何 飞
(四川水利职业技术学院, 四川 成都 610200)
洪水频率[1],指某水利工程的洪水特征值(如洪峰流量等)出现的累计频率。即在在一定时期(如n年)内,该特征值等于或超过某定量的可能出现概率。它是为了实际工程选择合格的设计流量而制定的一个设计标准。其设计的合理性,对于各水利工程的河段堤防、分洪设施、滞洪工程或调洪能力强大的水库等的建设及维护,具有举足轻重的意义。因此,本文以历史洪水调查数据为依据,采用参数估计法计算出各频率下的洪峰流量。最后,以一个具体工程实例进行计算演示,并对计算结果进行分析,验证了该计算方法的正确性。
洪水频率的设计方法,是在分析工程实测洪水及历史洪水资料的可靠性、一致性、重现期等前提下,以一定时期内的调研历史参数为依据,然后针对其实际工程的特点(如n年连续系列,不连续系列等),进行选择。试验表明[2],历史重现期越长,设计成果的稳定性越好,精度越高。因此,在频率计算的过程中,选择一个合适的重现期,是非常重要的。最后,确定合理的计算方法(比如连续系列系统,采用矩法),进行相关参数的计算(如均值流量、变差系数、偏态系数等)。本文以不连续系列的系统为例,探讨洪水频率的计算。
假设一个水利工程坝址属于不连续系列,结合其n年历史数据的调查分析报告,已知在给定的某个洪水系列中,存在一个特大值,此时,定义该特征值为本系列的最大值,重现期为n1年。以此类推,将重现期为年,特征值由大到小进行排位。以上ni年大洪水与水文站实测的n年历史资料相结合,构成一个不连续的洪水系列,其均值如下式所示。
由于假设的工程采用的是不连续的洪水系列进行计算。因此,根据文献[3]的方法,频率分布函数选用P-III型频率曲线,采用参数估计法进行计算。如果在迄今的N年中已查明有a个特大洪水(其中有l个发生在n年实测或插补系列中),假定(n-l)年系列的均值和均方差与除去特大洪水后的(N-a)年系列的相等,即
本文以沱江干流三皇庙水文站为例,以1941年~2016年共76年实测年最大洪峰流量资料为依据。结合历史最大洪水资料和实测连续的年最大洪峰流量资料,定义了1840年~2016年(系列长度为n=177年)的不连续洪水系列,进行频率分析计算。
根据章节1.1~1.2所述步骤,首先,以1981年实测的洪水定义为最大值,其重现期n为172年;其次,将1840年测量的洪水排为第二,重现期为81年,以此类推,总共定义5个特征值(即54年、41年、33年)。将这五年大洪水与三皇庙水文站实测的71年洪水资料,组成一个不连续的洪水系列。将公式(1-1)~(1-4)代入计算,计算结果如图1及表1所示。
图1 . 三皇庙站洪水频率计算图
表1 三皇庙站年Qmax频率计算成果表(N=172年)
将本次计算结果与同处沱江干流的九龙滩电站1941~1987年水文计算数据(如表2所示)进行对比。
表2 九龙滩电站洪水分析计算成果
从表1和表2的数据可知,三皇庙水文站的计算结果与后者部分结论基本一致,相对误差小于1%。三皇庙水文站的洪水分析、计算成果满足本阶段要求,故洪水频率的计算是合理的。
(1).提出了以历史数据为依据,选择合理的洪水重现期,采用参数估算的方法对水利工程进行洪水频率计算的思想。
(2).以沱江干流三皇庙水文站为计算实例,计算出了各种频率下的洪峰流量,并通过对比九龙滩电站的洪水分析计算成果,验证了方法的正确性。
(3).洪水频率的计算中,除重现期的确定以外,采用不同的方法计算得到的精度是不同的,而本文只采用了参数估算法,因此,在计算过程中,与他计算方法(比如双权函数法、适线法等)的精度结果对比如何,并不确定。所以,在未来的研究探索中,需要逐渐地完善计算的过程,力争采用多种方法进行计算对比,以此不断提高结果的准确性,为水利工程的优化设计奠定良好的基础。