A. 何谓防洪设计标准和设计洪水推求设计洪水有哪些途径和方法
防洪设计标准指防洪工程抗御洪水能力的规定限度。防洪水工建筑物设计时，选用过于大的洪水作为设计依据，虽然安全，但不经济；若选择的洪水偏小，投资虽然减少，但不安全或达不到预期的防洪要求。因此，需权衡安全和经济两个方面，为工程的防洪能力规定一个恰当的限度，即防洪设计标准。符合此标准的洪水即为设计洪水。防洪设计标准一般用洪水出现的概率或重现期表示。个别工程和有些地区的防洪规划，也有以防御某次大洪水作为防洪设计标准的。通常分为正常运用设计标准（简称设计标准）和非常运用设计标准（简称校核标准）两种。当洪水超过正常运用设计标准时，工程的正常运用将遭到破坏；当洪水超过非常运用设计标准时，工程的安全将受到威胁。不同规模和不同重要性的工程分别采用不同的防洪设计标准。中华人民共和国于1978年颁布了《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》（山区、丘陵区部分）(SDJ12-78)（试行），表中所列的是永久性水工建筑物正常运用的洪水标准。对于特别重要的工程，在上述文件中规定以可能最大洪水作为校核标准。
设计洪水，为防洪等工程设计而拟定的、符合指定防洪设计标准的、当地可能出现的洪水。即防洪规划和防洪工程预计设防的最大洪水。设计洪水的内容包括设计洪峰、不同时段的设计洪量、设计洪水过程线、设计洪水的地区组成和分期设计洪水等。可根据工程特点和设计要求计算其全部或部分内容。
设计洪峰、洪量和洪水过程线的计算
根据工程的性质和水文资料条件采用不同的计算方法。在一般情况下，采取多种途径计算，综合分析论证和合理选用成果。常用的计算方法有：
①直接法
即根据流量资料推求设计洪水。当工程所在地或其附近有较长的洪水流量观测资料，而且有若干次历史洪水资料时，逐年选取当年最大洪峰流量和不同时段（如 1天、3天和7天等）的最大洪量，分别组成最大洪峰流量和不同时段最大洪量系列，然后进行频率分析，以确定相应于设计标准的设计洪峰和时段设计洪量。最后，选择典型洪水过程线，按求出的设计洪峰和各时段设计洪量，对典型洪水过程线进行同频率或同倍比放大，作为设计洪水过程线。
②间接法
即根据雨量资料推求设计洪水。当工程所在地及其附近洪水流量资料系列过短，不足以直接用洪水流量资料进行频率分析，但流域内具有较长系列雨量资料时，可先求得设计暴雨,然后通过产流和汇流计算,推求设计洪峰、洪量和洪水过程线。该法假定，一定重现期的暴雨产生相同重现期的洪水。
③地区综合法
如果工程所在地的洪水流量和雨量资料均短缺，可在自然地理条件相似的地区，对有资料流域的洪水流量、雨量和历史洪水资料进行分析和综合，绘制成各种重现期的洪峰流量、雨量、产流参数和汇流参数等值线图，或将这些参数与流域自然地理特征(流域面积和河道比降等)建立经验关系，然后借助这些图表和经验关系推算设计地点的设计洪水。
指当河流设计断面发生设计频率的洪水时，其上游各控制断面和区间相应的洪峰、洪量和洪水过程线，它表示下游断面的设计洪水和上游各个控制断面设计洪水之间的关系。在制定流域开发方案、分析单一水库的防洪作用和研究梯级水库或水库群的联合调洪作用时，需分析设计洪水的地区组成。为了分析和比较设计洪水不同地区组成的防洪效果，常需拟定若干种地区组成方案，经调洪演算和综合分析，从中选取能满足工程设计要求的，作为设计的依据。
计算方法
设计洪水的地区组成的计算方法有：
①典型年法。即从实测资料中选出若干次在地区组成上具有一定代表性的（如洪水主要来自上游,或主要来自区间,或在全流域均匀分布）、对防洪不利的大洪水作为典型洪水，以设计断面某一时段设计洪量为控制，按同一倍比对各断面及区间同一时段的典型洪水进行放大，求得各断面及区间相应的洪量或洪水过程线。
②同频率地区组成法。指根据防洪要求，选定某一时段一个分区的洪量与设计断面的洪量为同频率，其余各分区的相应洪量和某一次洪水的地区组成作为典型，进行分配，并以同频率洪量和分配的时段洪量作为控制，放大典型过程线作为设计洪水和各地区的相应洪水过程线。
根据流量资料计算 依据实测或调查洪水流量资料，分析洪水的某些特征值的出现频率，推求设计洪水的频率分析方法，已被许多国家广泛采用。中国现行设计洪水计算规范规定，当设计断面或其上下游有20年以上实测洪水资料，并有历史洪水调查和考证资料时，可根据流量资料分析计算设计洪水。其主要步骤如下：
（1）资料的搜集整理及插补延长。流量资料的插补延长多采用与长系列站的资料建立相关的方法。此外，还要重点复核大洪水资料的可靠性。
（2）历史洪水调查及考证。包括野外洪痕、洪水发生年代、时间的调查，以及洪峰、洪量的推算；进行历史文献记载的考证，借以确定历史洪水的排位顺序，估计其重现期。
（3）系列代表性分析。一般通过与邻近地区长系列站资料的对比分析，以及根据实测及调查考证的历史洪水资料，分析洪水丰枯年变化情况、大洪水出现的周期、不同年段大洪水出现的频次以及分段计算的统计参数的变化情况等，以判别系列代表性的好坏。
（4）进行洪水频率计算。
（5）成果的合理性检查。常用的检查方法：①本站洪峰流量及不同时段洪量的频率分析成果相互比较；②与上下游及邻近地区河流的频率分析成果相比较，以分析判断统计参数和设计值是否符合地区变化规律；③与通过暴雨推求的设计成果和比较。
（6）根据设计要求，推求设计洪水过程线、分期设计洪水或施工设计洪水、拟定设计洪水的地区组成等。
根据雨量资料计算 暴雨是形成洪水的主要因素，许多流域暴雨观测年限大于流量观测年限。中国现行设计洪水计算规范规定，当设计断面所在流域及邻近地区的雨量站有20年以上实测暴雨资料，并且有实测或调查大暴雨和多次可供产流汇流分析用的暴雨洪水对应观测资料时，可根据暴雨资料，采用频率分析方法，计算流域设计暴雨，通过流域产流汇流计算（参见暴雨径流关系、单位线），推求相应频率的设计洪水。
此外，对于短缺暴雨洪水资料的小流域，可采用推理公式（参见小流域设计洪水）、经验公式或单位线等推求设计洪水。
经验表明，在有条件的情况下，采用几种方法推算设计洪水，并根据资料的长短与可靠程度，有侧重地对计算成果综合分析，合理确定具体工程的设计洪水数据，是提高成果精度的有效方法。
以实际年洪水作为设计洪水 世界各地大江大河较多地采用某一实际发生过的大洪水作为设计洪水。如1954年长江洪水是近百年长江中下游出现的一次最严重的全流域型大洪水。在《长江流域综合规划简要报告》（1990年修订）中，长江中下游平原区以1954年实际洪水作为主要防御对象。考虑上游水库建设情况、中下游防洪情况和中下游防洪状况，确定以1954年洪水实际最高洪水位为基础，适当提高堤防设计水位。
分期设计洪水
指年内不同季节或时期，如丰水期、平水期、枯水期、或其他指定时期的设计洪水。在水库调度运用、施工期防洪设计或其他需要时，要求计算分期的设计洪水。分期的原则是：①要使各分期的洪水不仅在成因上，而且在数量级和洪水特性等方面有明显差异。一般根据洪水成因，把全年划分为暴雨洪水期、凌汛期和融雪洪水期等。在可能条件下，暴雨洪水期还可进一步划分为梅雨期和台风雨期等。②满足工程设计的需要。例如，为选择截流时间，合理安排施工计划，常需求出枯水期、平水期和洪水期的设计洪水或分月设计洪水。分期一般不宜短于一个月。分期设计洪水的计算方法原则上与全年设计洪水的计算方法相同，但其计算成果一般误差较大，要作认真的合理性分析。
B. 水利水文计算探讨
水利工程建设目的在于通过各种施工调节、改变区域水量分布状况和地区水利条件，使之符合工业、农业及其他各部门的需要。水利工程从修建到运用，一般要经过规划设计、施工、管理三个阶段，每一个阶段都需要进行水文水利计算工作。水文工作中的水利计算、水文预报及水资源评价都为工程在各阶段提供了所需数据，而水文水利计算就是这些数据的基础，通过分析，定出工程规模和建筑尺寸，编制水量调度方案，并对工程的经济性和安全性连个方面进行权衡并制定对策，力求在复杂的问题中得到规划设计和调度运行的最优方案。本次设计就是从这一方面出发，通过对兴利调节、防洪调节和水能计算等各种任务的运算，求得死库容、兴利库容、防洪库容和保证出力等，使得到的成果能运用到生产当指闭雀中。
1流域概况
某水库位于黄河某支流的中游，控制面积为5370km2。坝址以上流域大部分属于石山区和山路丘陵地，川地甚少。坝址以下大部分属黄土丘陵地区，河道开阔，滩地多。
该地区气候多变，完全受季风支配，每年六月以后夏季季风开始活跃，南方暖湿空气不断北迁，形成多雨气候。多年平均年降雨量一般为600～800mm，主要集中于七、十月，其降雨量占全年降水量的60%以上，大洪水主要集中在七、八月。由于降水量在年内分配极不均匀，容易造成春秋两季干旱。
该区工农业发展缓慢，工业在公民经济中比重较小，农业一种职业为主，约占农业总产值的59.6%。
为提高该地区工业和农业生产，解决经济发展中的需水问题，急需修建此水库。
2水库兴利调节计算
天然情况下的河川径流，有着年内和年际的变化，且地区间的分布也不平衡，因此无法满足国民经济各用唯早水部门对水资源利用的要求。为解决这种供与需的矛盾，人们通过修建各种水利工程（如水库、引水渠、分洪蓄洪工程等）对河床径流进行控制，并按各用水部门的要求对其进行时间和空间上的重新分配，已解决来水与用水在时间上不相适应的矛盾，这就是所谓的径流调节。
为兴利目的进行的径流调节称为兴利调节；为防洪进行的调节称为防洪调节或洪水态并调节。水库来水、用水和蓄水都是经常变化的，水库由库空（死水位）到库满（正常蓄水位）再到库空，循环一次所经历的时间，称为调节周期。按调节周期的长短来分，兴利调节可划分为日调节、周调节、年调节和多年调节等类型。以灌溉为主的水库常为年调节或多年调节。
3设计年径流的分析与计算
在一个年度内通过河流某一过水断面的水量，称为这个断面以上流域的年径流量，简称年径流。年径流可以用年平均流量Q（通常以sm/3计）、年径流总量W（通常以万3m计）。根据水量的大小，大致可分为三种年型：年水量接近多年平均年径流量的年份称为平水年，年水量较多的年份称为丰水年，年水量较少的年份称为枯水年。
年径流分析计算的目的就是为满足国民经济各用水部门的需水要求，提供在设计条下的年径流资料。就是推求在各种径流资料情况下的设计年径流量及其年内分配过程，用来预估未来工程进行期间的径流情势，并以此作为水库兴利调节计算的基本资料。
对于有充分实测径流资料的情况，经过审查、分析、还原修正等一系列工作符合要求，即可运用频率计算方法来分析年径流量的年际变化规律。
3.1.1统计参数的意义及其对频率曲线的影响
从对国内外大量的年径流系列分析的实践表明，皮尔逊Ⅲ型（P-Ⅲ型）分布能和经验频率分布较好的配合，故我国目前大多数采用P-Ⅲ型曲线的分布来分析研究年径流两大额年际变化规律，众所周知，P-Ⅲ型分布的三个参数通常可用矩法公式计算，其公式如下：
均值x、变差系数Cv和偏态系数Cs是P-Ⅲ型频率曲线方程式中的三个参数，参数值的变化，必然会影响频率曲线的形状和位置。因此，有必要对这三个参数的意义及其对频率曲线的影响加以说明。
（1）年径流流量的均值x一般称为正常径流量，它反映了设计断面所在流域蕴藏的水资源的多少。均值的大小影响到频率曲线位置的高低。Cv、Cs不变时，均值越大，则频率曲线越陡、越高；反之，均值越小，频率曲线越平、越低。
（2）年径流量变差系数Cv反映年径流量的年际变动程度或相对离散程度。相对离散程度大，则Cv大。当x、Cs不变时，Cv值越大，则频率曲线的变化幅度越大，及频率曲线越陡；反之频率曲线越平。
（3）偏态系数Cs反映系列中各种大小数值偏离均值的分布情况。具体来说，其表示这些数值在均值两边的分布是否对称。当系列对于均值对称时，Cs=0，此时随机变量大于均值与小于均值的出现机会相等，亦即均值所对应的频率为50%。当系列对于均值不对称时，0Cs，若正离差的立方占优势时，0Cs，称为正偏；反之则成为负偏。正偏情况下，随机变量大于均值比小于均值的出现机会小，亦即均值所对应的频率小于50%；副负偏情况下恰好相反。在水文系列中，通常是丰水年出现的机会较枯水年出现的机会多，所以多属于正偏系列。当x和vC不变时，在正偏情况下，Cs值越大，曲线上部变得越陡，中部下凹，下部变得越平缓。
4径流量年内分配的分析和计算
天然河流的径流在一年内的分配是很不均匀的。即便是在同一个河流断面，各年的径流年内分配亦不尽相同。同时，河川径流的年内分配特征在不同的地区之间有很大的差别。由于同一年径流值的不同分配形式对工程设计成果的影响不同，因此在求得设计年径流量或设计年时段径流量之后，还需要根据设计断面的径流分配特征和水利计算的要求，确定它的分配过程。
4.1设计洪水线的推求
设计洪水过程线是具有某一设计标准的洪水过程线。洪水过程是一种随机过程，目前，水文学中尚无完善的方法求得一定频率的过程线。但是却有推求设计洪水过程的思路：为适应工程要求，在实测洪水过程中寻找一次与设计的条件最为接近的洪水过程，称为典型洪水，通过一定的方法处理后，使它的一些特征值恰好符合设计标准，这条洪水过程线就成为设计洪水过程线
4.2 水库调洪计算的任务和基本原理
4.2.1水库防洪调节计算的任务
根据设计洪水计算成果，通过调洪计算，确定水库防洪库容、最高洪水位、坝高和泄洪建筑物尺寸。其计算过程大体归纳以下几点：
（1）基本资料的收集
资本资料收集包括：设计洪水资料、泄洪能力资料、库容曲线及有关淹没损失、淹没控制高程等社会经济资料。
（2）拟定比较方案
根据地形、工程地质、施工能力和施工设备等条件，拟定不同方案的泄洪建筑物型式、位置、尺寸及其可供选择的几种起调水位。
（3）防洪调节计算
根据下游防洪要求和泄洪建筑物特性的不同，水库调洪计算也有所区别：下游无防洪任务时，泄洪建筑物的尺寸和水库的调洪库容，主要由大坝等水工建筑物对防洪安全的要求确定。
下游有防洪任务时，水库的防洪库容和相应的泄洪建筑物尺寸，应在确保水库主要建筑物防洪安全的前提下，同时满足下游防洪要求。所谓下游防洪要求，就是在一定标准的洪水前提下，通过水库调洪和选定的闸门操作方式，控制其最大下泄量，使之不超过下游河道的安全泄量，以保证下游防护对象的安全。
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