洪水特大值处理方法简介参考.ppt

第十章第十章 设设 计计 洪洪 水水 Flood designFlood design（第一、二节）（第一、二节）2021/3/111内内 容容 提提 要要10.1 概述10.1.1 设计洪水10.1.2 防洪设计标准10.1.3 推求设计洪水的途径10.2 由流量资料推求设计洪水10.2.1 选样方法10.2.2 洪水资料的审查10.2.3 洪水资料的展延10.2.4 历史洪水调查及文献考证10.2.5 设计洪峰、洪量的推求10.2.6 设计洪水过程线的推求10.2.7 设计洪水地区组成10.2.8 分期设计洪水10.2.9 入库设计洪水不要求2021/3/112描述一次洪水过程的三要素： 洪峰流量Qm flood peak discharge 洪水总量W flood volume 洪水过程线 flood hydro-graph10.1 10.1 概述概述2021/3/113Q(m3/s)Bt1t2TDCtAEQ mW洪水过程示意图 Qm：洪峰流量(m3/s)，一次洪水过程中的最大流量； W ：一次洪水的总径流量(m3)，即ABCDE所包围的面积； A：洪水起涨点； B：洪峰点； C：退水结束点； t1：涨水历时； t2：退水历时； T：洪水总历时 (T= t1+ t2) 2021/3/114概述： 水利工程的防洪问题可归纳为二类： 水利工程下游地区的防洪问题，要求水库设置较大的防洪库容，以解决下游的安全； 水工建筑物本身的安全防洪问题，要求水库除有兴利库容外，还需有一定的调洪库容和泄洪建筑物，以保证水库工作的正常进行和大坝等水工建筑物的安全。

10.1.1设计洪水 (Flood design)2021/3/115设计洪水(Flood design) 上述的二个问题都需要对有关河段/地点按指定标准选择出将来水利工程运行期间可能发生的一次洪水，作为设计的依据若此洪水定得过大，则会使工程造价过高不经济；若此次洪水定得过低，虽然造价降低但遭受破坏风险增大这种用以设计水利工程所依据的各种标准的洪水的总称为设计洪水设计洪水包括设计洪峰流量、设计洪量和设计洪水过程，常称为设计洪水三要素2021/3/1161) 按什么标准（设计标准）来选择设计洪水；2) 确定标准后，如何确定设计洪水的三要素 对于第一个问题：对于第一个问题：设计标准： 按历史曾发生过的最大洪水作为设计标准； 按工程规模、工程重要性及社会经济等综合因素，指定不同的频率洪水作为设计标准设计洪水有二个待解决的问题：设计洪水有二个待解决的问题：2021/3/117 指定频率的洪水作为设计洪水，其实质是把洪水作为随机变量，对实测的洪水系列进行统计分析，以概率的形式来预估设计地区未来可能发生的洪水情势2021/3/11810.1.2 防洪设计标准防洪设计标准： 第一类：为保障防护对象免除一定洪水灾害的防洪标准(表10-1) p189； 第二类：为确保水库大坝等水工建筑物自身安全的防洪标准(表10-2) p189 。

以上二者均为设计洪水，只是对象和设计标准不同，一般前者标准低，后者标准高 在1994年水利部会同其它部门共同制定GB5020194防洪标准中作了有关的规定，作为选择洪水标准的依据122021/3/119第一类防洪标准:保护城镇保护工业区保护农田面积（104万亩亩）防 洪 标 准洪水频率（）重现期（年）重大城镇镇重要城市中等城市一般城市重大工业业区重要工业业区中等工业业区一般工业业区500100500210051010.3321521051003005010020501020保护防洪对象的防洪标准表 (表10-1，P189)2021/3/1110第二类防洪标准:按水利水电工程的等级确定设计洪水： 首先根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性，确定水利水电枢纽工程等级（如下表所示）：GB50201-94防洪标准，1995年1月1日起实施2021/3/1111工程等别永久性建筑物级别临时性建筑物级别主要建筑物次要建筑物一134二234三345四455五55 其次根据工程的等级、作用和重要性确定建筑物的级别（15）：2021/3/1112 系指失事后将造成下游灾害，严重影响工程效益的建筑物如大坝、溢洪道、输水管道、电站厂房等。

次要建筑物：次要建筑物： 非挡水和泄水建筑物，如引水式和坝后式水电站厂房，一旦破坏不至于影响水利工程的安全临时性建筑物：临时性建筑物： 水利工程施工期使用的建筑物如导流建筑物等主要建筑物：主要建筑物：2021/3/1113不同坝型的枢纽工程建筑物级别12345防洪标准 重现期（年）土坝堆石坝可能最大洪水或10000500050002000200010001000300300200混凝土坝浆砌石坝50002000200010001000500500200200100表10-4 永久性水工建筑物正常运用的标准(设计标准)表10-5 永久性水工建筑物非常运用的标准(较核标准)水利水电工程建筑物洪水标准又分为正常运用和非常运用两种：12建筑物级别12345洪水重现期100050050010010050503030202021/3/1114 正常运用的洪水标准(设计标准)： 按正常运用洪水标准计算的洪水称为设计洪水，用它确定水利水电工程的设计洪水位，设计泄流量等宣泄正常运用洪水时，泄洪设施应保证安全和正常运行，即遇到不超过这种设计标准的洪水时，水利工程的一切工作能维持正常状态2021/3/1115 出现超过这种标准的洪水，水利工程的某些正常工作可以暂时破坏，如仅允许消能设施和一些次要建筑物部分损坏，但必须确保主要水利工程建筑物（大坝、溢洪道）安全或不允许发生河流改道等重大灾害性后果，则这种情况为“非常运用条件”。

非常运用的洪水标准用以确定水利水电工程的校核洪水位，这种标准的洪水称为校核洪水 非常运用的洪水标准(校核标准) ：2021/3/1116北京密云水库：北京密云水库： 设计洪水标准：P=1/1000，Q =15,200 m3/s 校核洪水标准：P=1/10,000， Q =216,00 m3/s三峡工程：三峡工程： 设计洪水标准：P=1/1000，Q =98,800 m3/s 校核洪水标准：P=1/10,000， Q =113,000 m3/s【实例】【实例】2021/3/1117 有以下四种方法： 由流量资料推求设计洪水; 由暴雨资料推求设计洪水; 由水文气象资料推求设计洪水; 利用暴雨等值线图和一些简化公式 估算设计洪水10.1.3 推求设计洪水的途径(计算方法)2021/3/111810.2 由流量资料推求设计洪水 当设计流域具有一定数量(n30)的实测洪水资料时，可采用该法推求设计洪水，其推求的思路和步骤大体与推求设计年径流类似： 洪水资料的审查，以保证资料的可靠性、一致性和代表性； 选样，从每年洪水中选取符合要求的洪峰流量和洪量，组成各自的统计系列； 频率计算，求出设计洪峰和设计洪量（特殊点须对特大值洪水进行处理） 求设计洪水过程线2021/3/111910.2.1 洪水样本的选择 河流一年内要发生多次洪水，每次都不同，因此如何从历年的洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本是设计洪水的一个首要问题。

对水利水电工程而言，一般采用“年最大值法”，即每年只选一最大的值作为样本点采用“年最大值法”的依据是什么？2021/3/1120年最大值法的依据：水利工程破坏率的概念：水利工程破坏率的概念： 所谓水利工程被破坏是指它的正常运行遭所谓水利工程被破坏是指它的正常运行遭到损坏，水利工程破坏率可按下式计算：到损坏，水利工程破坏率可按下式计算：2021/3/1121 按上式的定义，如果一年之中水利工程只要受到一次洪水袭击而被破坏，即使破坏时间很短，则认为该年被破坏了，而因此造成的损失往往在一年中难以恢复如果一年中，先后遭受多次洪水只要有一次被破坏，也只认为该年被破坏故按此方法，每年只要取一个最大洪峰流量或固定时段的最大洪水总量作为样本点，组成一洪水系列如此确定洪水系列的方法即为年最大值法2021/3/1122 每年只选一个最大的洪峰流量，由此组成洪峰流量系列(样本)2）洪量的选择： 一般采用固定时段选取年最大值(独立选样)，洪量统计时段长度一般取1d, 3d, 5d, 7d, 10d, 15d, 其最长的统计时段视工程规模和流域大小，按设计要求而定1）洪峰流量的选择：2021/3/1123=QmQ(m3/s)Q1Q2Q31d5dt年最大选样示意图独立选样：指在同一年中，按不同时段的最大洪量进行选取，各自只选取全年中的一个最大值，可以在同一场洪水中选取，也可以在不同场洪水中选取，短时段可以包含在长时段中，也可以不包含其中，只需遵守选取“最大”的原则。

若有n年资料，则对于某一特征值可选出n个最大值，组成一个n年系列3d2021/3/1124 资料可靠性的审查； 资料一致性的审查； 资料代表性的审查讲义P19319410.2.2 洪水资料的审查2021/3/1125资料可靠性的审查资料可靠性的审查 对实测洪水资料的测验和整编方法进行检查，重点要放在观测和整编质量较差的年份，以及对设计洪水计算成果影响比较大的大洪水年份 对历史洪水资料的审查，一是调查洪峰流量，主要看历史洪水痕迹是否可靠，上下游是否一致等，二是审查洪水发生的年份的依据是否充分，与上下游和邻近流域是否一致，有无当时的气象资料旁证等2021/3/1126资料一致性的审查资料一致性的审查 洪水资料的一致性是指产生各年的洪水的产流和汇流的流域下垫面条件在调查观测期应该基本相同若这些条件发生较大变化（如上游建水库、溃堤缺口等）以至明显影响各年洪水资料的一致性时，需要将变化后的资料还原到原先天然状况2021/3/1127资料代表性的审查资料代表性的审查 洪水资料的代表性的概念与年径流资料的代表性的概念是一致的即当洪水系列的频率分布能近似反映洪水的总体分布时，则认为具有代表性故为保证洪水系列具有代表性，常要求连续实测的洪水年数不少于2030年，并有若干年调查的历史特大洪水。

除外，也可采用与年径流资料代表性审查的类似方法进行检查 当缺乏代表性时，应插补延长和补充历史特大洪水，以满足代表性的要求2021/3/1128 洪峰洪量频率计算一般要求系列容量n20-30 ,否则必须进行系列插补以及尽可能地利用历史洪水或暴雨资料展延系列，以提高洪水系列的信息量即代表性，减少频率分析的抽样误差 利用上下游测站或邻近的测站流量资料进行插补延长； 利用本站洪峰流量和洪量的关系进行展延； 利用本流域暴雨资料插补延长10.2.3 洪水资料的延展2021/3/1129 通过历史文献资料的考证和历史洪水调查，可取得几百年的大洪水信息，合理地利用这些信息，参与到实测系列中来，则相当于将实测系列延长，从而提高频率计算成果的稳定性和合理性10.2.4 历史洪水调查及文献考证2021/3/1130选用的样本数(年)千年一遇的洪峰流量Q m(m3/s)备 注18126001955年规规划计计算结结果23300加入1963年实测实测 特大洪水Q m=12000 m3/s后计计算结结果，与上相比只差41919700加入1956年实测实测 的特大洪水 Q =13100 m3/s 后的计计算结结果，比原计计算大56%【实例】【实例】不同样本系列洪峰流量频率计算结果：22600调查调查 考证证后加入若干年历历史特大洪水资资料后计计算结结果，比原计计算大80% 这说明考虑历史洪水资料作特大值处理后，计算结果比较稳定合理。

2021/3/1131 指在洪水系列中，比一般洪水大得多的稀遇洪水，一般为历史洪水，可以经过调查考证取得，它也可以出现在实测系列中，均称之为特大洪水 将特大洪水与实测洪水共同组成一洪水系列(样本)，与实测系列有何不同？如何进行频率计算？ 关键是对特大洪水的处理，即在经验频率计算、统计参数估计等方面采取有别于一般洪水的计算方法特大洪水：特大洪水：2021/3/113。