1、 6.2 6.2 由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水6.3 6.3 由暴雨资料推求设计洪水由暴雨资料推求设计洪水6.4 6.4 可能最大暴雨及可能最大洪水可能最大暴雨及可能最大洪水本章主要内容本章主要内容描述一次洪水过程的三要素：描述一次洪水过程的三要素：l洪峰流量，洪峰流量，Qm flood peak dischargel洪水总量，洪水总量，W flood volumel洪水过程线洪水过程线 flood hydrographQ(m3/s)Bt1t2TDCtAEQ mWA：洪水起涨点；洪水起涨点；B：洪峰点；洪峰点；C：退水结束点；退水结束点； t1：涨水历时；涨水历时；t2：退水历
2、时；退水历时；T：洪水总历时洪水总历时(T= t1+ t2) 水利工程的防洪问题可归纳为二类：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；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，水工建筑物本身的安全防洪问题，要求水要求水库除有兴利库容外，还需有一定的调洪库容和库除有兴利库容外，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。坝等水工建筑物的安全。6.1.1 设计洪水设计洪水 (Flood d
3、esign) 设计洪水设计洪水 (Flood design)l问题的提出：问题的提出：在防洪工程设计中，需要对有关在防洪工程设计中，需要对有关河段（或坝址处）按河段（或坝址处）按指定标准指定标准推算将来工程运推算将来工程运行期间可能发生的行期间可能发生的洪水洪水，以此作为设计依据。，以此作为设计依据。若此洪水定得过大，则会使工程造价过高不经若此洪水定得过大，则会使工程造价过高不经济；若洪水定得过低，虽然造价降低但遭受破济；若洪水定得过低，虽然造价降低但遭受破坏风险增大。坏风险增大。l水利工程设计所依据的标准洪水称为水利工程设计所依据的标准洪水称为设计洪水设计洪水。设计洪水包括设计洪水包括设计洪
4、峰流量设计洪峰流量、设计洪量设计洪量和和设计设计洪水过程洪水过程，常称为设计洪水的三要素。，常称为设计洪水的三要素。1) 1) 设计标准：设计标准：按什么标准按什么标准来选择设计洪水；来选择设计洪水；2) 2) 设计洪水的三要素。设计洪水的三要素。l设计洪水的标准选择：设计洪水的标准选择：按历史曾发生过的最大洪水作为设计标准；按历史曾发生过的最大洪水作为设计标准；按按工程规模工程规模、工程重要性工程重要性及及社会经济社会经济等综合等综合因素，指定不同的频率洪水作为设计标准。因素，指定不同的频率洪水作为设计标准。6.1.2 防洪设计标准防洪设计标准防洪设计标准（分两类）：防洪设计标准（分两类）：
5、l第一类：第一类：为保障防护对象免除一定洪水灾害的为保障防护对象免除一定洪水灾害的防洪标准；防洪标准；l第二类：第二类：为确保水库大坝等水工建筑物自身安为确保水库大坝等水工建筑物自身安全的防洪标准全的防洪标准。 以上二者均为设计洪水，只是对象和设计标准不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。同，一般前者标准低，后者标准高。 在在1994年国家颁布的年国家颁布的防洪标准防洪标准（ GB50201-94 ）中作了有关的规定，作为选择洪水标准的依据。）中作了有关的规定，作为选择洪水标准的依据。第一类防洪标准第一类防洪标准: :保护城镇保护城镇保护工业区保护工业区保
6、护农田保护农田面积面积（104万亩）万亩）防防 洪洪 标标 准准洪水频率洪水频率（）重现期重现期（年）（年）重大城镇重大城镇重要城市重要城市中等城市中等城市一般城市一般城市重大工业区重大工业区重要工业区重要工业区中等工业区中等工业区一般工业区一般工业区500100500210051010.3321521051003005010020501020保护防洪对象的防洪标准表保护防洪对象的防洪标准表第二类防洪标准第二类防洪标准: :按水利水电工程的等级确定设计洪水：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，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
7、枢纽工程等级（如下表所示）：确定水利水电枢纽工程等级（如下表所示）：工程等别工程等别永久性建筑物级别永久性建筑物级别临时性建筑临时性建筑物级别物级别主要建筑物主要建筑物次要建筑物次要建筑物一一1 13 34 4二二2 23 34 4三三3 34 45 5四四4 45 55 5五五5 55 5其次根据工程的等级、作用和重要性确定建筑物其次根据工程的等级、作用和重要性确定建筑物的级别（的级别（15）：）：非挡水和泄水建筑物，如引水式和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坝后式水电站厂房，一旦破坏不至于影响水利工程的安全。程的安全。系指失事后将造成下游灾害，严重系
8、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。管道、电站厂房等。水利工程施工期使用的建筑物如水利工程施工期使用的建筑物如导流建筑物等。导流建筑物等。坝型坝型建筑物级别建筑物级别12345防洪标准（重现期，年）防洪标准（重现期，年）土坝土坝堆石坝堆石坝可能最大洪水或10000500050002000200010001000300300200混凝土坝混凝土坝浆砌石坝浆砌石坝50002000200010001000500500200200100表表10-4 10-4 永久性水工建筑物正常运用的标准永久性水工建筑物正常
9、运用的标准( (设计标准设计标准) )表表10-5 10-5 永久性水工建筑物非常运用的标准永久性水工建筑物非常运用的标准( (较核标准较核标准) )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：和非常运用两种：建筑物级别建筑物级别12345洪水重现期洪水重现期10005005001001005050303020l正常运用的洪水标准正常运用的洪水标准( (设计标准设计标准) )： 按正常运用洪水标准计算的洪水称为按正常运用洪水标准计算的洪水称为设计设计洪水洪水，用它确定水利水电工程的设计洪水位，用它确定水利水电工程的设计洪水位，设计泄流量等。宣
10、泄正常运用洪水时，泄洪设设计泄流量等。宣泄正常运用洪水时，泄洪设施应保证安全和正常运行，即施应保证安全和正常运行，即遇到不超过这种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设计标准的洪水时，水利工程的一切工作能维持正常状态。持正常状态。 出现超过设计标准的洪水，水利工程的某出现超过设计标准的洪水，水利工程的某些正常工作可能暂时破坏，如消能设施和一些些正常工作可能暂时破坏，如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
11、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条件”。非常运用的洪水标准用以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，这种标准的确定水利水电工程的校核洪水位，这种标准的洪水称为洪水称为校核洪水校核洪水。l非常运用的洪水标准非常运用的洪水标准( (校核标准校核标准) ) ： 设计洪水标准：设计洪水标准：P=1/1000，Q =15,200 m3/s 校核洪水标准：校核洪水标准：P=1/10,000， Q =216,00 m3/s 设计洪水标准：设计洪水标准：P=1/1000，Q =98,800 m3/s 校核洪水标准：校核洪水标准：P=1/10,000， Q =113,0
12、00 m3/s 有以下四种方法估算设计洪水：有以下四种方法估算设计洪水： 由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水; ; 由暴雨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利用暴雨等值线图和一些简化公式6.1.3 推求设计洪水的途径推求设计洪水的途径( (计算方法计算方法) )6.2 由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水 应用条件：应用条件：对象流域必须具有对象流域必须具有2030年以上年以上的实测洪水资料。的实测洪水资料。步骤如下（与推求设计年径流类似）：步骤如下（与推求设计年径流类似）：
13、 洪水资料的审查：保证资料的可靠性、一致洪水资料的审查：保证资料的可靠性、一致性和代表性；性和代表性； 选样：从每年洪水中选取符合要求的洪峰流选样：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；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（频率计算：求出设计洪峰和设计洪量（须对须对特大值洪水进行处理特大值洪水进行处理）；）； 求设计洪水过程线。求设计洪水过程线。6.2.1 洪水样本的选择洪水样本的选择 河流一年内要发生多次洪水，每次都不同，河流一年内要发生多次洪水，每次都不同，因此如何因此如何从各年的洪水资料中选取典型洪水构从各年的洪水资料中选取典型洪水构成
14、洪水样本成洪水样本是设计洪水的一个首要问题。是设计洪水的一个首要问题。 对水利水电工程而言，一般采用对水利水电工程而言，一般采用“年最大年最大值法值法”，即每年只选一个最大值作为样本点。，即每年只选一个最大值作为样本点。年最大值法的依据：年最大值法的依据：%100 总总运运行行年年份份被被破破坏坏的的年年份份P 按上式的定义，如果一年之中水利工程只要按上式的定义，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，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
15、次洪一年中难以恢复。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，每年只要取一个按此方法，每年只要取一个最大洪峰流量最大洪峰流量或或固定固定时段的最大洪水总量时段的最大洪水总量作为样本点，组成洪水系列。作为样本点，组成洪水系列。如此确定洪水系列的方法即为如此确定洪水系列的方法即为年年最大值法最大值法。（2 2）洪量的选择）洪量的选择： 一般采用固定时段选取年最大值一般采用固定时段选取年最大值( (独立选独立选样样) )，洪量统计时段长度一般取，洪量统计时段长度一般取1d, 3d, 5d, 7d, 10d, 15d, 。其
16、最长的统计时段视工程规模。其最长的统计时段视工程规模和流域大小，按设计要求而定和流域大小，按设计要求而定。（1 1）洪峰流量的选择：）洪峰流量的选择： 每年只选一个最大的洪峰流量，由此组成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）。洪峰流量系列（样本）。=QmQ(m3/s)Q1Q2Q31d5dt 年最大选样示意图年最大选样示意图独立选样：独立选样：指在同一年中，按不同时段的最大洪量指在同一年中，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，短同一场洪水中选取，也可以在不同
17、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，只需遵守选取遵守选取“最大最大”的原则。若有的原则。若有n年资料，则对于某年资料，则对于某一特征值可选出一特征值可选出n个最大值，组成一个个最大值，组成一个n年系列。年系列。3d 资料可靠性的审查；资料可靠性的审查； 资料一致性的审查；资料一致性的审查； 资料代表性的审查。资料代表性的审查。6.2.2 洪水资料的审查洪水资料的审查 对实测洪水资料的测验和整编方法进行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
18、计算成果影响比较大的份，以及对设计洪水计算成果影响比较大的大洪水年份。大洪水年份。 对历史洪水资料的审查，一是调查洪峰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致，有无当时的气象资料旁证等 洪水资料的一致性是指产生各年的洪水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
19、这些条件发生较大变化期应该基本相同。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（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。的资料还原到原先天然状况。 洪水资料的代表性的概念与年径流资料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表性
20、，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。年，并有若干年调查的历史特大洪水。 当缺乏代表性时，应插补延长和补充历当缺乏代表性时，应插补延长和补充历史特大洪水，以满足代表性的要求。史特大洪水，以满足代表性的要求。 洪峰和洪量的频率计算一般要求系列容量洪峰和洪量的频率计算一般要求系列容量 n n 2030, ,否则必须进行系列插补否则必须进行系列插补, ,以及尽可能地利用历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。量即代表性，减少频率分析的抽样误差。利用上下游测站
21、或邻近的测站流量资料进行插补利用上下游测站或邻近的测站流量资料进行插补延长；延长；利用本站洪峰流量和洪量的关系进行展延；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。利用本流域暴雨资料插补延长。6.2.3 洪水资料的延展洪水资料的延展 通过历史文献资料的考证和历史洪水调查，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系列延长，从而提高频率计算成果的稳定性和合理性。合理性。6.2.4
22、历史洪水调查及文献考证历史洪水调查及文献考证选用的样本数选用的样本数( (年年) )千年一遇的千年一遇的洪峰流量洪峰流量Q m(m3/s)备备 注注1812,6001955年规划计算结果年规划计算结果23,300加入加入1963年实测特大洪水年实测特大洪水Q m=12000 m3/s后计算结果，与上相比只差后计算结果，与上相比只差41919,700加入加入1956年实测的特大洪水年实测的特大洪水 Q =13100 m3/s 后的计算结果，比原计算大后的计算结果，比原计算大56%不同样本系列洪峰流量频率计算结果不同样本系列洪峰流量频率计算结果：22,600调查考证后加入若干年历史特大洪水调查考证
23、后加入若干年历史特大洪水资料后计算结果，比原计算大资料后计算结果，比原计算大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。比较稳定合理。 指在洪水系列中，比一般洪水大得多的稀指在洪水系列中，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，均称之为取得，它也可以出现在实测系列中，均称之为特大洪水特大洪水。 将特大洪水与实测洪水共同组成一洪水系将特大洪水与实测洪水共同组成一洪水系列列( (样本样本) )，与实测系列有何不同？如何进行频，与实测系列有
24、何不同？如何进行频率计算？率计算？ 关键是对关键是对特大洪水的处理特大洪水的处理，即在经验频率，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。水的计算方法。基本概念：基本概念：n年实测年实测( (包括插补延长包括插补延长) )的洪水系的洪水系列，若系列中没有特大值提出进行单独处理，列，若系列中没有特大值提出进行单独处理，也没有历史特大洪水加入，无论资料的年份是也没有历史特大洪水加入，无论资料的年份是否连续，只要确认否连续，只要确认n年的各项洪水数值为已知，年的各项洪水数值为已知，按大到小次序排列，各项之间没有空缺，序数按大到小次序排列
25、，各项之间没有空缺，序数是连序的，这样的系列称为连序系列。是连序的，这样的系列称为连序系列。6.2.5 设计洪峰、洪量的推求设计洪峰、洪量的推求通过历史洪水的调查考证，将通过历史洪水的调查考证，将历史特大洪水值与实测的洪水值资料加在一起历史特大洪水值与实测的洪水值资料加在一起组成一系列，由于特大洪水值的重现期（组成一系列，由于特大洪水值的重现期（N）必然大于实测系列的年数必然大于实测系列的年数n，而在，而在 N-n年内各年内各年的洪水值无法查到，即特大洪水值与实测的年的洪水值无法查到，即特大洪水值与实测的洪水值之间有一些缺测项，不能判断由大到小洪水值之间有一些缺测项，不能判断由大到小是连续的，
26、这样的样本是不连序系列。是连续的，这样的样本是不连序系列。(a) 连序样本连序样本 序号序号mQ(m3/s) 序号序号m(b) 不连序样本不连序样本Q(m3/s)不连序样本和连序样本示意图不连序样本和连序样本示意图N-nn（19502000）1750、1767、1850N（17502000）说明：说明：所谓的样本系列所谓的样本系列“连序连序”和和“不连序不连序”，并非指时间的连序与不连序，二者的主要差别并非指时间的连序与不连序，二者的主要差别仅在于系列内的各项数值由大到小排序是否无仅在于系列内的各项数值由大到小排序是否无空缺。若无空缺，则为连序系列，否则为不连空缺。若无空缺，则为连序系列，否则
27、为不连序系列。故不连序系列中需要对特大洪水进行序系列。故不连序系列中需要对特大洪水进行处理。处理。特大洪水处理的关键是：特大洪水处理的关键是：特大洪水重现期的确特大洪水重现期的确定或经验频率的计算。定或经验频率的计算。 目前我国根据资料来源不同，将用以确定目前我国根据资料来源不同，将用以确定特大洪水代表年限有关的时期分为：特大洪水代表年限有关的时期分为：实测期、实测期、调查期和文献考证期调查期和文献考证期l实测期：实测期：实测期是从有实测洪水资料年份到实测期是从有实测洪水资料年份到至今的时期，称为至今的时期，称为实测期实测期。l调查期：调查期：从实测期之前到能调查到的历史洪从实测期之前到能调查
28、到的历史洪水最远年份的这段时期，称为水最远年份的这段时期，称为调查期调查期。l文献考证期：文献考证期：调查期之前到有历史文献可以调查期之前到有历史文献可以考证的时期，称为考证的时期，称为文献考证期文献考证期。分析：分析：对于对于n=33年系列应为连序系列；年系列应为连序系列； 而对于而对于N=100年进行按大小次序排列时，除最大项年进行按大小次序排列时，除最大项和实测和实测33年资料排序已知外，其它年资料排序已知外，其它67年排序未知，故这年排序未知，故这种包括特大洪水的种包括特大洪水的N年系列为不连序系列。年系列为不连序系列。 某河流有实测系列某河流有实测系列33年年( (1949-1984
29、年，其中有三年，其中有三年缺测，但知道该年缺测，但知道该33年洪水值由大到小是连序的年洪水值由大到小是连序的) )，经调，经调查确定查确定1885年为一次特大历史洪水，为百年来最大者，年为一次特大历史洪水，为百年来最大者，其重现期为其重现期为100年。但在其余的年。但在其余的67年中无法取得年最大洪年中无法取得年最大洪水资料。水资料。空空 缺缺序号序号mQ(m3/s)n=33N=1001885(19491984)式中，式中， Pm : 大于或等于某一变量的经验频率大于或等于某一变量的经验频率; m : 变量由大到小排列的序号变量由大到小排列的序号; n : 连序系列中的总项数。连序系列中的总项
30、数。(1) 含特大洪水的经验频率的计算含特大洪水的经验频率的计算 连续系列的经验频率连续系列的经验频率（与第五章方法相同）：1 nmPm 将实测系列与含特大值的系列看作从总体中将实测系列与含特大值的系列看作从总体中独立抽出的二个随机连序样本，各项分别在各个独立抽出的二个随机连序样本，各项分别在各个系列中排序计算经验频率。系列中排序计算经验频率。 1 nmPm式中，式中，Pm : 第第m位洪水的经验频率；位洪水的经验频率； m : 实测洪水自大到小的排列序号，实测洪水自大到小的排列序号，m=1, 2,n ； n : 实测洪水的年数。实测洪水的年数。 不连续系列的经验频率计算不连续系列的经验频率计
31、算( (有二种方法有二种方法) )： 若若N 年中含有年中含有 项特大洪水的排序已查明，项特大洪水的排序已查明， 年年期间无空缺时，则只能计算前期间无空缺时，则只能计算前 项的经验频率：项的经验频率：)., 2, 1(1 MNMPM式中式中, PM : 大于或等于某特大洪水大于或等于某特大洪水Qm值的经验频率；值的经验频率； M : 为特大洪水由大到小排列的序号；为特大洪水由大到小排列的序号； N : 为调查考证期的最远年份至今的年数为调查考证期的最远年份至今的年数。 分别处理法计算经验频率示意图分别处理法计算经验频率示意图 空空 缺缺 n1nmPm+=(实测系列实测系列)., 2, 1(1
32、MNMPM N(含特大洪水的系列含特大洪水的系列)若实测系列中确认有特大洪水，应抽出放在若实测系列中确认有特大洪水，应抽出放在N年系年系列中与历史洪水一起排序，进行频率计算，以避免特列中与历史洪水一起排序，进行频率计算，以避免特大洪水的后几项和实测系列的前几项洪水的经验频率大洪水的后几项和实测系列的前几项洪水的经验频率可能有重叠的现象（即出现实测系列的前几项洪水的可能有重叠的现象（即出现实测系列的前几项洪水的经验频率比历史洪水经验频率还要小的不合理情况）。经验频率比历史洪水经验频率还要小的不合理情况）。 但必须注意：当实测系列中特大值抽出后，该特但必须注意：当实测系列中特大值抽出后，该特大值在
33、实测系列中仍应保持特大洪水的序位，即实测大值在实测系列中仍应保持特大洪水的序位，即实测系列中的一般洪水的序位不能因特大值的抽去而改变。系列中的一般洪水的序位不能因特大值的抽去而改变。 1970年年：P2=2/(31+1)=6.3% 另外，在实测系列另外，在实测系列31年年( (1961-1991) )中，已知排序中，已知排序第一和第二为第一和第二为1963年和年和1970年年，且，且1963年洪水可视为年洪水可视为特大洪水，若该年的洪水仍置于实测系列计算，则前特大洪水，若该年的洪水仍置于实测系列计算，则前二项的洪水经验频率为：二项的洪水经验频率为： 1906年年：P1=1/(88+1)=1.1
34、%1921年年：P2=2/(88+1)=2.2%1919年年：P3=3/(88+1)=1963年年：P4=4/(88+1)=4.4%实测系列为实测系列为31年年( (1961-1991) )，含特大洪水系，含特大洪水系列为列为88年年( (19041991) )，经调查其中有三次特大洪水，经调查其中有三次特大洪水( (1906、1921和和1919年年) )分别在分别在88年系列中排序为第一年系列中排序为第一第二和第三，其经验频率分别为：第二和第三，其经验频率分别为：1963年年：P1=1/(31+1)=3.1%3.4%当当 (=(= 1 1+ + 2 2) )项特大洪水是不连序时，应根据调查
35、项特大洪水是不连序时，应根据调查考证的情况，分别在不同的调查考证期内排序，如考证的情况，分别在不同的调查考证期内排序，如 1项在项在N年中排序；年中排序； 2项在项在N1年中排序。年中排序。 1N (考证期考证期) 2N1(调查期调查期) 空缺空缺n(实测期实测期)空空 缺缺如如, n=31, N1=88, N350, 则：则： P1=1/(350+1)=0.28 P2=2/(350+1)=0.56% P3=3/(350+1)=0.85%P4=1/(88+1) = 1.12P5=2/(88+1) = 2.25% 将实测系列和特大洪水系列共同组成将实测系列和特大洪水系列共同组成 N 年不连年不连
36、序系列，作为一个样本，各项在序系列，作为一个样本，各项在 N 年内统一排序。年内统一排序。假定在调查考证期假定在调查考证期N年内有特大洪水年内有特大洪水 项，特项，特大洪水中有大洪水中有l 项发生在项发生在n年实测系列内：年实测系列内：n ( 项中包括了项中包括了l 项项)lN n-lN 年中年中 项特大洪水的经验频率仍用式项特大洪水的经验频率仍用式(10-4):) )( ( ,MNMPM211 实测系列中其余的实测系列中其余的 n-l 项为一般洪水，其经验项为一般洪水，其经验频率一定大于频率一定大于PM ，应介于，应介于1PM 之间之间。故可按下。故可按下式计算经验频率。式计算经验频率。11
37、11MMPNPN 特大洪水特大洪水 项中包含了实项中包含了实测系列中的特大洪水测系列中的特大洪水 l 项项问题：能否按问题：能否按 计算实测系列的经验频率？计算实测系列的经验频率？1 lnlmP 1)11(11)1( lnlmNNlnlmPPPMMm- Pm：n年年实测洪水系列中第实测洪水系列中第m位洪水经验频率；位洪水经验频率；l ：实测洪水系列中抽出作为特大值处理的洪水项数；实测洪水系列中抽出作为特大值处理的洪水项数；m ：实测的一般洪水的序位实测的一般洪水的序位, ,m = l+1, l+2, nPM ：特大洪水第末项特大洪水第末项M = 的经验频率；的经验频率；N ：调查考证期年数；调
38、查考证期年数；： N年内能确定排位年内能确定排位 的特大洪水项数。的特大洪水项数。n ( 项中包项中包括了括了l 项项)lNn-l 已知：在某河某站已知：在某河某站19531986年（有二年资料缺年（有二年资料缺测且无法插补）共测且无法插补）共32年实测资料中年实测资料中1982年为特大洪年为特大洪水，其余为一般洪水，水，其余为一般洪水，1964年洪水排序第二，年洪水排序第二，1978年排序最小。年排序最小。 经调查考证，经调查考证，1905年与年与1931年为历史特大洪水年为历史特大洪水，1905年洪水大于年洪水大于1931年的洪水，但都没有年的洪水，但都没有1982年年大，且已查清在大，且
39、已查清在19051986年的年的82年中没有漏掉比年中没有漏掉比1931年更大的洪水。年更大的洪水。 另，经文献考证另，经文献考证1764年曾发生过一次比年曾发生过一次比1982年年还要大的洪水，是还要大的洪水，是1764年以来年以来223年中最大洪水，但年中最大洪水，但因年代久远因年代久远17641905年间其他洪水未能查清。年间其他洪水未能查清。解：分析：解：分析：在实测期在实测期19531986年年n=32年中，洪年中，洪水排序是：水排序是：1982(1) 1964(2) 1978(32); 在含调查期在含调查期(19051986年年)N=82的系列中，的系列中，只知道前三位的特大洪水只
40、知道前三位的特大洪水1982(1) 1905(2) 1931(3)，因查清没有比，因查清没有比1931年更大的洪水，故在年更大的洪水，故在调查期调查期N=82年中，只知道三个特大洪水，但无法年中，只知道三个特大洪水，但无法排出第四位洪水排出第四位洪水(因小于因小于1931年的洪水无法查清年的洪水无法查清)； 在含调查文献考证期在含调查文献考证期(17641986年年)N=223系列中，只知道系列中，只知道1764年洪水排序为第一位。因年洪水排序为第一位。因1764到到1905年间其它洪水情况不明，故在年间其它洪水情况不明，故在223年中年中排位第二以下的不清楚。排位第二以下的不清楚。求：分别按
41、分别处理法和统一处理法求经验频率。求：分别按分别处理法和统一处理法求经验频率。1953 1986n=32(实测期实测期)n1 (1982)n末末(1978)n2 (1964 )N1缺缺N3(1931)N2(1905)N=82(调查期调查期)1905N1N=223(文献考证期文献考证期)缺缺1764注：注：1982年洪水已经作为历史特大洪水在年洪水已经作为历史特大洪水在223年系列中计算，但在实测系列中年系列中计算，但在实测系列中仍要保留其序位。仍要保留其序位。两种方法的经验频率计算表两种方法的经验频率计算表Pm=0.004+（1-0.004）（1-0）/（82-0+1）=0.016Pm=0.0
42、04+（1-0.004）（2-0）/（82-0+1）=0.028Pm=0.004+（1-0.004）（3-0）/（82-0+1）=0.04Pm=0.04+（1-0.04）（2-1）/（32-1+1）=0.07 Pm=0.04+（1-0.04）（32-1）/（32-1+1）=0.97Pm=1/（223+1） =0.004（统一处理法按公式（统一处理法按公式 计算计算 ）1)1 ( lnlmPPPMMm- 求出指定设计频率的洪峰流量和指定求出指定设计频率的洪峰流量和指定时段的洪量时段的洪量。我国规范规定频率计算方法采我国规范规定频率计算方法采用：用： 目估配线法目估配线法 优化适线法优化适线法(2
43、) 洪水峰量频率计算洪水峰量频率计算 实际进行参数确定时，采用与实际进行参数确定时，采用与第五章第五章中的方中的方法，即先以矩法初步估计参数后，再用适线法进法，即先以矩法初步估计参数后，再用适线法进行调整，从而获得一条与经验点据拟合良好的频行调整，从而获得一条与经验点据拟合良好的频率曲线和统计参数。率曲线和统计参数。l统计参数的确定：统计参数的确定： P-III型曲线的统计参数型曲线的统计参数有三个：均值、变差系数和偏态系数。有三个：均值、变差系数和偏态系数。 问题：问题：如何用矩法初估含特大洪水的不如何用矩法初估含特大洪水的不连续系列的统计参数？连续系列的统计参数？l频率曲线的线型的选择：频
44、率曲线的线型的选择：一般统一采用一般统一采用P-III型。型。 设调查考证期设调查考证期N年内共有年内共有 个特大洪水，个特大洪水，其中，其中， l 个特大洪水发生在实测期个特大洪水发生在实测期n年内。年内。 ( 项中包括了项中包括了l 项项)lNn 不连续序列统计参数计算：矩法不连续序列统计参数计算：矩法 空空 缺缺-Nn lNn lxx-lnQNQnlimiNimi-11 则：则：前提：前提：假定假定 (n-l) 年系列的均值和均方差与除年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的去特大洪水后的 (N- ) 年系列的均值和均方年系列的均值和均方差相等，即：差相等，即：-nlimiNimiQlnN
45、Q11 该式表示该式表示N年系列中除去年系列中除去 项项特大洪水后一般洪水洪峰流特大洪水后一般洪水洪峰流量之和。量之和。(A)(B)N年系列中一般洪年系列中一般洪水洪峰流量之和水洪峰流量之和N年系列中特大洪年系列中特大洪水洪峰流量之和水洪峰流量之和111()nmmjmijilNQQQNnl -l N 项项不连序系列的洪峰流量均值计算公式不连序系列的洪峰流量均值计算公式2121)()(mnlimimNimiQQlnNQQ- 由由(B)得出：得出： ，即，即lnQQNQQmnlimimNimi-2121)()( 该式为该式为N年系列中的一般洪水年系列中的一般洪水洪峰流量与均值差的平方之和洪峰流量与
46、均值差的平方之和式中，式中， ：洪水不连序系列的均值；洪水不连序系列的均值； CV ：洪水不连序系列的变差系数；洪水不连序系列的变差系数； Qmj ：特大洪水的洪峰流量或洪量特大洪水的洪峰流量或洪量(j =1,2, , ); Qmi ：一般洪水的洪峰流量或洪量一般洪水的洪峰流量或洪量(i=1,2, ,N- ); ：特大洪水的总项数，其中包括发生在实测特大洪水的总项数，其中包括发生在实测 系列内的系列内的 l 项项mQ2121)()(1-11mnlimimjmjmVQQlnNQQNQC- l N 项项不连序系列的洪峰流量变差系数计算公式不连序系列的洪峰流量变差系数计算公式xxxNCNiiV 12
47、)(11按变差系数无偏计算公式按变差系数无偏计算公式特大洪水洪峰流量与均值差的平方之和特大洪水洪峰流量与均值差的平方之和一般洪水洪峰流量一般洪水洪峰流量与均值差平方之和与均值差平方之和 CS一般不作计算，初选一般不作计算，初选CS=KCV作为适线法的作为适线法的第一次的近似值：第一次的近似值： 对于变差系数值较小的流域对于变差系数值较小的流域 (CV 0.5)： CS=(34)CV 对于变差系数值较大的流域对于变差系数值较大的流域 (CV 1.0)： CS=(23)CV 用以上矩法初估出三个统计参数后，则可利用以上矩法初估出三个统计参数后，则可利用适线法进行配线，从而选出合理的统计参数。用适线
48、法进行配线，从而选出合理的统计参数。l 不连序系列的洪峰流量偏态系数计算公式不连序系列的洪峰流量偏态系数计算公式准则：准则：l尽可能地照顾到点群的趋势，曲线尽量通过点群的尽可能地照顾到点群的趋势，曲线尽量通过点群的中心，当经验点群与曲线不能全部拟合时，应侧重中心，当经验点群与曲线不能全部拟合时，应侧重考虑中上部而且精度较好的大洪水的点据；考虑中上部而且精度较好的大洪水的点据；l由于历史上特大洪水加入系列进行配线，对确定参由于历史上特大洪水加入系列进行配线，对确定参数的影响作用较大，但这些资料本身数的影响作用较大，但这些资料本身精度较差要慎精度较差要慎重对待，因此适线时不能机械通过该点，使曲线对
49、重对待，因此适线时不能机械通过该点，使曲线对其它点群偏离太大，也不能距该点据太远，应考虑其它点群偏离太大，也不能距该点据太远，应考虑可能的误差范围进行调整；可能的误差范围进行调整；l参照本站不同时段及相邻流域洪水特征值统计参数参照本站不同时段及相邻流域洪水特征值统计参数的变动规律进行调整。的变动规律进行调整。 目估适线法目估适线法 该法是将经验点据与理论频率曲线的对该法是将经验点据与理论频率曲线的对应值之差组合值构成一目标函数，使之达到优应值之差组合值构成一目标函数，使之达到优化，从而估计出统计参数：化，从而估计出统计参数： 优化适线法确定参数优化适线法确定参数min-1 Kn*mPmPQQF
50、min-1 Kn*mPmPQQF式中式中, , ：经验频率经验频率Pi 所对应的洪峰值；所对应的洪峰值； ：Pi 所对应的理论频率曲线上的洪峰值；所对应的理论频率曲线上的洪峰值； K ：大于零的幂次，一般取大于零的幂次，一般取12 ； F ：目标函数目标函数约束条件：约束条件：CV 0 0 0 0 CS CS* ( (CS* 为以往实践中总结的最大值为以往实践中总结的最大值) )mpQ*mpQl按适线法确定统计参数后，可按下式计算指定频按适线法确定统计参数后，可按下式计算指定频率的设计洪水的洪峰流量：率的设计洪水的洪峰流量：)1(VPmmPCQQ 式中，式中，QmP：设计洪峰流量；：设计洪峰流
