庫漠屯水文站洪水頻率計(jì)算

魏艷鳳 孫卓

摘 要：2013年8月10日是庫漠屯水文站建站以來出現(xiàn)的第一號洪水，水位235.29米，為此做一次洪水頻率計(jì)算，該站為五十年一遇的特大洪水。了解掌握該測站洪水重現(xiàn)期，為水文的中長期預(yù)報(bào)作參考，為修建水利工程防洪安全標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供重要依據(jù)，使水利工程發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：頻率；偏差系數(shù)；離差系數(shù)；均值；模比系數(shù)

庫漠屯水文站是嫩江上游重要把口站，中央、省、地、市重要報(bào)汛站。

1950年8月建站，測站位于東經(jīng)125°11′，北緯49°24′，集水面積32229平方公里。建站六十四年發(fā)生較大洪水有十余次（233.50m以上洪水），一般3-5年出現(xiàn)一次，大洪水約10年左右出現(xiàn)一次，特大洪水約30年左右出現(xiàn)一次。

2013年8月10日，是建站以來出現(xiàn)的第一號洪水（235.29m），為此有必要對該站重做一次洪水頻率計(jì)算，掌握洪水重現(xiàn)期，為水文的中長期預(yù)報(bào)作參考。

1 流域自然地理概況

嫩江發(fā)源于大興安嶺北鄰伊勒呼里山中段南坡，源頭左有南甕河，右有南陽河，二源與二根河匯合后稱嫩江。河流全長1416公里，流域面積為24.39萬平方公里。上源流經(jīng)山區(qū)，屬山區(qū)性河流。

由庫漠屯水文站以下進(jìn)入平原，屬平原性河流。流域呈樹枝狀，支流眾多，較大支流右岸有臥都河、門魯河、泥鰍河、科洛河，左岸有古里河、那都河、多布庫爾河、甘河等。流域成扇形，由北向南傾斜，地形變化較大，平均海拔高200-300m，流域植被良好，坡度較大，徑流條件良好。

2 氣候特征和洪水形成來源

該站地處高緯度，冬季嚴(yán)寒少雪，夏季濕潤多雨。冬季最低氣溫零下47℃，夏季最高氣溫達(dá)38℃左右，流域內(nèi)無霜期120天左右，最大凍土為2.5-3.0m，最大冰厚為1.3-1.5m左右。

流域內(nèi)多年平均降水量為490mm，雨量分布不均，6-9月占全年降水量的80%以上，冬季11月-3月降水量較少，不足全年降水量的10%。

形成大洪水來源有兩種情況，一是汛期6-9月，由降雨形成的洪水；二是春季流凌期融雪和降雨徑流形成的洪水。

3 資料來源和歷史洪水調(diào)查

本次頻率計(jì)算所選用數(shù)值均摘自《黑龍江省水文特征值統(tǒng)計(jì)》。洪水調(diào)查部分主要參考《黑龍江省洪水調(diào)查資料》 、《黑河地區(qū)災(zāi)情調(diào)查匯編》等。

對于歷史洪水的洪峰流量推求，我們采用歷年水位流量關(guān)系延長法推求，即根據(jù)調(diào)查歷史洪水洪痕，引測到本站基面上求出高程，查找歷年水位流量關(guān)系推求出歷史洪水洪峰流量。

參考《庫漠屯水文站歷史洪水調(diào)查成果》可知，庫漠屯站1898年洪水在庫漠屯村田榮久家院內(nèi)洪痕引測高程為235.43m（大連基面），用該站歷年水位～流量綜合關(guān)系線延長查得洪水流量為4670m3/s，可供高水頻率曲線延展參考。

4 計(jì)算方法與公式的選用

作為頻率曲線線型的Γ分布，一般有三個統(tǒng)計(jì)參數(shù)，均值Q、離差系數(shù)CV和偏差系數(shù)CS，水文系列通常較短，偏差系數(shù)無法確定。所以在頻率計(jì)算中采用適線法來確定偏差系數(shù)。對于系列的均值Q和離差系數(shù)CV可用公式計(jì)算。

常用的經(jīng)驗(yàn)頻率公式有：

P=■×100% （1）

■=■（■Qi） （2）

CV=■（3）

式中：n：為實(shí)測系列長度；

m：為序號

CV：為離差系數(shù)；

■：為歷年洪水流量均值

Ki：為模比系數(shù)，即Ki=Q/■

參見庫漠屯站洪水頻率計(jì)算表1。

根據(jù)公式算得庫漠屯站洪水頻率計(jì)算參數(shù)為：

Q=■（■Qi）=■=1467（m3/s）

CV=■=■=0.65

假定CS=3CV和CS=4CV兩種，頻率計(jì)算結(jié)果見表2、表3：

表2 庫漠屯站CS=3CV時的頻率計(jì)算表（Q=1467， CV=0.65）

表3 庫漠屯站CS=4CV時的頻率計(jì)算表（Q=1467， CV=0.65）

KP直接查Γ分布模比系數(shù)KP值表得知，然后采用目估適線法是把水文系列的各項(xiàng)數(shù)值與對應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)在頻率格紙上，用目估的方法，通過點(diǎn)群中心（或照顧比較可靠或占主要地位點(diǎn)子的附近）繪制出頻率曲線。繪制前必須先假定一套均值Q、離差系數(shù)CV及偏差系數(shù)CS值。然后據(jù)此繪出頻率曲線，查看這條頻率曲線是否與點(diǎn)子配合得好，如果不理想，可再假定一套統(tǒng)計(jì)參數(shù)，直至目估后認(rèn)為滿意為止。一般認(rèn)為Q和CV值隨機(jī)性小一些，故先列表計(jì)算Q和CV值，再根據(jù)這對Q及CV，假定一些CS值，把不同CS時的頻率曲線畫在已點(diǎn)好經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)子，（即水文系列各項(xiàng)數(shù)值與經(jīng)驗(yàn)頻率的對應(yīng)點(diǎn)）的格紙上，選擇適線配合比較滿意的那條曲線，如圖1。

圖1

圖1中①曲線為CS=3CV，②曲線為CS=4CV，由圖1可以看出CS=3CV大部分點(diǎn)子配合得較好。

5 頻率計(jì)算目的與結(jié)論

頻率計(jì)算是用來分析研究某種隨機(jī)變量出現(xiàn)不同數(shù)據(jù)可能性的數(shù)學(xué)工具，水文計(jì)算中常常需要知道大于某一水文特征值的頻率是多少，也就是要提供相應(yīng)于一定頻率的水文數(shù)據(jù)。了解掌握該測站洪水重現(xiàn)期，為水文的中長期預(yù)報(bào)作參考，為地方政府及防汛抗旱指揮部門，當(dāng)好水文尖兵和耳目作用；為修建水利工程提供防洪安全標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供重要依據(jù)，使水利工程發(fā)揮重要作用，為人類作出更大貢獻(xiàn)。

通過本次頻率分析計(jì)算，CS=3CV配線較好，庫漠屯水文站2013年8月10日發(fā)生的特大洪峰為五十年一遇的特大洪水，見表4、表5。

表4 庫漠屯站歷年水位～流量關(guān)系表

表5 庫漠屯站洪水頻率計(jì)算成果表

參考文獻(xiàn)

[1]金光炎.水文統(tǒng)計(jì)計(jì)算[M].北京：水利出版社出版，1980：84-95.

[2]黑龍江省水文總站.黑龍江省水文特征值統(tǒng)計(jì)[Z].黑龍江省水文總站刊印，1973：68-70，1985：60.

[3]黑河水文分站.黑河地區(qū)災(zāi)情調(diào)查匯編[Z].黑河水文分站刊印，1976：36.

[4]蔣金珠.工程水文及水利計(jì)算[M].北京：中國水利水電出版社出版，2000：50-56.

作者簡介：魏艷鳳（1976-），女，黑龍江嫩江人，工程師。

孫卓（1979-），女，吉林長嶺人，工程師。