洪水设计与防洪减灾

第一章洪水设计与防洪绪论1

第一节洪水概念及影响因素1

一、洪水的基本概念1

二、影响洪水的因素3

第二节防洪标准及标准选择5

一、防洪安全问题6

二、防洪标准的选择7

第三节洪水设计的理论基础8

一、洪水设计的理论基础8

二、洪水存在的基本规律9

三、洪水设计的基本性质9

第四节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

参考文献13

第二章流域产流与汇流计算14

第一节流域产流与汇流概述14

一、径流与流域的基本概念14

二、流域产流与汇流的基本概念14

第二节流域降雨径流要素计算15

一、流域降雨量15

二、径流量17

三、土壤含水量计算19

第三节蓄满产流的计算21

一、蓄满产流模式21

二、降雨径流相关图22

三、蓄满产流模型24

四、水源的具体划分25

第四节“超渗产流”的计算26

一、“超渗产流”模式27

二、下渗曲线法27

三、“初损后损法”28

第五节流域汇流的计算30

一、“等流时线法”30

二、时段单位线法31

三、瞬时单位线法37

四、线性水库法40

参考文献42

第三章洪水设计的统计学方法43

第一节水文统计的基本知识43

第二节随机变量的概率分布44

一、事件、概率和频率44

二、随机变量及其概率分布45

三、随机变量的统计参数48

四、随机变量的正态分布50

第三节洪水特征值的频率分布线型51

一、经验频率曲线51

二、理论频率曲线53

三、频率与重现期的关系56

第四节皮尔逊Ⅲ型分布的参数估计56

一、矩法56

二、三点法58

第五节抽样误差的基本知识58

第六节洪水设计的配线法60

一、目估配线法60

二、优化配线法61

三、分布参数对频率曲线的影响61

四、配线法实例62

五、其他常用方法65

六、相关分析的基本知识66

参考文献75

第四章用流量资料直接推求设计洪水76

第一节设计洪水的概述76

一、洪水设计的标准76

二、洪水设计的含义78

第二节洪水资料的分析处理78

一、洪水样本的选取79

二、历史洪水的调查和考证79

第三节洪水过程线与洪量计算81

一、洪水过程线分析81

二、洪水过程线的分割82

三、径流成分的划分83

四、洪量的计算84

第四节设计洪水特征值的推求85

一、洪水资料审查和分析85

二、特大洪水的处理86

三、理论频率曲线的选择88

四、频率曲线统计参数的确定89

五、统计参数确定实例89

第五节设计值合理性分析与安全修正91

一、设计值的合理性分析91

二、成果安全修正问题92

第六节设计洪水过程线的拟定93

一、典型洪水过程线的选择94

二、典型洪水过程线放大方法94

第七节设计洪水的地区组成97

一、设计洪水地区组成概念97

二、洪水地区组成特性分析98

三、设计洪水地区组成计算方法99

第八节汛期分期与施工设计洪水100

一、汛期分期与施工设计洪水的概念101

二、设计洪水的分期及选择101

第九节古代洪水在洪水设计中的作用102

一、现行频率计算方法存在的问题103

二、“古洪水”的研究103

参考文献108

第五章用暴雨资料间接推求设计洪水109

第一节降雨的基本知识109

一、降雨的形成与分类109

二、降雨特征表示法111

三、与降水有关的气象因素112

四、我国降水量时空分布及规律116

五、面雨量的计算117

第二节暴雨资料的整理118

一、暴雨特性分析118

二、暴雨资料的整理119

第三节设计面的暴雨量121

一、直接法推求设计面的暴雨量121

二、间接法推求设计面的暴雨量123

第四节设计暴雨时空分配的计算125

一、设计“面暴雨”的时程分配125

二、设计“面暴雨”的地区分布127

第五节“等流时线法”汇流计算127

一、“等流时线法”汇流的基本概念128

二、“等流时线法”汇流的计算方法129

第六节经验单位线法汇流计算130

一、经验单位线的概念130

二、经验单位线的推求131

三、经验单位线不同时段的转换134

四、经验单位线法存在问题及处理方法135

第七节瞬时单位线法汇流计算137

一、瞬时单位线的推求138

二、参数n、K的确定139

三、瞬时单位线转换为实用单位线141

第八节地下的净雨量汇流计算143

一、“概化三角形法”143

二、线性水库演算法144

第九节设计洪水计算中相关问题145

一、计算方法的外延145

二、计算方法的移用146

三、设计土壤含水量146

参考文献149

第六章小流域洪水设计的基本方法150

第一节小流域洪水设计的概述150

一、小流域洪水设计特点与要求150

二、小流域洪水设计的主要方法151

第二节暴雨公式与设计暴雨的推求151

一、暴雨公式的建立与应用152

二、无暴雨资料地区参数确定与设计雨量的计算154

三、设计暴雨时程分配154

四、设计净雨量的计算154

第三节推理公式法设计洪峰流量155

一、推理公式的基本形式155

二、我国水科院公式156

第四节洪峰流量设计的地区经验公式法162

一、单因素公式162

二、多因素公式163

第五节设计洪水过程线的推求164

一、“概化过程线法”164

二、综合经验单位线法164

三、瞬时综合单位线法166

参考文献167

第七章水库防洪的计算方法168

第一节水库防洪概述168

一、水库的调洪作用168

二、水库调洪方式170

三、水库调洪计算的任务171

第二节水库调洪计算171

一、水库泄流建筑物的泄流能力172

二、水库调洪计算原理172

三、水库调洪计算方法173

第三节水库防洪计算180

一、水库防洪计算的主要任务180

二、溢洪道无闸门控制水库的防洪计算180

三、溢洪道有闸门控制水库的防洪计算182

第四节泄洪水库防洪计算185

一、水库的非常泄洪设施185

二、非常泄洪设施的启用标准186

三、启用非常泄洪设施时的调洪计算186

四、方案比较和选择187

第五节入库洪水计算187

一、入库洪水计算概述188

二、入库洪水计算方法189

三、入库设计洪水计算193

参考文献193

第八章可能最大洪水的估算194

第一节可能最大洪水概述194

第二节大气中的可降水量195

一、大气中的可降水量W195

二、可降水量W计算方法196

第三节可能最大暴雨计算方法197

一、形成暴雨的物理条件和降水量公式197

二、PMP计算方法分类199

第四节当地暴雨放大法199

一、典型暴雨的选择200

二、典型暴雨可降水量的计算200

三、最大可降水量的计算201

四、计算水汽放大倍比201

五、估算效率放大倍比202

第五节暴雨移置法202

一、移置的条件202

二、移置的具体步骤203

三、移置改正204

第六节暴雨组合法205

一、暴雨组合法概念205

二、组合暴雨的方法206

三、组合暴雨的极大化206

四、暴雨时空放大207

第七节可能最大暴雨等值线图集的应用207

一、可能最大暴雨等值线图207

二、暴雨三要素的关系207

三、暴雨时程分配208

第八节可能最大洪水的推求209

一、净雨量过程的计算209

二、洪水过程线的计算209

参考文献210

第九章水利防洪工程211

第一节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

第二节水土保持防洪工程217

一、水土流失的基本概念218

二、我国水土流失的概况219

三、水土保持的主要措施221

四、水土保持的发展途径224

五、我国的“十二五”水土保持工作224

第三节河道堤防防洪工程226

一、我国的堤防及其类型226

二、堤防工程设计方法与步骤228

三、堤防的护坡工程234

四、堤防的管理养护235

第四节河道分洪防洪工程236

一、分洪工程的作用与组成236

二、分洪道工程设计238

三、蓄（滞）洪区239

四、分洪闸工程240

五、泄洪水闸工程245

第五节水库防洪工程246

一、水库防洪调度的主要方式247

二、不考虑预报的防洪调度方式247

三、考虑短期水文预报的防洪调度方式248

四、防洪补偿调节方式249

五、分期洪水防洪调度250

六、防洪系统的联合调度251

七、水库非常运用防洪调度中的问题251

八、拟定防洪调度方式时应考虑的问题252

第六节河道整治防洪工程253

一、河道整治任务、要求及原则254

二、平原河道的整治措施255

三、河道整治建筑物263

参考文献269

第十章我国防洪减灾体系270

第一节我国洪涝灾害及其特点270

一、洪水及其种类271

二、洪水灾害影响因素272

三、我国洪水灾害的特点273

第二节我国防洪减灾体系275

一、我国防洪减灾体系的历史275

二、我国防洪减灾体系建设与发展276

三、我国现代防洪减灾体系277

第三节防洪工程与非工程体系278

一、防洪工程体系279

二、防洪的非工程措施281

第四节我国防洪组织与管理体系294

一、行政首长防汛责任制为核心的防汛责任制体系295

二、各级防汛指挥部及其办事机构295

三、防汛抗洪指挥支持体系295

四、国外防洪组织体系296

第五节防洪应急响应体系296

第六节“3S”技术在防洪减灾中的作用297

一、空间信息技术297

二、防洪减灾的现代化302

三、空间信息技术在防洪减灾中的作用303

四、空间信息技术在防洪减灾中的应用趋势305

参考文献306

附录307

附录1频率格纸样式307

附录2皮尔逊Ⅲ型频率曲线的离均系数Φp值表308

附录3皮尔逊Ⅲ型频率曲线的模比系数Kp值表309

附录4三点适线法S与Cs关系表311

附录5三点适线法Cs与有关Ф值的关系表312

附录6瞬时单位线法S曲线查用表314

附录71000hPa地面到指定高度（高出地面米数）间饱和假绝热大气中的可降水量（mm）与1000hPa地面露点（℃）函数关系表320

附录81000hPa地面到指定压力（hPa）间饱和假绝热大气中的可降水量（mm）与1000hPa地面露点（℃）函数关系表322 2100433B

本书根据我国最新规范、标准和方法，比较系统地介绍了洪水设计与防洪基本知识、流域产流与汇流计算、洪水设计的统计学方法、 用流量资料直接推求设计洪水、用暴雨资料间接推求设计洪水、小流域洪水设计的基本方法、水库防洪的计算方法、可能最大洪水的估算、水利防洪工程、我国防洪减灾体系等内容，并有针对性地列举很多相关工程实例。

本书具有突出的针对性、通俗性、实用性和应用性，不仅可以供河道和水库管理工作者参考，也可作为水利工程相关专业的高等学校师生辅助教材，还可供防汛、桥涵、渡河工程及给排水等相关专业的工程技术人员参考。

本书系统地介绍了洪水设计与防治的基本概念、原理和方法，内容详实全面，体裁新颖，配有一定的计算实例，实用性强。主要内容包括：洪水设计的数理统计方法、用流量资料推求设计洪水、用暴雨资料推求设计洪水、小流域设计洪水及可能最大洪水的估算，防洪工程、水库防洪计算、防洪减灾工作体系、洪水预报及森林植被对暴雨洪水的影响。

本书可供从事水文、水利、防汛、河道整治、桥涵设计、排水等领域的工程技术人员和管理人员参考，也可作为高等院校相关专业的本科生及研究生教材。

设计洪水简介

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。

设计洪水计算方法

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。

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。