設計洪水

設計洪水，為防洪等工程設計而擬定的、符合指定防洪設計標準的、當地可能出現的洪水。即防洪規劃和防洪工程預計設防的最大洪水。設計洪水的內容包括設計洪峰、不同時段的設計洪量、設計洪水過程線、設計洪水的地區組成和分期設計洪水等。可根據工程特點和設計要求計算其全部或部分內容。

基本介紹

• 中文名：設計洪水
• 外文名：design flood 

防洪設計標準

指防洪工程抗禦洪水能力的規定限度。防洪水工建築物設計時，選用過於大的洪水作為設計依據，雖然安全，但不經濟；若選擇的洪水偏小，投資雖然減少，但不安全或達不到預期的防洪要求。因此，需權衡安全和經濟兩個方面，為工程的防洪能力規定一個恰當的限度，即防洪設計標準。符合此標準的洪水即為設計洪水。防洪設計標準一般用洪水出現的機率或重現期表示。個別工程和有些地區的防洪規劃，也有以防禦某次大洪水作為防洪設計標準的。通常分為正常運用設計標準（簡稱設計標準）和非常運用設計標準（簡稱校核標準）兩種。當洪水超過正常運用設計標準時，工程的正常運用將遭到破壞；當洪水超過非常運用設計標準時，工程的安全將受到威脅。不同規模和不同重要性的工程分別採用不同的防洪設計標準。中華人民共和國於1978年頒布了《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》（山區、丘陵區部分）(SDJ12-78)（試行），表中所列的是永久性水工建築物正常運用的洪水標準。對於特別重要的工程，在上述檔案中規定以可能最大洪水作為校核標準。

設計洪峰、洪量和洪水過程線的計算

根據工程的性質和水文資料條件採用不同的計算方法。在一般情況下，採取多種途徑計算，綜合分析論證和合理選用成果。常用的計算方法有：

①直接法

即根據流量資料推求設計洪水。當工程所在地或其附近有較長的洪水流量觀測資料，而且有若干次歷史洪水資料時，逐年選取當年最大洪峰流量和不同時段（如 1天、3天和7天等）的最大洪量，分別組成最大洪峰流量和不同時段最大洪量系列，然後進行頻率分析，以確定相應於設計標準的設計洪峰和時段設計洪量。最後，選擇典型洪水過程線，按求出的設計洪峰和各時段設計洪量，對典型洪水過程線進行同頻率或同倍比放大，作為設計洪水過程線。

②間接法

即根據雨量資料推求設計洪水。當工程所在地及其附近洪水流量資料系列過短，不足以直接用洪水流量資料進行頻率分析，但流域內具有較長系列雨量資料時，可先求得設計暴雨,然後通過產流和匯流計算,推求設計洪峰、洪量和洪水過程線。該法假定，一定重現期的暴雨產生相同重現期的洪水。

③地區綜合法

如果工程所在地的洪水流量和雨量資料均短缺，可在自然地理條件相似的地區，對有資料流域的洪水流量、雨量和歷史洪水資料進行分析和綜合，繪製成各種重現期的洪峰流量、雨量、產流參數和匯流參數等值線圖，或將這些參數與流域自然地理特徵(流域面積和河道比降等)建立經驗關係，然後藉助這些圖表和經驗關係推算設計地點的設計洪水。

設計洪水的地區組成

簡介

指當河流設計斷面發生設計頻率的洪水時，其上游各控制斷面和區間相應的洪峰、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係。在制定流域開發方案、分析單一水庫的防洪作用和研究梯級水庫或水庫群的聯合調洪作用時，需分析設計洪水的地區組成。為了分析和比較設計洪水不同地區組成的防洪效果，常需擬定若干種地區組成方案，經調洪演算和綜合分析，從中選取能滿足工程設計要求的，作為設計的依據。

計算方法

設計洪水的地區組成的計算方法有：

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間同一時段的典型洪水進行放大，求得各斷面及區間相應的洪量或洪水過程線。

②同頻率地區組成法。指根據防洪要求，選定某一時段一個分區的洪量與設計斷面的洪量為同頻率，其餘各分區的相應洪量和某一次洪水的地區組成作為典型，進行分配，並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的相應洪水過程線。

根據流量資料計算 依據實測或調查洪水流量資料，分析洪水的某些特徵值的出現頻率，推求設計洪水的頻率分析方法，已被許多國家廣泛採用。中國現行設計洪水計算規範規定，當設計斷面或其上下游有20年以上實測洪水資料，並有歷史洪水調查和考證資料時，可根據流量資料分析計算設計洪水。其主要步驟如下：

（1）資料的蒐集整理及插補延長。流量資料的插補延長多採用與長系列站的資料建立相關的方法。此外，還要重點覆核大洪水資料的可靠性。

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

（3）系列代表性分析。一般通過與鄰近地區長系列站資料的對比分析，以及根據實測及調查考證的歷史洪水資料，分析洪水豐枯年變化情況、大洪水出現的周期、不同年段大洪水出現的頻次以及分段計算的統計參數的變化情況等，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河流的頻率分析成果相比較，以分析判斷統計參數和設計值是否符合地區變化規律；③與通過暴雨推求的設計成果和比較。

（6）根據設計要求，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組成等。

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

此外，對於短缺暴雨洪水資料的小流域，可採用推理公式（參見小流域設計洪水）、經驗公式或單位線等推求設計洪水。

經驗表明，在有條件的情況下，採用幾種方法推算設計洪水，並根據資料的長短與可靠程度，有側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據，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採用某一實際發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的一次最嚴重的全流域型大洪水。在《長江流域綜合規劃簡要報告》（1990年修訂）中，長江中下游平原區以1954年實際洪水作為主要防禦對象。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。

分期設計洪水

指年內不同季節或時期，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，而且在數量級和洪水特性等方面有明顯差異。一般根據洪水成因，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颱風雨期等。②滿足工程設計的需要。例如，為選擇截流時間，合理安排施工計畫，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。分期一般不宜短於一個月。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。

意義

設計洪水包括水工建築物正常運用條件下的設計洪水和非常運用條件下的校核洪水，是保證工程安全的最重要的設計依據之一。

防洪設計中的防洪標準，是根據工程規模、失事後果、防護對象的重要性以及社會、經濟等綜合因素，由國家制定統一規範確定的。目前，許多國家通過工程措施投資和防洪效益進行綜合經濟比較，並結合風險分析來選定防洪標準。中國1995年1月頒布實施的國家標準GB 50201-94《防洪標準》對國民經濟各部門不同防護對象的防洪標準作了詳細規定。防護對象的防洪標準以防禦洪水或潮水的重現期表示。

設計洪水是估計水工建築物抗禦洪水能力和各種工程與非工程措施防洪效益的首要依據，是按照國家規定的防洪標準和通過分析計算當地水文氣象資料確定的。設計洪水計算的內容包括：年最大洪水的特徵值、設計洪水過程線、施工設計洪水、入庫洪水以及設計洪水地區組成等。根據設計要求，可計算其中的一部或全部。設計洪水的分析計算方法，按資料條件的不同，主要分為根據流量資料計算和根據雨量資料計算兩類。有些河流的設計洪水是以某年實際發生過的大洪水為基礎確定的。