(zhàn)爭(zhēng)缺測(cè)，故實(shí)有洪水資料33年。其中1949年為最大，并考證應(yīng)從實(shí)測(cè)系列中抽出作為特大值處理。另外，查明自1903年以來(lái)的70年間，為首的三次大洪水，其大小排位為1921、1949、1903年，并能判斷在這70年間不會(huì)遺漏掉比1903年更大的洪水。同時(shí)，還調(diào)查到在1903年以前，還有三次大于1921年的特大洪水，其序位是1867、1852、1832年，但因年代久遠(yuǎn)，小于1921年洪水則無(wú)法查清?，F(xiàn)按上述兩種方法估算各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)頻率。n=33N1=70N2=141192119491903194919211867185218321972190318321935[例6-1]某站自1935～1972年的38年中，有5年因戰(zhàn)獨(dú)立樣本法：

1852年1832年1921年1867年調(diào)查期N2=141：統(tǒng)一樣本法：

同獨(dú)立樣本法獨(dú)立樣本法：1852年1832年1921年1867年調(diào)查期獨(dú)立樣本法：

1949年1903年1921年已抽到上面排序調(diào)查期N1=70：統(tǒng)一樣本法：

獨(dú)立樣本法：1949年1903年1921年已抽到上面獨(dú)立樣本法：

1940年1968年1949年已抽到上面排序?qū)崪y(cè)期n=33：統(tǒng)一樣本法：

.........獨(dú)立樣本法：1940年1968年1949年已抽到上面3.考慮特大洪水時(shí)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定（1）初步估計(jì)參數(shù)——矩法假設(shè)系列中n-l年的一般洪水的均值為xn-l、均方差為σn-l，它們與除去特大洪水后的N-a年總的一般洪水系列的均值xN-a、均方差σN-a相等，即:xj——特大洪水；xi——一般洪水則可導(dǎo)出：3.考慮特大洪水時(shí)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定xj——特大洪水；xi——一（2）三點(diǎn)法初估參數(shù)如已知某曲線的數(shù)學(xué)方程，用選點(diǎn)法可確定方程中的參數(shù)。

[例]直線方程y=a+bx

在直線上任選兩點(diǎn)，有：

y1=a+bx1y2=a+bx2

解之可得a，b（2）三點(diǎn)法初估參數(shù)解之可得a，b

我們知道P-Ⅲ型曲線有三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，x，Cv，Cs，于是在經(jīng)驗(yàn)頻率曲線上任選三點(diǎn):根據(jù)P-Ⅲ型曲線的性質(zhì)有：xPxP1xP2xP3P1P2P3（P1,xP1)，(P2,xP2)，(P3,xP3)我們知道P-Ⅲ型曲線有三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，x，Cv，C聯(lián)解得：令：S是Cs的函數(shù)，稱偏度系數(shù)。計(jì)算時(shí)，可由計(jì)算的S值，查S—Cs關(guān)系表，求Cs。再查Cs—Φ值表，得Φ(P1,Cs)，Φ(P2,Cs)，Φ(P3,Cs)。聯(lián)解得：令：S是Cs的函數(shù)，稱偏度系數(shù)。計(jì)算時(shí)，可由計(jì)算的S再聯(lián)解下式得；三點(diǎn)的選取一般為：1～50～99%3～50～97%5～50～95%10～50～90%再聯(lián)解下式得；三點(diǎn)的選取一般為：1～50～99%[例6-2]已知某水庫(kù)壩址處共有1972～1954年19年的實(shí)測(cè)洪峰流量資料。另外，通過(guò)歷史洪水調(diào)查得知，1922年發(fā)生過(guò)一次大洪水，是1922年來(lái)最大，1963年洪水則為第二大洪水。試根據(jù)點(diǎn)繪的經(jīng)驗(yàn)頻率曲線，用三點(diǎn)法初估參數(shù)。P(%)Qm(m3/s)20807602605%50%95%選點(diǎn)：Q5%=2080m3/sQ50%=760m3/sQ95%=260m3/s[例6-2]已知某水庫(kù)壩址處共有1972～1954年19年的計(jì)算S值：由S查得：由Cs查附表1Φ值表，得：計(jì)算得：計(jì)算S值：由S查得：由Cs查附表1Φ值表，得：計(jì)算得：例題：某水文站實(shí)測(cè)有1938年至1992年最大洪峰流量資料，其中最大的五年洪峰流量依次為28400m3/s，13200m3/s，9850m3/s，8560m3/s，8450m3/s。另外，調(diào)查到1927年發(fā)生一次洪峰為32000m3/s是1856年以來(lái)最大一次洪水，1856年至1938年間其余洪水的洪峰流量均在15000m3/s以下，試用統(tǒng)一樣本法計(jì)算上述六項(xiàng)洪峰流量的經(jīng)驗(yàn)頻率。例題：

Cs值：對(duì)于Cv≤0.5的地區(qū)，Cs=(3～4）Cv；

對(duì)于0.5<Cv≤1.0的地區(qū)，Cs=(2.5～3.5）Cv；

對(duì)于Cv>1.0的地區(qū)，Cs=(2～3）Cv；此外，還可以采用權(quán)函數(shù)法來(lái)估計(jì)Cs。Cs值：四、頻率曲線線型選擇

PⅢ型頻率曲線五、頻率曲線參數(shù)估計(jì)1.經(jīng)驗(yàn)適線法（目估適線法）

1)盡量照顧點(diǎn)群的趨勢(shì)

2）曲線通過(guò)點(diǎn)群中心

3）側(cè)重考慮中上部的較大洪水點(diǎn)據(jù)

4）對(duì)特大洪水作具體分析2.優(yōu)化適線法四、頻率曲線線型選擇六、推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量（1）在頻率格紙上點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)；（2）選定頻率分布線型（一般選用PⅢ型）；（3）參數(shù)估計(jì)x

、Cv、Cs；（4）根據(jù)x、Cv、Cs，查附表1或附表2，計(jì)算xp值，以xp為縱坐標(biāo)，p為橫坐標(biāo)，即可得到頻率曲線；（5）根據(jù)頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的配合情況，從中選擇一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合較好的曲線作為采用曲線；（6）求指定頻率的水文變量設(shè)計(jì)值。六、推求設(shè)計(jì)洪峰、洪量城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件取Cv=0.7，令Cs=3Cv。查附表2，得不同頻率P的Kp值。則Qp=Kp×Q或查附表1，得不同頻率P的Φ值，Qp=Q(1+CvΦ)計(jì)算Qp。取Cv=0.7，令Cs=3Cv。城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件為避免修改參數(shù)的盲目性，要了解參數(shù)對(duì)頻率曲線形狀的影響：a)值愈大，頻率曲線位置愈高；xPPPxPPxPc)CS值愈大，頻率曲線上段變陡，下段變緩，中部向左偏。b)CV

值愈大，頻率曲線愈陡；為避免修改參數(shù)的盲目性，要了解參數(shù)城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件城市水文學(xué)之由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水課件求200年一遇的洪峰流量？∵P=0.5%，Cv=0.8，Cs=3.5Cv=2.8查附表2，得Kp=4.87∴Q0.5%=4.87×587=2859m3/s或查附表1，得Φ=4.84，代入有Q0.5%=587×（1+0.8×4.84）=2859m3/s

求200年一遇的洪峰流量？有Q0.5%=587×（1+0.七、設(shè)計(jì)洪水估計(jì)值的抽樣誤差

頻率計(jì)算是用有限樣本估算總體的參數(shù)，必然存在誤差。統(tǒng)計(jì)參數(shù)的誤差與所選的頻率曲線線型有關(guān)。當(dāng)總體分布為PⅢ型，對(duì)于n年連序序列，用矩法估計(jì)參數(shù)時(shí)，樣本的均方誤的計(jì)算公式為：七、設(shè)計(jì)洪水