第五章 年徑流及洪、枯水

第五章年徑流及洪、枯水內(nèi)容：5.1概述5.2設(shè)計(jì)年徑流量5.3設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配5.4設(shè)計(jì)枯水流量和枯水位的推求5.5設(shè)計(jì)洪峰流量和洪水位的推求重點(diǎn)：設(shè)計(jì)年徑流量的推求設(shè)計(jì)枯水流量和枯水位的推求；設(shè)計(jì)洪峰流量和洪水位的推求難點(diǎn)：日流量(水位)歷時(shí)曲線的繪制和使用考慮特大洪水時(shí)設(shè)計(jì)洪峰流量的推求§5.1

概述一相關(guān)概念

年徑流量：同一年度內(nèi)通過河流某出口斷面的水量。通常按水文年度統(tǒng)計(jì)，用年平均流量Q(m3/s)、年徑流總量W(m3)、年徑流深R(mm)或年徑流模數(shù)M(m3/s.km2)表示水文年：根據(jù)水文循環(huán)規(guī)律劃分的，一般指從當(dāng)年枯季末(汛期開始)至次年枯季末所經(jīng)歷的12個(gè)月幻燈片16水利年：從水庫開始蓄水到次年該時(shí)間為止，是針對(duì)某一具體工程而言的，計(jì)年的起始時(shí)間因工程用途(如發(fā)電、灌溉、調(diào)洪、蓄水等)的不同而不同日歷年：從每年1月1日至12月31日為止閉合流域年徑流量受氣候和下墊面共同影響。濕潤(rùn)地區(qū)，降水多，蒸發(fā)慢，降水量起決定作用；干旱地區(qū)，蒸發(fā)強(qiáng)，降水少，降水量和蒸發(fā)量都起重要作用。下墊面則通過地下含水層、蓄水(湖泊、水庫等)影響年徑流量，因此大流域年徑流量的變化較小流域小閉合流域多年平均徑流量完全取決于降水和蒸發(fā)等氣候因素，而下墊面通過其對(duì)降水和蒸發(fā)的影響間接影響多年平均徑流量年徑流量在各個(gè)年度都不相同，年際變化很大豐水年：年降水量或年徑流量顯著大于多年平均值的年份枯水年：年降水量或年徑流量顯著小于多年平均值的年份平水年(中水年)：年降水量或年徑流量接近多年平均值的年份年平均流量過程圖河川徑流還存在季節(jié)變化，把這種季節(jié)性變化稱為徑流的年內(nèi)變化(或年內(nèi)分配)。主要由降水年內(nèi)分配不均勻引起豐水期：年內(nèi)河川徑流量顯著高于年均流量的時(shí)期枯水期：年內(nèi)河川徑流量顯著低于年均流量的時(shí)期平水期：年內(nèi)河川徑流量接近年均流量的時(shí)期一年內(nèi)的高水位和大流量稱為洪水，低水位和低流量稱枯水。我國絕大多數(shù)河流洪水發(fā)生在夏秋季，枯水發(fā)生在冬春季?？菟畯搅髦饕傻叵滤a(bǔ)給某河某年流量過程線圖

工程規(guī)模與來水、用水、保證率的關(guān)系豐、枯水年的徑流量和流域用水量決定了所需水庫庫容的大小；當(dāng)年徑流量相同時(shí)，徑流的年內(nèi)分配也將影響庫容的大小設(shè)計(jì)保證率P：工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的既定目標(biāo)不被破壞的年數(shù)占總年數(shù)的百分比，又稱工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。反映水資源利用的保證程度例如，灌溉設(shè)計(jì)保證率表示設(shè)計(jì)灌溉用水量全部滿足的年數(shù)占工程運(yùn)行總年數(shù)的百分比破壞率q＝1－P

二研究目的

研究徑流的年際和年內(nèi)變化規(guī)律以及洪、枯水徑流的變化規(guī)律、預(yù)估其未來情勢(shì)，在水利工程、給水和市政工程中都很重要取水工程的設(shè)計(jì)洪水位決定了其頂面高程，而取水口的最低位置則由設(shè)計(jì)枯水位決定當(dāng)取水工程需修建水庫調(diào)節(jié)徑流時(shí)，就要分析徑流的年際和年內(nèi)變化在修建往河道內(nèi)排放污水的排污工程時(shí)，確定排污口的高程需研究洪水位；考慮河道的自凈能力而確定污水最大排放量時(shí)，就要研究枯水流量§5.2

設(shè)計(jì)年徑流量在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，為確定工程規(guī)模，要求水文計(jì)算提供未來工程運(yùn)行期間的徑流過程(年徑流過程及年內(nèi)分配過程)年徑流及年內(nèi)分配的分析計(jì)算包含兩方面工作，一是對(duì)實(shí)測(cè)年徑流系列的審查，二是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法推求設(shè)計(jì)徑流量設(shè)計(jì)年徑流量：指相應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率(設(shè)計(jì)重現(xiàn)期)的年徑流量。設(shè)計(jì)頻率的大小根據(jù)工程大小及其重要性由規(guī)范確定，設(shè)計(jì)頻率一般采用90-95%我國采用年徑流量頻率曲線來推求設(shè)計(jì)年徑流量，推求方法因觀測(cè)資料長(zhǎng)短的不同而有所區(qū)別有長(zhǎng)期觀測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推求

推求步驟：年徑流資料的搜集和審查；年徑流頻率分析計(jì)算，均值X、Cv、Cs

和QP

；成果合理性檢驗(yàn)1水文資料的審查“三性”審查：可靠性、一致性和代表性審查可靠性審查：水位、流量測(cè)驗(yàn)有無差錯(cuò)；水位～流量關(guān)系曲線的繪制；高、低水延長(zhǎng)是否恰當(dāng)；同一河流的上、下游水量是否平衡一致性審查：資料是否來自相同的氣候區(qū)、下墊面條件和同一測(cè)站；人類活動(dòng)的影響是否顯著，影響顯著則需進(jìn)行一致性修正，即徑流系列的還原計(jì)算幻燈片12代表性審查：樣本的統(tǒng)計(jì)特性能否很好地反映總體的統(tǒng)計(jì)特性。二者越接近，代表性越好；一般樣本系列越長(zhǎng)，代表性也越好幻燈片14

徑流還原的方法有分項(xiàng)調(diào)查法，降雨徑流模式法和蒸發(fā)差值法，分項(xiàng)調(diào)查法是還原計(jì)算的基本方法水量平衡原理是還原計(jì)算的基本依據(jù)，即

W天然＝W實(shí)測(cè)＋△W還原其中W還原＝W農(nóng)＋W工＋

W蓄＋W蒸＋

W引＋

W滲各項(xiàng)計(jì)算可按要求采取總量還原法及過程還原法，前者適用于只要求還原年總量，后者適于分時(shí)段(汛期、非汛期或逐月)的還原

總量還原法：先計(jì)算各分項(xiàng)還原水量，各分項(xiàng)還原水量仍主要按水量平衡原理計(jì)算。如農(nóng)業(yè)灌溉凈耗水量、跨流域引水量、水庫蓄水變化量、水面擴(kuò)大而增加的蒸發(fā)耗水量、工業(yè)和生活凈耗水量和水庫滲漏量等，再加上實(shí)測(cè)徑流量即等于天然徑流量

過程還原法：在徑流分析計(jì)算中，有時(shí)需知道徑流量的年內(nèi)分配過程，如按汛期、非汛期或逐月計(jì)算。當(dāng)還原水量不大時(shí)，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉凈耗水量和跨流域引入水量，可按灌溉需水過程的比例分配到年內(nèi)各月幻燈片11

代表性高低的判斷采用長(zhǎng)短系列對(duì)比法，即選擇一個(gè)代表性較好的長(zhǎng)系列(參證變量)，將其統(tǒng)計(jì)參數(shù)與短系列(設(shè)計(jì)變量)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)作對(duì)比，若統(tǒng)計(jì)參數(shù)大體接近則認(rèn)為短系列具有代表性

參證變量的選擇:

常用的參證變量——設(shè)計(jì)斷面的水位、上下游測(cè)站或鄰近河流測(cè)站的徑流量、流域的降雨量等

參證變量應(yīng)具備條件——參證變量與設(shè)計(jì)斷面徑流量在成因上有密切關(guān)系；參證變量與設(shè)計(jì)斷面徑流量有較長(zhǎng)期的同步觀測(cè)資料；參證變量的系列較長(zhǎng)，并有較好的代表性

例P982頻率計(jì)算我國河流年徑流總體分布一般采用P-Ⅲ型分布曲線，用水利年度幻燈片3進(jìn)行頻率計(jì)算P-Ⅲ型分布曲線參數(shù)的確定：均值一般直接采用計(jì)算值；離差系數(shù)Cv先用矩法估算，并根據(jù)適線擬合最優(yōu)的準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)整；偏差系數(shù)Cs一般不進(jìn)行計(jì)算，而直接采用與離差系數(shù)的倍比在進(jìn)行頻率適線和參數(shù)調(diào)整時(shí)，可側(cè)重考慮平、枯水年份年徑流點(diǎn)群的趨勢(shì)3合理性分析成果合理性分析主要是檢查多年平均徑流量、年徑流離差系數(shù)Cv和偏差系數(shù)Cs三個(gè)參數(shù)是否合理

多年平均年徑流量和離差系數(shù)Cv有一定的地理分布規(guī)律，可同各省(區(qū))的等值線圖進(jìn)行比較檢查。檢查時(shí)注意：Cv一般應(yīng)隨流域面積的增大、湖庫的增多、地下水補(bǔ)給量的增大而減小

統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv與Cs的比值有一定的分區(qū)性，應(yīng)注意與地區(qū)綜合分析成果統(tǒng)一

二資料不足時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的推求

思路：利用各種可能途徑盡量展延短系列，然后進(jìn)行頻率計(jì)算及成果合理性分析。其中頻率計(jì)算和成果合理性分析和有長(zhǎng)期觀測(cè)資料時(shí)完全相同1利用年徑流資料展延：當(dāng)設(shè)計(jì)流域的上下游站或臨近流域的測(cè)站有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)年徑流資料，且與設(shè)計(jì)流域的氣候和下墊面條件相似時(shí)，可以選作參證站，用相關(guān)法展延設(shè)計(jì)站的徑流系列2利用年降水資料展延：當(dāng)沒有可利用的年徑流資料來展延系列時(shí)，可用流域內(nèi)或臨近地區(qū)的年降水量資料展延設(shè)計(jì)站年徑流在降水豐沛，年徑流系數(shù)較大的地區(qū)，年降水與年徑流的關(guān)系比較密切，可將年降水量與徑流進(jìn)行相關(guān)在干旱或半干旱地區(qū)，降水量主要消耗于蒸發(fā)，年降水量與年徑流量關(guān)系不夠密切，但在汛期兩者關(guān)系一般比較密切，可采用汛期降水量與徑流進(jìn)行相關(guān)為便于分析，降水和徑流通常采用同一單位P100例進(jìn)行相關(guān)展延系列時(shí)必須注意的幾個(gè)問題：1)設(shè)計(jì)變量與參證變量的平行觀測(cè)資料不能太少，其項(xiàng)數(shù)應(yīng)在15～20項(xiàng)以上；2)特殊點(diǎn)據(jù)的處理，需盡量避免輾轉(zhuǎn)相關(guān)，即

C參→C2→C1→C設(shè)3)應(yīng)直接采用原始變量建立相關(guān)關(guān)系，避免假相關(guān)；4)外延幅度不宜過大，如年徑流量展延不得超過50%；5)插補(bǔ)項(xiàng)數(shù)不得超過實(shí)測(cè)項(xiàng)數(shù)的一半三缺乏實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流量的估算設(shè)計(jì)流域缺乏實(shí)測(cè)資料，但在水文相似區(qū)內(nèi)有徑流系列較長(zhǎng)的參證站可利用，或所在區(qū)域內(nèi)有水文特征值(年徑流深R、年徑流量均值X、Cv、Cs等)的綜合分析成果(等值線圖)時(shí)，可采用參證站法(水文比擬法)或等值線法確定年徑流均值、離差系數(shù)Cv和偏差系數(shù)Cs

參證站的選擇原則：1）氣候條件基本一致，歷史上旱澇災(zāi)害大致相同；2）下墊面條件相近；3）流域面積接近(小流域不超過5%，中等流域不超過15%)；4）有較長(zhǎng)的實(shí)測(cè)徑流資料1多年平均徑流量的計(jì)算(1)當(dāng)設(shè)計(jì)流域和參證流域條件相似(處于同一河流的上、下游，且面積相差不大，或不在同一河流，但氣候與下墊面條件相似)時(shí)，可直接移置徑流深或流量，即：

設(shè)參設(shè)參(一)參證站法(水文比擬法)

根據(jù)氣候、自然地理?xiàng)l件一致的參證站資料來估算設(shè)計(jì)流域的水文特征參數(shù)的方法，即將參證站的徑流特征值經(jīng)過適當(dāng)修正后移用于設(shè)計(jì)斷面(2)當(dāng)設(shè)計(jì)流域與參證流域條件差異較大時(shí)，要將多年平均徑流量修正后再移用

設(shè)=K

參

K為考慮不同因素影響時(shí)的修正系數(shù)，①當(dāng)兩者屬同一河流但面積相差10-15%時(shí)，

設(shè)參②當(dāng)兩者多年平均降雨量不同，但徑流系數(shù)接近時(shí)，

設(shè)參2年徑流量離差系數(shù)Cv的估算當(dāng)設(shè)計(jì)流域和參證流域所控制的流域特征大致相似，或兩者同屬一個(gè)氣候區(qū)，但影響徑流的因素有差異時(shí)，可采用系數(shù)K來修正設(shè)計(jì)流域年徑流深變差系數(shù)，即

設(shè)參式中，

設(shè)參，設(shè)和參分別為設(shè)計(jì)流域和參證流域年降水量的變差系數(shù)，參為參證流域年徑流深的變差系數(shù)，均可從水文手冊(cè)查得3年徑流量偏差系數(shù)Cs的估算年徑流量的Cs值一般通過Cs與Cv的比值定出?？蓪⒆C站Cs與Cv的比值直接移用或作適當(dāng)修正。在實(shí)際工作中，常采用Cs=2Cv的比值

為消除流域面積的影響，多年平均徑流量等值線圖通常用徑流深或徑流模數(shù)繪制，稱為多年平均年徑流深或多年平均徑流模數(shù)等值線圖(二)等值線圖法年徑流及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)具有地理分布規(guī)律，據(jù)此可進(jìn)行地理插值，或估算無資料地區(qū)的設(shè)計(jì)值，或檢查計(jì)算成果的合理性1多年平均徑流量等值線圖的計(jì)算：先用徑流深或徑流模數(shù)繪制等值線圖，然后進(jìn)行計(jì)算：

1）流域面積較小，且等值線在流域內(nèi)分布均勻，流域面積形心處的值即為所求；

2）對(duì)于山區(qū)性河流，則采用流域平均高程處的值更為恰當(dāng)；

3）流域面積較大或等值線在流域內(nèi)分布不均勻時(shí)，需由面積加權(quán)法計(jì)算850800750700650600AB流域形心A位于等值線800~750mm之間，與800mm等值線的距離相當(dāng)于二等值線間距的1/5，故按內(nèi)插法可求到流域形心A處的年徑流深【例】徑流深等值線圖2年徑流量離差系數(shù)Cv的估算年徑流量離差系數(shù)也有地區(qū)分布規(guī)律，可繪制成等值線圖，其繪制和使用方法與多年平均徑流深等值線圖相似年徑流量的Cv等值線圖的精度一般較低，在應(yīng)用于小流域時(shí)，由于小流域缺少深層地下水補(bǔ)給，使得離差系數(shù)Cv偏大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)修正3年徑流量偏差系數(shù)Cs的估算年徑流量Cs/Cv值有一定的分區(qū)性，各省都繪有Cs/Cv值的分區(qū)圖，可供查用。也可根據(jù)水文比擬法直接移用參證流域的Cs/Cv值，一般情況下，采用Cs=2Cv

當(dāng)均值，Cv和Cs確定后，即可根據(jù)設(shè)計(jì)頻率P和Cs值查φ值表得相應(yīng)的φp值，由公式算出設(shè)計(jì)流量A推求設(shè)計(jì)年徑流量示意圖9008007006000.350.350.40.4徑流深R離差系數(shù)CV由插值法得：

R=780mmCV=0.39采用

CS=2CV

=0.78§5.3

設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配我國河流的徑流年內(nèi)分配很不均勻，徑流量夏秋大，冬春小徑流年內(nèi)分配不均，往往給國民經(jīng)濟(jì)各部門的需求帶來影響，因此需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以豐補(bǔ)枯在給水工程中，以水庫進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)工程重要性的不同，采用90-95%不同頻率的實(shí)際年徑流量及其最不利的年內(nèi)分配確定設(shè)計(jì)年徑流分配，就是推求設(shè)計(jì)年徑流量(或水位)過程線，通常以逐月平均流量(或水位)表示一有實(shí)測(cè)資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配的確定具有實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)，推求設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配，是從實(shí)測(cè)資料中選取某一年的年內(nèi)分配作為典型分配，設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配即按此典型分配進(jìn)行計(jì)算，稱為設(shè)計(jì)代表年法

代表年選好后，求設(shè)計(jì)年徑流量與代表年年徑流量的比值K(即縮放倍比)，最后用代表年的年內(nèi)分配乘以K，就得到了設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配月一二三四五六七八九十十一十二合計(jì)WD97111635628811264422113480（2）縮放倍比：K＝WP/WD＝460/480＝0.958

［例］已知保證率80%的設(shè)計(jì)年徑流總量為460萬m3，推求設(shè)計(jì)年徑流過程。（1）典型年逐月徑流量過程：（3）設(shè)計(jì)代表年年逐月徑流量過程：

WPi

＝K×WDi

i

＝1,2,…12WP8.66.710.615.333.559.484.3107.361.340.320.112.5460代表年的選取原則：(1)與設(shè)計(jì)年徑流量接近的年份(2)對(duì)工程設(shè)計(jì)不利的年份對(duì)于給水工程，應(yīng)選取與設(shè)計(jì)枯水年年徑流量相近、枯水期長(zhǎng)、枯水流量小的年份的流量過程線作為代表年的流量過程線P104

設(shè)計(jì)年徑流分配除設(shè)計(jì)代表年法外，對(duì)于小型水庫，還可采用實(shí)際代表年法。即從實(shí)測(cè)年月徑流系列中，選出一個(gè)實(shí)際的干旱年，并據(jù)此計(jì)算所需庫容二缺乏資料時(shí)設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配的確定如果實(shí)測(cè)徑流資料年限很短，不能從中找到代表年，或完全缺乏實(shí)測(cè)資料，則采用參證站法確定設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配，即將水文相似區(qū)內(nèi)參證站各種代表年的徑流分配過程，經(jīng)修正后移用于設(shè)計(jì)流域此外，還可以利用各省水文手冊(cè)上記載的典型徑流分配過程計(jì)算年徑流分配§5.4

設(shè)計(jì)枯水流量和枯水位的推求一枯水徑流枯水期河流流量小、水位低，水體自凈能力最弱，因此枯水徑流是取水工程和環(huán)境工程設(shè)計(jì)的基本問題如以河流為取水水源的給水工程，當(dāng)無水庫調(diào)節(jié)時(shí)，推求設(shè)計(jì)枯水流量和枯水位就非常重要城市供水枯水徑流的設(shè)計(jì)頻率一般采用90-95%；當(dāng)為水力發(fā)電站供水時(shí)，設(shè)計(jì)頻率一般為97-99%1枯水徑流的特征值年最小流量：每年的最小日流量年正常最小流量：年最小流量的多年平均值月平均最小流量：每年的最小月平均流量正常最小月平均流量：月平均最小流量的多年平均值2枯水徑流的影響因素(1)流域面積大?。好娣e大小意味著地下蓄水量的多少。一般面積越大枯水徑流量越大，同一河流，因下游面積大于上游，因此下游枯水徑流量也較大(2)流域水文地質(zhì)條件：土壤、巖石特性及地質(zhì)構(gòu)造等決定了地下水的儲(chǔ)量和河川徑流的補(bǔ)給特性。含水層厚、巖石裂隙發(fā)育，有較好的儲(chǔ)水構(gòu)造則能儲(chǔ)存較多的地下水，枯水徑流量就大；含水層離地表愈近越容易被河流切割從而增加徑流補(bǔ)給(3)河槽下切深度及河網(wǎng)密度：河槽下切深度大則切割含水層所獲得水量補(bǔ)給多，枯水徑流亦大；河網(wǎng)密度大，切割地下水露頭多，枯水徑流量亦大(4)流域湖泊與沼澤率大小：湖泊和沼澤對(duì)徑流有調(diào)節(jié)作用，能增大枯水徑流量(5)流域的氣候條件：降水量、蒸發(fā)、氣溫等因素對(duì)枯水徑流量及枯水期長(zhǎng)短都有影響，降水量小、蒸發(fā)量大、氣溫高，則枯水徑流量小，枯水期長(zhǎng)(6)人類活動(dòng)：水土保持、封山育林、修建水庫等活動(dòng)可消減地表徑流量，增加枯水徑流量；引水灌溉、跨流域調(diào)水會(huì)減少下游枯水徑流，甚至使河水?dāng)嗔鞫O(shè)計(jì)枯水徑流量推算設(shè)計(jì)枯水徑流量：對(duì)應(yīng)某一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的枯水徑流量1有長(zhǎng)期實(shí)測(cè)徑流量資料時(shí)的推求方法(1)頻率分析法—最常用對(duì)實(shí)測(cè)年最小日平均流量(水位)系列或年最小旬平均流量(水位)系列進(jìn)行頻率計(jì)算，求設(shè)計(jì)頻率值枯水流量(水位)頻率曲線的Cs值較小，一般Cs=(1.0~2.0)Cv，有時(shí)小于零用此法求得的頻率是年頻率，至于當(dāng)某年實(shí)際枯水流量小于設(shè)計(jì)值時(shí)，有多少天能保證有足夠的水量，本法不能反映(2)日流量(水位)歷時(shí)曲線法—最簡(jiǎn)單，不需計(jì)算徑流量的年內(nèi)分配可用歷時(shí)曲線表示流量過程線表示年內(nèi)徑流量的逐時(shí)變化情況日流量歷時(shí)曲線則表示年內(nèi)等于或大于某流量的流量所持續(xù)的時(shí)間(即歷時(shí))，一般以占全年時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示對(duì)取水工程來說，這種持續(xù)時(shí)間是供水有保證的時(shí)間，即保證率，因此日流量歷時(shí)曲線(歷時(shí)以百分?jǐn)?shù)表示)(相對(duì)歷時(shí)曲線)也稱為保證率曲線設(shè)計(jì)流量日流量(水位)歷時(shí)曲線推求設(shè)計(jì)枯水流量的方法很多，有綜合法、平均法、代表年法等，代表年法最為常用用代表年法繪制日流量(水位)歷時(shí)曲線的步驟：方法一：1)選取與設(shè)計(jì)枯水年頻率(通常為90-95%，特別重要工程為97-99%)接近，枯水期長(zhǎng)、枯水流量小的實(shí)際年徑流量(水位)為代表年；2)

根據(jù)所選代表年的日流量(水位)表制定歷時(shí)計(jì)算表。將流量資料分級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通常為10-15級(jí)，級(jí)距可等可不等；3)以流量(水位)為縱坐標(biāo)，保證率為橫坐標(biāo)，用歷時(shí)曲線表中各流量(水位)級(jí)的下限值和相應(yīng)的保證率點(diǎn)繪出日流量(水位)歷時(shí)曲線；4)

根據(jù)規(guī)定的設(shè)計(jì)枯水年的供水保證率，求出相應(yīng)的設(shè)計(jì)枯水流量P107-109方法二(不常用，了解)：1)

從多年實(shí)測(cè)逐日平均流量(水位)資料中選取豐(例如取p=10%)、平(p=50%)、枯(p=90%)三個(gè)代表年；2)

分別繪出它們的歷時(shí)曲線，然后將同一保證率的豐、平、枯流量(水位)加以平均；3)

以平均值與其相應(yīng)的保證率點(diǎn)繪得到另一代表年法歷時(shí)曲線此法繪制的歷時(shí)曲線表示了歷年歷時(shí)曲線的平均情況，不能反映某流量在某一具體年份中有多大保證率(3)多年最低水位(最小流量)平均法(了解)把多年最低水位(最小流量)進(jìn)行算術(shù)平均，取其均值作為設(shè)計(jì)枯水位(流量)此法簡(jiǎn)單，但在樣本系列不長(zhǎng)時(shí)，成果代表性差，且缺乏保證率和頻率的概念，只能在初步規(guī)劃時(shí)采用(4)設(shè)計(jì)枯水位的移用以上幾種方法推求的設(shè)計(jì)枯水位是水文站斷面的設(shè)計(jì)值，在應(yīng)用于設(shè)計(jì)斷面時(shí)，需利用一定方法進(jìn)行移用2缺乏實(shí)測(cè)枯水徑流量資料時(shí)的推求方法資料不足時(shí)，采用相關(guān)分析法延長(zhǎng)和插補(bǔ)資料系列，然后按前述方法推求設(shè)計(jì)枯水流量(水位)實(shí)測(cè)資料缺乏時(shí)，按以下方法推算：(1)等值線圖法利用各省已編制的最小流量等值線圖查找本站的最小流量，作為設(shè)計(jì)枯水徑流量注意需結(jié)合實(shí)地查勘、調(diào)查，參照自然地理狀況和人類活動(dòng)影響，綜合分析后確定采用的枯水流量(水位)(2)參證站(水文比擬)法按相似比照關(guān)系移用參證站的實(shí)測(cè)枯水徑流量資料1)

設(shè)計(jì)流量的移用①

模比系數(shù)法：利用參證站的模比系數(shù)歷時(shí)曲線及年正常徑流量Q，查算出設(shè)計(jì)頻率的模比系數(shù)Kp及設(shè)計(jì)枯水徑流量，然后在相關(guān)水文圖冊(cè)或手冊(cè)上查得本站年正常徑流量Qx，令而因此某一時(shí)段內(nèi)的徑流模數(shù)與較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的平均徑流模數(shù)的比值

參證站設(shè)計(jì)枯水流量；為本站待求設(shè)計(jì)枯水流量②

面積比法：適用于暴雨分布比較均勻的流域式中，本站待求設(shè)計(jì)枯水流量參證站設(shè)計(jì)枯水流量

Fx

本站流域面積；

F

參證站流域面積；

n

經(jīng)驗(yàn)指數(shù)，一般取n=1③

內(nèi)插法：當(dāng)設(shè)計(jì)斷面的上、下游都能找到參證站時(shí)，可按下式內(nèi)插推求本站的設(shè)計(jì)枯水流量式中，、為上游參證站的設(shè)計(jì)枯水流量與匯水面積、為下游參證站的設(shè)計(jì)枯水流量與匯水面積、為本站設(shè)計(jì)枯水流量與匯水面積2)

設(shè)計(jì)枯水位的移用①

比降推算法式中，Gp為參證站的設(shè)計(jì)枯水位；L為兩站基本水尺斷面間的距離；J為參證站枯水期實(shí)測(cè)水面比降；Gxp為本站設(shè)計(jì)枯水位參證站在上游時(shí)，式中符號(hào)為“－”；相反為“+”②水位相關(guān)法在本站設(shè)立臨時(shí)水尺并作一個(gè)水文年度以上的觀測(cè)記錄，建立本站與參證站的水位相關(guān)圖或回歸方程，然后按參證站的設(shè)計(jì)枯水位，求得本站的設(shè)計(jì)枯水位③

瞬時(shí)水位法選擇枯水期本站與參證站對(duì)應(yīng)時(shí)期的水位資料，計(jì)算兩站對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)水位落差，再求出其平均值，最后由參證站的設(shè)計(jì)枯水位推求本站的設(shè)計(jì)枯水位式中，、

為本站與參證站的設(shè)計(jì)枯水位；

、為兩站對(duì)應(yīng)時(shí)間的瞬時(shí)水位差及其平均值參證站在上游，式中符號(hào)為“－”；相反為“+”例P111§5.5

設(shè)計(jì)洪峰流量和洪水位的推求一概述1設(shè)計(jì)洪水在規(guī)劃各種工程時(shí)，首先要根據(jù)工程的性質(zhì)和規(guī)模，從安全(工程本身及其防護(hù)對(duì)象)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，擬定一個(gè)適當(dāng)大小的洪水，作為設(shè)計(jì)工程建筑物尺寸的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，這個(gè)洪水就是設(shè)計(jì)洪水我國目前采用指定頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：工程設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)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)期表示設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)定得過高，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)雜的問題我國1978年頒發(fā)了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)》，1994年制定了GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，自1995年1月1日起施行

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(及洪水位)：設(shè)計(jì)洪水過程線的最大流量Qm，單位m3/s

設(shè)計(jì)洪水總量：設(shè)計(jì)洪水的徑流總量，從起漲點(diǎn)A上漲，到達(dá)峰頂B后流量逐漸減小，到達(dá)C點(diǎn)退水結(jié)束，流量過程線ABC下的面積就是洪水總量W，單位m3

設(shè)計(jì)洪水過程線：洪水從A到B點(diǎn)的時(shí)距t1為漲水歷時(shí)，從B到C點(diǎn)的時(shí)距t2為退水歷時(shí)，一般情況下，t2>t1。T=t1+t2，稱為洪水歷時(shí)

Q(m3/s)t2

ABCt(h)t1

T=t1+t2

給水和市政工程建筑物的尺寸主要取決于洪峰流量和洪水位，因此其設(shè)計(jì)洪水通常只推求設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水位市政防洪工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見P1122設(shè)計(jì)洪水的推求方法(1)由流量資料推求：有實(shí)測(cè)洪水資料或無實(shí)測(cè)洪水資料但通過調(diào)查得到若干較可靠的洪水資料時(shí)，可通過頻率計(jì)算推求設(shè)計(jì)洪水(2)由暴雨資料推求：有實(shí)測(cè)雨量資料時(shí)，可由雨量資料間接推求設(shè)計(jì)洪水。方法：先推求設(shè)計(jì)暴雨，再經(jīng)產(chǎn)流匯流計(jì)算，最后推出設(shè)計(jì)洪水(3)由水文氣象資料推求：根據(jù)天氣形勢(shì)和風(fēng)速、露點(diǎn)、降水等氣象資料，推求可能最大暴雨，然后經(jīng)產(chǎn)、匯流計(jì)算推求可能最大洪水(4)由經(jīng)驗(yàn)公式推求：根據(jù)氣候和下墊面相似地區(qū)實(shí)測(cè)和調(diào)查的洪水資料，綜合出地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，供本地區(qū)無資料的中小流域估算設(shè)計(jì)洪水二有實(shí)測(cè)洪水資料時(shí)設(shè)計(jì)洪峰流量的推求1選樣由于河道上每年都發(fā)生多次洪水，因此每年有多個(gè)洪峰流量，且往往出現(xiàn)某些年內(nèi)的幾個(gè)洪峰流量都大于另外一些年的最大洪峰流量。選取哪些洪峰流量值組成計(jì)算系列，成為洪水頻率計(jì)算的首要問題通常采用“年最大值法”選樣：即每年只選一個(gè)最大洪峰流量，若有n年的資料則組成一個(gè)樣本容量為n的系列進(jìn)行頻率計(jì)算2資料審查(可靠性、一致性、代表性)(1)資料可靠性的審查實(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)查洪峰流量大小的可靠性；二是審查洪水發(fā)生的年份的準(zhǔn)確性(2)資料一致性的審查與還原洪水資料的一致性即產(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)基本相同若變化較大，需將變化后的資料還原到天然狀態(tài)，以減少人為的干擾。例如上游建了水庫，則應(yīng)把建庫后的資料通過水庫調(diào)洪計(jì)算，修正為未建庫條件下的洪水流量(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)并補(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無特大洪水時(shí)設(shè)計(jì)洪峰流量的推求

此種情況，直接進(jìn)行頻率計(jì)算，方法見例P81、P844考慮特大洪水時(shí)設(shè)計(jì)洪峰流量的推求特大洪水：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特大洪水可能發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期間,也可能發(fā)生在實(shí)測(cè)流量期外,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)歷史洪水一般都是特大洪水歷史調(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可作為特大洪水處理歷史調(diào)查期實(shí)測(cè)期

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，從而提高了系列的代表性，使計(jì)算結(jié)果更合理、準(zhǔn)確(1)加入特大洪水后經(jīng)驗(yàn)頻率的確定和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的估算1)洪水經(jīng)驗(yàn)頻率的估算對(duì)于n年連續(xù)或不連續(xù)實(shí)測(cè)樣本系列，若將其按洪峰流量由大到小排位，序號(hào)m是連續(xù)的，即流量大小無顯著的突然跳躍現(xiàn)象，這樣的系列稱為連序系列；當(dāng)把特大洪水加在一起組成一個(gè)系列時(shí)，樣本的容量由實(shí)測(cè)的n年加長(zhǎng)為調(diào)查的N年，將洪水流量由大到小排序，流量大小有顯著的跳躍現(xiàn)象，序號(hào)是不連貫的，其中有部分缺測(cè)，這樣的系列稱為不連序系列所謂“連序”與“不連序”，不是指時(shí)間上連續(xù)與否，而是指樣本系列洪峰流量值由大到小排列時(shí)有無空位(a)連序樣本系列經(jīng)驗(yàn)頻率的估算(b)不連序樣本系列經(jīng)驗(yàn)頻率的估算加入特大洪水時(shí)的不連序系列，其經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算通常是采用將特大洪水與一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率分別計(jì)算的方法目前國內(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)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)（含實(shí)測(cè)資料內(nèi)的特大洪水l項(xiàng)）；m——實(shí)測(cè)系列一般洪水在n年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(i)獨(dú)立樣本法：將不連序樣本看做從總體中獨(dú)立抽取的兩個(gè)樣本，計(jì)算各項(xiàng)洪水經(jīng)驗(yàn)頻率時(shí)，在各自所在的樣本系列中分別排位，然后分別估算頻率n年實(shí)測(cè)樣本系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率為式中為實(shí)測(cè)樣本系列中作為特大洪水處理的資料個(gè)數(shù)調(diào)查期N年中前a項(xiàng)(即特大洪水)的序號(hào)為M=1,2，…,a,(其中個(gè)由實(shí)測(cè)資料所得，(a-)個(gè)為調(diào)查所得)，則第M項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率為例P115(ii)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)缺位樣本，各項(xiàng)在調(diào)查期N年內(nèi)統(tǒng)一排位，前a項(xiàng)特大值的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算式仍為實(shí)測(cè)系列中n-項(xiàng)一般洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率估算式為例P116

上述兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：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，這在理論上不太合理，但計(jì)算比較簡(jiǎn)便，在特大洪水排位可能有錯(cuò)漏時(shí)，不影響n年實(shí)測(cè)資料的估算結(jié)果；統(tǒng)一樣本法理論上比較合理，在特大洪水排位比較準(zhǔn)確時(shí)，用統(tǒng)一樣本法更好一些[例1]某站自1935～1972年38年的洪水資料中，有5年因戰(zhàn)爭(zhēng)缺測(cè)，故實(shí)有資料33年。其中1949年為最大，經(jīng)考證應(yīng)從實(shí)測(cè)系列中抽出作為特大值處理，1940年次之，1968年最小。另外，查明自1903～1972年的70年間，為首的三次大洪水按大小次序排位分別為1921、1949、1903年，并能判斷在這70年間未遺漏掉比1903年更大的洪水?，F(xiàn)按上述兩種方法估算各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)頻率n=33N=70192119491903194919031935獨(dú)立樣本法

1949年1903年1921年則調(diào)查期N=70中統(tǒng)一樣本法

解：由題意知N=70;n=33;a=3;l=1獨(dú)立樣本法

則調(diào)查期N=70中獨(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

.........【例2】某水庫壩址處有1960-1992年實(shí)測(cè)洪水資料，其中最大的兩年洪峰流量為1480m3/s、1250m3/s。經(jīng)實(shí)地洪水調(diào)查，1935年曾發(fā)生過流量為5100m3/s的大洪水，1896年曾發(fā)生過流量為4800m3/s的大洪水，為近100年以來最大的兩次洪水。使用統(tǒng)一樣本法推求上述各項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率解：N=1992-1896+1=97;n=1992-1960+1=33;a=2;l=0則P1935=1/98P1896=2/98P1480=2/98+(1-2/98)*(1/34)P1250=2/98+(1-0.0255)*(2/34)【實(shí)例3】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的洪水，是1856年以來最大的一次，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)頻率據(jù)題意：N=137；n=55;a=2;l=12)分布參數(shù)的估算估算加入特大洪水后不連序樣本的分布參數(shù)時(shí)，通常先假定n-l年的一般洪水的均值和均方差分別與除去特大洪水后的N-a年總的一般洪水系列的均值和均方差相等，即式中、分別為扣除特大值后的(N-a)年系列的均值和均方差；、為n年系列中扣除實(shí)測(cè)特大值后的均值和均方差根據(jù)上述假定，在調(diào)查的N年中，有a項(xiàng)特大洪水Qj

(j=1,2,…,a)，其中個(gè)發(fā)生在實(shí)測(cè)系列內(nèi)，則分布參數(shù)為式中，