工程水文及水利計(jì)算-第講

工程水文及水利計(jì)算門寶輝可再生能源學(xué)院提綱第一章緒論第二章水循環(huán)及徑流形成第三章水文資料的觀測(cè)、收集與處理

第四章水文統(tǒng)計(jì)基本知識(shí)第五章設(shè)計(jì)年徑流及徑流隨機(jī)模擬（分3講）第六章由流量資料推求洪水（分3講）第七章流域產(chǎn)、匯流計(jì)算（分4講）第八章由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水（分3講）第九章水文預(yù)報(bào)第十章水庫(kù)興利調(diào)節(jié)計(jì)算（分2講）第十一章水電站的水能計(jì)算（分2講）第十二章水庫(kù)防洪計(jì)算（分2講）第六章目錄第六章由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水6-1概述6-2設(shè)計(jì)洪峰流量及設(shè)計(jì)洪水總量的推求6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求6-4分期設(shè)計(jì)洪水6-5入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水6-6設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線：具有某一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水過(guò)程線。但是，洪水過(guò)程線的形狀千變?nèi)f化，且洪水每年發(fā)生的時(shí)間也不相同，是一種隨機(jī)過(guò)程，目前尚無(wú)完善的方法直接從洪水過(guò)程線的統(tǒng)計(jì)規(guī)律求出一定頻率的過(guò)程線。為了適應(yīng)工程設(shè)計(jì)要求，目前仍采用放大典型洪水過(guò)程線的方法，使其洪峰流量和時(shí)段洪水總量的數(shù)值等于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的頻率值，即認(rèn)為所得的過(guò)程線是待求的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。放大典型洪水過(guò)程線時(shí)，根據(jù)工程和流域洪水特性，可選用同頻率放大法或同倍比放大法。6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

典型洪水過(guò)程線是放大的基礎(chǔ)，從實(shí)測(cè)洪水資料中選擇典型時(shí)，資料要可靠，同時(shí)應(yīng)考慮下列條件：(1)選擇峰高量大的洪水過(guò)程線，其洪水特征接近于設(shè)計(jì)條件下的稀遇洪水情況。(2)要求洪水過(guò)程線具有一定的代表性，即它的發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、洪峰次數(shù)、峰量關(guān)系等能代表本流域上大洪水的特性。1、典型洪水過(guò)程線的選擇

6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

(3)從水庫(kù)防洪安全著眼，選擇對(duì)工程防洪運(yùn)用較不利的大洪水典型，如峰型比較集中，主峰靠后的洪水過(guò)程。這樣求得的防洪庫(kù)容較大，工程偏于安全。1、典型洪水過(guò)程線的選擇

6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

(4)如水庫(kù)下游有防洪要求,應(yīng)考慮與下游洪水遭遇的不利典型。一般按上述條件初步選取幾個(gè)典型，分別放大，并經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，取其中偏于安全的作為設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的典型。1、典型洪水過(guò)程線的選擇

6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

同頻率放大法

目前采用的典型放大方法有峰量同頻率控制方法(簡(jiǎn)稱同頻率放大法)和按峰或量同倍比控制方法(簡(jiǎn)稱同倍比放大法)。要求放大后的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的峰和不同時(shí)段(1d、3d、…)的洪量均分別等于設(shè)計(jì)值。具體做法是先由頻率計(jì)算求出設(shè)計(jì)的洪峰值QmP和不同時(shí)段的設(shè)計(jì)洪量值W1P、W3P、W7P、…，并求典型過(guò)程線的洪峰QmD，和不同時(shí)段的洪量W1D、W3D、W7D、…，然后按洪峰、最大1d洪量、最大3d洪量、…的順序，采用以下不同倍比值分別將典型過(guò)程進(jìn)行放大。2、典型洪水過(guò)程線的放大

6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

同頻率放大法

洪峰放大倍比為：最大1d洪量放大倍比為：最大3d洪量中除最大1d外，其余兩天的放大倍比為：2、典型洪水過(guò)程線的放大

6-3設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求

時(shí)段段劃劃分分視視過(guò)過(guò)程程線線的的長(zhǎng)長(zhǎng)度度而而定定，，但但不不宜宜太太多多，，一一般般以以3段段或或4段段為為宜宜。。由由于于各各時(shí)時(shí)段段放放大大倍倍比比不不相相等等，，放放大大后后的的過(guò)過(guò)程程線線在在時(shí)時(shí)段段分分界界處處出出現(xiàn)現(xiàn)不不連連續(xù)續(xù)現(xiàn)現(xiàn)象象，，此此時(shí)時(shí)可可徒手手修修勻勻，修修勻勻后后仍仍應(yīng)應(yīng)保保持持洪洪峰峰和和各各時(shí)時(shí)段段洪洪量量等等于于設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值值。。同頻率放大大法2、典型洪洪水過(guò)程線線的放大6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求某水庫(kù)設(shè)計(jì)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P＝1％的洪洪峰和1天天、3天、、7天洪量量，以及典典型洪水過(guò)過(guò)程線的洪洪峰和1天天、3天、、7天洪量量列于下表表。要求用用分時(shí)段同同頻率放大大法，推求求P＝1％的設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線。解:(1)計(jì)算洪峰和和各時(shí)段洪洪量的放大大倍比。例題【6-4】6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求解：(2)將典典型洪水過(guò)過(guò)程線的洪洪峰和不同同時(shí)段的洪洪量乘以相相應(yīng)的放大大系數(shù)，得得放大的設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線。由由于各時(shí)段段放大倍比比值不同，，時(shí)段分界界處出現(xiàn)不不連續(xù)現(xiàn)象象，可徒手手修勻的虛虛線，最后后得所求的的設(shè)計(jì)洪水水過(guò)程線。。某水庫(kù)設(shè)計(jì)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P＝1％的洪洪峰和1天天、3天、、7天洪量量，以及典典型洪水過(guò)過(guò)程線的洪洪峰和1天天、3天、、7天洪量量列于下表表。要求用用分時(shí)段同同頻率放大大法，推求求P＝1％的設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線。例題【6-4】6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求此法是按洪峰或洪量同一個(gè)倍比比放大典型型洪水過(guò)程程線的各縱縱坐標(biāo)值，，從而求得得設(shè)計(jì)洪水水過(guò)程線。。因此，此此法的關(guān)鍵鍵在于確定定以誰(shuí)為主主的放大倍倍比值。如果以洪峰控制，其放放大倍比為為：如果以洪量控制，其放放大倍比為為：同倍比放大大法2、典型洪洪水過(guò)程線線的放大6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求采用同倍比比放大時(shí)，，若放大后后洪峰或某某時(shí)段洪量量超過(guò)或低于于設(shè)計(jì)很多，，且對(duì)調(diào)洪洪結(jié)果影響響較大時(shí)，，應(yīng)另選典型型。同倍比放大大法2、典型洪洪水過(guò)程線線的放大6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求用同頻率放放大法求得得的洪水過(guò)過(guò)程線，比比較符合設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，，計(jì)算成果果較少受所所選典型不不同的影響響，但改變變了原有典典型的雛形形，適用于于峰量均對(duì)水工建建筑物防洪洪安全起控控制作用的的工程。同倍比放大大法計(jì)算簡(jiǎn)簡(jiǎn)便，適用用于峰量關(guān)關(guān)系較好的的河流，以以及防洪安安全主要由由洪峰或某時(shí)段洪量量控制的水工工建筑物。。同頻率放大大法與同倍倍比放大法法的比較2、典型洪洪水過(guò)程線線的放大6-3設(shè)設(shè)計(jì)洪水過(guò)過(guò)程線的推推求為了水庫(kù)管管理調(diào)度運(yùn)運(yùn)用和施工工期防洪的的需要，必必須計(jì)算分分期設(shè)計(jì)洪洪水。分期設(shè)計(jì)洪洪水：是指一年中中某個(gè)時(shí)段段所擬定的的設(shè)計(jì)洪水水。計(jì)算分期設(shè)設(shè)計(jì)洪水的的方法：是在分析流流域洪水季季節(jié)性規(guī)律律的基礎(chǔ)上上，按照設(shè)設(shè)計(jì)和管理理要求，把把整個(gè)年內(nèi)內(nèi)劃分為若干個(gè)分期期，然后在分分期的時(shí)段段內(nèi)，按年最大值法法選樣，進(jìn)行行頻率計(jì)算算。6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水劃定分期洪洪水時(shí)，應(yīng)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)流流域洪水季季節(jié)性變化化規(guī)律進(jìn)行行分析，并并結(jié)合工程程的要求來(lái)來(lái)考慮。分分析時(shí)要了了解天氣成成因在季節(jié)節(jié)上的差異異，年內(nèi)不不同時(shí)期洪洪水峰量數(shù)數(shù)值及特性性(如均值值、變差系系數(shù))的變變化，全年年最大洪水水出現(xiàn)在各各個(gè)季節(jié)的的情況，以以及不同季季節(jié)洪水過(guò)過(guò)程的形狀狀等。1、洪水季季節(jié)性變化化規(guī)律分析析和分期劃劃分6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水同時(shí)，可根根據(jù)本流域域的資料，，將歷年各各次洪水以以洪峰發(fā)生生日期或某某一定歷時(shí)時(shí)最大洪量量的中間日日期為橫坐坐標(biāo)，以相相應(yīng)洪水的的峰量數(shù)值值為縱坐標(biāo)標(biāo)，點(diǎn)繪洪洪水年內(nèi)分分布圖，并并描繪平順順的外包線線，如有調(diào)調(diào)查的特大大洪水，亦亦應(yīng)點(diǎn)繪于于圖上。1、洪水季季節(jié)性變化化規(guī)律分析析和分期劃劃分6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水分期的一般般原則：盡可能根據(jù)據(jù)不同成因因的洪水，，把全年劃劃分為若干干分期。分期的起訖訖日期應(yīng)根根據(jù)流域洪洪水的季節(jié)節(jié)變化規(guī)律律，并考慮慮設(shè)計(jì)需要要確定。分分期不宜太太短，一般般以不短于于1個(gè)月為為宜。由于于洪水出現(xiàn)現(xiàn)的偶然性性，各年分分期洪水的的最大值不不一定正好好在所定的的分期內(nèi)，，可能往前前或往后錯(cuò)錯(cuò)開幾天，，因此，在在用分期年年最大選樣樣時(shí)，有跨期和不跨期兩種選樣方方法?？缙谄谶x樣時(shí)，，為了反映映每個(gè)分期期的洪水特特征，跨期期選樣的日日期不宜超超過(guò)5—10日。1、洪水季季節(jié)性變化化規(guī)律分析析和分期劃劃分6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水(1)分期期劃定后，，分期洪水水一般在規(guī)規(guī)定時(shí)段內(nèi)內(nèi)，按年最大值法法選擇。當(dāng)一一次洪水過(guò)過(guò)程位于兩兩個(gè)分期時(shí)時(shí)，視其洪峰流量或時(shí)段洪量的的主要部分分位于何期，，就作為該該期的樣本本，不作重重復(fù)選擇，，這種選取取方法稱為為不跨期選樣樣。(2)分期期特大洪水水的經(jīng)驗(yàn)頻頻率計(jì)算，，應(yīng)根據(jù)調(diào)調(diào)查考證資資料，結(jié)合合實(shí)測(cè)系列列分析，重重新論證，，合理調(diào)整整。分期洪水的的統(tǒng)計(jì)參數(shù)數(shù)計(jì)算和配配線方法與與年最大洪洪水相同。。對(duì)施工洪洪水，由于于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)較低，當(dāng)當(dāng)具有較長(zhǎng)長(zhǎng)資料時(shí)，，一般可由由經(jīng)驗(yàn)頻率率曲線查取取設(shè)計(jì)值。。2、分期設(shè)設(shè)計(jì)洪水的的計(jì)算方法法6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水(3)分期期設(shè)計(jì)洪水水過(guò)程線仍仍可按本章章第三節(jié)所所述方法進(jìn)進(jìn)行計(jì)算。。但是，施工工初期圍堰堰往往以抗抗御洪峰為為主，一般般只要求設(shè)設(shè)計(jì)洪峰流流量；大壩壩合龍后，，則以某個(gè)個(gè)時(shí)段的設(shè)設(shè)計(jì)洪量為為主要控制制，故要求求設(shè)計(jì)洪峰峰和一定時(shí)時(shí)段的設(shè)計(jì)計(jì)洪量，如如進(jìn)行調(diào)洪洪，則需要要設(shè)計(jì)洪水水過(guò)程線。。中小型工程程的施工設(shè)設(shè)計(jì)洪水，，一般只需需要分期設(shè)設(shè)計(jì)洪峰。。2、分期設(shè)設(shè)計(jì)洪水的的計(jì)算方法法6-4分分期設(shè)計(jì)洪洪水(4)將各各分期洪水水的峰、量量頻率曲線線與全年最最大洪水的的峰量頻率率曲線畫在在同一張頻頻率格紙上上，檢查其其相互關(guān)系系是否合理理。如果它們?cè)谠谠O(shè)計(jì)頻率率范圍內(nèi)發(fā)發(fā)生交叉現(xiàn)現(xiàn)象，即稀稀遇頻率的的分期洪水水大于同頻頻率的全年年最大洪水水。此時(shí)應(yīng)應(yīng)根據(jù)資料料情況和洪洪水的季節(jié)節(jié)性變化規(guī)規(guī)律予以調(diào)調(diào)整。一般來(lái)來(lái)說(shuō)，，由于于全年年最大大洪水水在資資料系系列的的代表表性、、歷史史洪水水的調(diào)調(diào)查考考證等等方面面，均均較分分期洪洪水研研究更更為充充分，，其成成果相相對(duì)較較可靠靠。調(diào)調(diào)整時(shí)時(shí)一般般應(yīng)以以歷時(shí)較較長(zhǎng)的的洪水水頻率率曲線線為準(zhǔn)。。2、分分期設(shè)設(shè)計(jì)洪洪水的的計(jì)算算方法法6-4分分期設(shè)設(shè)計(jì)洪洪水小結(jié)結(jié)典型洪洪水過(guò)過(guò)程線線的選選取原原則同頻率率放大大法、、以及及與同同倍比