第八章-流量资料推求设计洪水

第八章流量资料推求设计洪水王军第八章由流量资料推求设计洪水8.1概述8.2洪水资料的分析处理8.3设计洪峰及洪量的推求8.4设计洪水过程线的拟定主要内容8.5设计洪水的地区组成8.6分期设计洪水8.1概述发电航运防洪兴利除害运行期承受洪水威胁工程本身的安全很重要8.1概述工程本身的防洪安全保护对象的防洪安全防洪安全Eg：水利水电枢纽Eg：城市由重要性等级决定等级标准防洪标准设计洪水8.1概述8.1概述8.1概述8.1概述设计洪水实质上是指具有规定功能的一场特定洪水，其具备的功能是：以频率等于设计标准的原则，求得该频率的设计洪水，以此为据而规划设计的工程，其防洪安全事故的风险率等于指定的设计标准。某水库设计标准以重现期千年，频率为0.1%表示，就是指该频率下的设计洪水经过调洪推求的水库设计洪水位，在未来水库长期运行中，每年最高库水位超过该设计水位的概率是0.1%【例】8.1概述设计洪水校核洪水设计洪水出现时，工程应该能保证正常运行，一旦出现超过设计标准的洪水，则水利工程一般就不能保证正常运行了洪水在短时期内超过设计标准时，主要水工建筑物不允许破坏，仅允许一些次要建筑物损毁或者失效，这种情况就是非常运用条件或标准，按照非常运行标准确定的洪水为校核洪水设计洪水8.1概述设计洪水融雪洪水冰川洪水暴雨洪水设计洪峰流量不同时段设计洪量设计洪水过程线设计洪水3要素8.2洪水资料的分析处理选样信息展延三性审查年最大值法年多次法超定量法超最大值法可靠性一致性代表性资料的插补延长历史洪水调查资料是核心由实测的流量和时段洪量资料来推求设计洪峰流量Qp和设计时段洪量WTp，这是本章所要介绍的方法。pWTW7PW3PW1P1％P1％QQP8.2洪水资料的分析处理一、洪水资料的选样8.2洪水资料的分析处理所谓选样是指由洪水流量资料中，确定逐年的洪水特征值。洪水流量在时间上是连续变化的，可作为随机过程来分析研究，可选取一些洪水的特征值做样本（如Wt,Qm).暴雨洪水设计洪峰流量不同时段设计洪量设计洪水过程线设计洪水3要素一、洪水资料的选样洪水统计时段长度的选择，应根据当地洪水过程的历时长短、水库泄洪能力和调洪方式，以及下游河道防洪要求等因素确定。对连续多峰型洪水河流或设计的水库泄洪能力小，预留的防洪库容相对较大，则时段宜取长些。反之，宜取短些。8.2洪水资料的分析处理满足独立随机的要求；洪水形成条件具有同一基础；符合防洪安全标准。选样的基本原则控制时段长度选择一、洪水资料的选样8.2洪水资料的分析处理年最大值法超定量法年多次法超大值法每年选取一次最大值，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。这是目前水利水电部门所采用的方法。每年选取最大的k项，则由n年资料可选出nk项样本系列，K对各年取固定不变。选定洪峰流量和时段洪量的阈值Qmo、Wto，超过该阈值的洪水特征均选作为样本，每年选出的样本数目是变动的把n年资料看作一连续过程，从中选出最大的n项洪水特征。选样方法一、洪水资料的选样8.2洪水资料的分析处理规范推荐使用年最大值法一、洪水资料的选样8.2洪水资料的分析处理二、洪水资料的审查可靠性代表性一致性三性审查（一）可靠性主要审查由于人为或天然原因的造成的资料错误或时空不合理现象。审查的具体内容一般包括：8.2洪水资料的分析处理二、洪水资料的审查水位资料的审查（Z）检查流量测验情况(Q)水位流量关系曲线的延长部分是否合理(Z~Q)检查上下游河道及人类活动影响历年流量资料整编成果（一）可靠性2）检查流量测验情况检查测验方法、仪器及人员等情况。如浮标测流系数是否合理，断面布设是否合理，水位流量关系有无问题。I）水位资料的审查了解水位基准面的情况，水尺零点高程有无变化，检查施测断面有无变动。8.2洪水资料的分析处理二、洪水资料的审查（一）可靠性3）水位流量关系曲线的延长部分是否合理8.2洪水资料的分析处理二、洪水资料的审查如：大渡河泸定站1959—1962年水位流量关系高水位部分明显偏低，同样水位下流量偏大，记录59-62年用浮标测流，用外包线明显偏大。因此，同一水位59-62的Q偏大。QZ59-62年历年【例】5）历年流量资料整编成果，误差分析评定及平差情况。4）检查上下游河边整治、溃堤、分洪、改道、堵口等情况及人类活动的情况。8.2洪水资料的分析处理年份a19530.4919540.4719550.4619560.5819570.519580.5319590.51辽河万家峡站降雨径流系数α可见，54，55年的明显偏小，因大洪水上游溃堤被分走了，可还原计算使之一致。【例1】区间乌江渡江界河后发现江界河浮标系数R采用0.85，而应采用0.9-1.0。又如：贵州乌江渡水量平衡发现W乌+W区〉W江，如图：8.2洪水资料的分析处理【例2】（二）一致性洪水资料一致性是指资料记载的洪水是在一致的流域下垫面和气候条件下形成的，即各洪水形成的基本条件未发生显著变化。8.2洪水资料的分析处理审查样本是否来自同一总体（同基础）。（二）一致性大型水库建库后的资料可用水量平衡原理还原到建库前如不建库情况下的资料，也可以建立相关关系来修正不一致的资料。如上游水库修建蓄水、引水、分洪、滞洪等工程，或发生决口、溃堤、改造等事件，两种不同样本不能混在一起进行频率计算，必须进行还原，使样本具有一致性。8.2洪水资料的分析处理【例】（三）代表性8.2洪水资料的分析处理样本愈短抽样误差愈大，提高样本代表性的主要方法是增加样本长度。一般可采用插补延长，历史洪水调查，组合频率，随机模拟等方法。代表性是指样本与总体接近的程度。反映在样本系列的统计特性是否能代表总体的统计特性。一般认为，洪水系列较长，并能包含大、中、小等各种洪水，则推断该系列的代表性较好。Howto增加系列的代表性？（三）代表性如以实测最大计算其频率p=1/(32+1)，经历史洪水调查为1878年以来第二，则p=2/(106+1)；而1878年Qm=18300m3/s，p=12/(106+1)，将原32年资料延长到106年。其中55年洪水频率的确定比以前更正确了。例如：江西省交通设计院委托我院承担伐江通航枢纽四个梯级，梅港的较长的流量资料为52—83年（共32年），其中55年Qm=13600m3/s。8.2洪水资料的分析处理8.2洪水资料的分析处理三、洪水资料展延洪水资料的插补延长历史洪水调查增加资料的代表性一、洪水资料的插补延长（一）根据上下游测站的洪水特征值相关关系进行插补延长上下流量站同次洪水峰和量的相关图由参证站的洪水数据来插补设计站。如设计断面无资料，则无法建立相关关系，参证站与设计站相距很近时可考虑直接移用。1、如两者集水面积△F＜3％，则可直接移用。2、如两者集水面积3％＜△F＜10％~20％，则可进行面积修正后再使用。公式：Qs=Qo*(Fs/Fo)n其中，Qs、Qo—设计断面和参证断面洪峰或洪水总量Fs、Fo—设计断面和参证断面流域面积8.2洪水资料的分析处理n—指数，洪量可取1，洪峰可取小于1大中流域n=0.5~0.7，小流域n＞0.73、当设计断面上下游站不远处各有参证站并有同期观测资料，则：Qs=Qu+(Qd-Qu)Fs-FuFd-Fuusd其中，Qu、Qd—分别代表上游和下游洪峰流量或洪量Fu、Fd—分别代表上游和下游集水面积8.2洪水资料的分析处理（二）利用本站峰量关系进行插补延长对于面积较小流域，暴雨分布均匀，汇流时间短，峰量关系常呈单一关系，则可建立本站同次洪水峰与量的关系。由调查到历史Qm或由其它相关求得的缺测年份的Qm可插补其相应的量。QWT而对于面积大的流域，峰量关系受到降雨历时、分布和峰型的影响，因此常引进适当的参数建立峰量关系。8.2洪水资料的分析处理（三）利用降雨径流关系进行插补延长一般用XT~WT（Qm)建立相关关系，一般雨量资料长，可由雨量来插补流量资料。XTWT（Q）（四）根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长若有与设计流域自然地理特征相似、暴雨洪水成因—致的邻近流域，如果资料表明该流域同次洪水的各特征值与设汁流域的洪水特征之间确实存在良好的相关关系，也可用来插补延长。8.2洪水资料的分析处理【注意事项】（1）参证站和设计站在成因上有密切的联系，参证站具有充分长的资料，两站有一段相当长的平行观测资料。甲丙甲乙乙丙（2）避免辗转相关如甲丙关系很差，先建立甲~乙和乙~丙的关系，由甲查出乙的值，再由查出的乙值查出丙的值，建立甲与查出的丙的相关关系，得出一种虚假的相关关系。如下图所示：8.2洪水资料的分析处理（3）展延系列的年数一般不宜超过实测年数（4）外延不宜太远一般不超过实测资料的30％（5）要有较大的相关系数,可取ρ＞0.8。实测B1外延B2AA1A2BRETURN8.2洪水资料的分析处理（一）、洪水调查的意义洪水峰量频率计算成果的可信程度是与所用资料的代表性密切相关的，而资料的代表性又主要受到资料系列长短的制约．资料愈长代表性愈好，抽样误差愈小。我们只有增加n，犯取伪、弃真两类错误的概率才能同时减小。目前我国洪水的实测资料一般都30~40年，用如此短的资料去推求百年、千年、甚至万年的洪水，其抽样误差是相当大的。因此，将历史洪水加入实测样本中相当于把样本容量从n扩大到N。因此历史洪水调查和特大洪水的处理是很有意义的。8.2洪水资料的分析处理二、洪水调查（二）历史洪水的实地调查和文献考证我国具有悠久的历史，这给我们调查历史洪水提供了依据，主要调查Qm，T。1、调查前的准备工作和注意事项（1）收集有关资料流域地形图、有关文献、水文资料、水旱灾情报告、有关河边资料等。（2）调查访问首先向当地领导机关汇报我们的工作目的，取得当地领导的支持，在他们的协助下我们的工作得以顺利进行。8.2洪水资料的分析处理2、洪水发生年份的调查方法（1）根据群众的记忆，实际调查访问（2）文献的考证（3）对碑记、石刻、歌谣等形式记载的资料进行考证（4）根据上下游及邻近河流的历史洪水来考证3、洪水痕迹的调查（1）注意标记物有否变动（2）在同一地点力求从不同人、不同实物得出同次洪水的n个洪痕高程进行比较（3）评定成果精度8.2洪水资料的分析处理4、河边及流域情况调查尽量在河床断面变化较小的河段上进行，只要对冲淤变化有较详细了解，以便进行改正。5、注意事项历史文献有可能存在转抄、夸大、缩小、遗漏、错误，因此，要去伪存真进行分析。8.2洪水资料的分析处理8.2洪水资料的分析处理（三）洪峰流量与洪量的推算目标：调查Q、W(t)问题：无法直接调查解决：进行间接推算验证：合理性检验洪峰和洪量推求（2）比降面积法由水力学公式推算，Q=A*R2/3*J1/2/nA、R可根据洪痕以及实测大断面资料确定，J可由实测洪痕比降或实测大洪水比降确定，n可由实测大洪水反推，或由河边情况选取，或利用河边模型试验确定。8.2洪水资料的分析处理1、洪峰流量的推算（1）水位流量关系曲线法利用附近水文站水位流量关系曲线的外延查值（三）洪峰流量与洪量的推算8.2洪水资料的分析处理QTt（1）根据历史洪水涨落过程线确定（2）峰量关系插补把实测峰量关系曲线延长，由历史洪峰流量求洪量2、洪量（WT）的推求Q历(t)Q典(t)（3）典型过程放大TtQ3、可靠性论证通过上下游，支流及邻近河流地区综合进行分析检验。8.2洪水资料的分析处理（四）历史洪水重现期的分析历史洪水峰量确定后，还必须确定其重现期，也就是对历史洪水在某一时期内进行排位分析。某一时期愈长则估计的洪水经验频率的抽样误差愈小。系列不同时期实测期：包括实测和插补延长的年份调查期：实测前至能调查到历史洪水最远文献考证期：调查期以前历史洪水分段非常洪水特大洪水大洪水一般洪水8.2洪水资料的分析处理4、洪水重新期及排位分析如果没有遗漏比其更大的洪水，则选择一个最长序列相应的长度N,并确定各洪水在N中的序位M；如果不能肯定是否遗漏更大的洪水，就重选一个比N短的序列排位。8.2洪水资料的分析处理历史洪水精度能定量不能定量，可以确定位置和属哪一段只有大小情