水文頻率在水利工程設計中的作用

羅文廣,文 聘

（1.四川蜀禹水利水電工程設計有限公司; 2.四川省電力設計院,成都 610000）

0 前言

水文頻率顧名思義就是水文在一定時間內(nèi)的起伏次數(shù)。在大自然環(huán)境下，水文頻率的發(fā)生沒有規(guī)則性，是隨機的，是一種很常見的現(xiàn)象，例如降雨現(xiàn)象如果水文頻率的研究對象是降雨，那么降雨量的大小、降雨次數(shù)、年降雨量、降雨量峰值、降雨量谷值等變量就是水文頻率的研究內(nèi)容。研究一個地區(qū)的水文頻率，可以起到防止洪澇災害，以便及時做出應對措施，以免人們生命財產(chǎn)受到威脅，根據(jù)水文頻率推測出來的數(shù)據(jù)顯示，就能確定水利工程建設規(guī)模，進而設計出水利工程的結(jié)構(gòu)圖。因此，水文頻率是水利工程設計的重要依據(jù)。

1 水文頻率等級的確定

水文頻率有0.01%、0.1%、1%、10%、20%五個等級用以衡量不同量級的洪水，水文頻率常用%來表示,水文頻率與洪水量級出現(xiàn)頻率是呈正比的，頻率越小，就指這一量級以上的洪水發(fā)生頻率越低；反之，水文頻率越大，洪水發(fā)生頻率越高。

頻率衡量法并不是水文頻率衡量洪水的唯一標準，還會用到重現(xiàn)期（以年為單位）來表示，某一量級的洪水重現(xiàn)期為十年，俗稱十年不遇洪水，指的是這個量級的洪水在一段時間里，每十年出現(xiàn)一次的概率。事實上，十年里有可能不止出現(xiàn)一次，有可能不出現(xiàn)。

水文頻率和重現(xiàn)期既是衡量洪水量級的一個標準，又是確定水利工程設計規(guī)模和等級的重要憑據(jù)。結(jié)合我國現(xiàn)有的抗洪技術，洪水等級包括重現(xiàn)期≤10年，視為一般洪水；20年≥重現(xiàn)期≥10年，視為較大洪水；50年≥重現(xiàn)期≥20年，視為大洪水；重現(xiàn)期≥50年，視為特大洪水。

洪水等級的劃分，并不是特指某一地區(qū)，技術人員結(jié)合各地水文頻率考慮多項因素劃分出的等級，結(jié)果經(jīng)相關部門審核通過才發(fā)布的，內(nèi)容真實、可靠。

2 頻率計算方法

繪制水文頻率曲線，可以用來解決經(jīng)驗頻率曲線的延長問題，在水文行業(yè)中，理論評論曲線是一種p—m型曲線，包括3個變量（X3，Cv，Cs），這三個變量決定p—m型曲線的整體走向與變化規(guī)律。但水文變量的具體數(shù)值是未知的，一般只有通過樣本資料才能推出三個統(tǒng)計參數(shù)，由于三個統(tǒng)計參數(shù)的隨機性，所以抽樣可能存在誤差性，促使由樣本資料推測而來的三個統(tǒng)計參數(shù)繪制的p—m型曲線沒有完全反映出整體的分布規(guī)律。實踐工作的開展過程中，技術人員一般采用抽樣的統(tǒng)計參數(shù)及p—m型曲線的樣本來做實驗，一般通過多次實驗以減少誤差，進一步得到更好的p—m型曲線頻率分布圖。

在水文頻率計算中用到的方法叫做適點配線法，又稱適線法。適線法也不能精確的繪制出p—m型曲線頻率分布圖，目前這種誤差還難以計算。所以，技術人員在水利工程設計上就要多方面結(jié)合考慮，不僅要觀察統(tǒng)計參數(shù)的變量，還要結(jié)合水文、地質(zhì)等環(huán)境因素，只有整體結(jié)合考慮，才能計算出最精確的p—m型曲線頻率分布圖。

3 水利工程設計標準

3.1 興利標準

水利工程今后可為社會發(fā)展、國民經(jīng)濟造福良多、例如養(yǎng)殖畜牧業(yè)、航空運輸業(yè)、電廠發(fā)電、農(nóng)民灌溉、人類生活供水等。水利工程興建規(guī)模足夠大，同時水文頻率相對較小時，就能將水利工程優(yōu)勢發(fā)揮到極致，但由于這樣投資成本巨大，可行性不大。例如大眾所熟知的三峽大壩水利工程，它作為我國最大的水利發(fā)電工程，可實現(xiàn)大規(guī)模供電，但相應投資額度也較大。為保證工程的合理投資與投資收益，不可避免要分析論證以及研究與探討。假如，投資額度大于供電收益，那么工程規(guī)模擴大不可行，反之供電效益大于投資額度，那么工程規(guī)模可以擴大。所以，傳統(tǒng)設計理念認為在工程設計過程中，應保證一個區(qū)域供水用量充足，此舉大可不必，而應在合適的供水用量值里選一個最佳值，將供水適度值和區(qū)域用水協(xié)調(diào)值，兩者結(jié)合起來才能保障供水范圍更廣，用水時間更長，這也是確保設計用水的合理性、科學性的有效措施。如果設計保證率過高就會使投資額度變大、供電效益減少。是以，水利工程在設計過程中，水文頻率是必須考慮的重點環(huán)節(jié)。

3.2 防洪標準

防洪是水利工程的另一重要任務，在于將現(xiàn)有的人力資源和科學技術相結(jié)合，實現(xiàn)防治洪澇災害的一項設計標準。防洪對象較多，例如，農(nóng)村、城市、機場、礦地等場所，這些地方大多沒有防治洪澇災害等措施，所以國家需重點興建堤防、水庫等水利工程旨在防治洪澇災害，避免人類生命財產(chǎn)受到威脅。防洪設計標準應結(jié)合地區(qū)的地形地貌進行設計，做到對水利工程的有效利用。在長期降雨量較大以及洪水量級較大的地區(qū)，應大規(guī)模興建水利工程。設計人員在設計防洪工程時還應考慮工程的經(jīng)濟性，結(jié)合水文、地質(zhì)等環(huán)境因素，使水利工程在后期預期收益大于投資額度，節(jié)約成本，促進我國水利工程事業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

水文頻率指的是水利工程范圍內(nèi)的流域發(fā)生過的水文過程，在未來期間水利工程可以用到的水文過程，在這一過程中，要對水文頻率進行調(diào)節(jié)計算，經(jīng)過水文頻率的調(diào)節(jié)，計算在一定直徑里水流量，進而算出水利工程興建的規(guī)模大小。水文頻率最常用的計算方法是適線法頻率計算，它對樣本資料的估算、總體統(tǒng)計參數(shù)以及總體概率分布探求均有顯著效果。適線頻率法可以運用到計算未來水文過程，在水利工程設計工作中，結(jié)合水文樣本資料的估算，用適線法計算出水文的適線，最終得出結(jié)論里的頻率曲線做成水文總體概率分布的近似值。

目前，我國水利工程已為人類帶來諸多福利，也起到灌溉、航運、生活用水等方面綜合性作用。水文頻率則給水利工程的建設帶來了可靠的水文數(shù)據(jù)，例如徑流量等變量，為興建水利工程作出了貢獻，實踐過程中應引起重視。

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