第七章 由流量资料推求设计洪水

第一节 概  述

    设计洪水是指水利水电工程规划、设计中所指定的各种设计标准的洪水。合理分析计算设计洪水，是水利水电工程规划设计中首先要解决的问题。

在河流上筑坝建库能在防洪方面发挥很大的作用，但是，水库本身却直接承受着洪水的威胁，一旦洪水漫溢坝顶，将会造成严重灾害。为了处理好防洪问题，在设计水工建筑物时，必须选择一个相应的洪水作为依据，若此洪水定得过大，则会使工程造价增多而不经济，但工程却比较安全；若此洪水定得过小，虽然工程造价降低，但遭受破坏的风险增大。如何选择对设计的水工建筑物较为合适的洪水作为依据，涉及一个标准问题，称为设计标准。确定设计标准是一个非常复杂的问题，国际上尚无统一的设计标准。我国1978年颁发了SDJl2—78《水利．水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)》，通过十余年工程实践经验，结合我国国情，水利部又会同有关部门于1994年共同制订了GB50201—94《防洪标准》作为强制性国家标准，自1995年1月1日起施行。GB50201—94根据工程规模、效益和在国民经济中的重要性，将水利水电枢纽工程分为五等，其等别见表9—l。

水利水电枢纽工程的水工建筑物，根据所属枢纽工程的等别，作用和重要性分为五级，其级别见表9-2。

    设计时根据建筑物级别选定不同频率作为防洪标准。这样，把洪水作为随机现象，以概率形式估算未来的设计值，同时以不同频率来处理安全和经济的关系。

水利水电工程建筑物防洪标准分为正常运用和非常运用两种。按正常运用洪水标准算出的洪水称为设计洪水，用它来决定水利水电枢纽工程的设计洪水位、设计泄洪流量等，宣泄正常运用洪水时，泻洪设施应保证安全和正常运行。GB50201-94规定的设计洪水标准见表9-3。

    当河流发生比设计洪水更大的洪水时，选定一个非常运用洪水标准进行计算，算出的洪水称为非常运用洪水或校核洪水。GB50201-94规定的校核洪水标准见表9-3。

    水利水电枢纽工程的泄洪设施，在有条件时，可分为正常和非常设施两部分，宣泄非常运用洪水时，泄洪设施应保证满足泄量的要求，可允许消能设施和次要建筑物部分破坏，但不应影响枢纽工程主要建筑物的安全或发生河流改道等重大灾害性后果。有关永久性水工建筑物的坝、闸顶部安全超高和抗滑稳定安全系数在水工专业规范中有规定，这里不另述。  ·

设计洪水包括设计洪峰流量、不同时段设计洪量及设计洪水过程线三个要素。推求设计洪水的方法有两种类型，即由流量资料推求设计洪水和由暴雨资料推求设计洪水。当必须采用可能最大洪水作为非常运用洪水标准时，则由水文气象资料推求可能最大暴雨，然后计算可能最大洪水。

第二节 设计洪峰流量及设计洪量的推求

    由流量资料推求设计洪峰及不同时段的设计洪量，可以使用数理统计方法，计算符合设计标准的数值，一般称为洪水频率计算。

    一、资料审查

    在应用资料之前，首先要对原始水文资料进行审查，洪水资料必须可靠，具有必要的精度，而且，具备频率分析所必须的某些统计特性，例如洪水系列中各项洪水相互独立，且服从同一分布等。

    除在第三章谈到审查资料的可靠性之外，还要审查资料的一致性和代表性。

    为使洪水资料具有一致性，要在调查观测期中，洪水形成条件相同，当使用的洪水资料受人类活动如修建水工建筑物、整治河道等的影响有明显变化时，应进行还原计算，使洪水资料换算到天然状态的基础上。

    洪水资料的代表性，反映在样本系列能否代表总体的统计特性，而洪水的总体又难获得。一般认为，资料年限较长，并能包括大、中、小等各种洪水年份，则代表性较好。此可见，通过古洪水研究，历史洪水调查，考证历史文献和系列插补延长等增加洪水列的信息量方法，是提高洪水系列代表性的基本途径。

    根据我国现有水文观测资料情况，SL44—93规定坝址或其上下游具有较长期的实测水资料(一般需要30年以上)，并有历史洪水调查和考证资料时，可用频率分析法计算计洪水。

    二、样本选取

    河流上一年内要发生多次洪水，每次洪水具有不同历时的流量变化过程，如何从历洪水系列资料中选取表征洪水特征值的样本，是洪水频率计算的首要问题。

    根据SL44—93规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。固定时段一般采用l、3、5、7、15、30天。大流域、调洪能力大的工程，设计时段可以取得长一些；小流域、调洪能力小的工程，可以取得短一些。

在设计时段以内，还必须确定一些控制时段，即洪水过程对工程调洪后果起控制作用的时段，这些控制时段洪量应具有相同的设计频率。同一年内所选取的控制时段洪量，可发生在同一次洪水中，也可不发生在同一次洪水中，关键是选取其最大值。例如，图9—l中最大1天洪量与3天、5天洪量不属于同一次洪水。

    三、特大洪水的处理

    特大洪水是指实测系列和调查到的历史洪水中，比一般洪水大得多的稀遇洪水。我国测流量资料系列一般不长，通过插补延长的系列也有限，若只根据短系列资料作，当出现一次新的大洪水以后，设计洪水数值就会发生变动，所得成果很不稳定。如果在频率计算中能够正确利用特大洪水资料，则会提高计算成果的稳定性。

   特大洪水一般指的是历史洪水，但是在实测洪水系列中，若有大于历史洪水或数值相当大的洪水，也作为特大洪水。洪水系列(洪峰或洪量)有两种情况，一是系列中没有特大洪水值，在频率计算时，各项数值直接按大小次序统一排位，各项之间没有空位，序数m是连序的，称为连序系列，如图9—2(a)所示；二是系列中有特大洪水值，特大洪水值的重现期(N) 必然大于实测系列年数n，而在N—n年内各年的洪水数值无法查得，它们之间存在一些空位，由大到小是不连序的，称为不连序系列，如图9—2(b)所示。

    特大洪水处理的关键是特大洪水重现期的确定和经验频率计算。所谓重现期是指某随机变量的取值在长时期内平均多少年出现一次，又称多少年一遇。特大洪水中历史洪水的数值确定以后，要分析其在某一代表年限内的大小序位，以便确定洪水的重现期。目前我国根据资料来源不同，将与确定历史洪水代表年限有关的年份分为实测期、调查期和文献考证期。

    实测期是从有实测洪水资料年份开始至今的时期。调查期是在实地调查到若干可以定量的历史大洪水的时期。文献考证期是从具有连续可靠文献记载历史大洪水的时期。调查期以前的文献考证期内的历史洪水，一般只能确定洪水大小等级和发生次数，不能定量。

    历史洪水包括实测期内发生的特大洪水，都要在历史洪水代表年限中进行排位，在排位时不仅要考虑已经确定数值的特大洪水，也要考虑不能定量但能确定其洪水等级的历史洪水，并排出序位。

    在洪水频率计算中，经验频率是用来估计系列中各项洪水的超过概率，以便在机率格纸上点绘洪水点子，构成经验分布，因此，首先要估算系列的经验频率。

    连序系列中各项经验频率的计算方法，已在第七章中论述，不予重复。

    不连序系列的经验频率，有以下两种估算方法：

(1)  把实测系列与特大值系列都看作是从总体中独立抽出的两个随机连序样本，各项洪水可分别在各个系列中进行排位，实测系列的经验频率仍按连序系列经验频率公式

                                                （9-1）

计算。特大洪水系列的经验频率计算公式为

                                               （9-2）

公式中--实测系列第m项的经验频率；

m--实测系列由大至小排列的序号；

n—-实测系列的年数；

--特大洪水第序号的经验频率；

M--特大洪水由大至小排列的序号；

N—自最远的调查考证年份至今的年数。

  当实测系列内含有特大洪水时，此特大洪水亦应在实测系列中占序号。例如，实测为30年，其中有一个特大洪水，则一般洪水最大项应排在第二位，其经验频率＝：0．0645。

  (2)将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史调查期N年内统一排位。

  假设在历史调查期N年中有特大洪水a项，其中有l项发生在n年实测系列之内；中的“项特大洪水的经验频率仍用式(9—2)计算。实测系列中其余的(n-l)项，则均匀分布在l-频率范围内，为特大洪水第末项M=a的经验频率，即

                                                （9-3）

实测系列第m项的经验频率计算公式为

                                 （9-4）

    上述两种方法，我国目前都在使用，第一种方法比较简单，但是在使用式(9—1)和式(9—2)点绘不连序系列时，会出现所谓的“重叠”现象，而且在假定不连序系列是两个相互独立的连序样本条件下，没有对式(9—1)作严格的推导。当调查考证期N年中为首的数项历史洪水确系连序而无错漏，为避免历史洪水的经验频率与实测系列的经验频率的重叠现象，采用第二种方法较为合适。

    四、频率曲线线型选择

    样本系列各项的经验频率确定之后，就可以在机率格纸上确定经验频率点据的位置。点绘时，可以不同符号分别表示实测、插补和调查的洪水点据，其为首的若干个点据应标明其发生年份。通过点据中心，可以目估绘制出一条光滑的曲线，称为经验频率曲线。由于经验频率曲线是由有限的实测资料算出的，当求稀遇设计洪水数值时，需要对频率曲线进行外延，而经验频率曲线往往不能满足这一要求，为使设计工作规范化，便于各地设计洪水估计结果有可比性，世界上大多数国家根据当地长期洪水系列经验点据拟合情况，选择一种能较好地拟合大多数系列的理论线型，以供本国或本地区有关工程设计使用。

    我国曾采用皮尔逊Ⅲ型和克里茨基一曼开里型作为洪水特征的频率曲线线型，为了使设计工作规范化，自60年代以来，一直采用皮尔逊m型曲线，作为洪水频率计算的依据。在SL44—93中规定“频率曲线线型一般应采用皮尔逊Ⅲ型。特殊情况，经分析论证后也可采用其他线型”。

    有关皮尔逊Ⅲ型频率曲线的性质、数学模式、参数估计以及频率计算等问题，已在第七章作了详细论述，本节不重复。

    从皮尔逊Ⅲ型频率曲线的特性来看，其上端随频率的减小迅速递增以至趋向无穷，曲线下端在＞2时趋于平坦，而实测值又往往很小，对于这些干旱半干旱的中小河流，即使调整参数，也很难得出满意的适线成果，对于这种特殊情况，经分析研究，也可采用其他线型。

    五、频率曲线参数估计

    在洪水频率计算中，我国规范统一规定采用适线法。适线法有两种：一种是经验适线法(或称目估适线法)，另一种是优化适线法。

经验适线法是在经验频率点据和频率曲线线型确定之后，通过调整参数使曲线与经验频率点据配合得最好，此时的参数就是所求的曲线线型的参数，从而可以计算设计洪水值。适线法的原则是尽量照顾点群的趋势，使曲线通过点群中心，当经验点据与曲线线型不能全面拟合时，可侧重考虑上中部分的较大洪水点据，对调查考证期内为首的几次特大洪水，要作具体分析。一般说来，年代愈久的历史特大洪水加入系列进行配线，对合理选定参数的作用愈大，但这些资料本身的误差可能较大。因此，在适线时不宜机械地通过特大洪水点据，否则使曲线对其他点群偏离过大，但也不宜脱离大洪水点据过远。

    用适线法估计频率曲线的统计参数分为初步估计参数、用适线法调整初估值以及对比分析三个步骤。

    矩法是一种简单的经典参数估计方法，它无需事先选定频率曲线线型，因而是洪水频率分析中广泛使用的一种方法。由矩法估计的参数及由此求得的频率曲线总是系数偏小，其中尤以偏小更为明显。

    在用矩法初估参数时，对于不连序系列，假定年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的年系列的相等，即，，可以导出参数计算公式：

                          （9-5）

       （9-6）

式中    －－特大洪水，1、2、…、a；

        ——一般洪水，；

    其余符号意义同前。

    偏态系数属于高阶矩，用矩法算出的参数值及由此求得的频率曲线与经验点据往往相差较大，故一殷不用矩法计算，而是参考附近地区资料选定一个值。对于＜0．5的地区，可试用＝3—4进行配线；对于0．5＜＜1．0的地区，可试用=2．5—3．5进行配线；对于＞1．0的地区，可试用＝2—3进行配线。

    如第七章所述，权函数法在于引入一个权函数，用一阶与二阶加权中心矩来推求，可以提高皮尔逊Ⅲ型的偏态系数计算精度，但权函数法本身不能估计、，属于单参数估计，仍需借助其他方法(如矩法)，且的精度受、估算精度的影响。

    第七章中介绍了另一个类型的适线法，即优化适线法。在能用计算机优选的条件下，可根据洪水系列的误差规律，选定适线准则，直接求解与经验点据拟合最优的频率曲线，本章不拟再作具体介绍。

    六、推求设计洪峰、洪量

    根据上述方法计算的参数初估值，用适线法求出洪水频率曲线，然后在频率曲线上求得相应于设计频率的设计洪峰和各统计时段的设计洪量。

    有关水文频率曲线适线法的步骤、计算实例，以及适线时应考虑的事项，已在第七章作了具体介绍，但未涉及特大洪水处理问题，本节将用一个实例，考虑加入特大洪水，具体说明用矩法配线推求设计洪峰的方法。

    [例9—1]某河水文站实测洪峰流量资料共30年[见表9—4第(2)栏]，历史特大洪水2年L见表9—4第(2)栏]，历史考证期102年，试用矩法初选参数进行配线，推求该水文站200年一遇的洪峰流量。

    (1)计算经验频率，并点绘经验频率曲线，见图9—3。

    用式(9—2)计算特大洪水的经验频率，式中N＝102，计算成果列入表9—4第(3)栏。

    用式(9—3)计算一般洪水的经验频率，式中＝，计算成果列入表9—4第(4)栏。

    (2)用矩法计算统计参数。用式(9—5)计算年最大洪峰流量的均值，式中N＝102、n＝30、a＝2、l＝0，得：

 ==587

用公式（9-6）计算年最大洪峰流量的变差系数，得（见表9-5，表9-6）

=

（3）选配洪水频率曲线。根据统计参数计算成果，取=0.7, ,查附表2得出相应于不同频率P的值，列入表9-7第（2）栏，乘以得相应的值，列入表9-7第（3）栏。

将表9-7中第（1），（3）栏的对应数值点绘成曲线，可见点绘的频率曲线中下段于经验频率点据配合较好，但中上段偏离特大洪水点子下方较多，因此必须进行调整。

第二次配线时适当将增大，并取，使曲线中上部与经验点靠近，再查附表2，得出相应于不同频率P的值，列入表9-7第（4）栏，乘以得相应的值，列入表9-7第（5）栏，此时曲线与经验点据配合较好，可作为采用的洪水频率曲线。查＝0．5％对应的，得＝4．87，按算得

＝4．87×587＝2859m3／s

即为所求的该水文站200年一遇的洪峰流量。

    七、设计洪水估计值的抽样误差 

    水文系列是一个无限总体，而实测洪水资料是有限样本，用有限样本估算总体的参数必然存在抽样误差。由于设计洪水值是一个随机变量，抽样分布的确切形式又难以获得，只能根据设计洪水估计值抽样分布的某些数字特征如抽样方差来表征它的随机特性。

样本特征值的方差开方称为均方误。频率计算中，统计参数的抽样误差与所选的频率线型有关，当总体分布为皮尔逊Ⅲ型，根据n年连序系列，并用矩法估计参数时，样本参数的均方误计算公式为：

                         （9-7）

均值的相对误差为：

                                            （9-8）

    设计洪水值的均方误近似公式为：

或    （相对误差）        （9-9）

式中 ——— 指定频率的模比系数；

       ——— 和的函数，已制成诺模图。

    SL44-93规定，对大型工程或重要的中型工程，用频率分析计算的校核标准洪水，应计算抽样误差，经综合分析检查后，如成果有偏小的可能，应加安全修正值，一般不超过计算值的20%。

八、计算成果的合理性检查

   在洪水峰量计算中，不可避免地存在各种误差，为了防止因各种原因带来的差错，必须对计算成果进行合理性检查，以便尽可能地提高精度。检查工作一般从以下三个方面进行：

    (1)根据本站频率计算成果，检查洪峰、各时段洪量的统计参数与历时之间的关系，一般说来，随着历时的增加，洪量的均值也逐渐增大，而时段平均流量的均值则随历时的增加而减小。、在一般情况下随历时的增长而减小，但对于连续暴雨次数较多的河流，随着历时的增长，、反而加大，如浙江省新安江流域就有这种现象。所以参数的变化还要和流域的暴雨特性和河槽调蓄作用等因素联系起来分析。

    另外还可以从各种历时的洪量频率曲线对比分析，要求各种曲线在使用范围内不应有交叉现象，当出现交叉时，应复查原始资料和计算过程有无错误，统计参数是否选择得当。

    (2)  根据上下游站、干支流站及邻近地区各河流洪水的频率分析成果进行比较，如气候、地形条件相似，则洪峰、洪量的均值应自上游向下游递增，其模数则由上游向下游递减。

    如将上下游站、干支流站同历时最大洪量的频率曲线绘在一起，下游站、干流站的频率曲线应高于上游站和支流站，曲线间距的变化也有一定的规律。

(3)暴雨频率分析成果进行比较。一般说来，洪水的径流深应小于相应天数的暴雨深，而洪水的值应大于相应暴雨量的值。

      以上所述，可作为成果合理性检查的参考，如发现明显的不合理之处，应分析原因，将成果加以修正。

第三节 设计洪水过程线的推求

    设计洪水过程线是指具有某一设计标准的洪水过程线。但是，洪水过程线的形状干变万化，且洪水每年发生的时间也不相同，是一种随机过程，目前尚无完善的方法直接从洪水过程线的统计规律求出一定频率的过程线。尽管已有人从随机过程的角度，对过程线作模拟研究，但尚未达到实用的目的。为了适应工程设计要求，目前仍采用放大典型洪水过程线的方法，使其洪峰流量和时段洪水总量的数值等于设计标准的频率值，即认为所得的过程线是待求的设计洪水过程线。

    放大典型洪水过程线时，根据工程和流域洪水特性，可选用同频率放大法或同倍比放大法。

  一、典型洪水过程线的选择  ，

  ，典型洪水过程线是放大的基础，从实测洪水资料中选择典型时，资料要可靠，同时应考虑下列条件：

    (1)选择峰高量大的洪水过程线，其洪水特征接近于设计条件下的稀遇洪水情况。

    (2)要求洪水过程线具有一定的代表性，即它的发生季节、地区组成、洪峰次数、峰量关系等能代表本流域上大洪水的特性。

    (3)从水库防洪安全着眼，选择对工程防洪运用较不利的大洪水典型，如峰型比较集中，主峰靠后的洪水过程。

    一般按上述条件初步选取几个典型，分别放大，并经调洪计算，取其中偏于安全的作为设计洪水过程线的典型。

  二、放大方法

    目前采用的典型放大方法有峰量同频率控制方法(简称同频率放大法)和按峰或量同倍比控制方法(简称同倍比放大法)。

    1．同频率放大法

    此法要求放大后的设计洪水过程线的峰和不同时段(1天、3天、…)的洪量均分别等于设计值。具体做法是先由频率计算求出设计的洪峰值和不同时段的设计洪量值、、…，并求典型过程线的洪峰，和不同时段的洪量、、…，然后按洪峰、最大1天洪量、最大3天洪量、…的顺序，采用以下不同倍比值分别将典型过程进行放大。

    洪峰放大倍比为：

   (9-10)

   最大一天洪量放大倍比为：

   （9-11）

   最大三天洪量中除最大一天外，其余两天的放大倍比为：

   （9-12）

    以上说明，最大l天洪量包括在最大3天洪量之中，同理，最大3天洪量包括在最大7天洪量之中，得出的洪水过程线上的洪峰和不同时段的洪量，恰好等于设计值。时段划分视过程线的长度而定，但不宜太多，一般以3段或4段为宜。由于各时段放大倍比不相等，放大后的过程线在时段分界处出现不连续现象，此时可徒手修匀，修匀后仍应保持洪峰和各时段洪量等于设计值。如放大倍比相差较大，要分析原因，采取措施，消除不合理的现象。

   [例9—2]某水库设计标准P＝1％的洪峰和1天、3天、7天洪量，以及典型洪水过程线的洪峰和1天、3天、7天洪量列于表9—8。要求用分时段同频率放大法，推求P＝1％的设计洪水过程线。

首先，计算洪峰和各时段洪量的放大倍比。

   其次，将典型洪水过程线的洪峰和不同时段的洪量乘以相应的放大系数，得放大的设计洪水过程线（见图9-5）。由于各时段放大倍比值不同，时段分界处出现不连续现象，可徒手修匀（见图9-5）的虚线，最后得所求的设计洪水过程线。

2． 同倍比放大法

此法是按洪峰或洪量同一个倍比放大典型洪水过程线的各纵坐标值，从而求得设计洪水过程线。因此，此法的关键在于确定以谁为主的放大倍比值。如果以洪峰控制，其放大倍比为：

                                              （9-13）

其中  --以峰控制的放大系数；

      其余符号意义同前。

      如果以量控制，其放大倍比为：

                                                （9-14）

式中及——以量控制的放大系数；

      ——控制时段t的设计洪量；

      ——典型过程线在控制时段t的最大洪量。

    采用同倍比放大时，若放大后洪峰或某时段洪量超过或低于设计很多，且对调洪结果影响较大时，应另选典型。

在上述两种方法中，用同频率放大法求得的洪水过程线，比较符合设计标准，计算成果较少受所选典型不同的影响，但改变了原有典型的雏形，适用于峰量均对水工建筑物防洪安全起控制作用的工程。同倍比放大法计算简便，适用于峰量关系较好的河流，以及防洪安全主要由洪峰或某时段洪量控制的水工建筑物。

 第四节  分期设计洪水

    为了水库管理调度运用和施工期防洪的需要，必须计算分期设计洪水。所谓分期设计洪水是指一年中某个时段所拟定的设计洪水。计算分期设计洪水的方法是在分析流域洪水季节性规律的基础上，按照设计和管理要求，把整个年内划分为若干个分期，然后在分期的时段内，按年最大值法选样，进行频率计算。

一、洪水季节性变化规律分析和分期划分

    划定分期洪水时，应对设计流域洪水季节性变化规律进行分析，并结合工程的要求来考虑。分析时要了解天气成因在季节上的差异，年内不同时期洪水峰量数值及特性(如均值、变差系数)的变化，全年最大洪水出现在各个季节的情况，以及不同季节洪水过程的形状等。同时，可根据本流域的资料，将历年各次洪水以洪峰发生日期或某一定历时最大洪量的中间日期为横坐标，以相应洪水的峰量数值为纵坐标，点绘洪水年内分布图，并描绘平顺的外包线，如图9—6所示，如有调查的特大洪水，亦应点绘于图上。

    在天气成因分析和上述实测资料统计基础上，并考虑工程设计的要求，划定分期洪水的时段。

    分期的一般原则为：尽可能根据不同成因的洪水，把全年划分为若干分期。

    分期的起讫日期应根据流域洪水的季节变化规律，并考虑设计需要确定。分期不宜太短，一般以不短于1个月为宜。由于洪水出现的偶然性，各年分期洪水的最大值不一定正好在所定的分期内，可能往前或往后错开几天，因此，在用分期年最大选样时，有跨朗和不跨期两种选样方法。跨期选样时，为了反映每个分期的洪水特征，跨期选样的日期不宜超过5—10日。

    二、分期设计洪水的计算方法

    (1)分期划定后，分期洪水一般在规定时段内，按年最大值法选择。当一次洪水过程位于两个分期时，视其洪峰流量或时段洪量的主要部分位于何期，就作为该期的样本，不作重复选择，这种选取方法称为不跨期选样。

    (2)分期特大洪水的经验频率计算，应根据调查考证资料，结合实测系列分析，重新论证，合理调整。

    分期洪水的统计参数计算和配线方法与年最大洪水相同。对施工洪水，由于设计标准较低，当具有较长资料时，一船可由经验频率曲线查取设计值。

    (3)分期设计洪水过程线仍可按本章第三节所述方法进行计算。但是，施工初期围堰往往以抗御洪峰为主，一般只要求设计洪峰流量；大坝合龙后，则以某个时段的设计洪量为主要控制，故要求设计洪峰和一定时段的设计洪量，如进行调洪，则需要设计洪水过程线。中小型工程的施工设计洪水，一般只需要分期设计洪峰。

    (4)将各分期洪水的峰量频率曲线与全年最大洪水的峰量频率曲线画在同一张机率格纸上，检查其相互关系是否合理。如果它们在设计频率范围内发生交叉现象，即稀遇频率的分期洪水大于同频率的全年最大洪水。此时应根据资料情况和洪水的季节性变化规律予以调整。一般来说，由于全年最大洪水在资料系列的代表性、历史洪水的调查考证等方面，均较分期洪水研究更为充分，其成果相对较可靠。调整时一般应以历时较长的洪水频率曲线为准。

第五节人库设计洪水

    一、入库洪水的概念

    水库防洪设计一般是以坝址设计洪水为依据。但水库建成后，洪水是从水库周边汇入水库，而不是坝址断面的洪水，这些从水库周边汇入水库(包括入库断面)的洪水称为入库洪水，它与坝址洪水有一定的差别，差异程度与水库特性及典型洪水的时空分布有关。用人库洪水作为设计依据更符合建库后的实际情况，特别是对坝址洪水与人库洪水差别较大的湖泊型水库更为必要。

    入库洪水由三部分组成：

（1）             水库回水末端干支流河道断面的洪水如图9—7所示。

（2）                                       上述干支流河道断面以下到水库周边的区间陆面所产生的洪水。

（3）                                       水库库面的降水量。

入库洪水与坝址洪水的主要差异表现在：

（1）           库区产流条件改变，使入库洪水的洪量增大。水库建成后，水库回水淹没区由原来的陆面变成水面，产流条件相应发生了变化。在洪水期间库面由陆地产流变为水库水面直接承纳降水，由原来的陆面蒸发损失变成水面蒸发损失。

（2）           流域汇流时间缩短，入库洪峰流量出现时间提前，涨水段的洪量大增。建库后，洪水由干支流的回水末端和水库周边入库，洪水在库区的传播时间比原河道的传播时间缩短，洪峰出现的时间相应提前，而库面降水集中于涨水段，涨水时段的洪量增大。

（3）           河道被回水淹没成为库区。原河槽调蓄能力丧失，再加上干支流和区间陆面洪水常易遭遇，使得入库洪水的洪峰增高，峰形更尖瘦。

    二、入库洪水的分析计算方法

    建库前，水库的入库洪水不能直接测得，一般是根据水库特点、资料条件，采用不同的方法分析计算。依据资料不同，可分为由流量资料椎求人库洪水和由雨量资料推求入库洪水两种类型。

    由流量推求人库洪水又可分为：

    (1)流量叠加法。分别推算干支流和区间等各部分的洪水，然后演进到入库断面处，再同时刻叠加，即得入库洪水。这种方法概念明确，只要坝址以上干支流有实测资料，区间洪水估计得当，一般计算成果较满意。

    (2)马斯京根法。当汇入水库周边的支流较少，坝址处有实测水位流量资料，干支流入库点有部分实测资料时，可根据坝址洪水资料用马斯京根法，即反演进的方法推求人库洪水。这种方法对资料的要求较少，计算也比较简便。

    (3)槽蓄曲线法。当干支流缺乏实测洪水资料，但库区有较完整的地形资料时，可利用河道平面图和纵横断面图，根据不同流量的水面线(实测、调查或推算得来)绘制库区河段的槽蓄曲线，采用联解槽蓄曲线与水量平衡的方法，由坝址洪水推求人库洪水。本方法计算成果的可靠程度与槽蓄曲线的精度有关。

(4)水量平衡法。水库建成后，可用坝前水库水位、库容曲线和出库流量等资料用水量平衡法推算入库洪水。计算式为：

——时段平均入库流量；

——时段平均出库流量；

——水库损失水量；

  ——时段始末水库蓄水量变化值；

——计算时段。

    平均出库流量包括：溢洪道流量、泄洪洞流量及发电流量等，也可采用坝下游实测流量资料作为出库流量。

    水库损失水量包括：水库的水面蒸发和枢纽、库区渗漏损失等。一般情况下，在洪水期间，此项数值不大，可忽略不计。

    水库蓄水量变化值，一般可用时段始末的坝前水位和静库容曲线确定，如动库容(受库区流量的影响，库区水面线不是水平的，此时水库的库容称动库容)较大，对推算洪水有显著影响，宜改用动库容曲线推算。

    [例9—3]已知某水库坝前水位、出库流量和静库容曲线等资料，试用水量平衡法反推入库洪水。

    由表9—9可知，第(3)栏是第(2)栏坝前水位相应的静库容，由水库静库容曲线查出。第(4)栏由第(3)栏前后项相减得到。第(5)栏由第(4)栏除以得来。第(7)栏入库洪水由第(5)栏加第(6)栏出库洪水而得，此即为静库容反推的水库入库洪水成果。由此可见，水量平衡法是建库后的入库洪水计算方法。

三、入库设计洪水计算方法

    按我国现行规范的规定，水利水电工程一般采用坝址设计洪水。但是，对具有水库的工程，当建库后产汇流条件有明显改变，采用坝址设计洪水对调洪影响较大时，应以入库设计洪水作为设计依据。

    入库设计洪水计算方法有以下两类：

    (一)频率计算法

    具有长期入库洪水系列及历史人库洪水资料时，可用频率计算法推求各种标准的入库设计洪水。人库洪水系列可根据资料情况的不同来选取。

    (1)当水库回水末端附近的干流和主要文流有长期洪水资料时，可用流量叠加法推求历年入库洪水。

    (2)当坝址洪水系列较长，而入库干支流资料缺乏时，可将一部分年份或整个坝址系列用马斯京根法或槽蓄曲线法，转换为人库洪水系列。若只推算部分年份的入库洪水时，可先根据推算的成果，建立入库洪水与坝址洪水的关系，根据上述关系将末推算的其余年份转换为人库洪水，与推算的年份共同组成人库洪水系列。

    (二)根据坝址设计洪水推算入库设计洪水

    由于资料条件的限制不能推算出人库洪水系列时，可先计算坝址各种设计标准的设计洪水，再用马斯京根法或槽蓄曲线法，将已计算的坝址设计洪水反演算得入库设计洪水。但根据实测资料分析的汇流参数(如及、2)或槽蓄曲线应用于稀遇的设计洪水时，应注意分析外延的合理性。

至于入库设计洪水过程线的推求，可选择某典型年的坝址实测洪水过程线，用前述方法推算该典型年的入库洪水过程，然后用坝址洪水设计值的倍比求得入库设计洪水过程线。

    第六节 设计洪水的地区组成

    为研究流域开发方案，计算水库对下游的防洪作用，以及进行梯级水库或水库群的联合调洪计算等问题，需要分析设计洪水的地区组成。也就是说计算当下游控制断面发生某设计频率的洪水时，其上游各控制断面和区间相应的洪峰洪量及其洪水过程线。

    由于暴雨分布不均，各地区洪水来量不同，各干支流来水的组合情况十分复杂，因此洪水地区组成的研究与上述某断面设计洪水的研究方法不同，必须根据实测资料，结合调查资料和历史文献，对流域内洪水地区组成的规律性进行综合分析。分析时应着重暴雨、洪水的地区分布及其变化规律；历史洪水的地区组成及其变化规律；各断面峰量关系以及各断面洪水传播演进的情况等。为了分析研究设计洪水不同的地区组成对防洪的影响，通常需要拟定若干个以不同地区来水为主的计算方案，并经调洪计算，从中选定可能发生而又能满足设计要求的成果。

    现行洪水地区组成的计算常用典型年法和同频率地区组成法。

    (一)典型年法

    典型年法是从实测资料中选择几次有代表性、对防洪不利的大洪水作为典型，以设计断面的设计洪量作为控制，按典型年的各区洪量组成的比例计算各区相应的设计洪量。

本方法简单、直观，是工程设计中常用的一种方法，尤其适用于分区较多、组成比较复杂的情况，但此法因全流域各分区的洪水均采用同一个倍比放大，可能会使某个局部地区的洪水放大后其频率小于设计频率，值得注意。

   (二)同频率地区组成法

  同频率地区组成法是根据防防洪要求，指定某一分区出现与下游设计断面同频率的洪量，其余各分区的相应洪量按实际典型组成比例分配。一般有以下两种组成方法：

(1)  当下游断面发生设计频率P的洪水时，上游断面也发生频率P的洪水，而区间为相应的洪水，即，

=-                                     （9-16）

(2)  当下游断面发生设计频率P的洪水，区间发生频率P的洪水，上游断面也相应的洪水，即

=-                                      （9-17）

   必须指出，同频率地区组成法适用于某分区洪水与下游设计断面的相关关系比较好的情况。同时由于河网调节的影响，一般不能用同频率地区组成法来推求设计洪峰流量的地区组成。