如何推算洪水过程线的设计方法

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：G2.2.3.1典型洪水过程线的选择典型洪水的选取应考虑以下几条原则：从实测资料中选择过程完整、精度较高、峰高量大的洪水过程。G2.2.3.2典型洪水过程线的放大1.同倍比放大法该法是按同一放大系数K将典型洪水过程线各时刻的流量进行放大，求得设计洪水过程线。某水库千年一遇设计洪峰和各历时设计洪量计算成果见表G2.8，用同频率法推求设计洪水过程线。

所谓设计洪水过程线，是指符合工程设计洪水要求的流量过程线。目前水文计算中常用的方法是典型洪水放大法，即从实测洪水中选出符合要求的洪水过程线作为典型，然后按设计洪峰和各时段设计洪量将典型洪水过程线的洪峰及各时段洪量进行放大得到设计洪水过程线。此法的关键是如何恰当地选择典型洪水和怎样进行放大。

G2.2.3.1　典型洪水过程线的选择

典型洪水的选取应考虑以下几条原则：

（1）从实测资料中选择过程完整、精度较高、峰高量大的洪水过程。

（2）选择具有代表性的洪水过程。即在发生季节、地区组成、峰型、主峰位置、洪水历时及洪量集中程度等方面能够代表设计流域一般大洪水的特性。

（3）选择对工程安全较为不利的典型。一般说来，调洪库容较小时，“尖瘦型”洪水对防洪不利；调洪库容较大时，“矮胖型”洪水对防洪不利。对多峰洪水来说，一般峰型集中、主峰靠后的洪水过程线对调洪更为不利。

G2.2.3.2　典型洪水过程线的放大

1.同倍比放大法

该法是按同一放大系数K将典型洪水过程线各时刻的流量进行放大，求得设计洪水过程线。分为“以峰控制”和“以量控制”两种情况，使放大后的洪峰流量等于设计洪峰Qm，p，或使放大后的T时段洪量等于设计洪量WTp。

若洪峰对工程的安全起决定作用，采用“以峰控制”，放大倍比为

若某一时段T的洪量对工程的安全起决定作用，采用“以量控制”，放大倍比为

式中　Qm，d、WT，d——典型洪水的洪峰流量和典型洪水T时段的洪量。

同倍比法，方法简单，计算工作量小，但在一般情况下，KQ和KW不会完全相等，所以按峰放大后的洪量不一定等于设计洪量，按量放大后的洪峰不一定等于设计洪峰。

2.同频率放大法

在放大典型洪水过程时，洪峰和不同时段的洪量，按照几个不同的放大倍比进行放大，使放大后的过程线的洪峰及各种历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量。也就是说，放大后的过程线，其洪峰流量和各种历时的洪量都符合同一设计频率，称为“峰、量同频率放大”，简称“同频率放大”。目前大、中型水库规划设计，主要采用此法。

如图G2.4所示，若取洪量的时段为1d、3d、7d，典型洪水洪峰流量Qm，d、计算各历时洪量W1，d、W3，d、W7，d。计算典型洪水的峰和量时采用“长包短”，即把短历时洪量包在长历时洪量之中，以保证放大后的设计洪水过程线峰高量大，峰型集中。洪量的选样不要求长包短，是为了所取得的样本是真正的年最大值，符合独立随机选样要求，两者都是从安全角度出发的。

图G2.4　某水库p＝0.1%设计洪水与典型洪水过程线

典型洪水各段的放大倍比可计算如下：

洪峰流量的放大倍比

1d洪量的放大倍比

由于3d之中包括了1d，即W3，p中包括了W1，p，W3，d中包括了W1，d，而典型1d的过程线已经按K1放大了。因此，就只需要放大1d以外，3d以内的其余2d的，所以3d其余2d的放大倍比为

同理，7d其余4d的放大倍比为

在典型放大过程中，由于两个时段交界处可用两个倍比放大，因而放大后的流量往往产生突变现象，使过程线呈锯齿形，如图G2.4所示。此时可以徒手修匀，使其符合实际径流的变化规律，但要保持设计洪峰和各历时设计洪量不变。

同频率放大法推求的设计洪水过程线，较少受到所选典型的影响，比较符合设计标准。其缺点是可能与原来的典型相差较远，甚至形状有时也可能不符合自然界中河流洪水的形成规律。为改善这种情况，应尽量减少放大的层次，以2～3个时段为宜。例如，除洪峰和最长历时的洪量外，只取一种对调洪计算起直接控制作用的历时，称为控制历时，并依次按洪峰、控制历时和最长历时的洪量进行放大。

【例G2.3】某水库千年一遇设计洪峰和各历时设计洪量计算成果见表G2.8，用同频率法推求设计洪水过程线。

经分析选定1991年8月的一次洪水为典型洪水，典型洪水的洪峰流量和计算求得各历时洪量、洪峰及各历时洪量的放大倍比，结果列于表G2.8。以此进行逐时段放大，并修匀，最后所得设计洪水过程线见表G2.9及图G2.4。

表G2.8　设计洪水和典型洪水特征值统计成果表

表G2.9　同频率放大法设计洪水过程线计算表

现在用Excel列表计算：

（1）新建Excel工作表，在A列输入表头及时间，在B列输入典型洪水各时刻流量，在C列根据个时段洪量及洪峰流量的放大系数K。注意在两个时段交界时刻需将时间和流量重复填写两行，与两个时段的放大系数相对应；

（2）在D列输入公式进行放大过程计算，如在D3单元格输入“＝round（B3*C3，0）Enter”即可得到第一时刻的流量为866m3/s；其他时刻直接将鼠标指向单元格右下角，按住左键向下拖动即可完成计算，求出放大后的流量过程；如图G2.5中工作表阴影区。

（3）根据数据绘制典型洪水过程和放大后的洪水过程。插入→图表→XY散点图→折线散点图→下一步→数据区域→系列产生于“列”→添加“系列1”，名称＝“典型洪水过程”；X值＝“Sheet1！＄A＄3：＄A＄24”；Y值＝“Sheet1！＄B＄3：＄B＄24”；添加“系列2”，名称＝“放大计算过程”，X值＝“Sheet1！＄A＄3：＄A＄24”；Y值＝“Sheet1！＄D＄3：＄D＄24”；添加“系列3”，名称＝“设计洪水过程”；X值＝“Sheet1！＄A＄3：＄A＄24”；Y值＝“Sheet1！＄E＄3：＄E＄24”；→下一步→图表标题栏输入“某站设计洪水流量过程线”、数值X轴（A）栏输入文字“时间（小时）”、数值Y轴（V）栏输入文字“流量（m3/s）”→坐标轴选中“主坐标轴数值X轴（A）、数值Y轴（V）”→网格线选中“数值X轴、数值Y轴”→确定，即可绘出典型洪水和放大洪水的流量过程线如图G2.5、图G2.6所示。

图G2.5　推求设计洪水过程线

图G2.6　某站设计洪水过程线（p＝0.1%）

（4）根据放大计算过程，结合典型洪水的形状和修匀原则对放大过程进行修正。具体操作在表中进行调整，并进行验证，使得各时段设计洪量不能有较大的误差。

如何推算洪水过程线的设计方法

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