第6章 设计洪水计算

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6.2.4设计洪峰流量与设计洪量计算
6.2.4.2特大洪水加入的不连续系列
图a中为实测系列n 年以外有调查的历史 大洪QM1，其调查 期为N年。
图b中没有调查的历史 大洪水，而实测系列中 的QM远比一般洪水大， 经调查其考证期可延长 为N年，将QM放在N 年内排位。
图c中既有调查历史大洪水， 又有实测的特大洪水，这 种情况比较复杂，关键是 要将各特大洪水的调查考 证期考证准确，并弄清排 位的次序和范围。
第六 章
设计洪水分析计算
教学内容及要求
教学内容：1、设计洪水及防洪标准；2、由流量资料推求设计洪水；3、由暴雨资
料推求设计洪水；4、小流域设计洪水计算；5、设计洪水的其他问题。
教学要求：了解设计标准以及推求设计洪水的途径，掌握洪峰与洪量的选样，掌
握考虑特大洪水加入实测资料系列时设计洪峰流量的计算方法，掌握同频率法放大 洪水过程线；了解由暴雨资料推求设计洪水的方法，掌握设计暴雨的计算方法和在 设计条件下将设计暴雨转化为设计净雨及设计洪水的方法；了解小流域设计洪水的 特点和计算方法，掌握推理公式法推求设计洪峰流量。
目录
6.1 设计洪水及防洪标准
6.2 流量资料推求设计洪水
6.3 暴雨资料推求设计洪水 6.4 点击添加标题内容
6.1设计洪水及防洪标准
教学内容及要求
内容： 一、洪水与设计洪水 二、设计标准 三、设计洪水计算的内容和途径
要求： 熟悉洪水与设计洪水的概念，了解设计标准以及推求
设计洪水的途径。
6.1.1设计洪水
5
6.1.1设计洪水
一次洪水持续时间长短，与暴雨特 性及流域自然地理特性有关，一般由几 小时到数天。洪水过程可由水文站实测 水位及流量资料绘制，如图6-1所示， 由图可看出起涨点a、洪峰流量Qm、 洪水总量WT、落平点d和洪水过程线。
洪峰流量、洪水总量和洪水过程线 是表示特性的三个基本水文变量，称为 洪水三要素，简称为“峰、量、型”。
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6.2.2历史洪水调查与考证
6.2.2.2历史洪水峰量估算
在调查河段内或附近有水文测站时，可通过测站的水文、水力学特性， 延长水位流量关系曲线，以推算历史洪水的洪峰流量。在调查河段内没
有水文站时，通常采用比降法估算。当河段顺直，河段内各断面变化不
大时，可近似地采用曼宁公式计算:
Q

1 n
2
AR 3
＜1200， ≥300 ＜300， ≥50 ＜50， ≥10
＜10
水利水电工程分等指标
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6.1.2防洪设计标准与工程风险率
6.1.2.2工程风险率
设计规范中防洪标准以重现期表示，在设计洪水计算中 一般要将重现期转换为工程风险率。为说明工程的风险率， 可作如下简单分析：
R=1-(1-P)L
式中 R——在工作寿命内的破坏率，%； P——设计频率，%； L——工程有效使用年限，年。
水库工程水工建筑物的防洪标准
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100~50 50~20
6.1.2防洪设计标准与工程风险率
工程 等别
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
Ⅴ
工程 规模
大(1)型 大(2)型 中型 小(1)型
小(2)型
水库 总库容 /108m3
保护 人 口 /104 人
防洪 保护 农田 面积 /104亩
治涝
保 护 区 当 治涝
量 经 济 规 模 面积
根据我国现行相关规范规定，频率 计算中的年(或期)洪峰流量和不同时 段的洪量系列，应由每年(或期)内最 大值组成，一般认为按年最大值选 样所得的洪水系列可当作是独立同 分布的，如右图。
当设计流域内不同时期洪水成因明显不同且变化规律较明显时，可按洪水成因及洪水统计变化规 律对汛期进行分期。确定分期后，各分期内的洪水系列按该期内的最大值选样。
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6.2.4设计洪峰流量与设计洪量计算
6.2.4.3经验频率的计算
1)分别处理法
a项特大洪水的经验频率按下式计算：
PM
M 100% N 1
式中：M---特大洪水排位的序号，M=1， 2、...、a；
N---特大洪水首项的考证期， 即为调查最远的年份迄今的年数; PM---特大洪水第 M项的经验频率，%。
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6.2.2历史洪水调查与考证
6.2.2.1历史洪水调查
历史洪水调查的内容----主要包括洪水发生时间、洪痕位置和 高程、过水断面、洪水过程，并附带进行雨情、灾情和洪泛情况。 此外，还要了解河床冲淤变化、河床质组成、岸坡植被、地貌特 征等。
洪水位的调查和测量是洪水调查中最关键的环节。历史洪水测 量内容包括各个洪痕Βιβλιοθήκη Baidu的高程、调查河段横断面、比降等。
平原区、滨海区
设计
校核
300~100
2000~1000
500~100
2000~1000
5000~2000
100~50
1000~300
100~50
1000~500
2000~1000
50~20
300~100
50~30 30~20
500~200 200~100
1000~300 300~200
20~10 10
1.由实测水位插补 流量
2、利用上下游站 流量资料插补延长
3、利用本站峰量关 系插补延长
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4、利用本流域暴 雨资料插补延长
6.2.4设计洪峰流量与设计洪量计算
6.2.4.1加入特大洪水值的作用
所谓特大洪水---目前还没有一个非常明确的定量标准，通常是指比 实测系列中的一般洪水大得多的稀遇洪水。特大洪水包括调查历史特大 洪水(简称历史洪水)和实测洪水中的特大值。
《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)。
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6.1.2防洪设计标准与工程风险率
防护 等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
重要性
特别重要 重要 比较重要 一般
常住人口 (万人)
≥150 ＜150，≥50 ＜50，≥20 ＜20
当量经济规模 (万人)
≥300 ＜300，≥100 ＜100，≥40 ＜40
要求：
掌握洪峰与洪量的选样，掌握考虑特大洪水加入实测资料系 列时设计洪峰流量的计算方法，掌握同频率法放大洪水过程线。
6.2.1洪峰流量及时段洪量选样原则及方法
洪水系列---是从工程所在地点或邻近地点水文观测(包括实测和插补延 长)资料中选取表征洪水过程特征值如洪峰流量、各种时段(24h、72h、 7d等)洪量的样本。根据洪水特征、工程特点和规划设计要求，选取洪 峰流量系列，或分别选取洪峰流量和几个时段的洪量系列，以使设计 洪水过程既能较好反映洪水特性，又不致破坏洪水过程的完整性。
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6.1.3设计洪水的计算途径
途径
由流量资 料推求设 计洪水
当工程地址或其上、下游邻近地点具有30年以上实测和插补延 长的流量资料，且有历史洪水调查考证资料时，可采用频率分 析法，先求出设计洪峰流量和各种时段的设计洪量，然后按典 型洪水过程放大的方法求得设计洪水过程线。
由暴雨资 料推求设 计洪水
图6-1 洪水过程线示意图
6
6.1.1设计洪水
6.1.1.2洪峰流量
洪峰流量Qm-----是一次洪水过程中的瞬时最大流量。
6.1.1.3洪水过程线
表示洪水流量随时间而变化的过程线。单峰型和复式峰型。
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6.1.1设计洪水
6.1.1.4洪水总量
洪水总量WT为T时段内通过河道某断面的总流水量，数值等 于从起涨点a开始的洪水过程线Qt～t到落平点d与横坐标轴T 所包围的面积。
1)统一处理法
将实测洪水系列和特大洪水系列合起来看作是从总体中任意抽取的
一个随机样本，各项洪水均在N年内统一排位计算其经验频率。
假设在调查考证期N年中有a个特大洪水，其中有 个发生在实测系
防洪标准 [重现期(年)] ≥200 200~100 100~50 50~20
城市防护区的防护等级和防洪标准
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6.1.2防洪设计标准与工程风险率
水工 建筑物
级别
1
2 3 4 5
设计 1000~500
防洪标准[重现期(年)]
山区、丘陵区
校核
混凝土坝、
土坝、
浆砌石坝
堆石坝
5000~2000
可能量大洪水 (PMF)或 10000~5000
由地理插值 法或简化公 式法估算设
计洪水
当工程所在流域及邻近地区具有30年以上实测和插补延长的暴 雨资料，并具有一定的实测暴雨洪水的对应资料，可供分析建 立流域的产流、汇流方案时，可先由暴雨资料通过率计算求得 设计暴雨，再经过流域产流和汇流计算推求出设计洪水过程线。
若工程所在流域缺乏实测暴雨洪水资料时，通常只能利用暴雨等值线图 和一些简化公式等间接方法估算设计洪水。这类方法主要适用于中小流 域，有关的等值线图、公式或一些经验数据等，在各省(区)编制的分区 《雨洪图集》及《水文手册》中均有刊载，可供无资料的中小流域估算 设计洪水使用。
实测期即有实测洪水资料年份迄今的时期。调查期即调查到距今最远 一次洪水年份迄今的时期。
6.2.2.4古洪水
古洪水----是指发生距今久远，需通过考古方法测定其发生年代的大 洪水。
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6.2.3洪水资料审查与展延
6.2.3.1洪水资料审查 内容
6.2.3.2洪水资料的插补延长
方法
可靠性审查。 一致性审查。 代表性审查。
6.1.1.1洪水
洪水---是江河流域经常发生的水文现象。当流域内发生暴雨或冰 雪迅速消融，大量的地面径流量汇入河网，使河道水位急剧上涨， 流量迅速增大，这就是人们所说的发生了洪水。由暴雨形成的洪 水称为雨洪，由融雪形成的洪水称为春汛或桃汛。我国大部分地 区的洪水系暴雨所形成，只在东北、新疆及西部高山区河流才有 明显的春汛过程。
目前，我国各条河流的实测流量资料多数都不长，一般都不超过100 年，即使用经过插补延后几十年的资料来推算百年一遇、千年一遇等稀 遇洪水，也难免会存在较大的抽样误差。而且，每当出现一次大洪水后， 设计洪水的数据及结果就会产生很大的波动，若以此计算成果作为水工 建筑物防洪设计的依据，显然是不可靠的。如果能调查和考证到若干次 历史特大洪水加入频率计算，就相当于将原来几十年的实测系列加以延 长，这将大大提高资料系列的代表性，增加设计成果的可靠度。
/104人
/104亩
≥10
≥150
≥500
≥300
≥500
＜10， ≥1.0 ＜1.0， ≥0.10 ＜0.1， ≥0.01
＜150， ≥50 ＜50， ≥20 ＜20， ≥5
＜500， ≥100 ＜100， ≥30 ＜30， ≥5
＜300， ≥100 ＜100， ≥40 ＜40， ≥10
＜500， ≥100 ＜100， ≥30 ＜30， ≥5
I
糙率n实际上是一个综合指标，包括河床质组成、岸坡及水中植物生
态、断面形状、河道水流形态及河道控制情况等诸多因素，当无法用
实测流量反算时，也可参考洪水调查文献中推荐的糙率表。
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6.2.2历史洪水调查与考证
6.2.2.3历史洪水重现期分析考证
历史洪水的经验频率或重现期根据实测或调查、考证资料分析确定。 一般根据资料条件，将与确定历史洪水代表年限有关的历史时段分为实 测期、调查期和文献考证期。
由可能最大 降水PMP 推求设计洪
水
由PMP推求出的PMF也是一种设计洪水。中国各设计单位先后
对国内多座水利水电工程以及核电工程进行了PMP/PMF的估算，
使PMP/PMF这种方法在中国得到进一步的发展。
。
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6.2流量资料推求设计洪水
教学内容及要求
内容： 一、洪水资料的选样与审查 二、频率计算推求设计洪峰流量 三、设计洪水过程线推求
式中：Q(t)为t时刻的洪水流量，m3/s；t1、t2为时段始、末时刻。
实际工作中常将流量过程线划分为n个计算时段近似计算。
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6.1.2防洪设计标准与工程风险率
6.1.2.1防洪设计标准
防洪设计标准分两类: 水工建筑物本身的防洪标准和防 护对象的防洪标准。防洪标准的确定是一个非常复杂的问题， 一般顺序为：根据工程规模、重要性确定等别；根据工程等 别确定水工建筑物的级别；根据水工建筑物的级别确定建筑 物的洪水标准。
＜0.01，
＜5
＜5
≥0.001
＜10
＜5
灌溉
灌溉 面积 /104亩
≥150
＜150， ≥50 ＜50， ≥5 ＜5， ≥0.5
＜0.5
供水
供水 对象 重要性
年引 水量 /108m3
特别 重要 重要 比较重要
一般
≥10
＜10， ≥3 ＜3， ≥1 ＜1， ≥0.3
＜0.3
发电
发电装 机容量 /MW
≥1200
实测系列中n-l个一般洪水的经验频率按下式计算：
Pm

m 100% n 1
式中m---实测洪水排位的序号，m= +1、 +2...、n；
n---实测洪水的项数； l---实测值中提出作特大值处理的洪水个数； pm---实测洪水第m项的经验频率，%。
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6.2.4设计洪峰流量与设计洪量计算
6.2.4.3经验频率的计算