設(shè)計(jì)洪水特大值處理

第十章

設(shè)計(jì)洪水

Flooddesign

（第一、二節(jié)）內(nèi)容提要10.1概述10.1.1設(shè)計(jì)洪水10.1.2防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)10.1.3推求設(shè)計(jì)洪水的途徑10.2由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水10.2.1選樣方法10.2.2洪水資料的審查10.2.3洪水資料的展延10.2.4歷史洪水調(diào)查及文獻(xiàn)考證10.2.5設(shè)計(jì)洪峰、洪量的推求10.2.6設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求10.2.7設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成10.2.8分期設(shè)計(jì)洪水10.2.9入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水不要求描述一次洪水過(guò)程的三要素：

洪峰流量Qm

floodpeakdischarge

洪水總量W

floodvolume

洪水過(guò)程線

floodhydro-graph10.1概述Q(m3/s)Bt1t2TDCtAEQmW洪水過(guò)程示意圖

Qm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水過(guò)程中的最大流量；

W：一次洪水的總徑流量(m3)，即ABCDE所包圍的面積；

A：洪水起漲點(diǎn)；

B：洪峰點(diǎn)；

C：退水結(jié)束點(diǎn)；

t1：漲水歷時(shí)；

t2：退水歷時(shí)；

T：洪水總歷時(shí)

(T=t1+t2)

概述：水利工程的防洪問(wèn)題可歸納為二類：水利工程下游地區(qū)的防洪問(wèn)題，要求水庫(kù)設(shè)置較大的防洪庫(kù)容，以解決下游的安全； 水工建筑物本身的安全防洪問(wèn)題，要求水庫(kù)除有興利庫(kù)容外，還需有一定的調(diào)洪庫(kù)容和泄洪建筑物，以保證水庫(kù)工作的正常進(jìn)行和大壩等水工建筑物的安全。10.1.1

設(shè)計(jì)洪水(Flooddesign)設(shè)計(jì)洪水

(Flooddesign)

上述的二個(gè)問(wèn)題都需要對(duì)有關(guān)河段/地點(diǎn)按指定標(biāo)準(zhǔn)選擇出將來(lái)水利工程運(yùn)行期間可能發(fā)生的一次洪水，作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。若此洪水定得過(guò)大，則會(huì)使工程造價(jià)過(guò)高不經(jīng)濟(jì)；若此次洪水定得過(guò)低，雖然造價(jià)降低但遭受破壞風(fēng)險(xiǎn)增大。這種用以設(shè)計(jì)水利工程所依據(jù)的各種標(biāo)準(zhǔn)的洪水的總稱為設(shè)計(jì)洪水。設(shè)計(jì)洪水包括設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，常稱為設(shè)計(jì)洪水三要素。1)按什么標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）來(lái)選擇設(shè)計(jì)洪水；2)確定標(biāo)準(zhǔn)后，如何確定設(shè)計(jì)洪水的三要素。

對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

按歷史曾發(fā)生過(guò)的最大洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

按工程規(guī)模、工程重要性及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等綜合因素，指定不同的頻率洪水作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)洪水有二個(gè)待解決的問(wèn)題：指定頻率的洪水作為設(shè)計(jì)洪水，其實(shí)質(zhì)是把洪水作為隨機(jī)變量，對(duì)實(shí)測(cè)的洪水系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以概率的形式來(lái)預(yù)估設(shè)計(jì)地區(qū)未來(lái)可能發(fā)生的洪水情勢(shì)。10.1.2防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

▲

第一類：為保障防護(hù)對(duì)象免除一定洪水災(zāi)害的防洪標(biāo)準(zhǔn)(表10-1)p189；

▲

第二類：為確保水庫(kù)大壩等水工建筑物自身安全的防洪標(biāo)準(zhǔn)(表10-2)p189。以上二者均為設(shè)計(jì)洪水，只是對(duì)象和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，一般前者標(biāo)準(zhǔn)低，后者標(biāo)準(zhǔn)高。在1994年水利部會(huì)同其它部門共同制定GB50201－94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》中作了有關(guān)的規(guī)定，作為選擇洪水標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。12第一類防洪標(biāo)準(zhǔn):保護(hù)城鎮(zhèn)保護(hù)工業(yè)區(qū)保護(hù)農(nóng)田面積（104萬(wàn)畝）防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水頻率（％）重現(xiàn)期（年）重大城鎮(zhèn)重要城市中等城市一般城市重大工業(yè)區(qū)重要工業(yè)區(qū)中等工業(yè)區(qū)一般工業(yè)區(qū)>500100~5002~1005~101~0.332~15~210~5100~30050~10020~5010~20保護(hù)防洪對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)表(表10-1，P189)第二類防洪標(biāo)準(zhǔn):

按水利水電工程的等級(jí)確定設(shè)計(jì)洪水：

首先根據(jù)工程規(guī)模、效益和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，確定水利水電樞紐工程等級(jí)（如下表所示）：GB50201-94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，1995年1月1日起實(shí)施工程等別永久性建筑物級(jí)別臨時(shí)性建筑物級(jí)別主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55

其次根據(jù)工程的等級(jí)、作用和重要性確定建筑物的級(jí)別（1～5）：

系指失事后將造成下游災(zāi)害，嚴(yán)重影響工程效益的建筑物。如大壩、溢洪道、輸水管道、電站廠房等。次要建筑物：

非擋水和泄水建筑物，如引水式和壩后式水電站廠房，一旦破壞不至于影響水利工程的安全。臨時(shí)性建筑物：

水利工程施工期使用的建筑物如導(dǎo)流建筑物等。主要建筑物：不同壩型的樞紐工程建筑物級(jí)別12345防洪標(biāo)準(zhǔn)[重現(xiàn)期（年）]土壩堆石壩可能最大洪水或10000－50005000－20002000－10001000－300300－200混凝土壩漿砌石壩5000－20002000－10001000－500500－200200－100表10-4

永久性水工建筑物正常運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))表10-5永久性水工建筑物非常運(yùn)用的標(biāo)準(zhǔn)(較核標(biāo)準(zhǔn))水利水電工程建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)又分為正常運(yùn)用和非常運(yùn)用兩種：12建筑物級(jí)別12345洪水重現(xiàn)期1000－500500－100100－5050－3030－20

正常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))：按正常運(yùn)用洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的洪水稱為設(shè)計(jì)洪水，用它確定水利水電工程的設(shè)計(jì)洪水位，設(shè)計(jì)泄流量等。宣泄正常運(yùn)用洪水時(shí)，泄洪設(shè)施應(yīng)保證安全和正常運(yùn)行，即遇到不超過(guò)這種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，水利工程的一切工作能維持正常狀態(tài)。出現(xiàn)超過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水，水利工程的某些正常工作可以暫時(shí)破壞，如僅允許消能設(shè)施和一些次要建筑物部分損壞，但必須確保主要水利工程建筑物（大壩、溢洪道）安全或不允許發(fā)生河流改道等重大災(zāi)害性后果，則這種情況為“非常運(yùn)用條件”。非常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)用以確定水利水電工程的校核洪水位，這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水稱為校核洪水。非常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)(校核標(biāo)準(zhǔn))：北京密云水庫(kù)：

設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1/1000，Q=15,200m3/s

校核洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1/10,000，Q=216,00m3/s三峽工程：

設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1/1000，Q=98,800m3/s

校核洪水標(biāo)準(zhǔn)：P=1/10,000，Q=113,000m3/s【實(shí)例】

有以下四種方法：

由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水;

由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水;

由水文氣象資料推求設(shè)計(jì)洪水;

利用暴雨等值線圖和一些簡(jiǎn)化公式估算設(shè)計(jì)洪水10.1.3推求設(shè)計(jì)洪水的途徑(計(jì)算方法)10.2由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水當(dāng)設(shè)計(jì)流域具有一定數(shù)量(n30)的實(shí)測(cè)洪水資料時(shí)，可采用該法推求設(shè)計(jì)洪水，其推求的思路和步驟大體與推求設(shè)計(jì)年徑流類似：

洪水資料的審查，以保證資料的可靠性、一致性和代表性；

選樣，從每年洪水中選取符合要求的洪峰流量和洪量，組成各自的統(tǒng)計(jì)系列；

頻率計(jì)算，求出設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪量（特殊點(diǎn)須對(duì)特大值洪水進(jìn)行處理）

求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線10.2.1洪水樣本的選擇河流一年內(nèi)要發(fā)生多次洪水，每次都不同，因此如何從歷年的洪水系列資料中選取表征洪水特征值的樣本是設(shè)計(jì)洪水的一個(gè)首要問(wèn)題。對(duì)水利水電工程而言，一般采用“年最大值法”，即每年只選一最大的值作為樣本點(diǎn)。采用“年最大值法”的依據(jù)是什么？年最大值法的依據(jù)：水利工程破壞率的概念：所謂水利工程被破壞是指它的正常運(yùn)行遭到損壞，水利工程破壞率可按下式計(jì)算：按上式的定義，如果一年之中水利工程只要受到一次洪水襲擊而被破壞，即使破壞時(shí)間很短，則認(rèn)為該年被破壞了，而因此造成的損失往往在一年中難以恢復(fù)。如果一年中，先后遭受多次洪水只要有一次被破壞，也只認(rèn)為該年被破壞。故按此方法，每年只要取一個(gè)最大洪峰流量或固定時(shí)段的最大洪水總量作為樣本點(diǎn)，組成一洪水系列。如此確定洪水系列的方法即為年最大值法。

每年只選一個(gè)最大的洪峰流量，由此組成洪峰流量系列(樣本)。（2）洪量的選擇：

一般采用固定時(shí)段選取年最大值(獨(dú)立選樣)，洪量統(tǒng)計(jì)時(shí)段長(zhǎng)度一般取1d,3d,5d,7d,10d,15d,…。其最長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)時(shí)段視工程規(guī)模和流域大小，按設(shè)計(jì)要求而定。（1）洪峰流量的選擇：=QmQ(m3/s)Q1Q2Q31d5dt

年最大選樣示意圖獨(dú)立選樣：指在同一年中，按不同時(shí)段的最大洪量進(jìn)行選取，各自只選取全年中的一個(gè)最大值，可以在同一場(chǎng)洪水中選取，也可以在不同場(chǎng)洪水中選取，短時(shí)段可以包含在長(zhǎng)時(shí)段中，也可以不包含其中，只需遵守選取“最大”的原則。若有n年資料，則對(duì)于某一特征值可選出n個(gè)最大值，組成一個(gè)n年系列。3d資料可靠性的審查；資料一致性的審查；資料代表性的審查。講義P193~19410.2.2洪水資料的審查資料可靠性的審查對(duì)實(shí)測(cè)洪水資料的測(cè)驗(yàn)和整編方法進(jìn)行檢查，重點(diǎn)要放在觀測(cè)和整編質(zhì)量較差的年份，以及對(duì)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果影響比較大的大洪水年份。對(duì)歷史洪水資料的審查，一是調(diào)查洪峰流量，主要看歷史洪水痕跡是否可靠，上下游是否一致等，二是審查洪水發(fā)生的年份的依據(jù)是否充分，與上下游和鄰近流域是否一致，有無(wú)當(dāng)時(shí)的氣象資料旁證等資料一致性的審查洪水資料的一致性是指產(chǎn)生各年的洪水的產(chǎn)流和匯流的流域下墊面條件在調(diào)查觀測(cè)期應(yīng)該基本相同。若這些條件發(fā)生較大變化（如上游建水庫(kù)、潰堤缺口等）以至明顯影響各年洪水資料的一致性時(shí)，需要將變化后的資料還原到原先天然狀況。資料代表性的審查洪水資料的代表性的概念與年徑流資料的代表性的概念是一致的。即當(dāng)洪水系列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。故為保證洪水系列具有代表性，常要求連續(xù)實(shí)測(cè)的洪水年數(shù)不少于20～30年，并有若干年調(diào)查的歷史特大洪水。除外，也可采用與年徑流資料代表性審查的類似方法進(jìn)行檢查。當(dāng)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，以滿足代表性的要求。

洪峰洪量頻率計(jì)算一般要求系列容量n20-30,否則必須進(jìn)行系列插補(bǔ)以及盡可能地利用歷史洪水或暴雨資料展延系列，以提高洪水系列的信息量即代表性，減少頻率分析的抽樣誤差。

利用上下游測(cè)站或鄰近的測(cè)站流量資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)；

利用本站洪峰流量和洪量的關(guān)系進(jìn)行展延；

利用本流域暴雨資料插補(bǔ)延長(zhǎng)。10.2.3洪水資料的延展

通過(guò)歷史文獻(xiàn)資料的考證和歷史洪水調(diào)查，可取得幾百年的大洪水信息，合理地利用這些信息，參與到實(shí)測(cè)系列中來(lái)，則相當(dāng)于將實(shí)測(cè)系列延長(zhǎng)，從而提高頻率計(jì)算成果的穩(wěn)定性和合理性。10.2.4歷史洪水調(diào)查及文獻(xiàn)考證選用的樣本數(shù)(年)千年一遇的洪峰流量Qm(m3/s)備規(guī)劃計(jì)算結(jié)果23300加入1963年實(shí)測(cè)特大洪水Qm=12000m3/s后計(jì)算結(jié)果，與上相比只差4％1919700加入1956年實(shí)測(cè)的特大洪水Q=13100m3/s后的計(jì)算結(jié)果，比原計(jì)算大56%【實(shí)例】不同樣本系列洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果：22600調(diào)查考證后加入若干年歷史特大洪水資料后計(jì)算結(jié)果，比原計(jì)算大80%這說(shuō)明考慮歷史洪水資料作特大值處理后，計(jì)算結(jié)果比較穩(wěn)定合理。

指在洪水系列中，比一般洪水大得多的稀遇洪水，一般為歷史洪水，可以經(jīng)過(guò)調(diào)查考證取得，它也可以出現(xiàn)在實(shí)測(cè)系列中，均稱之為特大洪水。將特大洪水與實(shí)測(cè)洪水共同組成一洪水系列(樣本)，與實(shí)測(cè)系列有何不同？如何進(jìn)行頻率計(jì)算？關(guān)鍵是對(duì)特大洪水的處理，即在經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算、統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)等方面采取有別于一般洪水的計(jì)算方法。特大洪水：基本概念介紹：連序系列：n年實(shí)測(cè)(包括插補(bǔ)延長(zhǎng))的洪水系列，若系列中沒(méi)有特大值提出進(jìn)行單獨(dú)處理，也沒(méi)有歷史特大洪水的加入，無(wú)論資料的年份是否連續(xù)，只要確認(rèn)n年的各項(xiàng)洪水?dāng)?shù)值為已知，按大到小次序排列，各項(xiàng)之間沒(méi)有空缺，序數(shù)是連序的，這樣的系列稱為連序系列。10.2.5設(shè)計(jì)洪峰、洪量的推求

通過(guò)歷史洪水的調(diào)查考證，將歷史特大洪水值與實(shí)測(cè)的洪水值資料加在一起組成一系列，由于特大洪水值的重現(xiàn)期（N）必然大于實(shí)測(cè)系列的年數(shù)n，而在N-n年內(nèi)各年的洪水值無(wú)法查到，即特大洪水值與實(shí)測(cè)的洪水值之間有一些缺測(cè)項(xiàng)，不能判斷由大到小是連續(xù)的，這樣的樣本是不連序系列。不連序系列：(a)連序樣本

序號(hào)mQ(m3/s)序號(hào)m(b)不連序樣本Q(m3/s)不連序樣本和連序樣本示意圖N-n空缺n（1950－2000）1750、1767、1850N（1750－2000）

所謂的樣本系列“連序”和“不連序”，并非指時(shí)間的連序與不連序，二者的主要差別僅在于系列內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)值由大到小排序是否無(wú)空缺。若無(wú)空缺，則為連序系列，否則為不連序系列。故不連序系列中需要對(duì)特大洪水進(jìn)行處理。說(shuō)明：特大洪水處理的關(guān)鍵是：特大洪水重現(xiàn)期的確定或經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算。

目前我國(guó)根據(jù)資料來(lái)源不同，將用以確定特大洪水代表年限有關(guān)的時(shí)期分為：實(shí)測(cè)期、調(diào)查期和文獻(xiàn)考證期實(shí)測(cè)期：

實(shí)測(cè)期是從有實(shí)測(cè)洪水資料年份到至今的時(shí)期，稱為實(shí)測(cè)期。文獻(xiàn)考證期：

調(diào)查期之前到有歷史文獻(xiàn)可以考證的時(shí)期，稱為文獻(xiàn)考證期。

一般將調(diào)查期＋文獻(xiàn)考證期統(tǒng)稱為調(diào)查考證期。調(diào)查期：

從實(shí)測(cè)期之前到能調(diào)查到的歷史洪水最遠(yuǎn)年份的這段時(shí)期，稱為調(diào)查期。明萬(wàn)歷十一年（1583）陜西蜀河口漢水邊崖壁上的洪水位題刻

清代同治年代的洪水位題刻現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析：對(duì)于n=33年系列應(yīng)為連序系列；

而對(duì)于N=100年進(jìn)行按大小次序排列時(shí)，除最大項(xiàng)和實(shí)測(cè)33年資料排序已知外，其它67年排序未知，故這種包括特大洪水的N年系列為不連序系列?！纠?/p>

某河流有實(shí)測(cè)系列33年(1949-1984年，其中有三年缺測(cè)，但知道該33年洪水值由大到小是連序的)，經(jīng)調(diào)查確定1885年為一次特大歷史洪水，為百年來(lái)最大者，其重現(xiàn)期為100年。但在其余的67年中無(wú)法取得年最大洪水資料。空缺序號(hào)mQ(m3/s)n=33N=1001885(1949~1984)式中，Pm

:大于或等于某一變量的經(jīng)驗(yàn)頻率;m:變量由大到小排列的序號(hào);n:連序系列中的總項(xiàng)數(shù)。(1)含特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率的計(jì)算①連續(xù)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算按第八章方法計(jì)算：(10-3)A．方法一（分別處理法/獨(dú)立樣本法）

將實(shí)測(cè)系列與含特大值的系列看作從總體中獨(dú)立抽出的二個(gè)隨機(jī)連序樣本，各項(xiàng)分別在各個(gè)系列中排序計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率：

(10-3)式中，Pm:第m位洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率；

m:實(shí)測(cè)洪水自大到小的排列序號(hào)，m=1,2,…n；

n:實(shí)測(cè)洪水的年數(shù)。②不連續(xù)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算(有二種方法)：n年實(shí)測(cè)系列按連序系列的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算式：

若N年中含有項(xiàng)特大洪水的排序已查明，年期間無(wú)空缺時(shí)，則只能計(jì)算前項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率：

(10-4)

N年包含特大洪水系列:式中,PM:大于或等于某特大洪水Qm值的經(jīng)驗(yàn)頻率；M:為特大洪水由大到小排列的序號(hào)；N:為調(diào)查考證期的最遠(yuǎn)年份至今的年數(shù)。

分別處理法計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率示意圖

空缺n(實(shí)測(cè)系列)N(含特大洪水的系列)

1.

若實(shí)測(cè)系列中確認(rèn)有特大洪水，應(yīng)抽出放在N年系列中與歷史洪水一起排序，進(jìn)行頻率計(jì)算，以避免特大洪水的后幾項(xiàng)和實(shí)測(cè)系列的前幾項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率可能有重疊的現(xiàn)象（即出現(xiàn)實(shí)測(cè)系列的前幾項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率比歷史洪水經(jīng)驗(yàn)頻率還要小的不合理情況）。但必須注意：當(dāng)實(shí)測(cè)系列中特大值抽出后，該特大值在實(shí)測(cè)系列中仍應(yīng)保持特大洪水的序位，即實(shí)測(cè)系列中的一般洪水的序位不能因特大值的抽去而改變。說(shuō)明：1970年：P2=2/(31+1)=6.3%

另外，在實(shí)測(cè)系列31年(1961-1991)中，已知排序第一和第二為1963年和1970年，且1963年洪水可視為特大洪水，若該年的洪水仍置于實(shí)測(cè)系列計(jì)算，則前二項(xiàng)的洪水經(jīng)驗(yàn)頻率為：

1906年：P1=1/(88+1)=1.1%1921年：P2=2/(88+1)=2.2%1919年：P3=3/(88+1)=1963年：P4=4/(88+1)=4.4%【例】實(shí)測(cè)系列為31年(1961-1991)，含特大洪水系列為88年(1904~1991)，經(jīng)調(diào)查其中有三次特大洪水(1906、1921和1919年)分別在88年系列中排序?yàn)榈谝坏诙偷谌?，其?jīng)驗(yàn)頻率分別為：1963年：P1=1/(31+1)=3.1%3.4%2.

當(dāng)(=1+2)項(xiàng)特大洪水是不連序時(shí)，應(yīng)根據(jù)調(diào)查考證的情況，分別在不同的調(diào)查考證期內(nèi)排序，如1項(xiàng)在N年中排序；2項(xiàng)在N1年中排序。1N(考證期)2N1(調(diào)查期)空缺n(實(shí)測(cè)期)空缺如,n=31,N1=88,N＝350,則：P1=1/(350+1)=0.28％P2=2/(350+1)=0.56%P3=3/(350+1)=0.85%P4=1/(88+1)=1.12％P5=2/(88+1)=2.25%……

將實(shí)測(cè)系列和特大洪水系列共同組成N年不連序系列，作為一個(gè)樣本，各項(xiàng)在N年內(nèi)統(tǒng)一排序。

假定在調(diào)查考證期N年內(nèi)有特大洪水項(xiàng)，特大洪水中有l(wèi)項(xiàng)發(fā)生在n年實(shí)測(cè)系列內(nèi)：n(項(xiàng)中包括了l項(xiàng))lN

B.方法二（統(tǒng)一處理法/統(tǒng)一樣本法）n-lN年中

項(xiàng)特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率仍用式(10-4):

實(shí)測(cè)系列中其余的n-l項(xiàng)為一般洪水，其經(jīng)驗(yàn)頻率只能分布在第項(xiàng)頻率PM以外的范圍，即介于（1~PM）中，故可按下式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率:特大洪水項(xiàng)中包含了實(shí)測(cè)系列中的特大洪水l

項(xiàng)如何計(jì)算實(shí)測(cè)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率？能否按計(jì)算實(shí)測(cè)系列的經(jīng)驗(yàn)頻率？

(10-5)式中，Pm：n年實(shí)測(cè)洪水系列中第m位洪水經(jīng)驗(yàn)頻率；l：實(shí)測(cè)洪水系列中抽出作為特大值處理的洪水項(xiàng)數(shù)；

m：實(shí)測(cè)的一般洪水的序位,m=l+1,l+2,…nPM：特大洪水第末項(xiàng)M=的經(jīng)驗(yàn)頻率；

N：調(diào)查考證期年數(shù)；

：

N年內(nèi)能確定排位的特大洪水項(xiàng)數(shù)。

已知：在某河某站1953~1986年（有二年資料缺測(cè)且無(wú)法插補(bǔ)）共32年實(shí)測(cè)資料中1982年為特大洪水，其余為一般洪水，1964年洪水排序第二，1978年排序最小。經(jīng)調(diào)查考證，1905年與1931年為歷史特大洪水，1905年洪水大于1931年的洪水，但都沒(méi)有1982年大，且已查清在1905~1986年的82年中沒(méi)有漏掉比1931年更大的洪水。另，經(jīng)文獻(xiàn)考證1764年曾發(fā)生過(guò)一次比1982年還要大的洪水，是1764年以來(lái)223年中最大洪水，但因年代久遠(yuǎn)1764~1905年間其他洪水未能查清?！舅憷拷猓悍治觯涸趯?shí)測(cè)期1953~1986年n=32年中，洪水排序是：1982(1)>1964(2)>…>1978(32);

在含調(diào)查期(1905~1986年)N=82的系列中，只知道前三位的特大洪水1982(1)>1905(2)>1931(3)，因查清沒(méi)有比1931年更大的洪水，故在調(diào)查期N=82年中，只知道三個(gè)特大洪水，但無(wú)法排出第四位洪水(因小于1931年的洪水無(wú)法查清)；

在含調(diào)查文獻(xiàn)考證期(1764~1986年)N=223系列中，只知道1764年洪水排序?yàn)榈谝晃弧Ｒ?764到1905年間其它洪水情況不明，故在223年中排位第二以下的不清楚。求：分別按分別處理法和統(tǒng)一處理法求經(jīng)驗(yàn)頻率。19531986n=32(實(shí)測(cè)期)n1(1982)n末(1978)n2(1964)N1缺N3(1931)N2(1905)N=82(調(diào)查期)1905N’1N’=223(文獻(xiàn)考證期)缺1764注：1982年洪水已經(jīng)作為歷史特大洪水在223年系列中計(jì)算，但在實(shí)測(cè)系列中仍要保留其序位。兩種方法的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算表Pm=0.004+（1-0.004）×（1-0）/（82-0+1）=0.016Pm=0.004+（1-0.004）×（2-0）/（82-0+1）=0.028Pm=0.004+（1-0.004）×（3-0）/（82-0+1）=0.04Pm=0.04+（1-0.04）×（2-1）/（32-1+1）=0.07……Pm=0.04+（1-0.04）×（32-1）/（32-1+1）=0.97Pm=1/（223+1）=0.004（統(tǒng)一處理法按公式計(jì)算）……目的：求出指定設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量和指定時(shí)段的洪量。我國(guó)規(guī)范規(guī)定頻率計(jì)算方法采用：

－目估配線法－優(yōu)化適線法A.頻率曲線的線型的選擇：

一般統(tǒng)一采用P-III型。(2)洪水峰量頻率計(jì)算

P-III型曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有三個(gè)：

均值、變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)。實(shí)際進(jìn)行參數(shù)確定時(shí)，采用與第八章中的方法，即先以矩法初步估計(jì)參數(shù)后，再用適線法進(jìn)行調(diào)整，從而獲得一條與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合良好的頻率曲線和統(tǒng)計(jì)參數(shù)。B.統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定：?jiǎn)栴}：如何用矩法初估含特大洪水的不連續(xù)系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)？設(shè)調(diào)查考證期N年內(nèi)共有個(gè)特大洪水，其中，l個(gè)特大洪水發(fā)生在實(shí)測(cè)期n年內(nèi)。

(

項(xiàng)中包括了l項(xiàng))lNn①不連續(xù)序列統(tǒng)計(jì)參數(shù)的矩法計(jì)算公式:空缺該式表示N年系列中除去項(xiàng)特大洪水后一般洪水洪峰流量之和由(A)得出：假定:

(n-l)年系列的均值和均方差與除去特大洪水后的(N-)年系列的均值和均方差相等:推求統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算公式的前提：N年系列中一般洪水洪峰流量之和N年系列中特大洪水洪峰流量之和(10-6)N項(xiàng)不連序系列的洪峰流量均值計(jì)算公式為：由(B)得出：，即該式為N年系列中的一般洪水洪峰流量與均值差的平方之和式中，：洪水不連序系列的均值；

CV：洪水不連序系列的變差系數(shù)；

Qmj：特大洪水的洪峰流量或洪量(j=1,2,…,);

Qmi：一般洪水的洪峰流量或洪量(i=1,2,…,N-);

：特大洪水的總項(xiàng)數(shù)，其中包括發(fā)生在實(shí)測(cè)

系列內(nèi)的l項(xiàng)(10-7)N項(xiàng)不連序系列的變差系數(shù)計(jì)算公式為：按變差系數(shù)無(wú)偏計(jì)算公式特大洪水洪峰流量與均值差的平方之和一般洪水洪峰流量與均值差平方之和CS一般不作計(jì)算，初選CS=KCV作為適線法的第一次的近似值：對(duì)于變差系數(shù)值較小的流域(CV0.5)：CS=(3~4)CV對(duì)于變差系數(shù)值較大的流域(CV>1.0)：CS=(2~3)CV

用以上矩法初估出三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)后，則可利用適線法進(jìn)行配線，從而選出合理的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。不連序系列的偏態(tài)系數(shù)：盡可能地照顧到點(diǎn)群的趨勢(shì)，曲線盡量通過(guò)點(diǎn)群的中心，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)群與曲線不能全部擬合時(shí)，應(yīng)側(cè)重考慮中上部而且精度較好的大洪水的點(diǎn)據(jù)；由于歷史上特大洪水加入系列進(jìn)行配線，對(duì)確定參數(shù)的影響作用較大，但這些資料本身精度較差要慎重對(duì)待，因此適線時(shí)不能機(jī)械通過(guò)該點(diǎn)，使曲線對(duì)其它點(diǎn)群偏離太大，也不能距該點(diǎn)據(jù)太遠(yuǎn)，應(yīng)考慮可能的誤差范圍進(jìn)行調(diào)整；②目估適線法配線準(zhǔn)則:

參照本站不同時(shí)段及相鄰流域洪水特征值統(tǒng)計(jì)參數(shù)的變動(dòng)規(guī)律進(jìn)行調(diào)整。該法是將經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)與理論頻率曲線的對(duì)應(yīng)值之差組合值構(gòu)成一目標(biāo)函數(shù)，使之達(dá)到優(yōu)化，從而估計(jì)出統(tǒng)計(jì)參數(shù)：

目標(biāo)函數(shù)：③優(yōu)化適線法確定參數(shù)式中,：經(jīng)驗(yàn)頻率Pi所對(duì)應(yīng)的洪峰值；：Pi所對(duì)應(yīng)的理論頻率曲線上的洪峰值；

K

：大于零的冪次，一般取1～2；F

：目標(biāo)函數(shù)約束條件：CV00CS

CS*

(CS*

為以往實(shí)踐中總結(jié)的最大值)按適線法確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)后，可按下式計(jì)算指定頻率的設(shè)計(jì)洪水的洪峰流量：(10-9)式中，QmP：設(shè)計(jì)洪峰流量；：洪峰流量均值；：指定頻率P所對(duì)應(yīng)P-III曲線的離均系數(shù)；

CV

：變差系數(shù)；

KP：指定頻率P所對(duì)應(yīng)P-III曲線的模比系數(shù)。

設(shè)計(jì)洪水的洪量WP計(jì)算與設(shè)計(jì)洪峰流量QmP方法相同。(3)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水：

①抽樣誤差：用樣本的統(tǒng)計(jì)參數(shù)代替總體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，總有抽樣誤差（第八章），故計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水（QmP

，WP）值也有抽樣誤差，P-III型分布的QmP

的均方誤公式為：(絕對(duì)誤差)(8-31)(4)頻率計(jì)算成果的抽樣誤差及安全保證值式中，B是偏態(tài)系數(shù)CS和頻率P的復(fù)雜函數(shù)，有專用的B值諾模圖可查(講義，p202，F(xiàn)ig.10-4)B值諾模圖講義p202圖10-4，BP(%)Cs=4.03.03.52.51.01.50.52.0CS=1.756在式中，n：由于n包括了特大洪水，故n不等于實(shí)測(cè)系列長(zhǎng)度，也不是調(diào)查考證期的N，而以n’替代該式中的n，稱為折算年數(shù)，可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：n’=n+(c+d)(N-n)式中，c,d為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，其中，c為反映調(diào)查洪水次數(shù)的系數(shù)：一次：c=0.2；二次：c=0.3；三次：c=0.4。

d為反映調(diào)查洪水精度的系數(shù)：一般：d=0.2；可靠：d=0.3；精確：d=0.4。式中，Qmp

：設(shè)計(jì)洪峰流量的安全保證值；

：可靠性系數(shù)，一般取

=0.7；Qmp：設(shè)計(jì)洪峰流量的均方誤差(絕對(duì)誤差)。安全修正值一般不超過(guò)所計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰流量的20%(10-11)②安全保證值

對(duì)于大型或重要中型水利工程，用上述計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水應(yīng)計(jì)算抽樣誤差，若有偏小的可能，故從安全考慮，應(yīng)在設(shè)計(jì)值再加上一安全保證值，常用的計(jì)算公式為：

實(shí)測(cè)資料和計(jì)算有誤差，計(jì)算方法不完善，均會(huì)使計(jì)算成果存在誤差，故為了防止較大誤差，必須對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行合理性方面的檢查和分析，有如下幾種途徑：對(duì)本站洪峰流量及不同時(shí)段洪量的頻率計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算成果應(yīng)有如下規(guī)律：

洪量均值及設(shè)計(jì)值隨時(shí)段長(zhǎng)度的增加而變大；

時(shí)段平均流量均值隨時(shí)段長(zhǎng)度的增加而減少；洪量的CV值一般隨時(shí)段長(zhǎng)度的增加而減少。(4)設(shè)計(jì)洪峰洪量的合理性檢查與上下游洪水頻率計(jì)算成果進(jìn)行比較：洪峰流量及洪量的均值自上游向下游遞增；

CV值自上游向下游遞減。洪量與時(shí)段的關(guān)系平均流量與時(shí)段的關(guān)系洪量的CV值與時(shí)段的關(guān)系式中，qP,WP：頻率為P的設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪量的摸數(shù)；

A：流域面積；

n1,n2：系數(shù)，大中流域n1=0.5~0.8,n2=0.4~0.7與鄰近的河流的設(shè)計(jì)洪水分析結(jié)果進(jìn)行比較：在氣候和下墊面條件一致的地區(qū)，相鄰河流的洪量和洪峰流量的Cv

和Cs

值應(yīng)比較接近；為消除流域面積影響，常以洪峰流量模數(shù)和洪量模數(shù)進(jìn)行比較，以確定它們?cè)诘貐^(qū)分布上是否合理，對(duì)于水文氣象條件相似的地區(qū)，模數(shù)值應(yīng)當(dāng)接近：實(shí)測(cè)或調(diào)查最大洪峰流量與流域面積關(guān)系圖千年和萬(wàn)年一遇的洪水可與國(guó)內(nèi)外的相應(yīng)面積的大洪水記錄進(jìn)行比較：

如低于其下限或超過(guò)其上限很多，則應(yīng)深入分析其原因。某河某站洪峰流量實(shí)測(cè)資料共有26年(1955-1982年，其中有二年缺測(cè))，經(jīng)洪水調(diào)查得知1890年曾發(fā)生過(guò)特大洪水，洪痕可靠，河床穩(wěn)定，推得洪峰流量為18000m/s，并經(jīng)考證該洪水為1890-1982年期間最大一次，1891-1955洪水未查清。另已知26年實(shí)測(cè)系列洪峰流量均值為,均方差為。推求：P=1/1000，1/100,1/50

即千年一遇，百年一遇和50年一遇的洪峰流量Qm?！纠糠謩e處理法計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率示意圖N=93

(1890~1982)n=26

(

1955~1982)

遺漏1890解：1.經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算：按歷史特大洪水系列與實(shí)測(cè)系列獨(dú)立計(jì)算方法：歷史特大洪水系列：1890~1982年所以，N=1982-1890+1=93年實(shí)測(cè)系列中無(wú)特大值，頻率按下式計(jì)算：(n=26,m=1,2,…26)1890年特大洪水頻率（排序?yàn)槔洗螅?2.求理論頻率曲線

采用P-III型曲線，目估配線法計(jì)算參數(shù)。初估參數(shù)，采用不連續(xù)系列的矩法公式：注：注進(jìn)行配線調(diào)整的統(tǒng)計(jì)參數(shù)確定為：

3.求設(shè)計(jì)洪峰流量由已知

求Qmp查(p272附表)4.抽樣誤差計(jì)算：按（8-31）計(jì)算均方誤：B為Cs

&P的函數(shù),可由Cs=1.75，P=0.1%，1%，2%分別從偌摸圖(p202)中查到：P=0.1% B=10.7P=1%B=6.0

P=2% B=4.8折算年數(shù)n’的確定：(取c=0.2,d=0.3)

代入得不同頻率下的均方誤：5.計(jì)算安全修正值：6.計(jì)算不同設(shè)計(jì)洪峰流量值：僅有設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪水量還難以確定水庫(kù)的防洪庫(kù)容和泄水建筑物的尺寸，這是因?yàn)楹榉辶髁砍霈F(xiàn)的遲早和洪量集中的程度不同，即洪水過(guò)程線形狀的不同，會(huì)得到不同的設(shè)計(jì)防洪庫(kù)容和最大泄量。10.2.6設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的推求因此，設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線亦是設(shè)計(jì)洪水的一個(gè)不可缺的重要內(nèi)容。設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線指符合某一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的洪水過(guò)程線，目前尚無(wú)完善的方法從理論上推求一定頻率的洪水過(guò)程線，生產(chǎn)實(shí)踐中一般采用放大典型洪水過(guò)程線的方法,其思路是：先從實(shí)測(cè)資料中選取一場(chǎng)典型洪水過(guò)程，然后按設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪量進(jìn)行放大，即得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

選擇資料完整、精度較高且洪峰流量和洪量接近設(shè)計(jì)值的實(shí)測(cè)大洪水過(guò)程線；具代表性，即洪水發(fā)生季節(jié)、洪水的歷時(shí)、峰量關(guān)系、主峰位置、峰型等均能代表該流域較大洪水特性的實(shí)測(cè)洪水過(guò)程；選擇對(duì)工程防洪不利的典型洪水過(guò)程線，如選擇峰型集中，主峰靠后的洪水過(guò)程。按上述原則選出的典型過(guò)程線，如果不止一個(gè)，也可以選出幾個(gè)典型，分別推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，供計(jì)算時(shí)進(jìn)行分析比較。（1）典型洪水過(guò)程線的選擇:采用同倍比放大或同頻率放大二種方法：a.同倍比放大法：

用同一放大系數(shù)放大典型洪水過(guò)程線，以求得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的方法。該法的關(guān)鍵是確定以誰(shuí)為主的放大倍比值，有以下二種方法：

以洪峰流量控制的同倍比放大法(以峰控制)

━適合于無(wú)庫(kù)容調(diào)節(jié)的工程設(shè)計(jì)，如橋梁、涵洞及排水溝及調(diào)節(jié)性能低的水庫(kù)等。

以洪量控制的同倍比放大法(以量控制)

━適合于蓄洪為主的工程設(shè)計(jì)，如調(diào)節(jié)性能高的水庫(kù)，分洪、滯洪區(qū)等。（2）典型洪水過(guò)程線的放大式中，QmP、QmD分別為設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的洪峰流量和典型洪水過(guò)程線的洪峰流量以洪量控制的同倍比放大法的放大倍比為以洪峰控制的同倍比放大法的放大倍比為式中，WTP、WTD分別為設(shè)計(jì)頻率為P統(tǒng)計(jì)時(shí)段為T的設(shè)計(jì)洪量和相應(yīng)的時(shí)段典型洪水的洪量(10-14)(10-15)放大倍比按下式計(jì)算：

放大倍比按上述方法求到后，以放大倍比乘實(shí)測(cè)的典型洪水過(guò)程線的各縱坐標(biāo)，即得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。該法簡(jiǎn)單易行，能較好地保持典型洪水過(guò)程的形態(tài)。但該法使得設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的洪峰或洪量的設(shè)計(jì)頻率不一致，這是由于兩種放大倍比不同(KQmKW

)造成的。如按KQm放大后的洪水過(guò)程線所對(duì)應(yīng)的時(shí)段洪量不一定等于設(shè)計(jì)洪量值。反之如按KW

放大洪水過(guò)程線，其洪峰值不一定為設(shè)計(jì)洪峰值。

故為了克服這種矛盾，為使放大后過(guò)程線的洪峰和各時(shí)段洪量分別等于設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)洪量，可用下述的同頻率放大