乌鲁木齐河同频率设计洪水探讨

龚建新

(新疆乌鲁木齐水文水资源勘测局，新疆乌鲁木齐830000)

在水库工程的防洪水文设计中，常要推求同频率设计洪水过程线，选择典型洪水过程线进行同频率放大，如百年一遇的洪水对应百年一遇的各时段洪量。一次洪水过程包含若干特征，如洪峰流量和时段洪量，洪水过程形成受到复杂因素的影响，而且有着错综复杂的组合，在一般情况下他们出现的频率是互不相等的。依据乌鲁木齐河洪水资料，研究实测洪水经验频率与设计洪水频率的相对误差和绝对误差很有必要。

1 洪水类型及特征

根据乌鲁木齐河流域冰川分布、天气形势与暴雨特征及实测洪水资料分析，流域内的积雪消融和暴雨是乌鲁木齐河洪水形成的主要原因。乌鲁木齐河洪水一般发生在春季和夏季。春季洪水一般以冰雪消融型洪水为主;夏季洪水主要以暴雨型洪水和冰雪消融与暴水形成的混合型洪水为主。

乌鲁木齐河历年最大流量都出现在暴雨集中的6、7、8三个月里，主要集中在6月下旬到8月上旬的50 d里，这些洪水与天气系统发展相关，英雄桥水文站实测多年平均洪峰流量96.1 m3/s，其模数仅0.1 m3/s.km，但洪峰变幅大，最大最小倍比达7.3(1996年“7.19”洪水 352 m3/s与 1967 年“7.17”洪水 48.0 m3/s)。由于产流区面积小，山势陡峻坡度大，流域调蓄能力弱，洪峰往往起涨猛，峰顶持续时间短，洪水陡涨陡落，1994年“7.15”洪水历时36 h，洪峰与起涨流量之比为6.7，最大涨幅56 m3/s.h，水位上涨率超过0.6 m/h，最大1 d洪量超过最大3 d洪量的一半，为最大7 d洪量的30%。1996年“7.19”洪水则连续三日三个峰，洪峰与起涨流量之比为7.8。

2 洪水分析

2.1 洪水系列选定

《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44－2006(以下简称《规范》)中规定，应采用年最大值原则选取洪水系列，即从资料中逐年选取一个最大流量和固定时段的最大洪水总量，组成洪峰流量和洪量系列。本文选定最大流量、最大1日、3日、7日洪量系列进行分析。

2.2 经验频率公式

根据统计学中的次序统计量理论来讨论，制定洪水经验频率公式。即设已有一个包含几项洪水的系列，并把它们按量级从大到小排序，即:x1，x2，x3，… ，xm，…，xn。则 xm是一个随机变量，经验频率公式如下:

2.3 频率计算

洪水频率设计，采用皮尔逊一Ⅲ型曲线，重点考虑1953年“8.4”洪水，1996年“7.19”洪水等大洪水点据，以矩法初估统计参数，之后人工经验适线，以P－Ⅲ型线型适线，计算机优化选配曲线，图1为英雄桥水文站洪水综合频率曲线。表1为洪水频率计算成果表。选取英雄桥水文站超过100 m3/s洪水经验频率比较与设计洪水频率结果进行比较分析，其计算结果见表2，表3为英雄桥水文站同频率经验计算成果与设计频率误差分析成果表。

图1 英雄桥水文站洪水综合频率曲线

表1 英雄桥水文站洪水频率计算成果表

表2 英雄桥水文站超过100洪水经验频率比较分析

表3 英雄桥水文站同频率经验计算成果与设计频率误差分析成果表

若以PQ代表洪峰流量频率，P1W、P3W、P7W代表洪量频率，以设计洪峰流量为标准量，根据以上成果分析，稀遇洪水相同年份时段洪量与洪峰流量同频率，即P1W=PQ、P3W=PQ、P7W=PQ，常遇洪水相同年份存在设计频率计算成果偏小的情况，即P1W＜PQ、P3W＜PQ、P7W＜ PQ。

一般城镇防洪标准为50% ～20%，山区水利水电工程4～5级水库工程设计洪水标准为50%～10%，平原区水利水电工程3～5级水库工程设计洪水标准为50% ～10%。若以设计洪峰流量为标准量，设计洪量超过这些标准或达不到设计标准的情况。对于防洪标准低于20年一遇的工程，将面临超设计标准或者没有达到设计标准的情况，这将给工程的安全带来危害。

3 结语

一般认为，洪量频率与洪峰流量频率有较强的相关性，但二者关联程度的确定，是一件很复杂的学术问题。假定，单纯的十年一遇的洪水和单纯的十年一遇洪量相遇概率是百年一遇，这显然是一种机会较小的组合情况。因此，在建立洪水频率曲线后，必须从内在的洪水产生机理入手，分析暴雨的特性、洪水峰、量之间的关系，建立时段洪量频率与洪峰流量频率的相关关系，分析相同频率洪水条件下的洪量频率范围或相同频率洪峰流量条件下的洪水频率范围，对于一般城镇和3～5级水电工程涉及到时段洪量，建议加成20%进行设计。

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