张 猛,金 鑫
(吉林省水文水资源局吉林分局,吉林 吉林 132013)
洪水调查确定设计洪水的实践研究
张 猛,金 鑫
(吉林省水文水资源局吉林分局,吉林 吉林 132013)
通过对洪水的调查,介绍洪水设计的思路和方法,从而对吉林地区洪水水文材料进行补充,为未来水利、电力、输变电线路等工程的开展提供数据参考。
洪水调查;洪水设计;频率配线
吉林省山区较多,长白山绵延其间,且河流较多,发生洪水的概率较大,但是目前吉林省相关的洪水设计资料却比较匮乏,因此,需要加强对洪水的调查,调查历来发生的洪水或暴雨信息,然后利用这些信息对洪水进行设计。
1.1 洪水设计性质
洪水设计的过程就是提供未来几年(工作有效寿命期)可能发生百年一遇或者千年一遇洪水的概率。整个工作性质是进行洪水发生的“超超长期预报”,成果是完全预测的,在设计过程中,要求资料可靠、原理清晰、易于操作,方法不需要过于深奥、复杂,所得出的最终预测结论也不一定会在未来发生。
1.2 洪水设计的支撑
在进行洪水设计时,必须要做好以下三项工作:第一,需要拥有健全的信息,数据要具有可靠性、代表性和一致性,在水文气象法中还需要具备广泛性。第二,需要对数据进行合理的分析计算。要根据实际应用的需要来选择方法。第三,需要对水文、气象的规律有清晰的掌握。比如,在对吉林省洪水进行设计时,需要对吉林省自然地理特征、暴雨特征有足够的了解,然后再进行分析方法的选取,这样参数的确定也比较合理。对当地自然条件的熟悉程度越高,设计的洪水可靠性也就越大。
1.3 洪水设计的重要性
对沿河流域进行科学合理的规划才能实现水资源科学的管理、开发和利用,才能推动当地经济的发展,因此,对吉林省内的洪水发生频率进行研究,分析不同层次的洪水发生概率,就能提前做出防洪措施,对洪水进行有效处理。通过对控制站内的年最高水位进行分析,可对洪水水面线进行推算,因此,需要对水位观测站的资料进行分析,分析水文站上下游的流量情况,然后根据洪水搬家指数法确定本站水位流量的变化曲线,通过该曲线查得在相应年的最大流量,组成建站以来的最大流量系列,加上转化而来的实测流量资料,就能确定某一频率的流量,进而根据该水量推断某一河段洪水面的起算水位,这对生产实践和决定工程规模都是十分重要的。如果对水文计算不到位,那么工程设计就会不合理。如果工程规模较大,就会造成工程浪费,而如果工程较小,水资源又不能得到合理利用,防洪设施如果标准过低,则会给工程本身和下游人民的生命财产产生威胁。
在对洪水资料进行处理时,主要是从两个方面进行分析:一方面,从洪水资料的样本性进行分析。在对特大洪水进行分析时,由于特大洪水发生的频率较低,因此难以对其重现期和频率进行分析,但是在吉林省的发展过程中,也的确发生过一些特大洪水,因此在分析的时候,要将这些历史文献中关于洪水的描述引入进来,确定大洪水发生的数量和年代,这实际上是增加样本资料的系列长度。另一方面,从洪水发生的频率进行分析。这种分析方法一般是对稀遇洪水进行分析,分析频率一般是在点据的位置上,是在频率曲线的上部,然后对频率曲线进行大幅度的外延,才能得到具体洪水发生的概率。在对特大洪水进行分析时,会增加点据中数量大、频率小的数据,这对频率曲线上端的控制能起到一定的作用,减小频率曲线外延的可能性,计算结果也稳定合理。在对洪水排位期进行分析时,应尽可能获得多的数据,这样就能确定经验频率的估算是否正确。为了正确计算各级别洪水的发生概率,需要准确调查洪水发生的年代和数量,然后确定其在调查期间内的排位和序号,如果一些洪水年代久远,就可以根据调查结果确定几个不同的排位期,将已经调查的洪水确定好排位顺序。如果某次洪水属于同一量级,但不能确定确切定量,一般要将其排在同等级的洪水中间。
3.1 调查洪水配线法
在洪水调查过程中一般需要获得3~5个以上的大洪水资料,按年份分类,获得各个年份的经验频率,然后在几率格纸上绘制出来,目估定线,用三点法按P=1%、5%、99%;P=5%、50%、95%;P=10%、50%、90%这三组数据来进行取点,这样就能设计出洪水的频率曲线。
3.2 洪水经验频率计算公式
洪水经验频率计算公式是由 Hzaen 于 1914年提出的,该公式具有简单、直观、安全的特点,目前依然应用于洪水设计过程,但是在设计过程中,要将无特大洪水的情况排除在外。在设计过程中,应将每一次的历史洪水看作是独立的样本,将其与实测洪水绘制在同一个几率格纸上,图中重合的部分也就是几率曲线。
3.3 水位(调查)-暴雨频率相应法
此方法在应用时,先要假定预期洪水发生的频率与当次洪水发生的频率一致,因此,需要调查近期洪水或近几年的洪水,利用临近水文站的暴雨频率数据,然后寻找水位和该次暴雨频率经验点的最佳配合比率,这样就能够求得工程需要的频率洪水位。
3.4 水位(调查)-洪水频率相应法
在吉林省内,一些线路工程离主河道比较远,从小直流的丘陵地带走线,在这些地区基本上都没有水文测站,这就给水文测试分析带来了诸多困难,因此,可以采用调查水位-洪水频率来设计水位。目前,吉林省对洪水水文系列的研究实践并不多,因此,往往会存在着一些误差,尤其是在对历史洪水进行分析时,误差就更大,不能只根据单一的要素进行数学计算,还需要经过合理性分析,对时间、空间进行综合平衡以后,再确定洪水发生的概率。也就是说,只将初始参数作为一种参考,然后采用经验适线法对洪水发生的频率进行设计。
近年来,洪水对吉林省的社会发展、经济发展造成了严重影响,因此,应加强对洪水设计的研究,目前已取得了一些成果。
4.1 明确指导思想
吉林省在进行洪水设计的时候,坚持“多种方法,综合分析,合理选定”的指导思想,使洪水设计过程的不确定因素大大降低。
4.2 洪水资料丰富
吉林省在进行洪水设计时,是在大量洪水资料基础上开展的。资料多、覆盖面广、研究也比较深入,这就为采用频率分析法、水文气象法进行洪水设计提供了有力参考。
4.3 实施频率分析法
在利用频率分析法对洪水进行设计时,不仅要考虑统计的结果,还要考虑各种物理因素,加强对历年洪水的处理,完善经验频率计算公式,实现对统计参数的估计,研究过程要具有独特性,考虑中国实际国情,而频率分析法是从洪水偶然性的一面进行考虑分析的。
4.4 开展水文气象法
吉林省水文工作者在进行洪水设计时,应用了中国水文分析计算,因此思路清晰、层次分明、重点突出、通俗易懂,在理论和方法上都进行了一定的创新。水文气象法主要是从自然规律必然性的一面进行考虑分析的。
洪水给实际的生产、生活都带来了严重的损害,尤其是在吉林省这个洪水发生比较严重、工业设施也比较发达的地区,需要准备足够的实测水位数据、流量资料,为洪水设计的过程提供依据。目前,吉林省许多地区并没有建设足够的水文站对水文情况进行分析,应加紧水文站的建立,对洪水进行有效设计,这样就能尽量避免洪水对工程造成的影响。
[1] 黄成宗.洪水调查确定设计洪水的实践研究[J].红水河,2008,27(3):127-128.
[2] 韩学军.连江流域设计洪水计算与研究[D].武汉:武汉工程大学,2004.
Practical research of flood investigation on determining flood design
ZHANG Meng, JIN Xin
(Jilin Bureau of Hydrology and Water Resources, Jilin 132013, China)
This paper introduces the idea and method of flood design by flood investigation, so as to supplement flood hydrology materials in Jilin area, and provide data reference for the future development of water conservancy, electric power and power transmission lines.
Flood survey; Flood design; Frequency wiring
2016-09-17
张猛(1978-),男 ,学士,工程师。
TV122.3
A
1674-8646(2016)24-0064-02