CN104182650A - 推求设计洪水过程线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供推求设计洪水过程线的方法，所述方法包括：确定第一频率为标准频率；在所述标准频率下，获得设计洪水过程线；在保证所述设计洪水过程线中的设计洪峰和设计洪量不变的前提下，通过对所述设计洪水过程线上的锯齿状区域进行修匀，获得光滑的标准设计洪水过程线；根据所述标准设计洪水过程线，获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量；将所述标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将所述各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，推求与所述标准频率不同的至少一个第二频率的设计洪水过程线。

Description

推求设计洪水过程线的方法

技术领域

本发明涉及工程水文领域，尤其是涉及推求设计洪水过程线的方法。

背景技术

在工程水文学中，依据基本水文气象及流域特性资料，能够分析当地的水文规律，根据工程的特性和规划设计要求，能够预测和预估未来工程使用期限的水文情势，并提供用于确定工程规模的设计洪水或设计径流。

一次洪水过程包含有若干特征，如洪峰和洪量，在一般情况下它们出现的频率是互不相等的，而且，过程本身并没有频率的概念，所以任何一场现实洪水过程的重现期或频率都是无法定义的。所谓设计洪水，实质上是指具有规定功能的一场特定洪水，其具备的功能是：以频率等于设计标准为原则，求得该频率的设计洪水，而以此为据规划出的工程，其防洪安全事故的风险率应恰好等于指定的设计标准。例如，某一水库工程的设计标准是重现期为千年，频率为0.1％，具体就是指其采用重现期为千年或频率为0.1％的设计洪水作为调洪演算，最终推求水库设计洪水位，在未来水库长期运行中，每年最高库水位超过该设计洪水位的概率为千分之一。

设计洪水过程线是指具有某一设计标准的洪水过程线。但是，洪水过程线的形状千变万化，且洪水每年发生的时间也不相同，是一种随机过程，目前尚无完善的方法直接从洪水过程线的统计规律求出一定标准的过程线。尽管有人提出以建立的洪水随机模型模拟出大量洪水过程线作为工程未来运营期内可能遭遇到的各种洪水情势的预估，以代替设计洪水过程线，但目前尚未达到可以方便使用的地步。为了适应工程设计要求，目前仍采用放大典型洪水过程线的方法，使设计洪水过程线的洪峰流量和时段洪水总量的数值等于设计值，其出现的频率等于设计标准，即认为所得的过程线是待求的设计洪水过程线。

推求设计洪水过程线的方法主要有同倍比放大法和同频率放大法。其中，同频率放大法使用比较广泛。

在采用同频率放大典型洪水过程线时，洪峰和不同历时的洪量分别采用不同倍比,并使放大后的洪水过程线的洪峰及不同历时的洪量分别等于设计洪峰和设计洪量。也就是说，经放大后的洪水过程线，其洪峰流量和不同历时洪水总量的频率都符合同一设计标准，因此，称为“峰、量同频率放大”，简称“同频率放大”。

在现有技术中，采用同频率放大法计算多频率的设计洪水过程线，通常需要计算各个频率的倍比，然后分别按照倍比进行放大，形成各个频率的洪水过程线，再分别进行各个洪水过程线的修匀，因此，需要耗费大量的时间，效率较低。

发明内容

本发明为解决现有技术中由于获得多个频率的洪水过程线时，需要对每个频率的洪水过程线分别进行修匀，存在的花费时间多，效率低的技术问题，提供一种推求设计洪水过程线的方法。

本发明的推求设计洪水过程线的方法，所述方法包括：

确定第一频率为标准频率；

在所述标准频率下，获得设计洪水过程线；

在保证所述设计洪水过程线中的设计洪峰和设计洪量不变的前提下，通过对所述设计洪水过程线上的锯齿状区域进行修匀，获得光滑的标准设计洪水过程线；

根据所述标准设计洪水过程线，获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量；

将所述标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将所述各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，推求与所述标准频率不同的至少一个第二频率的设计洪水过程线。

进一步的，获得标准频率下的设计洪水过程线，具体为：

在所述标准频率下，根据设计洪峰和预设典型洪水的洪峰，获得洪峰放大倍比，以及，根据至少一个历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，分别获得各历时时间段的洪量放大倍比；

根据所述洪峰放大倍比和所述洪量放大倍比，获得设计洪水过程线。

进一步的，当存在至少两个历时时间段时，历时时间较小的历时时间段包含在历时时间较大的历时时间段内。

进一步的，当存在包含第一历时时间段和第二历时时间段的两个历时时间段，且第一历时时间段包含在第二历时时间段内时，获得所述历时时间段的洪量放大倍比，具体为：

根据第一历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，获得第一历时时间段的洪量放大倍比；

根据第二历时时间段与第一历时时间段的设计洪量差，和第二历时时间段与第一历时时间段的预设典型洪水的洪量差，获得第二历时时间段的洪量放大倍比。

本发明的有益效果是：本申请通过在确定第一频率为标准频率后，获得并修匀标准频率下的设计洪水过程线，进而，获得标准设计洪水过程线，再以标准设计洪水过程线为模型，推求其他频率的设计洪水过程线，能够保证推求得到的其他频率的设计洪水过程线光滑，从而不再需要修匀，降低了花费的时间，提高了效率。

说明书附图

图1是本发明的推求设计洪水过程线的方法的工作流程图；

图2是本发明的推求设计洪水过程线的方法的步骤102的工作流程图；

图3是本发明的一种实施例下的设计洪水过程线的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的技术方案进行详细描述。

本申请的推求设计洪水过程线的方法，所述方法包括：确定第一频率为标准频率；在所述标准频率下，获得设计洪水过程线；在保证所述设计洪水过程线中的设计洪峰和设计洪量不变的前提下，通过对所述设计洪水过程线上的锯齿状区域进行修匀，获得光滑的标准设计洪水过程线；根据所述标准设计洪水过程线，获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量；将所述标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将所述各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，推求与所述标准频率不同的至少一个第二频率的设计洪水过程线。

通过在确定第一频率为标准频率后，获得并修匀标准频率下的设计洪水过程线，进而，获得标准设计洪水过程线，再以标准设计洪水过程线为模型，推求其他频率的设计洪水过程线，能够保证推求得到的其他频率的设计洪水过程线光滑，从而不再需要修匀，降低了花费的时间，提高了效率。

在本申请中，推求设计洪水过程线的方法，如图1所示，包括：

步骤101：确定第一频率为标准频率。

其中，第一频率可以为0.05％，也可以为2％，本领域普通技术人员可以根据实际需要选择任一频率作为第一频率，本申请不做限定。当选择第一频率为2％后，将2％确定为标准频率。

在完成步骤101之后，执行步骤102：在所述标准频率下，获得设计洪水过程线。

进一步的，如图2所示，步骤102包括：

步骤201：在所述标准频率下，根据设计洪峰和预设典型洪水的洪峰，获得洪峰放大倍比，以及，根据至少一个历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，分别获得各历时时间段的洪量放大倍比。

步骤202：根据所述洪峰放大倍比和所述洪量放大倍比，获得设计洪水过程线。

在具体实施过程中，本领域普通技术人员可以根据实际需要对预设典型洪水进行任意选择，例如，选取地理位置上临近的某水文站的编号为930721的1993年7月的一场洪水，将其作为预设典型洪水，从能能够获得该预设典型洪水的洪峰和各历时时间段的洪量。根据标准频率下的设计洪峰和预设典型洪水的洪峰，获得标准频率的洪峰放大倍比，具体如下式：

$k_Q=\frac{Q_{\mathrm{mp}}}{Q_{\mathrm{md}}}$

其中，k_Q为标准频率下的洪峰放大倍比，Q_mp为标准频率下的设计洪峰，Q_md为预设典型洪水的洪峰。

同时，根据标准频率下至少一个历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，分别获得标准频率下的各历时时间段的洪量放大倍比。

具体的，当存在一个历时时间段，且历时时间段为1天时，历时时间段的洪量放大倍比，即最大1天的洪量放大倍比，具体如下式：

$k_1=\frac{W_{1P}}{W_{1d}}$

其中，k₁为最大1天的洪量放大倍比，W_1p为最大1天设计洪量，W_1d为典型洪水的最大1天洪量。

进一步的，当存在至少两个历时时间段时，历时时间较小的历时时间段包含在历时时间较大的历时时间段内。例如，当存在两个历时时间段，其中包括第一历时时间段为1天，第二历时时间段为3天时，第一历时时间段包含在第二历时时间段内，即所述3天中包含所述1天，即最大3天包含了最大1天。

进一步的，当存在包含第一历时时间段和第二历时时间段的两个历时时间段，且第一历时时间段包含在第二历时时间段内时，步骤102中获得历时时间段的洪量放大倍比，具体为：

根据第一历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，获得第一历时时间段的洪量放大倍比；

根据第二历时时间段与第一历时时间段的设计洪量差，和第二历时时间段与第一历时时间段的预设典型洪水的洪量差，获得第二历时时间段的洪量放大倍比。

例如，第二历时时间段的洪量放大倍比，具体如下式：

$k_{3-1}=\frac{W_{3P}-W_{1P}}{W_{3d}-W_{1d}}$

其中，无论是设计洪量还是预设典型洪水的洪量，最大3天包括了最大1天，因此，获得第二历时时间段的洪量放大倍比，实际上就是获得3天中除最大1天的其余两天的洪量放大倍比，k_3-1为第二历时时间段的洪量放大倍比，W_3p为最大3天设计洪量，W_3d为预设典型洪水的最大3天洪量。

同理，依此类推，当存在第三历时时间段，且第三历时时间段依次包含第二历时时间段和第一历时时间段时，如第三历时时间段为7天时，第三历时时间段的洪量放大倍比，具体如下式：

$k_{7-3}=\frac{W_{7p}-W_{3p}}{W_{7d}-W_{3d}}$

其中，k_7-3为第三历时时间段的洪量放大倍比，W_7p为最大7天设计洪量，W_7d为预设典型洪水的最大7天洪量。

需要说明的是，对于各历时时间段的选择，通常，第一历时时间段为1天，第二历时时间段为3天，第三历时时间段为7天，第四历时时间段为15天，对于各历时时间段之间所间隔的时间，如，第二历时时间段为3天，第一历时时间段为1天，则间隔的时间为2天，所述间隔的时间越小，获得的洪水过程线则越精确，但，实际中，对间隔的时间不做限定。

在完成步骤102之后，执行步骤103：在保证所述设计洪水过程线中的设计洪峰和设计洪量不变的前提下，通过对所述设计洪水过程线上的锯齿状区域进行修匀，获得光滑的标准设计洪水过程线。

在具体实施过程中，由于各放大倍比不同，因此，在通过放大倍比放大后获得的设计洪水过程线上存在锯齿状区域，该锯齿状区域位于不同放大倍比的衔接处，通过对锯齿状区域进行修正，能够获得光滑的标准设计洪水过程线，具体的，修正时，在保持设计洪峰和各历时时间段设计洪量不变的前提下，对衔接处的流量值进行调整，使设计洪水过程线调整为光滑的曲线，该光滑的曲线即为标准设计洪水过程线。

在完成步骤103之后，执行步骤104：根据所述标准设计洪水过程线，获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量。

具体的，以标准设计洪水过程线为模型，进入推求过程，获得不同频率的设计洪水过程线。首先，根据标准设计洪水过程线，能够获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量，该标准设计洪峰和标准设计洪量是经过修正后得到的设计洪峰和设计洪量。其中，建立标准设计洪水过程线过程中选取的历时时间段与推求过程中的历时时间段需保持一致，即建立模型时选取的第一历时时间段为1天，第二历时时间段为3天，则推求过程中选取的第一历时时间段也应为1天，第二历时时间段也应为3天，等等。

在完成步骤104之后，执行步骤105：将所述标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将所述各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，推求与所述标准频率不同的至少一个第二频率的设计洪水过程线。

在具体实施过程中，在推求与2％的标准频率不同的第二频率的设计洪水过程线时，其中，第二频率可以为1％，也可以为5％，本领域普通技术人员可以根据实际需求选择要推求的第二频率。将2％的标准频率下的标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将2％的标准频率下的各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，例如，将2％的标准频率下的标准设计洪峰作为1％的频率下的典型洪水的洪峰，将2％的标准频率下的各历时时间段的标准设计洪量作为1％的频率下的对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，从而，获得1％的频率下的洪峰放大倍比和各历时时间段的洪量放大倍比，进而，能够获得1％频率下的设计洪水过程线。

其中，1％的频率下的洪峰放大倍比和各历时时间段的洪量放大倍比，具体如下式：

$k_Q^{\′}=\frac{Q_{\mathrm{mp}}^{\′\′}}{Q_{\mathrm{mp}}^{\′}}$

其中，k′_Q为频率为1％时的洪峰放大倍比，Q′_mp为标准设计洪峰，Q″_mp为频率为1％的设计洪峰。

${k_1}^{\′}=\frac{{W_{1P}}^{\′\′}}{{W_{1p}}^{\′}}$

其中，k₁′为频率为1％时的第一历时时间段的洪量放大倍比，W_1P″为频率为1％的第一历时时间段的设计洪量，W_1p′为第一历时时间段的标准设计洪量。

$k_{3-1}^{\′}=\frac{W_{3P}^{\′\′}-W_{1P}^{\′\′}}{W_{3p}^{\′}-W_{1P}^{\′}}$

其中，k′_3-1为频率为1％时的第二历时时间段的洪量放大倍比，W″_3p为频率为1％的第二历时时间段的设计洪量，W″_1p为频率为1％的第二历时时间段的设计洪量，W′_3p为频率为1％的第二历时时间段的标准设计洪量。

依次类推，可以获得其他历时时间段的洪量放大倍比，从而，根据洪峰放大倍比和洪量放大倍比，获得1％的频率的设计洪水过程线，通过上述方法可以保证该设计洪水过程线光滑，无需进行修正。

同理，以标准设计洪水过程线为模型，可以推求其他频率的设计洪水过程线。根据本申请的推求设计洪水过程线的方法，在一种具体的实施例下，以频率为2％为标准频率，推求获得频率为2％和频率为5％的设计洪水过程线，如图3所示。

Claims (4)

1.推求设计洪水过程线的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定第一频率为标准频率；

在所述标准频率下，获得设计洪水过程线；

在保证所述设计洪水过程线中的设计洪峰和设计洪量不变的前提下，通过对所述设计洪水过程线上的锯齿状区域进行修匀，获得光滑的标准设计洪水过程线；

根据所述标准设计洪水过程线，获得标准设计洪峰和各历时时间段的标准设计洪量；

将所述标准设计洪峰作为典型洪水的洪峰，将所述各历时时间段的标准设计洪量作为对应的各历时时间段的典型洪水的洪量，推求与所述标准频率不同的至少一个第二频率的设计洪水过程线。

2.如权利要求1所述的推求设计洪水过程线的方法，其特征在于，获得标准频率下的设计洪水过程线，具体为：

在所述标准频率下，根据设计洪峰和预设典型洪水的洪峰，获得洪峰放大倍比，以及，根据至少一个历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，分别获得各历时时间段的洪量放大倍比；

根据所述洪峰放大倍比和所述洪量放大倍比，获得设计洪水过程线。

3.如权利要求2所述的推求设计洪水过程线的方法，其特征在于，当存在至少两个历时时间段时，历时时间较小的历时时间段包含在历时时间较大的历时时间段内。

4.如权利要求3所述的推求设计洪水过程线的方法，其特征在于，当存在包含第一历时时间段和第二历时时间段的两个历时时间段，且第一历时时间段包含在第二历时时间段内时，获得所述历时时间段的洪量放大倍比，具体为：

根据第一历时时间段的设计洪量和预设典型洪水的洪量，获得第一历时时间段的洪量放大倍比；

根据第二历时时间段与第一历时时间段的设计洪量差，和第二历时时间段与第一历时时间段的预设典型洪水的洪量差，获得第二历时时间段的洪量放大倍比。