淺析水利水電規(guī)劃中頻率計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

甘國(guó)君 梁振淼

摘要:在水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,最主要的任務(wù)是合理地確定工程的規(guī)模,而工程規(guī)模是由設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)決定的,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的允許破壞的程度是建立在頻率基礎(chǔ)上的。文章介紹了水利水電規(guī)劃中頻率計(jì)算的常用法,以及詳細(xì)分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),為水利水電規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞:水利水電規(guī)劃;頻率計(jì)算;設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);適線法

中圖分類號(hào):TV212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)22-0195-02

目前頻率計(jì)算的方法多采用適線法,在實(shí)際工作中,有兩種適線方法:一種是目估經(jīng)驗(yàn)適線,通過主觀判斷,決定適線的優(yōu)劣,此法雖然簡(jiǎn)單靈活,并反映設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),但適線因人而異,任意性大;另一種是計(jì)算機(jī)適線,把理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)的擬合誤差作為適線準(zhǔn)則,優(yōu)選統(tǒng)計(jì)參數(shù),求得最佳的擬合曲線,但是這種方法不便處理樣本資料中的特大或特小水文數(shù)據(jù),編制和使用電算程序時(shí)要特別注意。

一、適線法

繪制理論頻率曲線的主要目的是為了解決經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的外延問題。我國(guó)水文界目前普遍選用的理論頻率曲線為P—M型曲線,它是由三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)(X、CV、CS)決定的。三個(gè)參數(shù)從理論上講應(yīng)是總體的統(tǒng)計(jì)參數(shù),但水文變量的總體是無法知道的,通常只能由樣本資料用矩法公式求出其三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù),而樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)都具有抽樣誤差,這就使由樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)確定的P—M型曲線不能很好地反映總體的分布規(guī)律。生產(chǎn)上通常采用調(diào)整樣本的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及相應(yīng)P—M型曲線來擬合樣本的經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù),以盡可能減少參數(shù)估計(jì)的抽樣誤差和系統(tǒng)誤差,進(jìn)一步探求總體的概率分布,這個(gè)過程在水文上稱為適點(diǎn)配線法,簡(jiǎn)稱適線法。適線法得到的成果仍具有抽樣誤差,而這種誤差目前還難以精確估算,因此對(duì)于工程上最終采用的頻率曲線和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)參數(shù),不僅要從水文統(tǒng)計(jì)方面分析,而且還要密切結(jié)合水文現(xiàn)象的物理成因及地區(qū)分布規(guī)律進(jìn)行綜合分析。

二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

所謂的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就是指?jìng)溆盟块T的用水和水利水電工程自身、下游防護(hù)對(duì)象允許破壞的程度。這種允許破壞的程度是建立在頻率基礎(chǔ)上的。水利水電樞紐工程廣義上的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分為興利標(biāo)準(zhǔn)和防洪標(biāo)準(zhǔn)兩種。

(一)興利標(biāo)準(zhǔn)

興利標(biāo)準(zhǔn)是用設(shè)計(jì)保證率來表示的。興利的內(nèi)涵非常廣泛,通常包括灌溉、發(fā)電、城市供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖等。若要最大程度地滿足各個(gè)用水部門的用水要求,就需要工程規(guī)模大一些,因而造成投資增大。而多追加的投資和增收的效益相比,是否經(jīng)濟(jì)合理,這就要進(jìn)行分析論證。如果增收的效益遠(yuǎn)比追加的投資小,就沒必要把工程修得很大。因此,在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),一般不要求百分之百地滿足各個(gè)用水部門的用水需要,而是允許適當(dāng)斷水或減少供水量,這就要求研究各用水部門允許減少供水的可能性和合理范圍,定出在多年工作期間,用水部門的正常用水得到保證(或不破壞)的程度,這一保證用水(或不破壞)的程度就是設(shè)計(jì)正常用水保證率,簡(jiǎn)稱為設(shè)計(jì)保證率。

設(shè)計(jì)保證率是指各用水部門在未來長(zhǎng)期內(nèi),按規(guī)定用水量保持正常工作而不受破壞的頻率。設(shè)計(jì)保證率的選定,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)確定縮減用水合理程度的經(jīng)濟(jì)權(quán)衡問題。設(shè)計(jì)保證率若選得過低,則正常用水遭受破壞的機(jī)會(huì)將增加,從而引起國(guó)民經(jīng)濟(jì)的損失。相反,設(shè)計(jì)保證率若選得過高,雖然用水部門用水保證率得到提高,但要增加工程投資和其他費(fèi)用,使工程效益和投資的比例減小。因此,設(shè)計(jì)保證率應(yīng)該通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析,并考慮其他影響來選擇。然而這種經(jīng)濟(jì)論證,無論在方法上還是技術(shù)上都很復(fù)雜,是難以做到的。在實(shí)際工作中,設(shè)計(jì)保證率是通過國(guó)家規(guī)范的形式,根據(jù)各部門的用水性質(zhì)、要求和重要性,以及生產(chǎn)實(shí)踐中所積累的經(jīng)驗(yàn)來確定。

灌溉和水力發(fā)電的興利標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2,其他用水部門的興利標(biāo)準(zhǔn)參照有關(guān)規(guī)范選用。

(二)防洪標(biāo)準(zhǔn)

水利水電樞紐工程除了興利外,另一主要作用就是防洪。根據(jù)《防洪標(biāo)難》(GB5020l-94),防洪標(biāo)準(zhǔn)是指防護(hù)對(duì)象防御洪水能力相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。這里的防護(hù)對(duì)象不僅指自身沒有防洪能力需要采取防洪措施的保護(hù)對(duì)象,如城市、鄉(xiāng)村、工礦企業(yè)和機(jī)場(chǎng)等,還包括能保護(hù)其他防護(hù)對(duì)象安全的水利水電工程的本身,如水庫(kù)、堤防等。防洪標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)在準(zhǔn)確預(yù)報(bào)未來洪水的基礎(chǔ)上,通過投資效益綜合經(jīng)濟(jì)分析來選定。然而和確定設(shè)計(jì)保證率一樣,這是很難做到的。所以,只能采用統(tǒng)一規(guī)定的洪水頻率(重現(xiàn)期)作為防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工程的重要性以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等綜合因素,仍然以規(guī)范的形式給出。

我國(guó)現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)分為設(shè)計(jì)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、校核兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)兩種情況。根據(jù)防護(hù)對(duì)象的不同,其防洪標(biāo)準(zhǔn)可采用設(shè)計(jì)一級(jí)或設(shè)計(jì)、校核兩級(jí)。這里的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是指當(dāng)出現(xiàn)小于或等于這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水(設(shè)計(jì)洪水)時(shí),應(yīng)保證防護(hù)對(duì)象的安全或防洪設(shè)施的正常運(yùn)行。校核標(biāo)準(zhǔn)是指遇該標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的洪水(校核洪水)時(shí),采取非常運(yùn)用的措施,在保障主要防護(hù)對(duì)象和主要建筑物安全的前提下,允許次要建筑物不同程度的損壞及次要防護(hù)對(duì)象受到一定的損失。

水庫(kù)、水電站、城市、鄉(xiāng)村和工礦企業(yè)的防洪標(biāo)難見表3、表4,其他防護(hù)對(duì)象的防洪標(biāo)準(zhǔn)參見有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

三、結(jié)語

工程水文及水利計(jì)算的主要任務(wù)就是依據(jù)工程所在流域已經(jīng)發(fā)生的水文過程,預(yù)估未來工程運(yùn)用期間的水文過程,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計(jì)算,從而確定工程的規(guī)模和尺寸。作為由樣本資料估算總體統(tǒng)計(jì)參數(shù)和探求總體概率分布的一種有效方法,適線法頻率計(jì)算是可以用來推求未來水文過程的,因?yàn)槲磥硭倪^程也是水文總體過程的一部分。所以,生產(chǎn)上根據(jù)水文樣本資料,通過頻率計(jì)算適線,把最后選定的理論頻率曲線近似地作為水文總體的概率分布,在該曲線上可查得該水文總體的另一個(gè)樣本值(某一頻率戶的設(shè)計(jì)水文變量值xp)。頻率計(jì)算方法是目前推求設(shè)計(jì)年徑流和設(shè)計(jì)洪水的基本方法。

參考文獻(xiàn)

[1]趙寶璋.水資源管理[M].中國(guó)水利水電出版社,1997.

[2]蔣金珠.工程水文及水利計(jì)算[M].中國(guó)水利水電出版社,1992.

[3]崔振才.水資源與水文分析計(jì)算[M].中國(guó)水利水電出版社,2004.

[4]崔振才.工程水文及水資源(“十一五”國(guó)家規(guī)劃教材).中國(guó)水利水電出版社,2008.

[5]吳明遠(yuǎn),詹道江,葉守澤.工程水文學(xué)[M].中國(guó)水利水電出版社,1985.

[6]華東水利學(xué)院,天津大學(xué),清華大學(xué).水文及水利水電規(guī)劃[M].水利出版社,1981.

[7]朱歧武,拜存有.水文及水利水電規(guī)劃[M].黃河水利出版社,2003.