基于歷史特大洪水對設(shè)計洪水的影響

李 芳

(江西省撫州市水電勘測設(shè)計院，江西 撫州 344000)

科技成果

基于歷史特大洪水對設(shè)計洪水的影響

李 芳

(江西省撫州市水電勘測設(shè)計院，江西 撫州 344000)

運用頻率分析方法，研究在實測系列中加入歷史洪水及加入不同重現(xiàn)期的歷史洪水對設(shè)計洪水的影響。通過對比分析可知，加入歷史洪水可以起到展延系列，減少誤差，提高成果精度與可靠性的作用；加入的歷史洪水重現(xiàn)期越長，則設(shè)計洪水成果的穩(wěn)定性越好。

設(shè)計洪水；歷史洪水；重現(xiàn)期；頻率分析；實例

1 概 述

我國的水利水電樞紐工程的設(shè)計規(guī)范中，考慮到目前廣泛應(yīng)用頻率計算方法，規(guī)定一定的洪水出現(xiàn)頻率作為防洪標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計洪水就是指符合防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水，設(shè)計洪水成果的大小，將會對工程的合理布置、造價及安全等產(chǎn)生較大的影響[1]。若設(shè)計洪水?dāng)?shù)據(jù)偏大，就會導(dǎo)致工程標(biāo)準(zhǔn)不必要的提高，造成人力、物力及財力的巨大浪費；若設(shè)計洪水?dāng)?shù)據(jù)偏小，則會導(dǎo)致工程實際標(biāo)準(zhǔn)的降低，對工程安全及人民生命財產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

當(dāng)采用流量資料推求設(shè)計洪水時，設(shè)計洪水頻率計算成果的可信度是與洪水系列的代表性密切相關(guān)的，而洪水系列的代表性又受洪水資料系列的長短所制約[2-3]。如果系列較短，其代表性就較差，當(dāng)然由此計算的設(shè)計洪水成果的可信度也就較差。

江西省的水文站點大多設(shè)立于50—60年代，實測洪水系列長度一般為數(shù)十年，用這個有限的樣本來進行總體參數(shù)估計及頻率曲線外延，有時需要處延推求上百年甚至上千年一遇的設(shè)計洪水，所得成果就難免有很大的抽樣誤差。

但在深入進入實地調(diào)查和文獻考證后，一些河流發(fā)生過歷史洪水，所謂歷史洪水是指過去已發(fā)生，但未通過水文站測到的特大洪水。這種歷史洪水發(fā)生的年代至今，近者幾十年，遠者上百年甚至幾百年，因此人們總是盡可能去尋找歷史特大洪水，加入實測系列中進行頻率計算。

本文通過實例分析計算及成果綜合分析，在實測洪水系列中加入歷史洪水后對設(shè)計洪水有何影響，不同重現(xiàn)期的歷史洪水對設(shè)計洪水的作用如何進行分析。

2 實例分析

實例分析內(nèi)容包括3個部分：洪水系列及其代表性、洪水系列頻率分析和成果綜合分析。

2.1 洪水系列及其代表性

本次采用撫河水系臨水支流婁家村水文站為設(shè)計代表站，該站控制流域面積4 969 km2，1952年設(shè)站至今，觀測水位、流量、降水量、含沙量等，測驗河段順直，為國家基本水文站，歷年資料均進行整編，精度較高。

該站有1952—2010年共59 a實測年最大洪水系列，據(jù)1983年《江西省洪水調(diào)查資料》記載，具有1876年、1912年歷史洪水資料，其洪峰流量、可靠程度見表1。

表1 婁家村水文站歷史洪水資料情況一覽表

2.2 洪水系列頻率分析

洪水系列頻率分析內(nèi)容包括：經(jīng)驗頻率的估算、矩法計算洪水統(tǒng)計參數(shù)和洪水頻率分析。

2.2.1 經(jīng)驗頻率的估算

采用實測洪水系列排頻時，由于該水文站年最大洪水資料屬連序系列，其經(jīng)驗頻率根據(jù)設(shè)計洪水規(guī)范按下列數(shù)學(xué)期望公式計算[4]：

(1)

加入歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)時，由于資料屬不連序系列，其經(jīng)驗頻率根據(jù)設(shè)計洪水規(guī)范按下列數(shù)學(xué)期望公式計算：

(2)

(3)

2.2.2 矩法計算洪水統(tǒng)計參數(shù)

(4)

(5)

(6)

(7)

2.2.3 洪水頻率分析

本次分析計算中，主要參考河段近200 a的歷史記載資料以及歷次歷史洪水調(diào)查資料，確定歷史洪水的重現(xiàn)期。

根據(jù)該站洪水資料系列，采用3種不同系列按公式(1)～(7)分別計算頻率分析：

系列一為婁家村水文站1952—2010年實測洪水資料系列；

系列二為婁家村水文站1952—2010年實測洪水資料系列及歷史洪水資料，1876年洪水為首，按起訖年法確定其重現(xiàn)期為135 a，1912年洪水次之，重現(xiàn)期為68 a。

系列三為婁家村水文站1952—2010年實測洪水資料系列及歷史洪水資料，假定1876年洪水重現(xiàn)期為100 a，1912年洪水重現(xiàn)期為50 a。

根據(jù)各系列資料進行P-Ⅲ型曲線適線，頻率分析及適線成果見表2及圖1、圖2和圖3。

表2 婁家村水文站洪水頻率分析成果表

圖1婁家村水文站洪峰流量頻率曲線圖(1)

圖2 婁家村水文站洪峰流量頻率曲線圖(2)

圖3 婁家村水文站洪峰流量頻率曲線圖(3)

2.3 成果綜合分析

P-Ⅲ型曲線的3個參數(shù)分別有一定的統(tǒng)計意義，均值表示洪水的平均數(shù)量水平，Cv值代表洪水年際變化劇烈程度，Cs表示年際變化的不對稱度。

從表2中可以看出：

1)加入歷史洪水后，均值及Cv值均有所增大。

2)系列二的各頻率洪水設(shè)計值增大了10%～20%。

3)系列三的各頻率洪水設(shè)計值增大了13%～29%。

4)不同重現(xiàn)期的歷史洪水加入實測樣本系列后對設(shè)計洪水的影響也是不同的，重現(xiàn)期越短，均值及Cv值則偏大，系列三與系列二相比，各頻率洪水設(shè)計值增大了3.2%～7.2%，見表3。

3 結(jié) 語

通過對比可知，在實測洪水系列中加入歷史洪水可以起到展延系列，減少誤差，對于更合理地確定洪水統(tǒng)計參數(shù)，提高設(shè)計洪水成果精度與可靠性具有十分重要的作用。

歷史洪水重現(xiàn)期的考證由于受資料條件的限制或主觀判斷等因素影響，重現(xiàn)期存在一定的誤差。

重現(xiàn)期的誤差對設(shè)計值的影響較小，并且歷史洪水重現(xiàn)期越長，其影響就越小，仍能有效地提高設(shè)計洪水成果的穩(wěn)定性。

在今后的工作中，應(yīng)盡可能地搜集歷史洪水資料，并認真調(diào)查考證資料的精度，合理地確定歷史洪水重現(xiàn)期。

對洪水系列，應(yīng)在可靠性和一致性分析的基礎(chǔ)上進行代表性分析，并進行合理性檢查，滿足規(guī)范要求且設(shè)計洪水成果合理。

表3 婁家村水文站各系列設(shè)計洪水對比表

[1]費永法.歷史特大洪水對設(shè)計洪水頻率曲線參數(shù)及設(shè)計值的影響[J].水力發(fā)電學(xué)報，1999(04)：76-81.

[2]郭姚生，李長友，曲春暉，曹偉征.黑龍江中游“84.8”歷史特大洪水預(yù)報[J].黑龍江水利科技，1997(03)：55-57.

[3]張立杰.歷史洪水對水文頻率分析不確定性的影響[J].水電能源科學(xué)，2012,30(03)：61-63.

[4]中華人民共和國水利部SL44—2006水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

InfluenceofIntuitiveHistoricalFloodEventsonDesignFlood

LI Fang

(Jiangxi Province Fuzhou City Water Conservancy and Hydropower Investigation & DesignInstitute，F(xiàn)uzhou 344000，China)

By using frequency analysis method，the influence on design flood is researched on adding measured series of historical flood and adding different historical flood period.Study on the measured series through the contrast analysis shows that，adding the historical flood can play extending series，reduce the error，improve the accuracy and reliability of the result；historical flood added time is longer，the better the stability of design flood.

design flood;historical flood;return period;frequency analysis;example

1007-7596(2014)12-0001-03

2014-07-11

李芳(1978-)，女，江西撫州人，工程師。

TV122

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