水文頻率計算的誤差原因分析及建議

□劉煥陽 □劉愛嬌（河南省漯河水文水資源勘測局）

1.問題的提出

1975年8月，河南省中南部的沙潁河、洪汝河等水系發生了特大暴雨，出現了建國以來罕見的特大洪水，導致了境內的板橋和石漫灘兩座大型水庫垮壩，給全省乃至全國水利界帶來很大的震動和反思。這次史稱“75·8”的特大暴雨洪水，刷新了許多水文要素國內實測系統值的記錄。洪水過后，河南水利界的反思之一就是對境內所有大型水庫的規劃指標進行了重新修訂。筆者通過比較發現，在規劃頻率不變的情況下，一些水庫（如：板橋、薄山、陸渾等）的規劃值修訂前后發生了很大變化，這實際上是由于規劃時進行水文頻率計算的誤差造成的。水文頻率計算的誤差在教科書和水文規范中雖然沒有提及，但在實際工作中卻經常遇到。

2.頻率計算概述

3.常用于水文頻率計算的水文要素分類

在進行水文頻率計算時，首選要選取水文要素。常用于頻率計算的水文要素筆者認為可分為三類：

3.1 均值類：指水文要素在選定時段內的平均值，反映水文要素隨以選定時段為時間單位的變化情況。這類值很多，如日均值、旬均值、月均值、年均值等。該類值常用于取水工程、航運等的規劃設計中。

3.2 極值類:指水文要素在選定時段內的最大或最小值，反映水文要素在選定時段內的極端變化情況。這類值在實際中應用最廣泛，如年最大流量、24h最大降水量、年最高水位等。該類值常用于水庫、橋梁等的規劃設計中。

3.3 總量類：指水文要素在選定時段內的總數量，反映水文要素受下墊面、天氣情況等自然因素的變化特征。如年降水量、月、年徑流量、年輸沙量等。該類值有些與均類值可以相互轉變，如月徑流量與月平均流量、年均含沙量與年均輸沙率等。該類值主要用于水庫的調節演算等工作中。

4.導致水文頻率計算誤差的主要因素

水文要素的變化受許多因素影響，水文頻率計算是利用統計學研究其變化規律的一種計算。在計算中易使成果出現誤差的因素主要有以下幾個方面：

4.1 資料系列的長度。目前我們所能搜集到的資料是非常有限的，只是無限長資料系列的一個樣本。因此，這個樣本的系列越長越好。但在實際工作中，所有站點的實測資料都比較短，大部分僅有30—50年，長的也不過百年。故在水文頻率計算時需要調查和考證歷史暴雨洪水，以延長資料系列長度。本文開始提出的問題，主要是由于規劃修建大型水庫時，實測資料都很短（均不足20年，少的僅幾年），再加上歷史洪水調查和考證不夠，從而造成成果出現較大誤差。

4.2 人類活動影響。人類活動是導致水文要素變化最活躍因素，在水文頻率計算時要充分考慮。如上游修建了水庫，改變了洪水的自然變化過程，削減了部分極值類水文要素，對部分均值類水文要素也有調節。

4.3 水文要素的選取。前面對常用頻率計算的水文要素已進行了分類，但在實際應用時可能會發現選這一水文要素也行，選那一水文要素也可的現象。如計算某一次洪水為多少年一遇時，是選洪峰流量還是選次洪量？大部分人喜歡選洪峰流量，因為這樣的資料容易獲得。但具體到某一站來說，就需要根據實際情況來確定。如澧河（淮河的三級支流），該河自上游至下游過水能力逐漸減小，其控制站——何口站的斷面過水能力為3000m3/s,下游約4km河道的過水能力就減到了1900m3/s，該河極易出現超標準洪水，“75·8”和 2000年的“7·15”洪水，曾造成站以上河堤多處坍塌和大范圍漫溢；因此，若選用洪峰流量來分析洪水的發生頻率，僅還原計算就可能帶來很大誤差，筆者認為該站就應該選取次洪量來進行洪水頻率計算。也就是說水文要素的選取要根據實際情況來確定。

5.水文頻率計算改進建議

現行的水文頻率計算方法，應進行以下兩方面改進:

5.1 評價水文頻率計算成果的確信度。在進行工程規劃設計時，有些地方的實測資料較長，有些地方的實測資料較短，有些地方無實測資料；不同情況下，水文頻率計算在資料延長或借用時所得的成果應該說明，他們的確信度是不一樣的。因此，在進行水文頻率計算時，要根據資料的實際情況制定、評定成果確信度的標準。

5.2 制定頻率曲線延長的范圍。在進行頻率計算后要點繪頻率曲線，一般查千年以上的頻率時需要延長曲線，延長線的范圍多大沒有嚴格規定，如高水延長一般不超過實測流量變幅的30%，低水延長一般不超過實測流量變幅的10%，超過該范圍時至少要用兩種方法進行比較。而頻率曲線的應用卻沒有類似的規定，大部分根據需要來延長。因此認為理論界應對此進行研究，也制定類似的規定，從而可避免隨意性，提高成果的精度。