水文分析與計算知識重點

1、1.洪水資料的分析處理洪水資料的分析處理： 洪水資料的選樣洪水資料的審查洪水資料的插補延長洪水資料代表性分析方法。（一）洪水資料的選樣：（1）年最大值法年最大值法：每年選取一個最大值，n 年資料可選出n 項年極值，包括洪峰流量和各種時段的洪量。（2）年多次法：年多次法：每年選取最大的 k 項，則由 n 年資料可選出 n*k 項樣本系列，k 對各年取固定不變，如 k=3、5 等。（3）超定量法超定量法：選定洪峰流量和時段洪量的閥值 Qmo、Wto，超過該閥值的洪水特征均選作為樣本，每年選出的樣本數(shù)目是變動的。（4）超大值法超大值法：將 n 年資料看作一連續(xù)過程，從中選出最大的 n 項。（相當于以

2、第 n 項洪水為閥值的超定量法）對一般水利工程對一般水利工程： 采用年最大取樣采用年最大取樣； 對城市雨洪排水和工礦排洪工程對城市雨洪排水和工礦排洪工程：年多次法。年多次法。（二）洪水資料的審查（ “三性審查三性審查” ）（1 1）可靠性分析：可靠性分析：主要審查由于人為或天然原因的造成的資料錯誤或時空不合理現(xiàn)象。審查的具體內(nèi)容一般包括：1）水位資料的審查：了解水位基準面的情況，水尺零點高程有無變化，檢查施測斷面有無變動。2 2）檢查流量測驗情況檢查流量測驗情況：檢查測驗方法、儀器等情況 。如斷面布設(shè)是否合理、浮標測流系數(shù)是否合理、水位流量關(guān)系有無問題，特別是水位流量關(guān)系曲線的延長部分是否合理

3、。3）檢查上下游河岸整治、潰堤、分洪、改道、堵口等情況及人類活動的情況。（2 2）一致性分析：）一致性分析：樣本是否來自同一總體。不一致原因不一致原因：1）上游修建水庫蓄水，改變原天然洪水、徑流過程；2）大洪水情況下分洪或發(fā)生決口、潰堤；3）氣候變化、下墊面覆被/土地利用變化。分析方法分析方法：水量平衡原理修正、相關(guān)關(guān)系修正、水文模型修正。（3）代表性分析：代表性分析：代表性是指樣本與總體接近的程度。其他條件相同時，樣本容量越小，抽樣誤差愈大；提高樣本代表性的主要途徑是增加樣本長度增加樣本長度；方法：歷史洪水調(diào)查、插補延長歷史洪水調(diào)查、插補延長、古洪水探測古洪水探測。（三）洪水資料的插補延長（

4、1）根據(jù)上下游測站的洪水特征值上下游測站的洪水特征值進行插補延長（2）利用本站峰量關(guān)系站峰量關(guān)系進行插補延長（3）利用降雨徑流關(guān)系降雨徑流關(guān)系進行插補延長（4）根據(jù)相鄰河流測站的洪水特征值相鄰河流測站的洪水特征值進行延長注意事項：1）參證站和設(shè)計站在成因上有密切的聯(lián)系，參證站具有充分長的資料，兩站有一段相當長的平行觀測資料2）插補系列的項數(shù)一般不宜超過實測項數(shù) n，最好不超過 n/23）外延不宜太遠：對洪水，一般不超過實測資料的 304）相關(guān)密切, 02.洪水調(diào)查的意義：（1）增加樣本容量，提高代表性。 ；（2）代表性愈好，抽樣誤差愈小；（3）只有增加信息量，犯取偽、棄真兩類錯誤的概率才能同時

5、減小。3.不連序系列的經(jīng)驗頻率計算：（1）分別處理法（分開處理法） ：對各自系列分別采用期望值公式計算各自樣本的經(jīng)驗頻率。（2）統(tǒng)一處理法：歷史洪水+實測資料(包括其中的大洪水）作為一個樣本統(tǒng)一在 N 中計算。1）為首的 a 項大洪水的經(jīng)驗頻率:1NMPM,aM.21 ，2）實測系列中l(wèi)n 項的經(jīng)驗頻率：nlmlnlmPPPaam.211)1(，注意：分別（開）處理法 、統(tǒng)一處理法對適線法估計參數(shù)影響不大。（因?qū)Υ蠛樗蠛樗挠嬎銉煞N方法是一樣的） ；分別（開）處理法可能出現(xiàn)“重疊現(xiàn)象重疊現(xiàn)象”4.矩法的原理：用樣本的矩估計相應(yīng)總體的矩用樣本的矩估計相應(yīng)總體的矩。（1）連續(xù)樣本：（2）水文中不

6、連序樣本的矩法：5.5.適線法： 適線法是我國目前生產(chǎn)上一致采用的方法適線法是我國目前生產(chǎn)上一致采用的方法， 也是洪水規(guī)范也是洪水規(guī)范規(guī)定的方法。規(guī)定的方法。（1）經(jīng)驗適線法步驟： 樣本由大到小排列，計算各項經(jīng)驗頻率 ，得經(jīng)驗點據(jù)在機率圖上（海森機率格紙）點繪經(jīng)驗點據(jù)假設(shè)一套參數(shù)初值)(CsCvQ、一般以矩法估計的參數(shù)為初值一般以矩法估計的參數(shù)為初值根據(jù)這套參數(shù)計算不同頻率 p 下的相應(yīng)設(shè)計值 Qp,得到所謂的理論點據(jù)（p,Qp） ；)1(CvQQp， 并根據(jù)理論點據(jù)繪出頻率曲線 （理論頻率曲線理論頻率曲線）判斷理論曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合是否理想。如果不理想，再重新假設(shè)一套參數(shù)，重復(fù) ，直到滿意為

7、止。（2 2）參數(shù)對曲線形狀的影響：）參數(shù)對曲線形狀的影響：Cv、Cs 相同的情況下，EX 增加曲線整體上移；EX、 Cs 相同的情況下，Cv 愈大曲線愈陡；EX、Cv 相同的情況下，Cs 愈大曲線上端愈彎曲下端愈平緩；（3）經(jīng)驗適線法的特點：方法直觀、靈活、可以反映設(shè)計人員對資料的經(jīng)驗；因人而異，成果不唯一。我國設(shè)計洪水計算規(guī)范規(guī)定:“適線時，應(yīng)盡量照顧點群的趨勢，使曲線通過點群中心使曲線通過點群中心。 如點據(jù)缺乏規(guī)律， 可側(cè)重考慮上部和中部的點可側(cè)重考慮上部和中部的點據(jù)據(jù)，并使曲線盡量靠近精度較高的點據(jù)。對于特大洪水，應(yīng)當分析它們可能的誤差范圍，不宜機械地通過特大洪水而使頻率曲線脫離點不宜

8、機械地通過特大洪水而使頻率曲線脫離點群群。 ”6.本站的統(tǒng)計參數(shù) Cv的對比分析:（1）對于調(diào)蓄作用小而連續(xù)暴雨少的河流，Cv隨歷時的增加而減小。Qm 的 Cv也大于 WT的 Cv。（2）對于調(diào)蓄作用大且連續(xù)暴雨次數(shù)多的河流，隨歷時的增加 Cv反而增大，至 T 達到某一歷時時 Cv達到最大值，然后再逐漸減小，在Cv增加的范圍內(nèi)，Qm的 Cv也小于 WT的 Cv。（3）只有當峰量關(guān)系是直線時，Qm的 Cv 與 WT的 Cv才相等。7.安全修正值安全修正值：Xp 估計的不確定性，為安全計，在估計的 Xp 上加個修正值XpXpXp7 . 0：可靠性系數(shù)，一般取諾模圖，制成BCspCspBBBnCvx

9、Xp),(,在計算中如果考慮了歷史洪水：n=n+(cd)*(N-n)c反映調(diào)查洪水項數(shù)的系數(shù)： 一項洪水時， c=0.2； 二或三項時， c=0.3；三項以上時，c=0.4d反映調(diào)查洪水精度的系數(shù)：一般，d=0.2；可靠時，d=0.3；精確時，d=0.48.水文頻率分析誤差？（1）樣本代表性不足；（2）資料有誤差(歷史洪水調(diào)查的誤差)（可靠性問題） ；（3）同總體假設(shè)成立？（4）計算方法（如適線法）有誤差。 。 。通過對成果的合理性進行分析，盡可能降低誤差！通過對成果的合理性進行分析，盡可能降低誤差！第三章第三章防洪安全設(shè)計和設(shè)計洪水防洪安全設(shè)計和設(shè)計洪水1.風險率代表系統(tǒng)失效的可能性大小，代

10、表災(zāi)害的自然屬性；損失與社會經(jīng)濟、抗洪能力、管理措施。 。 。有關(guān)，代表災(zāi)害的社會屬性；2.3.防洪設(shè)計目標（兩個方面） ：工程下游區(qū)防洪安全設(shè)計工程下游區(qū)防洪安全設(shè)計： 工程建成后， 下游防洪區(qū)未來洪水情勢 （防洪斷面的設(shè)計洪水） 。工程本身防洪安全設(shè)計工程本身防洪安全設(shè)計：工程所在地點未來洪水情勢（工程位置的設(shè)計洪水） 。4.設(shè)計洪水過程線擬定流程設(shè)計洪水過程線擬定流程：控制時段選擇（控制時段：選擇一個時選擇一個時段段 tk，按照這個時段設(shè)計洪量構(gòu)成的洪水過程來防洪，保證：風險，按照這個時段設(shè)計洪量構(gòu)成的洪水過程來防洪，保證：風險率率=設(shè)計標準設(shè)計標準、各種歷時）設(shè)計洪峰洪量計算（洪峰、控

11、制時段內(nèi)各種歷時洪量） 選典型洪水過程線 （原則、 選擇： 峰高量大峰偏后峰高量大峰偏后）典型洪水過程放大（同倍比、同頻率）5.兩種放大方法的比較：兩種放大方法的比較：同倍比放大同倍比放大計算簡單，常用于峰量關(guān)系好的河流，特別是長歷時、多峰的洪水過程。適用于洪峰或時段洪量控制的水工建筑物。 （如堤防、分洪區(qū)）同頻率放大同頻率放大：典型洪水作用較小，常用于峰量關(guān)系不夠好，峰型差別大的河流。適用于有調(diào)洪作用的水工建筑物。 （如水庫）6.地區(qū)組成法：（1）相關(guān)法相關(guān)法：反映平均情況一般用于設(shè)計斷面以上各地區(qū)洪水組成比例較為穩(wěn)定的情況（2）典型地區(qū)組成同倍比放大法典型地區(qū)組成同倍比放大法：反映實測最可

12、能情況適用于洪水地區(qū)組成較復(fù)雜的情況（3）同頻率地區(qū)組成法同頻率地區(qū)組成法：偏于安全情況側(cè)重于安全的方法：保證關(guān)鍵區(qū)域達到設(shè)計標準7.入庫洪水與壩址洪水產(chǎn)生條件差異：（1）產(chǎn)流條件改變產(chǎn)流條件改變：庫面由陸面產(chǎn)流變?yōu)閹烀嬷苯映屑{降水，入庫洪水洪量增大。（2）匯流時間縮短匯流時間縮短：（3）原河槽調(diào)蓄能力喪失原河槽調(diào)蓄能力喪失：洄水末端到壩址處由原河邊變?yōu)閹靺^(qū)河邊，調(diào)蓄能力喪失了。差異：洪峰增高，峰時提前，歷時變短。洪峰增高，峰時提前，歷時變短。影響差別的因素影響差別的因素：水庫庫型，蓄水深度，洄水長度，庫區(qū)面積，暴雨中心位置。 。 。河道型水庫：差別??；河道型水庫：差別??；湖泊型：差別大。湖泊

13、型：差別大。8.入庫設(shè)計洪水的推求：（1）合成流量法合成流量法（2）水量平衡法水量平衡法（3）峰量關(guān)系法峰量關(guān)系法（4）馬斯京根法馬斯京根法9.分期設(shè)計洪水：都需要一年中分幾個時期，分期取年最大值,進行各分期設(shè)計洪水計算。分期設(shè)計洪水計算方法分期設(shè)計洪水計算方法：分期取樣（一般是在規(guī)定時段內(nèi)按年最大值法選擇）（一般是在規(guī)定時段內(nèi)按年最大值法選擇）頻率計算及合理性分析第七章第七章設(shè)計年徑流及其分配設(shè)計年徑流及其分配1.在一個年度內(nèi)，通過河流出口斷面的水量，叫做該斷面以上流域的年徑流量年徑流量。2.目前我國設(shè)計年經(jīng)流計算中仍然假定年徑流系列：獨立隨機同分布獨立隨機同分布3.設(shè)計年徑流計算步驟：（1

14、）選定設(shè)計保證率 p；（2）推求指定 p 的年徑流總量或某時段總量 Qp；（3）選典型年徑流過程（逐月過程） ，根據(jù) Qp 進行年內(nèi)分配，得到設(shè)計年月徑流過程 Qp(t)。（年總量或某個時段總量控制同倍比法同倍比法；多時段總量控制同頻率法同頻率法）4.大水體對年徑流年際間的過度變化起著制約作用。CV（無水體）CV（有水體）5.相關(guān)展延的注意事項：（1）參證站和設(shè)計站在成因上有密切的聯(lián)系，參證站具有充分長的資料，兩站有一段相當長的平行觀測資料（2）避免輾轉(zhuǎn)相關(guān)(虛假相關(guān))（3）假相關(guān)問題：研究相關(guān)時，必須直接建立原始變量間的相關(guān)（4）外延幅度問題：離開均值越遠，插補展延誤差越大；外延的幅度一般不

15、超過 50，即 0.5*(XmaxXmin )（5）插補的項數(shù)問題：要求：n 插補插補n 實測實測或或 n 插補插補n 實測實測/26.設(shè)計代表年的年內(nèi)分配計算：（1）控制時段的選擇：灌溉工程：選作物需水期,如整個需水期：410 月（主要需水期：79月）發(fā)電工程：選枯水期或選整個水文（利）年（2）選典型：水量相近原則：水量相近，則可能形成條件相差不會太遠，這樣用典型年分配情況去代表設(shè)計情況可能性更大些。對工程不利原則灌溉工程：選作物需水季節(jié)來水少的典型發(fā)電工程：選枯水季長，枯季水少，汛期水相對多的典型縮放：同倍比或同頻率7.水文比擬法水文比擬法是將參證流域的某一水文特征量移用到設(shè)計流域的一種方

16、法。（1）選參證流域：氣候及下墊面條件要盡可能相似；有較長的資料，以保證計算誤差小。 （2）設(shè)計流域年徑流量計算：1）直接移置徑流深直接移置徑流深（參設(shè)yy）條件：參證流域和設(shè)計流域年降雨量接近雨量接近，面積接近2）考慮雨量改正考慮雨量改正（參參設(shè)設(shè)yxxy） ：該年兩流域降雨有較大差距降雨有較大差距時時，不宜直接移用年徑流深，可假定“兩流域的年徑流系數(shù)相等兩流域的年徑流系數(shù)相等”3）移置降雨徑流相關(guān)圖移置降雨徑流相關(guān)圖（特點特點：由于參證流域 YX 關(guān)系是多年資料建立關(guān)系，反映的是一種綜合關(guān)系，消除個別年份偶然因素的影響。 ）（3）移用參證流域月徑流過程，根據(jù)設(shè)計流域的年徑流，同倍比縮放，得

17、設(shè)計月徑流過程.8.設(shè)計枯水徑流計算：P設(shè)(k/n)*P非9.負偏（Cs0 為正偏態(tài)分布；CS0 為負偏態(tài)分布。如果 x 和 CV 一定時，增大 CS，則頻率曲線頭部變陡，尾部變平，中部向下。.暴雨推求設(shè)計洪水過程：推求設(shè)計暴雨，根據(jù)實測暴雨資料，采用系統(tǒng)分析和典型放大法求得；擬定產(chǎn)流方案，推求設(shè)計凈雨 根據(jù)實測暴雨設(shè)計洪水資料，利用徑流形成的基本原理，通過成因分析方法求得；擬定流域回流方案，根據(jù)實測暴雨設(shè)計洪水資料，利用回流的概念用成因分析方法求得；推求設(shè)計洪水過程線，由求得的設(shè)計暴雨，利用產(chǎn)流方案推求設(shè)計凈雨過程，再利用流域匯流方案由設(shè)計凈雨過程求得設(shè)計洪水過程。.典型洪水過程線放大方法優(yōu)

18、缺點典型洪水過程線放大方法優(yōu)缺點：同倍比放大法，同頻率放大法。同倍比放大法是用同一個倍比值遍乘典型洪水過程線縱標值， 同頻率放大法則用不同的倍比值分別放大峰、量，使放大的過程線峰、量都符合設(shè)計頻率。同倍比放大法優(yōu)點是簡單且保持典型洪水過程線形狀，缺點是峰、量不能同時滿足設(shè)計頻率。同頻率放大法優(yōu)點是峰、量同時滿足設(shè)計頻率，對工程偏于安全，缺點是工作量大，修勻帶有主觀任意性，不保持典型洪水過程線的形狀。 .缺乏實測徑流資料分析計算設(shè)計年徑流：當缺乏實測徑流資料時，應(yīng)設(shè)法確定年徑流量的三個統(tǒng)計參數(shù)， 均值和 CV 可用等值線圖法或水文比擬法確定， CS/CV的值有地區(qū)規(guī)律，可查水文手冊的分區(qū)值或參考鄰近流域的值，也可以取 CS=2 CV 。年內(nèi)分配可以用相似流域的代表年推求。.同一條河流上下游斷面，哪個斷面年徑流量系列的均值大？哪個斷同一條河流上下游斷面，哪個斷面年徑流量系列的均值大？哪個斷面年徑流量系列的面年徑流量系列的 CV 值大？哪個斷面年徑流量系列的值大？哪個斷面年徑