工程壩址洪水頻率設(shè)計的分析與探討

何 飛

（四川水利職業(yè)技術(shù)學院， 四川 成都 610200）

洪水頻率[1]，指某水利工程的洪水特征值（如洪峰流量等）出現(xiàn)的累計頻率。即在在一定時期（如n年）內(nèi)，該特征值等于或超過某定量的可能出現(xiàn)概率。它是為了實際工程選擇合格的設(shè)計流量而制定的一個設(shè)計標準。其設(shè)計的合理性，對于各水利工程的河段堤防、分洪設(shè)施、滯洪工程或調(diào)洪能力強大的水庫等的建設(shè)及維護，具有舉足輕重的意義。因此，本文以歷史洪水調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用參數(shù)估計法計算出各頻率下的洪峰流量。最后，以一個具體工程實例進行計算演示，并對計算結(jié)果進行分析，驗證了該計算方法的正確性。

1 洪水頻率計算方法的提出

洪水頻率的設(shè)計方法，是在分析工程實測洪水及歷史洪水資料的可靠性、一致性、重現(xiàn)期等前提下，以一定時期內(nèi)的調(diào)研歷史參數(shù)為依據(jù)，然后針對其實際工程的特點（如n年連續(xù)系列，不連續(xù)系列等），進行選擇。試驗表明[2]，歷史重現(xiàn)期越長，設(shè)計成果的穩(wěn)定性越好，精度越高。因此，在頻率計算的過程中，選擇一個合適的重現(xiàn)期，是非常重要的。最后，確定合理的計算方法（比如連續(xù)系列系統(tǒng)，采用矩法），進行相關(guān)參數(shù)的計算（如均值流量、變差系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)等）。本文以不連續(xù)系列的系統(tǒng)為例，探討洪水頻率的計算。

1.1 調(diào)查期為n年的洪水頻率分析

假設(shè)一個水利工程壩址屬于不連續(xù)系列，結(jié)合其n年歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析報告，已知在給定的某個洪水系列中，存在一個特大值，此時，定義該特征值為本系列的最大值，重現(xiàn)期為n1年。以此類推，將重現(xiàn)期為年，特征值由大到小進行排位。以上ni年大洪水與水文站實測的n年歷史資料相結(jié)合，構(gòu)成一個不連續(xù)的洪水系列，其均值如下式所示。

1.2 洪水頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)的確定

由于假設(shè)的工程采用的是不連續(xù)的洪水系列進行計算。因此，根據(jù)文獻[3]的方法，頻率分布函數(shù)選用P-III型頻率曲線，采用參數(shù)估計法進行計算。如果在迄今的N年中已查明有a個特大洪水（其中有l(wèi)個發(fā)生在n年實測或插補系列中），假定（n-l）年系列的均值和均方差與除去特大洪水后的（N-a）年系列的相等，即

2 工程實例演示

2.1 實例概況

本文以沱江干流三皇廟水文站為例，以1941年～2016年共76年實測年最大洪峰流量資料為依據(jù)。結(jié)合歷史最大洪水資料和實測連續(xù)的年最大洪峰流量資料，定義了1840年～2016年（系列長度為n=177年）的不連續(xù)洪水系列，進行頻率分析計算。

根據(jù)章節(jié)1.1～1.2所述步驟，首先，以1981年實測的洪水定義為最大值，其重現(xiàn)期n為172年；其次，將1840年測量的洪水排為第二，重現(xiàn)期為81年，以此類推，總共定義5個特征值（即54年、41年、33年）。將這五年大洪水與三皇廟水文站實測的71年洪水資料，組成一個不連續(xù)的洪水系列。將公式（1-1）～（1-4）代入計算，計算結(jié)果如圖1及表1所示。

圖1 . 三皇廟站洪水頻率計算圖

表1 三皇廟站年Qmax頻率計算成果表(N=172年)

將本次計算結(jié)果與同處沱江干流的九龍灘電站1941～1987年水文計算數(shù)據(jù)（如表2所示）進行對比。

表2 九龍灘電站洪水分析計算成果

從表1和表2的數(shù)據(jù)可知，三皇廟水文站的計算結(jié)果與后者部分結(jié)論基本一致，相對誤差小于1%。三皇廟水文站的洪水分析、計算成果滿足本階段要求，故洪水頻率的計算是合理的。

3 結(jié)論

（1）．提出了以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，選擇合理的洪水重現(xiàn)期，采用參數(shù)估算的方法對水利工程進行洪水頻率計算的思想。

（2）．以沱江干流三皇廟水文站為計算實例，計算出了各種頻率下的洪峰流量，并通過對比九龍灘電站的洪水分析計算成果，驗證了方法的正確性。

（3）．洪水頻率的計算中，除重現(xiàn)期的確定以外，采用不同的方法計算得到的精度是不同的，而本文只采用了參數(shù)估算法，因此，在計算過程中，與他計算方法（比如雙權(quán)函數(shù)法、適線法等）的精度結(jié)果對比如何，并不確定。所以，在未來的研究探索中，需要逐漸地完善計算的過程，力爭采用多種方法進行計算對比，以此不斷提高結(jié)果的準確性，為水利工程的優(yōu)化設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。