第二~三章 由流量资料推求设计洪水
研究内容概述
• 研究对象：研究由流量资料推求设计洪水。
• 研究内容：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。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ研究目的：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。
独立同分布假设
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)。
§2.2 洪水资料的分析处理
❖§2.2.1 洪水资料的选样
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。
确定性过程 水
文
采用确定性模型描述，以反映其中的必然性规律
现 象 随机性过程
由随机因素和确定性 因素共同作用的模型
随机模型
采用随机性模型描述，以反映其中的偶然性规律
§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。
§3 设计洪水相关概念
❖ （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。
【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
① 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。
② 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。
③ 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。
洪峰流量 Q m
查阅流量过程线得到
指定时段内洪水总量 W t
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 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。
②年多次法
每年选取最大的k项，则由n年资料可选出nk项样 本系列
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。
❖ （6）设计洪水三要素
✓ 设计洪峰流量 Qm（m3/s）:设计洪水过程线的最大流量。 ✓ 设计洪水总量 W（m3）:为设计洪水的径流总量，从起涨点
❖ （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SL 252-2000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
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 过程——随时间或其他变量连续变化的现象统称为过程。
A上涨，到达峰顶B后流量逐渐减小，到达C点退水结束， 流量过程线ABC下的面积就是洪水总量 W。
✓ 设计洪水过程线:洪水从A到B点的时距t1为涨水历时，从B 到C点的时距t2为退水历时，一般情况下，t2>t1。T=t1+t2， 称为洪水历时。
B
A
C
❖ （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。
③超定量法
选定阈值 Q m 0 W t 0 ，超过阈值的洪水特征均选作
为样本。
④超大值法
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。
§2.2.2 洪水资料的审查和分析
可靠性审查
审查方法参照水文资料整编方法和要求进行
一致性审查
满足计算样本在统计上的资同分料布还前原提修正
代表性审查
样本特征接近总体特征的程度。
❖ 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）
⑵利用本站峰量关系进行插补展延 洪峰流量→洪水总量；洪水总量→洪峰流量；
⑶利用暴雨径流关系插补展延
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
⑷根据相邻河流测站的洪水特征值进行延长
§2.3 历史洪水的调查和考证
❖§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
Q入Q出W t Q跨 引
§2.2.3 洪水资料的插补展延
❖ 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。
插补展延的方法：
⑴根据上下游测站的洪水特 有实测资料时——相关分析法 征相关关系进行插补展延 无实测资料时——移用法