水文頻率計算的誤差原因分析及建議

□劉煥陽 □劉愛嬌（河南省漯河水文水資源勘測局）

1.問題的提出

1975年8月，河南省中南部的沙潁河、洪汝河等水系發(fā)生了特大暴雨，出現了建國以來罕見的特大洪水，導致了境內的板橋和石漫灘兩座大型水庫垮壩，給全省乃至全國水利界帶來很大的震動和反思。這次史稱“75·8”的特大暴雨洪水，刷新了許多水文要素國內實測系統(tǒng)值的記錄。洪水過后，河南水利界的反思之一就是對境內所有大型水庫的規(guī)劃指標進行了重新修訂。筆者通過比較發(fā)現，在規(guī)劃頻率不變的情況下，一些水庫（如：板橋、薄山、陸渾等）的規(guī)劃值修訂前后發(fā)生了很大變化，這實際上是由于規(guī)劃時進行水文頻率計算的誤差造成的。水文頻率計算的誤差在教科書和水文規(guī)范中雖然沒有提及，但在實際工作中卻經常遇到。

2.頻率計算概述

3.常用于水文頻率計算的水文要素分類

在進行水文頻率計算時，首選要選取水文要素。常用于頻率計算的水文要素筆者認為可分為三類：

3.1 均值類：指水文要素在選定時段內的平均值，反映水文要素隨以選定時段為時間單位的變化情況。這類值很多，如日均值、旬均值、月均值、年均值等。該類值常用于取水工程、航運等的規(guī)劃設計中。

3.2 極值類:指水文要素在選定時段內的最大或最小值，反映水文要素在選定時段內的極端變化情況。這類值在實際中應用最廣泛，如年最大流量、24h最大降水量、年最高水位等。該類值常用于水庫、橋梁等的規(guī)劃設計中。

3.3 總量類：指水文要素在選定時段內的總數量，反映水文要素受下墊面、天氣情況等自然因素的變化特征。如年降水量、月、年徑流量、年輸沙量等。該類值有些與均類值可以相互轉變，如月徑流量與月平均流量、年均含沙量與年均輸沙率等。該類值主要用于水庫的調節(jié)演算等工作中。

4.導致水文頻率計算誤差的主要因素

水文要素的變化受許多因素影響，水文頻率計算是利用統(tǒng)計學研究其變化規(guī)律的一種計算。在計算中易使成果出現誤差的因素主要有以下幾個方面：

4.1 資料系列的長度。目前我們所能搜集到的資料是非常有限的，只是無限長資料系列的一個樣本。因此，這個樣本的系列越長越好。但在實際工作中，所有站點的實測資料都比較短，大部分僅有30—50年，長的也不過百年。故在水文頻率計算時需要調查和考證歷史暴雨洪水，以延長資料系列長度。本文開始提出的問題，主要是由于規(guī)劃修建大型水庫時，實測資料都很短（均不足20年，少的僅幾年），再加上歷史洪水調查和考證不夠，從而造成成果出現較大誤差。

4.2 人類活動影響。人類活動是導致水文要素變化最活躍因素，在水文頻率計算時要充分考慮。如上游修建了水庫，改變了洪水的自然變化過程，削減了部分極值類水文要素，對部分均值類水文要素也有調節(jié)。

4.3 水文要素的選取。前面對常用頻率計算的水文要素已進行了分類，但在實際應用時可能會發(fā)現選這一水文要素也行，選那一水文要素也可的現象。如計算某一次洪水為多少年一遇時，是選洪峰流量還是選次洪量？大部分人喜歡選洪峰流量，因為這樣的資料容易獲得。但具體到某一站來說，就需要根據實際情況來確定。如澧河（淮河的三級支流），該河自上游至下游過水能力逐漸減小，其控制站——何口站的斷面過水能力為3000m3/s,下游約4km河道的過水能力就減到了1900m3/s，該河極易出現超標準洪水，“75·8”和 2000年的“7·15”洪水，曾造成站以上河堤多處坍塌和大范圍漫溢；因此，若選用洪峰流量來分析洪水的發(fā)生頻率，僅還原計算就可能帶來很大誤差，筆者認為該站就應該選取次洪量來進行洪水頻率計算。也就是說水文要素的選取要根據實際情況來確定。

5.水文頻率計算改進建議

現行的水文頻率計算方法，應進行以下兩方面改進:

5.1 評價水文頻率計算成果的確信度。在進行工程規(guī)劃設計時，有些地方的實測資料較長，有些地方的實測資料較短，有些地方無實測資料；不同情況下，水文頻率計算在資料延長或借用時所得的成果應該說明，他們的確信度是不一樣的。因此，在進行水文頻率計算時，要根據資料的實際情況制定、評定成果確信度的標準。

5.2 制定頻率曲線延長的范圍。在進行頻率計算后要點繪頻率曲線，一般查千年以上的頻率時需要延長曲線，延長線的范圍多大沒有嚴格規(guī)定，如高水延長一般不超過實測流量變幅的30%，低水延長一般不超過實測流量變幅的10%，超過該范圍時至少要用兩種方法進行比較。而頻率曲線的應用卻沒有類似的規(guī)定，大部分根據需要來延長。因此認為理論界應對此進行研究，也制定類似的規(guī)定，從而可避免隨意性，提高成果的精度。