特大值处理对频率计算结果影响分析

姜 芸

(新疆昌吉水文水资源勘测局，新疆 昌吉831100)

洪水是一种常见的自然现象，在规划设计各类水利工程的时候，应注意分析研究洪水的规律性、合理地、恰当地预估出水工建筑物运营期间内可能遇到的洪水，具有十分重要的作用[1]。特大洪水是指实测和调查到的历史大洪水。历史洪水在设计洪水计算中与实测特大洪水一样，占有非常重要的地位，尤其在新疆干旱区短缺资料的中小河流，应特别重视，它不仅是增大洪水量级，还可以起到展延系列，提高成果的可靠性[2]。

1 流域特性

木垒河流域是新疆昌吉木垒县境内年径流量最大的一条山溪性河流，发源于天山山脉博格达山北坡，从河源到木垒水文站河长36 km，集水面积461 km2。该流域年降水量分配极不均匀，降水量表现为山区多，平原少，迎风坡多，背风坡少的特点。流域多年平均降水量为278.7 mm。

木垒河流域的洪水一般发生在春季和夏季。春季洪水以积雪消融洪水或积雪消融水与降水形成的混合型洪水为主;夏季洪水则多为中低山区形成的暴雨型洪水。

采用木垒水文站1963—2012年50年的实测连续历史资料，运用P-Ⅲ型频率曲线推求出设计水库的五十年一遇设计洪峰流量、百年一遇设计洪峰流量和千年一遇设计洪峰流量。

2 频率计算方法

2.1 实测资料系列设计洪峰流量频率计算成果

通过木垒水文站1963-2012年连续实测洪峰流量系列推求设计洪峰流量。

具体方法步骤:在每一年选出最大洪峰流量作为样本，将该样本按大小次序排位，根据相应序号计算出各项经验频率、平均流量和变差系数。计算公式如下:

本文 n=50，经计算得知 x=48.2，Cv=1.03，点绘经验频率曲线，调整参数，优化适线，当Cv=1.03、Cs=2.5Cv时经验点据与理论频率曲线拟合较好。在P—Ⅲ型曲线离均系数表中查出φp值，代入公式Q=(1+Cvφp)算出设计洪峰流量值。成果见表1。

表1 设计洪峰流量计算表(实测资料)

2.2 加入特大值设计洪峰流量频率计算成果

1)历史洪水的调查及考证

木垒河1946年洪水发生于6月2日。根据1985年6月26日新疆水文总站调查组记载，当时该水文站站长王志学带领调查组先后访问了两人，被访问者都是1946年木垒河这场洪水的见证者，对这场洪水印象深刻，且当时身体及记忆力尚好，不同对象对水、雨情过程描述基本一致。昌吉水文水资源勘测局对木垒县木垒河等流域1946年洪水进行了调查与复核，说明1946年洪水确实是这一区域最大的一场洪水。木垒河1946年调查的洪峰流量为424 m3/s。

2)加入特大值设计洪峰流量频率计算

木垒水文站采用加入1946年历史洪水的不连序洪峰流量系列和实测时段洪量系列进行频率计算，计算公式如下:

式中:α为历史特大洪水N年调查考证期内历史洪水的个数;N为历史特大洪水系列中首项的调查考证期;ι为在项实测连序系列中特大值个数;Qi为一般洪水，i=ι+1、ι+2、…、n;Qj为特大洪水 j=1、2、…、a;

本文计算中取 N=67，n=50，ι=1，a=1。经计算 Q=48.2，Cv=1.7。点绘经验频率曲线，调整参数，优化适线，当Cv=1.7、Cs=2.5Cv时经验点据与理论频率曲线配合较好。在P—Ⅲ型曲线离均系数表中查出φp值，代入公式Q=1+Cvφp)算出设计洪峰流量值。成果见表2。

表2 设计洪峰流量计算表(加入特大值)

2.3 设计结果对比分析

通过对上述两种计算方法所得结果进行对比，成果见表3。

表3 计算结果对比表

从表3中分析可得出:加入特大洪水值后，千年一遇洪水偏大114.1%，百年一遇洪水偏大85.1%，五十年一遇洪水偏大71.4%。这表明将历史洪水加入洪水系列，对频率分析计算结果影响甚大。

2.4 实测与历史洪峰流量对比分析

木垒河实测系列1963-2012年共50年，实测洪峰流量198 m3/s(2007年)，调查到的历史最大洪峰流量424 m3/s(1946年)，调查值为实测值的2.14倍(见表4)。可见加入历史洪水计算洪水频率之重要。

表4 木垒河1963-2012年实测洪峰流量与历史最大洪峰流量对比表

3 结语

(1)实测洪水系列中加入可靠的历史大洪水，对频率分析计算结果影响甚大。有助于提高设计洪水的估算精度，因为历史洪水的加入，既增加了洪水的信息量，也延长了系列长度。但是，这一结论是在历史洪水资料与实测洪水资料有相同或接近的精度，而且历史洪水调查期及其排序都是基本可靠的前提下才有效。所以，对历史洪水点据的删除，必须慎之又慎。因为历史洪水的加入，既增加了洪水的信息量，也延长了系列长度，可以增强设计洪水成果的稳定性，提高设计洪水成果精度。

(2)在设计大型水利枢纽或重要工程设施时，一定要多积累洪水调查资料，特别是特大洪水资料，若此洪水定得过大，则会使工程造价增多而不经济，但工程却比较安全;若此洪水定得过小，虽然工程造价降低，但遭受破坏的风险增大。

[1]姜英慧，关影，陆思.特大洪水对洪峰流量频率计算的影响[J].科技信息.2009，8:649.

[2]由希尧.新疆短缺资料中小河流设计洪水计算应用方法[M].新疆科学技术出版社.2013，5.