洪水計算問題及解決策略

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水利工程在河流上施工，當截流以后，河水將通過明渠或隧洞等導流設備向下游渲泄，而對于導流設施應通過多大流量，才能達到即經濟又安全的目的，這又是一個設計洪水標準的問題。因此，施工階段設計洪水計算之前，首先就應擬定施工設計洪水標準。施工設計洪水標準與其它設計洪水標準一樣，仍然是建立在數理統計的基礎上，根據工程具體情況，如河流水文特性、導流方式、施工工期的長短、工程規模及重要性等條件選定某種頻率的洪水作為設計標準。對于施工設計洪水標準的選定應慎重分析考慮，如果導流失事后果嚴重，不僅損壞工程本身，還可能危及下游交通、城鎮安全，則設計標準應提高；反之，當地質和水文條件較好，能夠保證在預定施工期問不致發生事故時，則可降低設計標準。另外對于施工期所修筑導流用的圍堰、渠道、隧洞等臨時性建筑物，在一般情況下，施工結束時，這些臨時工程應予以拆除，但也有一些情況例外，如埋設在壩體底下的涵洞，施工時作為導流之用，壩體完工后仍作為泄流底孔之用，此時應提高施工洪水標準。此外施工期間還應考慮可能遭遇超標準洪水時的情況。應該說明的是，施工設計洪水標準不是一成不變的，它是隨工程進展和需要而不斷變化的。施工設計洪水標準的選擇應遵循在保證水利水電工程建筑物在洪水來臨之前能夠搶建至安全高程的前提下，所選用的施工流量盡量小，導流工程規模盡量降至最低為原則的。對于施工階段的設計洪水的計算，其方法與水利樞紐設計洪水的計算方法基本相同，區別主要是設計洪水計算時段與標準不同。因此，在計算前應盡可能收集當地及鄰近地區的氣象、水文資料，分析研究河流洪水的季節變化規模，對缺乏水文資料的施工河段地區，應重視調查和訪問，也可采用地區綜合成果或小面積設計洪水計算方法來計算。施工階段設計洪水計算內容同樣包括設計洪峰、洪量和設計洪水過程線，而對于某些小型工程主要是設計洪峰流量的計算。本文將施工設計洪水計算中常遇到的有關具體問題敘述如下。

1用流量資料推求施工設計洪水

這是一種很自然的途經。當施工河流所在流域有較長系列的實測流量資料時，可通過洪水調查增加一些施工洪水信息，并對施工洪水進行適當的處理，這樣可以得到穩定合理的成果。對于用流量資料推求施工設計洪水過程中主要應注意以下3個問題：施工設計洪水分期、分期洪水的取樣方法和分期洪水頻率曲線比較?，F分述如下：

1．1施工設計洪水分期

就是指設計洪水計算時在那個時期選擇洪水樣本。中小型水利工程施工導流設計，需要計算施工期洪峰流量，施工導流期大多數選擇在枯水期的數個月內進行。因此，施工期洪峰流量主要取決于分期洪水的計算。這里分3種情況：

1．1．1全年的設計洪水水利工程施工過程中選擇施工時段尤為重要，為了降低工程造價，一般盡量選擇在枯水季節完成水下施工任務，因為枯水季節流量小，導流工程比較容易控制。對于中小型水利工程施工多利用枯水期完成，但也有的中小型水利工程施工期在1a以上的，一個枯水季節無法完成，此時施工圍堰工程必須考慮能抗御主汛期的洪水。因此，圍堰設計必須以全年最大流量作為樣本進行施工設計洪水計算。

1．1．2分季的設計洪水分季的長短應根據河流水文特性和施工要求來決定。一般按枯水期、中水期和洪水期的不同來分季。對于施工時段的選擇，常用的方法是先由施工單位提出幾個施工時段的起迄時間，分別進行頻率計算，將求得的各個時段的洪峰頻率計算成果進行分析比較，選擇其中較為合理的時段。

1．1．3分月的設計洪水實際工作中，為了安排施工進度需要，還應給出分月施工設計洪水。例如3月份的設計洪水可用以估算3月份工地所在河段上可能出現的最高水位(或最低水位)，對施工場地布置有一定的指導作用。又如圍堰修筑的進度，需用分月設計洪水作安排，一般的要求是本月底圍堰達到的高程，要求能防御下月份的設計洪水。

1．2分期洪水的選樣方法

1．2．1固定時段取樣法即分期洪水計算在各年的固定時段內取樣。如3月份施工設計洪水計算，可在每年3月份固定時段內選擇最大流量，組成系列，進行頻率計算。

1．2．2提前錯后取樣法即在規定的時段內可以提前或推后若干天挑最大流量進行頻率計算，該法認為硬性按固定分期取樣破壞了水文規律。由于氣候因素的隨機性，在時段前后若干時間內的水文現象都可能發生在本時段內，所以應擴大時段的取樣時間，擴大的時間應視氣候變化規律與水文特性而定，如兩端各擴大5、10、15d等。但這種擴大時段取樣的結果必然使統計均值加大，變差系數CV值減小。因此，分期洪水計算時，最好采用固定時段取樣法。而固定時段取樣的計算結果可以提前錯后應用。

1．3分期洪水頻率曲線的分析比較

根據施工期的要求，確定分期洪水的時段后，便可從實測資料中選取每年相同時期內的最大流量，計算繪制頻率曲線，推求分期設計洪水成果。分期洪水的頻率曲線應進行合理性檢查，以便發現較大的誤差及時改正。由于分期洪水的變差系數CV值比全期洪水大，因而利用一定分布特性的線型進行頻率曲線外延時，在外延部份有時出現相交現象，以致在交點以外的分期洪水大于全期洪水，這顯然不是合理的。產生這種相交現象的主要原因是由于目前采用的頻率曲線線型尚難完全符合水文現象規律所致。按相包取樣原則來講，分期洪水不應大于全期洪水，極限情況只能趨于相等。因此，同一設計頻率的分期洪水不應超過全年設計洪水。

2用暴量資料推求施工設計洪水

當設計流域缺乏流量資料時，或者流域情況發生較大變化，破壞了流量系列的一致性，不能利用流量資料推求施工設計洪水，一般采用由雨量資料推求施工設計洪水。由暴雨資料推求施工設計洪水是基于暴雨和洪水同頻率的基本假定。即認為某一頻率的施工洪水是由相同頻率的暴雨所形成。資料分析表明這對較大流域常與實際情況不符，主要是由于暴雨時、空分布和移動路線影響，暴雨與施工洪水頻率對應關系較差，所以此種方法對于lO00km以下的中、小流域比較合適。而對于中小型水利工程缺乏流量資料，可在施工地點或選擇系列較長又能滿足分析要求的實測雨量資料，分析施工設計洪水。成果選用應遵循統計參數及設計值與施工期相適應的原則。其詳細的計算方法參閱《工程水文學》，這里不詳細敘述。