特大值處理方法在小河站設(shè)站年限分析中的應(yīng)用

王成建 劉向楠

由于小河站設(shè)站年限一般較短，觀測資料系列有限，在采用設(shè)計洪水和枯水檢驗法進(jìn)行頻率分析時，易出現(xiàn)特大值問題，造成分析結(jié)論不合理。因此，在頻率分析過程中遇到特大值問題時，應(yīng)采取合理的處理方法，確定特大值的頻率值后再進(jìn)行適線檢驗，得到合理的結(jié)果。本文對小河站設(shè)站年限分析中遇到特大值問題采用同頻率分析方法處理進(jìn)行了有意探索。

1. 小河站設(shè)站年限檢驗方法

表1 西臺峪站年最大流量統(tǒng)計表

小河站設(shè)站目的主要是收集小流域的暴雨洪水資料，探求產(chǎn)匯流參數(shù)在水文分區(qū)和下墊面變化的規(guī)律。一般認(rèn)為，小河站設(shè)站年限為10～15年，且測得20年一遇的洪水資料就可達(dá)設(shè)站目的。而如何確定達(dá)設(shè)站目的，則需進(jìn)行設(shè)站年限檢驗。

小河站的設(shè)站年限檢驗需要根據(jù)小河站觀測資料結(jié)合水文參數(shù)特征值進(jìn)行，以確定小河站觀測年限是否達(dá)到設(shè)站目的。一般來說，采用的檢驗方法主要有3種：抽樣誤差檢驗法、設(shè)計洪水和枯水檢驗法、產(chǎn)匯流參數(shù)檢驗法，具體應(yīng)用詳見《河北省小河站設(shè)站年限檢驗方法研究》（《河北水利》2010年第7期）。

2. 特大值處理方法

由于小河站觀測資料系列較短，在采用P-Ⅲ型曲線對實測資料系列進(jìn)行適線時，易出現(xiàn)特大值問題。對特大值進(jìn)行處理可以采取歷史洪水調(diào)查，即將調(diào)查得到的歷史洪水作為代表總體的一個樣本，與實測數(shù)據(jù)共同組成一個不連續(xù)的系列，再采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行擬合。但是，由于洪水調(diào)查工作量較大，不宜采用。同頻率分析方法是采用與洪水要素密切相關(guān)的其他要素實測資料，來確定同時段內(nèi)洪水要素的重現(xiàn)期區(qū)間，從而解決洪水資料系列不夠長、特大值高掛的情況。但是，同頻率分析條件要求比較高，一是相關(guān)水文要素關(guān)聯(lián)度較高，二是相關(guān)聯(lián)的水文要素系列較長，或者已有該水文要素的分析結(jié)果。

現(xiàn)結(jié)合實例，對歷史洪水調(diào)查與同頻率分析方法的應(yīng)用作簡要剖析。

3. 實例

西臺峪站為淺山區(qū)代表站，是海河流域子牙河水系泜河南支的控制站，集水面積127km2，其年最大流量數(shù)據(jù)如表1所示。

3.1 問題提出

在采用設(shè)計洪水和枯水檢驗法進(jìn)行設(shè)站年限分析時，由于最大流量1963年3990m3/s屬于特大值，而實測系列僅有45站年，公式計算頻率值與該流量實際頻率存在較大的差距，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線時，該點據(jù)出現(xiàn)了“高掛”現(xiàn)象。

3.2 處理方法

從河北省水利廳1984?年刊印的《河北省洪水調(diào)查資料》可知，西臺峪站1917和1924年調(diào)查洪峰流量分別為1240m3/s和 725m3/s，計算得到 1963年3990m3/s的頻率值為1.1%。但是從適線圖來看，P-Ⅲ型分布曲線Cs/Cv值存在反曲。因此，還需要查找其他資料，對該特大值的頻率合理性進(jìn)行分析。

河北省水文總站1984年刊印的《河北省短歷時設(shè)計暴雨圖集》中對西臺峪上游獐么雨量站實測最大6h雨量的重現(xiàn)期分析結(jié)果為500年，西臺峪雨量站實測最大6h雨量的重現(xiàn)期分析結(jié)果為20～50年。由于降雨與洪水的相關(guān)性比較高，且已有頻率分析結(jié)果，因此，采用降雨作為洪水的同頻率分析參照要素，初步分析西臺峪1963年洪峰流量的重現(xiàn)期應(yīng)在100年一遇至500年一遇之間，取其中值為300年一遇。按照 p=0.3%，對實測系列（1960～2004）重新適線，如圖所示。

通過歷史洪水調(diào)查結(jié)合同頻率分析方法，較好的解決了實測資料系列較短造成的特大值問題。

4. 結(jié)論

在頻率分析中，由于實測資料系列相對較短，對實測系列中特大值的處理較為常見，采用的方法也各不相同，但是其目的都是確定特大值的合理頻率，得到合理的適線結(jié)果。

本文對西臺峪水文站在設(shè)站年限分析中出現(xiàn)的特大值問題，采用了歷史洪水調(diào)查結(jié)合同頻率分析的方法，是對利用P-Ⅲ型分布曲線解決特大值問題的一種不常見的分析方法，是采用歷史洪水調(diào)查、水文參數(shù)解決特大值問題方法之外的一種有益探索。

從西臺峪設(shè)站年限設(shè)計洪水檢驗成果來看，頻率分析的結(jié)論與采用其他方法分析得到的結(jié)論基本一致，表明：同頻率分析方法在解決頻率分析中遇到的特大值問題，具有一定的價值。