何 飛

（四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 成都 610200）

洪水頻率[1]，指某水利工程的洪水特征值（如洪峰流量等）出現(xiàn)的累計(jì)頻率。即在在一定時(shí)期（如n年）內(nèi)，該特征值等于或超過(guò)某定量的可能出現(xiàn)概率。它是為了實(shí)際工程選擇合格的設(shè)計(jì)流量而制定的一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)于各水利工程的河段堤防、分洪設(shè)施、滯洪工程或調(diào)洪能力強(qiáng)大的水庫(kù)等的建設(shè)及維護(hù)，具有舉足輕重的意義。因此，本文以歷史洪水調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用參數(shù)估計(jì)法計(jì)算出各頻率下的洪峰流量。最后，以一個(gè)具體工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算演示，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該計(jì)算方法的正確性。

1 洪水頻率計(jì)算方法的提出

洪水頻率的設(shè)計(jì)方法，是在分析工程實(shí)測(cè)洪水及歷史洪水資料的可靠性、一致性、重現(xiàn)期等前提下，以一定時(shí)期內(nèi)的調(diào)研歷史參數(shù)為依據(jù)，然后針對(duì)其實(shí)際工程的特點(diǎn)（如n年連續(xù)系列，不連續(xù)系列等），進(jìn)行選擇。試驗(yàn)表明[2]，歷史重現(xiàn)期越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成果的穩(wěn)定性越好，精度越高。因此，在頻率計(jì)算的過(guò)程中，選擇一個(gè)合適的重現(xiàn)期，是非常重要的。最后，確定合理的計(jì)算方法（比如連續(xù)系列系統(tǒng)，采用矩法），進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算（如均值流量、變差系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)等）。本文以不連續(xù)系列的系統(tǒng)為例，探討洪水頻率的計(jì)算。

1.1 調(diào)查期為n年的洪水頻率分析

假設(shè)一個(gè)水利工程壩址屬于不連續(xù)系列，結(jié)合其n年歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析報(bào)告，已知在給定的某個(gè)洪水系列中，存在一個(gè)特大值，此時(shí)，定義該特征值為本系列的最大值，重現(xiàn)期為n1年。以此類推，將重現(xiàn)期為年，特征值由大到小進(jìn)行排位。以上ni年大洪水與水文站實(shí)測(cè)的n年歷史資料相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)不連續(xù)的洪水系列，其均值如下式所示。

1.2 洪水頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定

由于假設(shè)的工程采用的是不連續(xù)的洪水系列進(jìn)行計(jì)算。因此，根據(jù)文獻(xiàn)[3]的方法，頻率分布函數(shù)選用P-III型頻率曲線，采用參數(shù)估計(jì)法進(jìn)行計(jì)算。如果在迄今的N年中已查明有a個(gè)特大洪水（其中有l(wèi)個(gè)發(fā)生在n年實(shí)測(cè)或插補(bǔ)系列中），假定（n-l）年系列的均值和均方差與除去特大洪水后的（N-a）年系列的相等，即

2 工程實(shí)例演示

2.1 實(shí)例概況

本文以沱江干流三皇廟水文站為例，以1941年～2016年共76年實(shí)測(cè)年最大洪峰流量資料為依據(jù)。結(jié)合歷史最大洪水資料和實(shí)測(cè)連續(xù)的年最大洪峰流量資料，定義了1840年～2016年（系列長(zhǎng)度為n=177年）的不連續(xù)洪水系列，進(jìn)行頻率分析計(jì)算。

根據(jù)章節(jié)1.1～1.2所述步驟，首先，以1981年實(shí)測(cè)的洪水定義為最大值，其重現(xiàn)期n為172年；其次，將1840年測(cè)量的洪水排為第二，重現(xiàn)期為81年，以此類推，總共定義5個(gè)特征值（即54年、41年、33年）。將這五年大洪水與三皇廟水文站實(shí)測(cè)的71年洪水資料，組成一個(gè)不連續(xù)的洪水系列。將公式（1-1）～（1-4）代入計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖1及表1所示。

圖1 . 三皇廟站洪水頻率計(jì)算圖

表1 三皇廟站年Qmax頻率計(jì)算成果表(N=172年)

將本次計(jì)算結(jié)果與同處沱江干流的九龍灘電站1941～1987年水文計(jì)算數(shù)據(jù)（如表2所示）進(jìn)行對(duì)比。

表2 九龍灘電站洪水分析計(jì)算成果

從表1和表2的數(shù)據(jù)可知，三皇廟水文站的計(jì)算結(jié)果與后者部分結(jié)論基本一致，相對(duì)誤差小于1%。三皇廟水文站的洪水分析、計(jì)算成果滿足本階段要求，故洪水頻率的計(jì)算是合理的。

3 結(jié)論

（1）．提出了以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)，選擇合理的洪水重現(xiàn)期，采用參數(shù)估算的方法對(duì)水利工程進(jìn)行洪水頻率計(jì)算的思想。

（2）．以沱江干流三皇廟水文站為計(jì)算實(shí)例，計(jì)算出了各種頻率下的洪峰流量，并通過(guò)對(duì)比九龍灘電站的洪水分析計(jì)算成果，驗(yàn)證了方法的正確性。

（3）．洪水頻率的計(jì)算中，除重現(xiàn)期的確定以外，采用不同的方法計(jì)算得到的精度是不同的，而本文只采用了參數(shù)估算法，因此，在計(jì)算過(guò)程中，與他計(jì)算方法（比如雙權(quán)函數(shù)法、適線法等）的精度結(jié)果對(duì)比如何，并不確定。所以，在未來(lái)的研究探索中，需要逐漸地完善計(jì)算的過(guò)程，力爭(zhēng)采用多種方法進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，以此不斷提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，為水利工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。