第二章由流量推求设计洪水

研究对象：研究内容：研究目的：研究内容概述1.洪峰、洪量样本系列的选样，资料的三性审查；2.特大洪水的处理，即不连续系列的经验频率和统计参数的计算方法；3.洪水频率的计算。研究由流量资料推求设计洪水。研究由流量资料推求设计洪水，以解决水库、堤防、桥涵等工程设计洪水的计算问题。（1）设计洪水的定义：在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计，这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水。（2）设计标准（防洪标准）:工程设计运营期内遭受洪水破坏的概率。用洪水发生的频率或重现期来定义。§3设计洪水相关概念【例】某一水库工程的设计标准是千年一遇，就是指采用千年一遇的设计洪水作调洪演算所推求的水库设计洪水位，在未来水库长期运行中，每年库水位超过该设计水位的概率为1/1000。（3）建国以来我国推求设计洪水经历了三个阶段历史最大洪水加成法阶段：以历史上发生过的最大洪水再加一个成数作为设计洪水。频率计算法阶段：以符合某一频率的洪水作为设计洪水，如百年一遇洪水、千年一遇洪水等。水文气象法阶段：从物理成因入手，根据水文气象要素推求一个特定流域在现代气候条件下，可能发生的最大洪水作为设计洪水。（4）水工建筑物的等级和防洪标准国家根据工程效益、政治及经济各方面的综合考虑，颁布了按工程规模分类的工程等别和按建筑物划分的防洪标准，这就是国家《防洪标准》（GB50201-94）和水利部2000年颁发的编号为SL252-2000的《水利水电工程等级划分及洪水标准》。（5）水工建筑物的洪水设计标准对永久性建筑物，采用二级标准：正常运用情况，即设计标准；非正常运用情况，即校核标准。（6）下游防护对象的防洪标准下游防护对象的防洪标准根据防护对象的重要性选取。因为没有水库的安全，也就谈不上下游防护对象的安全，因此上述水库洪水标准一般都高于防护对象的防洪标准。（7）推求设计洪水的途径由流量资料推求设计洪水：先求符合一定频率的设计洪峰流量和时段设计洪量，然后通过典型缩放法构成一个完整的设计洪水过程线。由暴雨资料推求设计洪水：假定暴雨与对应的洪水同频率，先推求设计暴雨，经流域产流计算与汇流计算，最后求得设计洪水。由气象资料推求设计洪水：根据天气形势和风速、露点、降水等气象资料，分析和推求可能最大暴雨，然后经流域产流与汇流计算求出可能最大洪水。§2.1水文过程的随机特性描述§2.1.1水文过程的随机特性水文现象随机性过程确定性过程采用随机性模型描述，以反映其中的偶然性规律采用确定性模型描述，以反映其中的必然性规律过程——随时间或其他变量连续变化的现象统称为过程。由随机因素和确定性因素共同作用的模型随机模型§2.1.2纯随机模型对水文过程的适用性纯随机模型——假设所研究的水文变量是独立随机地抽自同一客观总体，而这个总体是通过概率分布函数(或概率密度函数)来描述的。水文频率分析计算的任务，就是根据水文变量的样本对总体进行统计(如估计参数、推求指定标准的设计值等)和推断(如假设检验、推求置信限等)。独立同分布假设§2.2洪水资料的分析处理采用纯随机模型进行洪水频率分析计算，是将连续的流量过程以年为时段划分开来，使时间坐标离散化，把每年作为一次实验。根据需要选取一些描述洪水的数字特征，从不同的角度来反映逐年洪水的特性。§2.2.1洪水资料的选样洪峰流量指定时段内洪水总量查阅流量过程线得到固定时段的最大洪量，时段长度，可根据洪水过程的实际历时及水库调节能力确定样本选择方法①年最大值法②年多次法③超定量法④超大值法每年选取一个最大值，n年资料可选出n项年极值，包括洪峰流量和各种时段的洪量。每年选取最大的k项，则由n年资料可选出nk项样本系列把n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项洪水特征。选定阈值，超过阈值的洪水特征均选作为样本。√§2.2.2洪水资料的审查和分析可靠性审查一致性审查代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 性审查审查方法参照水文资料整编方法和要求进行满足计算样本在统计上的同分布前提样本特征接近总体特征的程度。资料还原修正资料还原修正——将资料改正到同一的基础上，力求使样本系列具有统一总体分布。向后还原——流域已建有大型水库，对洪水具有调节作用，可以把建库前的洪水资料经过水库调洪计算，统一修正成为已建库情况下的洪水。向前还原——把建库后的实测资料经过反调节计算，求得未建库情况下的洪水。还原公式（水量平衡方程式）插补展延的目的：样本容量越大，包含总体分布的信息越多，样本的代表性越高，当设计站点或断面的洪水资料较少时，就需要参证本站其他资料、或上下游、干支流其他测站资料或流域中的暴雨资料，对洪水资料进行插补和展延。§2.2.3洪水资料的插补展延插补展延的方法：⑴根据上下游测站的洪水特征相关关系进行插补展延⑵利用本站峰量关系进行插补展延⑶利用暴雨径流关系插补展延⑷根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长有实测资料时——相关分析法无实测资料时——移用法洪峰流量→洪水总量；洪水总量→洪峰流量；通过洪水过程线计算洪峰洪量，或建立暴雨量与洪峰洪量的相关关系§2.3.1洪水调查的意义§2.3.2历史洪水的实地调查和考证§2.3.3历史洪水的洪峰和洪量推算§2.3历史洪水的调查和考证1.什么叫特大洪水——比系列中一般洪水大得多的洪水称为特大洪水，并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。特大洪水可以发生在实测流量期间的n年之内，也可以发生在实测流量期间的n年之外，前者称资料内特大洪水，后者称资料外特大洪水(历史特大洪水)。2.特大洪水重现期的确定⑴从发生年代至今为最大N=设计年份-发生年份+1⑵从调查考证的最远年份至今为最大N=设计年份-调查考证期最远年份+1例：N=2002－1153+1=850（年）§2.3.4历史洪水在调查考证期中的排位分析实测期——具有洪水观测资料的年份（包括插补展延的年份）调查期——从最早的调查洪水发生年份迄今的时期内，实测期以外的部分考证期——有历史文献资料可以考证的时期§2.4.1连序和不连序样本系列连序系列（没有特大洪水值）：大→小排列，无空缺不连序系列（有特大洪水值）：有空缺§2.4考虑历史洪水资料信息的洪水频率计算方法§2.4.2不连序样本系列的经验频率计算计算目的：估计样本的经验分布，再根据洪水样本点距及其经验分布对客观总体作出估计。计算方法：统一处理法分别处理法（Xp，P）实测洪水与历史洪水一起共同组成一个不连序系列。（1）统一处理法√特大洪水系列：实测洪水系列：（2）分别处理法各自作为随机抽取的两个独立样本特大洪水系列：实测系列样本：经验频率曲线由实测资料绘制而成，它是水文频率计算的基础，具有一定的实用性。经验频率曲线（Xp，P）§2.4.3洪水频率曲线线性——P－Ⅲ型皮尔逊Ⅲ型曲线是一条一端有限一端无限的不对称单峰、正偏曲线，数学上常称伽玛分布:式中：Γ（α）―α的伽玛函数；α、β、a0―分别为皮尔逊Ⅲ型分布的形状、尺度和位置参数，α﹥0，β﹥0。α、β、a0与(Ex期望值)、CV(变差系数)、CS(偏态系数)的关系水文上应用P－Ⅲ型的原因（1）只有三个参数，简单α、β、a。；（2）与水文要素的分布相接近；（3）计算有表可查。理论频率曲线对变量做标准化变化得到离均系数指定频率的xp，则即则：应用时，根据指定的设计频率p和估计的Cs值查表求，代入上式即可求得Xp水文关键问题：推求指定频率P的xp值例：800mm，CV=0.5，CS=1.0求千年一遇（P=0.1%）的年雨量值。查表CS→1，得=4.53=2612mm例：宜昌多年平均降雨量1000mmCV=0.5，CS=2CV=1.0求百年一遇（P=1%）的年设计雨量解：由CS、P查表得=3.02=2510mm§2.4.4频率曲线参数估计经验适线法优化适线法适线法矩法初值样本系列：物理意义：①表示系列水平的高低，表示系列的平均情况例如：葛洲坝：=4530亿m3丹江：=379亿m3②水文系列的均值常绘制成等值线图，以反映水文现象的地区变化规律。例如我国年降水量均值等值线图分布：沿海比内陆大、山区比平原大、南方比北方大。（1）均值矩法估计初值--不考虑特大洪水时均值能表示系列水率高低，但不能反映系列各变量值在均值两侧的离散程度：例如：甲10、50、90，=50乙49、50、51，=50以均值为中心考察，——称为离均差。方差：均方差（标准差）：σ甲=32.6，σ乙=0.8，σ甲>>σ乙，甲离散程度大、乙小。的物理意义：①系列离散程度大小；②间接均值的代表性问题。（2）均方差变差系数CV的物理意义：表示离散程度的大小（3）变差系数（离差系数、离势系数）模比系数说明乙系列离散程度远比甲系列离散程度小注意：（1）对径流来讲，CV大，说明来水不均匀，变化剧烈，如若在这样的河流上修建水库，就需要较大的库容调节，所以CV对水利工程的设计规模有很大的影响。（2）同一河流，上—→下游，CV上>CV中>CV下，上游河窄、控制流域面积小，调节能力差，暴涨暴落，中下游、河宽面积大，调节能力强。系列的偏度，即系列对于均值来说，对称还是不对称（用CS），大于均值的数出现的多些还是小于均值的数出现的多些。CS=0，对称；CS>0，正偏；CS<0，负偏。（4）偏态系数（偏差系数）↑，频率曲线位置抬高，且变陡。①CV、CS固定，改变频率曲线的高低位置（5）、CV、CS对频率曲线的影响（5）、CV、CS对频率曲线的影响②、CS固定CV变大，使频率曲线顺时针旋转3．、CV固定CS变大，使频率曲线上端变陡，中间曲率变大，下端趋于水平（5）、CV、CS对频率曲线的影响矩法估计初值--考虑特大洪水时假设：去除特大值后的N-a系列的均值和均方差与n-L系列的相等xi——特大洪水变量，i=1，……，axj——实测洪水变量，j=L+1，……，nCS根据CV的倍比估算⑴将实测资料由大到小排列，计算各项的经验频率，在频率格纸上点绘经验点据。⑵选定水文频率分布线型（一般选用皮尔逊Ⅲ型）。⑶先采用矩法或其它方法估计出频率曲线参数的初估值均值、Cv，而Cs凭经验初选为Cv的倍数。经验适线法⑷根据拟定的均值、Cv和Cs，查附表，计算xp值。以xp为纵坐标，p为横坐标，即可得到频率曲线。将此线画在绘有经验点据的图上，看与经验点据配合的情况。若不理想，可通过调整均值、Cv和Cs点绘频率曲线。⑸最后根据频率曲线与经验点据的配合情况，从中选出一条与经验点据配合较好的曲线作为采用曲线，相应于该曲线的参数便看作是总体参数的估值。⑹求指定频率的水文变量设计值。某站年径流系列符合p-Ⅲ型分布，已知该系列的X均=650mm，σ=162.5mm，Cs=2Cv，试结合下表计算设计保证率p=90%的设计年径流量。解：Cv=σ/X均=162.5/650=0.25，∴Cs=2Cv=0.5查表得Ф=-1.22，代入R90%=650×(1-0.25×1.22)=650×0.695=541.8mm例题1．离差平方和最小准则（OLS）；2．离差绝对值和最小准则（ABS）；3．相对离差平方和最小准则。优化适线法§2.5设计成果的合理性分析1．从洪峰、洪量及统计参数随时间变化规律分析。2．从洪峰、洪量及统计参数地区变化规律分析。3.设计洪峰流量与国内外或地区最大洪水记录对比分析4.与暴雨计算成果比较。§2.6洪水设计值的抽样误差和安全修正值问题§3设计洪水过程线的推求设计洪水过程线推求的基本思路：（1）选择典型洪水过程线；（2）对典型洪水过程线进行缩放，得出设计洪水过程线。典型洪水过程线的选择根据流域洪水形成规律和天气条件，洪水的特征（峰现时间、季节、峰型（单峰、双峰或连续峰），主峰位置、洪水上涨雨时、洪量集中程度等，参照这些规律和特点选择典型洪水过程线。1．峰高、量大的实测洪水过程线，稀遇洪水2．具有代表性，能反映流域大洪水特性：成因、季节、洪峰次数、主峰位置、洪水历时及峰量关系等，具有代表性。3．选对工程不利、峰形集中、主峰靠后。4．与下游洪水遭遇情况最不利的典型。所选典型一般峰、量都达不到设计要求，必须进行放大，使其符合设计标准，即设计洪水过程线。放大方法同倍比法同频率法（1）同倍比放大法同倍比法采用按同一倍比对典型洪水过程线的纵标值（流量值）进行缩放来推求设计洪水过程线。按峰放大按量放大放大倍比：Qmp—设计频率为P的洪峰流量Qm典—典型洪水的洪峰流量按峰放大放大倍比：WTP—设计频率为P，设计时段为T的设计洪量WT典—典型洪水过程线上下时段的最大洪量T—对决定防洪库容等起控制作用的时段长按量放大按3d洪量放大按洪峰放大按1d洪量放大优点：简单、工作量小缺点：洪峰、量无法同时达到设计值（2）同频率放大法按不同历时采用不同倍比对典型洪水过程线的纵标值进行缩放，得出的设计洪峰及不同历时设计洪量均符合设计频率。峰和量都可达到设计值洪峰放大倍比：放大倍比一天洪量放大倍比：3～1日洪量放大倍比7～3日洪量放大倍比：1．推求设计洪峰、洪量Qmp、W1P、W3P…2．选典型洪水过程线，并确定洪峰、洪量Qm典、W1典…注意：典型洪水各历时的洪量要以长包短的方法原因：可使放大后的设计洪水过程计算方便峰高、洪量集中、安全对工程不利3．计算放大倍比乘各相应时间的典型洪水过程线的纵标，得放大洪水过程线。设计洪水过程线推求步骤4．修匀不同历时衔接处，由于具有两个放大倍比，故产生突变的锯齿状，使峰、各种历时洪量都符合设计标准。注意：优点：放大后的设计洪水过程线峰，各历时洪量都符合设计标准。缺点：可能与原来典型相应较远，甚至形状不符合洪水规律。措施：尽量减少较大层次，控制历时不易过多。【例题】某枢纽工程百年一遇设计洪峰和不同时段的设计洪量计算成果见表3-5，试用同频率法推求设计洪水过程线。=2790/2180=1.28Qmd=2180Qmp=2790洪峰流量（m3/s）=（2.55-1.97）/（2.03-1.47）=1.042.034日0时~10日24时2.557=（1.97-1.20）/（1.47-1.01）=1.67　1.475日0时~7日24时1.973=1.20/1.01=1.19　1.015日0时~5日24时1.201洪量Wtd（亿方）起讫时间放大倍比k典型洪水设计洪水Wtp（亿方）时段（d）放大倍比计算表可靠性、一致性、代表性审查年最大值法选样峰、量频率计算特大洪水处理安全修正值设计洪峰和设计洪量选择典型洪水同倍比或同频率缩放设计洪水过程线成果合理性检验由流量资料推求设计洪水的流程主要内容 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 洪水资料选样方法：最大值法、年多次发、超定量法、超大值法；经验频率计算方法：统一处理法、分别处理法；频率曲线参数估计：初值（矩法），经验适线法、优化适线法；洪水过程线的推求：同倍比放大、同频率放大