水文頻率在水利工程設(shè)計(jì)中的作用

羅文廣,文 聘

（1.四川蜀禹水利水電工程設(shè)計(jì)有限公司; 2.四川省電力設(shè)計(jì)院,成都 610000）

0 前言

水文頻率顧名思義就是水文在一定時(shí)間內(nèi)的起伏次數(shù)。在大自然環(huán)境下，水文頻率的發(fā)生沒有規(guī)則性，是隨機(jī)的，是一種很常見的現(xiàn)象，例如降雨現(xiàn)象如果水文頻率的研究對(duì)象是降雨，那么降雨量的大小、降雨次數(shù)、年降雨量、降雨量峰值、降雨量谷值等變量就是水文頻率的研究?jī)?nèi)容。研究一個(gè)地區(qū)的水文頻率，可以起到防止洪澇災(zāi)害，以便及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施，以免人們生命財(cái)產(chǎn)受到威脅，根據(jù)水文頻率推測(cè)出來的數(shù)據(jù)顯示，就能確定水利工程建設(shè)規(guī)模，進(jìn)而設(shè)計(jì)出水利工程的結(jié)構(gòu)圖。因此，水文頻率是水利工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

1 水文頻率等級(jí)的確定

水文頻率有0.01%、0.1%、1%、10%、20%五個(gè)等級(jí)用以衡量不同量級(jí)的洪水，水文頻率常用%來表示,水文頻率與洪水量級(jí)出現(xiàn)頻率是呈正比的，頻率越小，就指這一量級(jí)以上的洪水發(fā)生頻率越低；反之，水文頻率越大，洪水發(fā)生頻率越高。

頻率衡量法并不是水文頻率衡量洪水的唯一標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)用到重現(xiàn)期（以年為單位）來表示，某一量級(jí)的洪水重現(xiàn)期為十年，俗稱十年不遇洪水，指的是這個(gè)量級(jí)的洪水在一段時(shí)間里，每十年出現(xiàn)一次的概率。事實(shí)上，十年里有可能不止出現(xiàn)一次，有可能不出現(xiàn)。

水文頻率和重現(xiàn)期既是衡量洪水量級(jí)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，又是確定水利工程設(shè)計(jì)規(guī)模和等級(jí)的重要憑據(jù)。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的抗洪技術(shù)，洪水等級(jí)包括重現(xiàn)期≤10年，視為一般洪水；20年≥重現(xiàn)期≥10年，視為較大洪水；50年≥重現(xiàn)期≥20年，視為大洪水；重現(xiàn)期≥50年，視為特大洪水。

洪水等級(jí)的劃分，并不是特指某一地區(qū)，技術(shù)人員結(jié)合各地水文頻率考慮多項(xiàng)因素劃分出的等級(jí)，結(jié)果經(jīng)相關(guān)部門審核通過才發(fā)布的，內(nèi)容真實(shí)、可靠。

2 頻率計(jì)算方法

繪制水文頻率曲線，可以用來解決經(jīng)驗(yàn)頻率曲線的延長(zhǎng)問題，在水文行業(yè)中，理論評(píng)論曲線是一種p—m型曲線，包括3個(gè)變量（X3，Cv，Cs），這三個(gè)變量決定p—m型曲線的整體走向與變化規(guī)律。但水文變量的具體數(shù)值是未知的，一般只有通過樣本資料才能推出三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，由于三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性，所以抽樣可能存在誤差性，促使由樣本資料推測(cè)而來的三個(gè)統(tǒng)計(jì)參數(shù)繪制的p—m型曲線沒有完全反映出整體的分布規(guī)律。實(shí)踐工作的開展過程中，技術(shù)人員一般采用抽樣的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及p—m型曲線的樣本來做實(shí)驗(yàn)，一般通過多次實(shí)驗(yàn)以減少誤差，進(jìn)一步得到更好的p—m型曲線頻率分布圖。

在水文頻率計(jì)算中用到的方法叫做適點(diǎn)配線法，又稱適線法。適線法也不能精確的繪制出p—m型曲線頻率分布圖，目前這種誤差還難以計(jì)算。所以，技術(shù)人員在水利工程設(shè)計(jì)上就要多方面結(jié)合考慮，不僅要觀察統(tǒng)計(jì)參數(shù)的變量，還要結(jié)合水文、地質(zhì)等環(huán)境因素，只有整體結(jié)合考慮，才能計(jì)算出最精確的p—m型曲線頻率分布圖。

3 水利工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 興利標(biāo)準(zhǔn)

水利工程今后可為社會(huì)發(fā)展、國(guó)民經(jīng)濟(jì)造福良多、例如養(yǎng)殖畜牧業(yè)、航空運(yùn)輸業(yè)、電廠發(fā)電、農(nóng)民灌溉、人類生活供水等。水利工程興建規(guī)模足夠大，同時(shí)水文頻率相對(duì)較小時(shí)，就能將水利工程優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致，但由于這樣投資成本巨大，可行性不大。例如大眾所熟知的三峽大壩水利工程，它作為我國(guó)最大的水利發(fā)電工程，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模供電，但相應(yīng)投資額度也較大。為保證工程的合理投資與投資收益，不可避免要分析論證以及研究與探討。假如，投資額度大于供電收益，那么工程規(guī)模擴(kuò)大不可行，反之供電效益大于投資額度，那么工程規(guī)模可以擴(kuò)大。所以，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念認(rèn)為在工程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證一個(gè)區(qū)域供水用量充足，此舉大可不必，而應(yīng)在合適的供水用量值里選一個(gè)最佳值，將供水適度值和區(qū)域用水協(xié)調(diào)值，兩者結(jié)合起來才能保障供水范圍更廣，用水時(shí)間更長(zhǎng)，這也是確保設(shè)計(jì)用水的合理性、科學(xué)性的有效措施。如果設(shè)計(jì)保證率過高就會(huì)使投資額度變大、供電效益減少。是以，水利工程在設(shè)計(jì)過程中，水文頻率是必須考慮的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

3.2 防洪標(biāo)準(zhǔn)

防洪是水利工程的另一重要任務(wù)，在于將現(xiàn)有的人力資源和科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)防治洪澇災(zāi)害的一項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。防洪對(duì)象較多，例如，農(nóng)村、城市、機(jī)場(chǎng)、礦地等場(chǎng)所，這些地方大多沒有防治洪澇災(zāi)害等措施，所以國(guó)家需重點(diǎn)興建堤防、水庫(kù)等水利工程旨在防治洪澇災(zāi)害，避免人類生命財(cái)產(chǎn)受到威脅。防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合地區(qū)的地形地貌進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到對(duì)水利工程的有效利用。在長(zhǎng)期降雨量較大以及洪水量級(jí)較大的地區(qū)，應(yīng)大規(guī)模興建水利工程。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)防洪工程時(shí)還應(yīng)考慮工程的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合水文、地質(zhì)等環(huán)境因素，使水利工程在后期預(yù)期收益大于投資額度，節(jié)約成本，促進(jìn)我國(guó)水利工程事業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

水文頻率指的是水利工程范圍內(nèi)的流域發(fā)生過的水文過程，在未來期間水利工程可以用到的水文過程，在這一過程中，要對(duì)水文頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，經(jīng)過水文頻率的調(diào)節(jié)，計(jì)算在一定直徑里水流量，進(jìn)而算出水利工程興建的規(guī)模大小。水文頻率最常用的計(jì)算方法是適線法頻率計(jì)算，它對(duì)樣本資料的估算、總體統(tǒng)計(jì)參數(shù)以及總體概率分布探求均有顯著效果。適線頻率法可以運(yùn)用到計(jì)算未來水文過程，在水利工程設(shè)計(jì)工作中，結(jié)合水文樣本資料的估算，用適線法計(jì)算出水文的適線，最終得出結(jié)論里的頻率曲線做成水文總體概率分布的近似值。

目前，我國(guó)水利工程已為人類帶來諸多福利，也起到灌溉、航運(yùn)、生活用水等方面綜合性作用。水文頻率則給水利工程的建設(shè)帶來了可靠的水文數(shù)據(jù)，例如徑流量等變量，為興建水利工程作出了貢獻(xiàn)，實(shí)踐過程中應(yīng)引起重視。

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