洪水設計與防洪減災

第一章洪水設計與防洪緒論1

第一節(jié)洪水概念及影響因素1

一、洪水的基本概念1

二、影響洪水的因素3

第二節(jié)防洪標準及標準選擇5

一、防洪安全問題6

二、防洪標準的選擇7

第三節(jié)洪水設計的理論基礎8

一、洪水設計的理論基礎8

二、洪水存在的基本規(guī)律9

三、洪水設計的基本性質(zhì)9

第四節(jié)水利工程的防洪措施10

一、水利工程措施10

二、水土保持措施12

三、水土保持治水的重要性13

參考文獻13

第二章流域產(chǎn)流與匯流計算14

第一節(jié)流域產(chǎn)流與匯流概述14

一、徑流與流域的基本概念14

二、流域產(chǎn)流與匯流的基本概念14

第二節(jié)流域降雨徑流要素計算15

一、流域降雨量15

二、徑流量17

三、土壤含水量計算19

第三節(jié)蓄滿產(chǎn)流的計算21

一、蓄滿產(chǎn)流模式21

二、降雨徑流相關圖22

三、蓄滿產(chǎn)流模型24

四、水源的具體劃分25

第四節(jié)“超滲產(chǎn)流”的計算26

一、“超滲產(chǎn)流”模式27

二、下滲曲線法27

三、“初損后損法”28

第五節(jié)流域匯流的計算30

一、“等流時線法”30

二、時段單位線法31

三、瞬時單位線法37

四、線性水庫法40

參考文獻42

第三章洪水設計的統(tǒng)計學方法43

第一節(jié)水文統(tǒng)計的基本知識43

第二節(jié)隨機變量的概率分布44

一、事件、概率和頻率44

二、隨機變量及其概率分布45

三、隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)48

四、隨機變量的正態(tài)分布50

第三節(jié)洪水特征值的頻率分布線型51

一、經(jīng)驗頻率曲線51

二、理論頻率曲線53

三、頻率與重現(xiàn)期的關系56

第四節(jié)皮爾遜Ⅲ型分布的參數(shù)估計56

一、矩法56

二、三點法58

第五節(jié)抽樣誤差的基本知識58

第六節(jié)洪水設計的配線法60

一、目估配線法60

二、優(yōu)化配線法61

三、分布參數(shù)對頻率曲線的影響61

四、配線法實例62

五、其他常用方法65

六、相關分析的基本知識66

參考文獻75

第四章用流量資料直接推求設計洪水76

第一節(jié)設計洪水的概述76

一、洪水設計的標準76

二、洪水設計的含義78

第二節(jié)洪水資料的分析處理78

一、洪水樣本的選取79

二、歷史洪水的調(diào)查和考證79

第三節(jié)洪水過程線與洪量計算81

一、洪水過程線分析81

二、洪水過程線的分割82

三、徑流成分的劃分83

四、洪量的計算84

第四節(jié)設計洪水特征值的推求85

一、洪水資料審查和分析85

二、特大洪水的處理86

三、理論頻率曲線的選擇88

四、頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)的確定89

五、統(tǒng)計參數(shù)確定實例89

第五節(jié)設計值合理性分析與安全修正91

一、設計值的合理性分析91

二、成果安全修正問題92

第六節(jié)設計洪水過程線的擬定93

一、典型洪水過程線的選擇94

二、典型洪水過程線放大方法94

第七節(jié)設計洪水的地區(qū)組成97

一、設計洪水地區(qū)組成概念97

二、洪水地區(qū)組成特性分析98

三、設計洪水地區(qū)組成計算方法99

第八節(jié)汛期分期與施工設計洪水100

一、汛期分期與施工設計洪水的概念101

二、設計洪水的分期及選擇101

第九節(jié)古代洪水在洪水設計中的作用102

一、現(xiàn)行頻率計算方法存在的問題103

二、“古洪水”的研究103

參考文獻108

第五章用暴雨資料間接推求設計洪水109

第一節(jié)降雨的基本知識109

一、降雨的形成與分類109

二、降雨特征表示法111

三、與降水有關的氣象因素112

四、我國降水量時空分布及規(guī)律116

五、面雨量的計算117

第二節(jié)暴雨資料的整理118

一、暴雨特性分析118

二、暴雨資料的整理119

第三節(jié)設計面的暴雨量121

一、直接法推求設計面的暴雨量121

二、間接法推求設計面的暴雨量123

第四節(jié)設計暴雨時空分配的計算125

一、設計“面暴雨”的時程分配125

二、設計“面暴雨”的地區(qū)分布127

第五節(jié)“等流時線法”匯流計算127

一、“等流時線法”匯流的基本概念128

二、“等流時線法”匯流的計算方法129

第六節(jié)經(jīng)驗單位線法匯流計算130

一、經(jīng)驗單位線的概念130

二、經(jīng)驗單位線的推求131

三、經(jīng)驗單位線不同時段的轉(zhuǎn)換134

四、經(jīng)驗單位線法存在問題及處理方法135

第七節(jié)瞬時單位線法匯流計算137

一、瞬時單位線的推求138

二、參數(shù)n、K的確定139

三、瞬時單位線轉(zhuǎn)換為實用單位線141

第八節(jié)地下的凈雨量匯流計算143

一、“概化三角形法”143

二、線性水庫演算法144

第九節(jié)設計洪水計算中相關問題145

一、計算方法的外延145

二、計算方法的移用146

三、設計土壤含水量146

參考文獻149

第六章小流域洪水設計的基本方法150

第一節(jié)小流域洪水設計的概述150

一、小流域洪水設計特點與要求150

二、小流域洪水設計的主要方法151

第二節(jié)暴雨公式與設計暴雨的推求151

一、暴雨公式的建立與應用152

二、無暴雨資料地區(qū)參數(shù)確定與設計雨量的計算154

三、設計暴雨時程分配154

四、設計凈雨量的計算154

第三節(jié)推理公式法設計洪峰流量155

一、推理公式的基本形式155

二、我國水科院公式156

第四節(jié)洪峰流量設計的地區(qū)經(jīng)驗公式法162

一、單因素公式162

二、多因素公式163

第五節(jié)設計洪水過程線的推求164

一、“概化過程線法”164

二、綜合經(jīng)驗單位線法164

三、瞬時綜合單位線法166

參考文獻167

第七章水庫防洪的計算方法168

第一節(jié)水庫防洪概述168

一、水庫的調(diào)洪作用168

二、水庫調(diào)洪方式170

三、水庫調(diào)洪計算的任務171

第二節(jié)水庫調(diào)洪計算171

一、水庫泄流建筑物的泄流能力172

二、水庫調(diào)洪計算原理172

三、水庫調(diào)洪計算方法173

第三節(jié)水庫防洪計算180

一、水庫防洪計算的主要任務180

二、溢洪道無閘門控制水庫的防洪計算180

三、溢洪道有閘門控制水庫的防洪計算182

第四節(jié)泄洪水庫防洪計算185

一、水庫的非常泄洪設施185

二、非常泄洪設施的啟用標準186

三、啟用非常泄洪設施時的調(diào)洪計算186

四、方案比較和選擇187

第五節(jié)入庫洪水計算187

一、入庫洪水計算概述188

二、入庫洪水計算方法189

三、入庫設計洪水計算193

參考文獻193

第八章可能最大洪水的估算194

第一節(jié)可能最大洪水概述194

第二節(jié)大氣中的可降水量195

一、大氣中的可降水量W195

二、可降水量W計算方法196

第三節(jié)可能最大暴雨計算方法197

一、形成暴雨的物理條件和降水量公式197

二、PMP計算方法分類199

第四節(jié)當?shù)乇┯攴糯蠓?99

一、典型暴雨的選擇200

二、典型暴雨可降水量的計算200

三、最大可降水量的計算201

四、計算水汽放大倍比201

五、估算效率放大倍比202

第五節(jié)暴雨移置法202

一、移置的條件202

二、移置的具體步驟203

三、移置改正204

第六節(jié)暴雨組合法205

一、暴雨組合法概念205

二、組合暴雨的方法206

三、組合暴雨的極大化206

四、暴雨時空放大207

第七節(jié)可能最大暴雨等值線圖集的應用207

一、可能最大暴雨等值線圖207

二、暴雨三要素的關系207

三、暴雨時程分配208

第八節(jié)可能最大洪水的推求209

一、凈雨量過程的計算209

二、洪水過程線的計算209

參考文獻210

第九章水利防洪工程211

第一節(jié)水利防洪工程的措施211

一、防洪工程措施212

二、非工程措施213

第二節(jié)水土保持防洪工程217

一、水土流失的基本概念218

二、我國水土流失的概況219

三、水土保持的主要措施221

四、水土保持的發(fā)展途徑224

五、我國的“十二五”水土保持工作224

第三節(jié)河道堤防防洪工程226

一、我國的堤防及其類型226

二、堤防工程設計方法與步驟228

三、堤防的護坡工程234

四、堤防的管理養(yǎng)護235

第四節(jié)河道分洪防洪工程236

一、分洪工程的作用與組成236

二、分洪道工程設計238

三、蓄（滯）洪區(qū)239

四、分洪閘工程240

五、泄洪水閘工程245

第五節(jié)水庫防洪工程246

一、水庫防洪調(diào)度的主要方式247

二、不考慮預報的防洪調(diào)度方式247

三、考慮短期水文預報的防洪調(diào)度方式248

四、防洪補償調(diào)節(jié)方式249

五、分期洪水防洪調(diào)度250

六、防洪系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)度251

七、水庫非常運用防洪調(diào)度中的問題251

八、擬定防洪調(diào)度方式時應考慮的問題252

第六節(jié)河道整治防洪工程253

一、河道整治任務、要求及原則254

二、平原河道的整治措施255

三、河道整治建筑物263

參考文獻269

第十章我國防洪減災體系270

第一節(jié)我國洪澇災害及其特點270

一、洪水及其種類271

二、洪水災害影響因素272

三、我國洪水災害的特點273

第二節(jié)我國防洪減災體系275

一、我國防洪減災體系的歷史275

二、我國防洪減災體系建設與發(fā)展276

三、我國現(xiàn)代防洪減災體系277

第三節(jié)防洪工程與非工程體系278

一、防洪工程體系279

二、防洪的非工程措施281

第四節(jié)我國防洪組織與管理體系294

一、行政首長防汛責任制為核心的防汛責任制體系295

二、各級防汛指揮部及其辦事機構(gòu)295

三、防汛抗洪指揮支持體系295

四、國外防洪組織體系296

第五節(jié)防洪應急響應體系296

第六節(jié)“3S”技術(shù)在防洪減災中的作用297

一、空間信息技術(shù)297

二、防洪減災的現(xiàn)代化302

三、空間信息技術(shù)在防洪減災中的作用303

四、空間信息技術(shù)在防洪減災中的應用趨勢305

參考文獻306

附錄307

附錄1頻率格紙樣式307

附錄2皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的離均系數(shù)Φp值表308

附錄3皮爾遜Ⅲ型頻率曲線的模比系數(shù)Kp值表309

附錄4三點適線法S與Cs關系表311

附錄5三點適線法Cs與有關Ф值的關系表312

附錄6瞬時單位線法S曲線查用表314

附錄71000hPa地面到指定高度（高出地面米數(shù)）間飽和假絕熱大氣中的可降水量（mm）與1000hPa地面露點（℃）函數(shù)關系表320

附錄81000hPa地面到指定壓力（hPa）間飽和假絕熱大氣中的可降水量（mm）與1000hPa地面露點（℃）函數(shù)關系表322 2100433B

本書根據(jù)我國最新規(guī)范、標準和方法，比較系統(tǒng)地介紹了洪水設計與防洪基本知識、流域產(chǎn)流與匯流計算、洪水設計的統(tǒng)計學方法、 用流量資料直接推求設計洪水、用暴雨資料間接推求設計洪水、小流域洪水設計的基本方法、水庫防洪的計算方法、可能最大洪水的估算、水利防洪工程、我國防洪減災體系等內(nèi)容，并有針對性地列舉很多相關工程實例。

本書具有突出的針對性、通俗性、實用性和應用性，不僅可以供河道和水庫管理工作者參考，也可作為水利工程相關專業(yè)的高等學校師生輔助教材，還可供防汛、橋涵、渡河工程及給排水等相關專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

本書系統(tǒng)地介紹了洪水設計與防治的基本概念、原理和方法，內(nèi)容詳實全面，體裁新穎，配有一定的計算實例，實用性強。主要內(nèi)容包括：洪水設計的數(shù)理統(tǒng)計方法、用流量資料推求設計洪水、用暴雨資料推求設計洪水、小流域設計洪水及可能最大洪水的估算，防洪工程、水庫防洪計算、防洪減災工作體系、洪水預報及森林植被對暴雨洪水的影響。

本書可供從事水文、水利、防汛、河道整治、橋涵設計、排水等領域的工程技術(shù)人員和管理人員參考，也可作為高等院校相關專業(yè)的本科生及研究生教材。

設計洪水簡介

指當河流設計斷面發(fā)生設計頻率的洪水時，其上游各控制斷面和區(qū)間相應的洪峰、洪量和洪水過程線，它表示下游斷面的設計洪水和上游各個控制斷面設計洪水之間的關系。在制定流域開發(fā)方案、分析單一水庫的防洪作用和研究梯級水庫或水庫群的聯(lián)合調(diào)洪作用時，需分析設計洪水的地區(qū)組成。為了分析和比較設計洪水不同地區(qū)組成的防洪效果，常需擬定若干種地區(qū)組成方案，經(jīng)調(diào)洪演算和綜合分析，從中選取能滿足工程設計要求的，作為設計的依據(jù)。

設計洪水計算方法

設計洪水的地區(qū)組成的計算方法有：

①典型年法。即從實測資料中選出若干次在地區(qū)組成上具有一定代表性的（如洪水主要來自上游,或主要來自區(qū)間,或在全流域均勻分布）、對防洪不利的大洪水作為典型洪水，以設計斷面某一時段設計洪量為控制，按同一倍比對各斷面及區(qū)間同一時段的典型洪水進行放大，求得各斷面及區(qū)間相應的洪量或洪水過程線。

②同頻率地區(qū)組成法。指根據(jù)防洪要求，選定某一時段一個分區(qū)的洪量與設計斷面的洪量為同頻率，其余各分區(qū)的相應洪量和某一次洪水的地區(qū)組成作為典型，進行分配，并以同頻率洪量和分配的時段洪量作為控制，放大典型過程線作為設計洪水和各地區(qū)的相應洪水過程線。

根據(jù)流量資料計算 依據(jù)實測或調(diào)查洪水流量資料，分析洪水的某些特征值的出現(xiàn)頻率，推求設計洪水的頻率分析方法，已被許多國家廣泛采用。中國現(xiàn)行設計洪水計算規(guī)范規(guī)定，當設計斷面或其上下游有20年以上實測洪水資料，并有歷史洪水調(diào)查和考證資料時，可根據(jù)流量資料分析計算設計洪水。其主要步驟如下：

（1）資料的搜集整理及插補延長。流量資料的插補延長多采用與長系列站的資料建立相關的方法。此外，還要重點復核大洪水資料的可靠性。

（2）歷史洪水調(diào)查及考證。包括野外洪痕、洪水發(fā)生年代、時間的調(diào)查，以及洪峰、洪量的推算；進行歷史文獻記載的考證，借以確定歷史洪水的排位順序，估計其重現(xiàn)期。

（3）系列代表性分析。一般通過與鄰近地區(qū)長系列站資料的對比分析，以及根據(jù)實測及調(diào)查考證的歷史洪水資料，分析洪水豐枯年變化情況、大洪水出現(xiàn)的周期、不同年段大洪水出現(xiàn)的頻次以及分段計算的統(tǒng)計參數(shù)的變化情況等，以判別系列代表性的好壞。

（4）進行洪水頻率計算。

（5）成果的合理性檢查。常用的檢查方法：①本站洪峰流量及不同時段洪量的頻率分析成果相互比較；②與上下游及鄰近地區(qū)河流的頻率分析成果相比較，以分析判斷統(tǒng)計參數(shù)和設計值是否符合地區(qū)變化規(guī)律；③與通過暴雨推求的設計成果和比較。

（6）根據(jù)設計要求，推求設計洪水過程線、分期設計洪水或施工設計洪水、擬定設計洪水的地區(qū)組成等。

根據(jù)雨量資料計算 暴雨是形成洪水的主要因素，許多流域暴雨觀測年限大于流量觀測年限。中國現(xiàn)行設計洪水計算規(guī)范規(guī)定，當設計斷面所在流域及鄰近地區(qū)的雨量站有20年以上實測暴雨資料，并且有實測或調(diào)查大暴雨和多次可供產(chǎn)流匯流分析用的暴雨洪水對應觀測資料時，可根據(jù)暴雨資料，采用頻率分析方法，計算流域設計暴雨，通過流域產(chǎn)流匯流計算（參見暴雨徑流關系、單位線），推求相應頻率的設計洪水。

此外，對于短缺暴雨洪水資料的小流域，可采用推理公式（參見小流域設計洪水）、經(jīng)驗公式或單位線等推求設計洪水。

經(jīng)驗表明，在有條件的情況下，采用幾種方法推算設計洪水，并根據(jù)資料的長短與可靠程度，有側(cè)重地對計算成果綜合分析，合理確定具體工程的設計洪水數(shù)據(jù)，是提高成果精度的有效方法。

以實際年洪水作為設計洪水 世界各地大江大河較多地采用某一實際發(fā)生過的大洪水作為設計洪水。如1954年長江洪水是近百年長江中下游出現(xiàn)的一次最嚴重的全流域型大洪水。在《長江流域綜合規(guī)劃簡要報告》（1990年修訂）中，長江中下游平原區(qū)以1954年實際洪水作為主要防御對象。考慮上游水庫建設情況、中下游防洪情況和中下游防洪狀況，確定以1954年洪水實際最高洪水位為基礎，適當提高堤防設計水位。

指年內(nèi)不同季節(jié)或時期，如豐水期、平水期、枯水期、或其他指定時期的設計洪水。在水庫調(diào)度運用、施工期防洪設計或其他需要時，要求計算分期的設計洪水。分期的原則是：①要使各分期的洪水不僅在成因上，而且在數(shù)量級和洪水特性等方面有明顯差異。一般根據(jù)洪水成因，把全年劃分為暴雨洪水期、凌汛期和融雪洪水期等。在可能條件下，暴雨洪水期還可進一步劃分為梅雨期和臺風雨期等。②滿足工程設計的需要。例如，為選擇截流時間，合理安排施工計劃，常需求出枯水期、平水期和洪水期的設計洪水或分月設計洪水。分期一般不宜短于一個月。分期設計洪水的計算方法原則上與全年設計洪水的計算方法相同，但其計算成果一般誤差較大，要作認真的合理性分析。