基于历史特大洪水对设计洪水的影响

李 芳

(江西省抚州市水电勘测设计院，江西 抚州 344000)

科技成果

基于历史特大洪水对设计洪水的影响

李 芳

(江西省抚州市水电勘测设计院，江西 抚州 344000)

运用频率分析方法，研究在实测系列中加入历史洪水及加入不同重现期的历史洪水对设计洪水的影响。通过对比分析可知，加入历史洪水可以起到展延系列，减少误差，提高成果精度与可靠性的作用；加入的历史洪水重现期越长，则设计洪水成果的稳定性越好。

设计洪水；历史洪水；重现期；频率分析；实例

1 概 述

我国的水利水电枢纽工程的设计规范中，考虑到目前广泛应用频率计算方法，规定一定的洪水出现频率作为防洪标准。

设计洪水就是指符合防洪设计标准的洪水，设计洪水成果的大小，将会对工程的合理布置、造价及安全等产生较大的影响[1]。若设计洪水数据偏大，就会导致工程标准不必要的提高，造成人力、物力及财力的巨大浪费；若设计洪水数据偏小，则会导致工程实际标准的降低，对工程安全及人民生命财产构成严重的威胁。

当采用流量资料推求设计洪水时，设计洪水频率计算成果的可信度是与洪水系列的代表性密切相关的，而洪水系列的代表性又受洪水资料系列的长短所制约[2-3]。如果系列较短，其代表性就较差，当然由此计算的设计洪水成果的可信度也就较差。

江西省的水文站点大多设立于50—60年代，实测洪水系列长度一般为数十年，用这个有限的样本来进行总体参数估计及频率曲线外延，有时需要处延推求上百年甚至上千年一遇的设计洪水，所得成果就难免有很大的抽样误差。

但在深入进入实地调查和文献考证后，一些河流发生过历史洪水，所谓历史洪水是指过去已发生，但未通过水文站测到的特大洪水。这种历史洪水发生的年代至今，近者几十年，远者上百年甚至几百年，因此人们总是尽可能去寻找历史特大洪水，加入实测系列中进行频率计算。

本文通过实例分析计算及成果综合分析，在实测洪水系列中加入历史洪水后对设计洪水有何影响，不同重现期的历史洪水对设计洪水的作用如何进行分析。

2 实例分析

实例分析内容包括3个部分：洪水系列及其代表性、洪水系列频率分析和成果综合分析。

2.1 洪水系列及其代表性

本次采用抚河水系临水支流娄家村水文站为设计代表站，该站控制流域面积4 969 km2，1952年设站至今，观测水位、流量、降水量、含沙量等，测验河段顺直，为国家基本水文站，历年资料均进行整编，精度较高。

该站有1952—2010年共59 a实测年最大洪水系列，据1983年《江西省洪水调查资料》记载，具有1876年、1912年历史洪水资料，其洪峰流量、可靠程度见表1。

表1 娄家村水文站历史洪水资料情况一览表

2.2 洪水系列频率分析

洪水系列频率分析内容包括：经验频率的估算、矩法计算洪水统计参数和洪水频率分析。

2.2.1 经验频率的估算

采用实测洪水系列排频时，由于该水文站年最大洪水资料属连序系列，其经验频率根据设计洪水规范按下列数学期望公式计算[4]：

(1)

加入历史洪水数据时，由于资料属不连序系列，其经验频率根据设计洪水规范按下列数学期望公式计算：

(2)

(3)

2.2.2 矩法计算洪水统计参数

(4)

(5)

(6)

(7)

2.2.3 洪水频率分析

本次分析计算中，主要参考河段近200 a的历史记载资料以及历次历史洪水调查资料，确定历史洪水的重现期。

根据该站洪水资料系列，采用3种不同系列按公式(1)～(7)分别计算频率分析：

系列一为娄家村水文站1952—2010年实测洪水资料系列；

系列二为娄家村水文站1952—2010年实测洪水资料系列及历史洪水资料，1876年洪水为首，按起讫年法确定其重现期为135 a，1912年洪水次之，重现期为68 a。

系列三为娄家村水文站1952—2010年实测洪水资料系列及历史洪水资料，假定1876年洪水重现期为100 a，1912年洪水重现期为50 a。

根据各系列资料进行P-Ⅲ型曲线适线，频率分析及适线成果见表2及图1、图2和图3。

表2 娄家村水文站洪水频率分析成果表

图1娄家村水文站洪峰流量频率曲线图(1)

图2 娄家村水文站洪峰流量频率曲线图(2)

图3 娄家村水文站洪峰流量频率曲线图(3)

2.3 成果综合分析

P-Ⅲ型曲线的3个参数分别有一定的统计意义，均值表示洪水的平均数量水平，Cv值代表洪水年际变化剧烈程度，Cs表示年际变化的不对称度。

从表2中可以看出：

1)加入历史洪水后，均值及Cv值均有所增大。

2)系列二的各频率洪水设计值增大了10%～20%。

3)系列三的各频率洪水设计值增大了13%～29%。

4)不同重现期的历史洪水加入实测样本系列后对设计洪水的影响也是不同的，重现期越短，均值及Cv值则偏大，系列三与系列二相比，各频率洪水设计值增大了3.2%～7.2%，见表3。

3 结 语

通过对比可知，在实测洪水系列中加入历史洪水可以起到展延系列，减少误差，对于更合理地确定洪水统计参数，提高设计洪水成果精度与可靠性具有十分重要的作用。

历史洪水重现期的考证由于受资料条件的限制或主观判断等因素影响，重现期存在一定的误差。

重现期的误差对设计值的影响较小，并且历史洪水重现期越长，其影响就越小，仍能有效地提高设计洪水成果的稳定性。

在今后的工作中，应尽可能地搜集历史洪水资料，并认真调查考证资料的精度，合理地确定历史洪水重现期。

对洪水系列，应在可靠性和一致性分析的基础上进行代表性分析，并进行合理性检查，满足规范要求且设计洪水成果合理。

表3 娄家村水文站各系列设计洪水对比表

[1]费永法.历史特大洪水对设计洪水频率曲线参数及设计值的影响[J].水力发电学报，1999(04)：76-81.

[2]郭姚生，李长友，曲春晖，曹伟征.黑龙江中游“84.8”历史特大洪水预报[J].黑龙江水利科技，1997(03)：55-57.

[3]张立杰.历史洪水对水文频率分析不确定性的影响[J].水电能源科学，2012,30(03)：61-63.

[4]中华人民共和国水利部SL44—2006水利水电工程设计洪水计算规范[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

InfluenceofIntuitiveHistoricalFloodEventsonDesignFlood

LI Fang

(Jiangxi Province Fuzhou City Water Conservancy and Hydropower Investigation & DesignInstitute，Fuzhou 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，江西抚州人，工程师。

TV122

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