淺析水利水電工程施工分期設計洪水頻率分析計算

石　浩，董　磊，鄧智予

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

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淺析水利水電工程施工分期設計洪水頻率分析計算

石浩，董磊，鄧智予

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

水利水電工程的施工洪水標準(重現期)為3～50 a，一般采用5～20 a。當設計依據站實測資料系列較長，且施工標準較低時，施工分期設計洪水可根據經驗頻率確定。但直接比擬依據站的分期洪水成果不能體現設計壩址與依據站的集水面積等差異問題。故要對施工分期洪水作頻率分析計算。在頻率分析計算中，施工分期P=5%～20%洪水標準下的實測點據盡量要通過曲線，如果適線效果不好，可考慮調整分期洪水的均值及變差系數Cv，盡可能地使頻率曲線通過實測點據，保證施工分期洪水設計成果的可靠性及安全性。在施工分期暴雨頻率分析計算中也同樣存在此類問題，因此也適用于施工分期暴雨頻率分析計算。

水利水電工程；施工分期設計洪水；施工洪水標準；頻率分析計算；分期暴雨

水利水電工程設計洪水成果的可靠性是建筑物設計的依據，及工程建成后運行安全的保障。在水利水電工程施工組織設計時，須推求施工期間的分期設計洪水[1-2]，作為施工導流、圍堰等臨時工程，以及制定各種工程施工進度計劃的依據。因此，施工分期設計洪水計算成果，直接關系到工程的造價、施工安全和施工期的長短。

1　施工分期確定及導流建筑物設計洪水標準

根據設計流域的洪水特性及設計依據站的實測洪水資料系列，并結合工程的施工導流程序、施工進度計劃，確定工程的施工分期。根據《水利水電工程施工導流設計規范》(SL 623-2013)，結合導流建筑物的保護對象、實施后果、實用年限和工程規模確定導流建筑物級別和導流建筑物的設計洪水標準，水利水電工程的施工洪水標準(重現期)為3～50 a，一般采用為5～20 a。

2　施工分期洪水系列選樣

由于洪水出現的偶然性，各年分期洪水的最大值不一定正好在所定的分期內，可能往前或往后錯開幾天，因此，在用分期年最大值選樣時，有跨期和不跨期選樣兩種方法。跨期選樣時，為了反映每個分期的洪水特征，日期不宜超過5～10 d。跨期選樣計算的施工分期設計洪水，由于系列中已反映了洪水出現時間上一定的偶然性，因此使用時不應再跨期。定期選樣計算的施工分期設計洪水，在使用時應考慮跨期，跨期日期一般取5～10 d，均向內跨。

3　施工分期設計洪水頻率分析計算

以貴州省荔波水文站為例，根據確定的施工分期及洪水資料系列，采用定期選樣；統計荔波水文站1961-2013年10-4月施工期內的實測最大洪峰流量，并以P—Ⅲ型理論曲線進行適線，頻率曲線圖如圖1所示。

通常情況下，頻率曲線適線一般均值與Cs/Cv倍比不調整(貴州省施工分期洪水的Cs/Cv倍比一般取3.5)；從上面的頻率曲線圖來看，因所有系列值參與頻率分析計算，在均值與Cs/Cv倍比不調整的情況下(適線1)，無論怎么調整變差系數Cv，施工最關心的重現期5～20 a(P=20%～5%)洪水標準設計洪水成果與經驗頻率的設計成果相差較大，照顧較低頻率的，就顧不上較高頻率的(有些分期是照顧了中間，就顧不上兩邊；或照顧兩邊就顧不上中間)。根據《水利水電工程設計洪水計算規范》(SL 44-2006)有關規定：當設計依據站實測資料系列較長，且施工標準較低時，施工分期設計洪水可根據經驗頻率確定，因荔波水文站的實測資料系列較長，代表性較好，荔波水文依據站的施工分期設計洪水可采用經驗頻率設計值；僅從依據站的施工分期設計洪水成果來看，采用經驗頻率確定的成果是可行且可靠的。但因設計流域與設計依據站集水面積上的差異，根據依據站的設計值按集水面積比擬到設計流域壩址處不能反映集水面積差異引起的設計洪水上變差系數Cv差異問題，故此，須根據施工分期設計洪水關心的洪水標準調整頻率曲線，調整的原則是Cs/Cv倍比不變，調整均值及變差系數Cv(適線2)，根據調整后的依據站施工分期洪水成果，然后按集水面積比擬到設計壩址處，考慮地區規律，暴雨特性等差異，合理確定設計壩址的變差系數Cv，推求設計壩址不同設計標準的施工分期洪水[3-4]。

圖1　荔波水文站10-4月施工分期洪峰流量頻率曲線圖

頻率分析分期最大洪峰流量統計參數不同頻率P設計值/(m3·s-1)均值/(m3·s-1)CvCs/Cv5%10%20%經驗頻率568514454適線12460.703.5592462337適線23800.273.5572517458

從上表可以看出，荔波水文站10-4月施工分期設計洪水中，所有系列值參與頻率分析計算適線1 P=5%設計洪水成果較經驗頻率插值的成果大4.2%，P=10%設計洪水成果較經驗頻率插值的成果小10.1%，P=20%設計洪水成果較經驗頻率插值的成果小25.8%，差異較大；而主要考慮施工分期P=5%～20%洪水標準調整適線2的成果與經驗頻率插值計算的成果相差在1%以內，考慮施工分期P=5%～20%洪水標準調整適線2的成果更為合理。因此，在施工分期設計洪水頻率分析計算中如所有系列值參與頻率適線，施工分期設計洪水P=5%～20%洪水標準下的適線效果不好，局部偏離實測點據較大時，應考慮調整分期洪水的均值及變差系數Cv，盡可能地使頻率曲線通過實測點據。

因設計流域與設計依據站集水面積上的差異，根據依據站的設計值按集水面積比擬到設計流域壩址處不能反映集水面積差異引起的設計洪水上變差系數Cv差異問題[5]。以貴州省荔波縣拉寨水庫工程為例，以荔波水文站為依據站，推求拉寨壩址施工分期洪水。荔波水文站控制集水面積1213 km3；拉寨水庫壩址集水面積588 km2和3000 km2，通過分析，面積比指數為0.67。

方法①：采用荔波水文站的經驗頻率設計值，按面積比擬推求壩址設計值。

方法②：采用荔波水文站調整后的適線2統計參數，按面積比擬推求壩址分期洪峰流量均值，Cv考慮比依據站大0.05，然后推求壩址設計值。拉寨水庫壩址10-4月施工分期設計洪水成果比較見表2。

表2　拉寨水庫壩址10-4月施工分期設計洪水成果比較表

從上表可以看出，拉寨水庫壩址10-4月施工分期設計洪水方法②較方法①成果大3.8%～7.5%，且方法②考慮洪水因集水面積差異而引起的洪水變差系數不同的問題，方法②成果更合理，推薦方法②計算的施工分期設計洪水成果。設計壩址與集水面積的差異愈大，兩種方法計算的成果差異會更大；當依據站與設計壩址集水面積差異在5%以內，可采用方法①成果；當依據站與設計壩址集水面積差異大于5%，建議采用方法②成果。

4　結論

施工分期設計洪水成果是施工組織設計的依據及施工安全的保障，在施工分期設計洪水頻率分析計算中當施工分期設計洪水P=5%～20%洪水標準下的適線效果不好，局部偏離實測點據較大時，可考慮調整分期洪水的均值及變差系數Cv，盡可能地使頻率曲線通過實測點據，保證施工分期洪水設計成果的可靠性及安全性。當依據站與設計壩址集水面積差異在5%以內，可采用面積直接比擬依據站的經驗頻率確定的設計成果；當依據站與設計壩址集水面積差異大于5%，建議采用面積比擬依據站調整均值及變差系數Cv的適線成果，并同時考慮依據站與設計壩址的變差系數變化差異。此外，暴雨洪水計算方法是小流域普遍采用的設計洪水計算方法，在施工分期暴雨頻率分析計算中也同樣存在上面提到的問題，因此也適用于施工分期暴雨頻率分析計算。

[1]黃錦林, 趙吉國. 中小型水庫施工期洪水計算方法探討[J]. 廣東水利水電, 2008(9):13-15.

[2]于得萬, 付希文. 施工分期設計洪水計算方法及應用[J]. 吉林水利, 2009(7):49-50.

[3]王繼輝, 郭履維, 鹿坤. 貴州特小流域暴雨洪水計算[J]. 貴州水力發電, 1995(3):54-60.

[4]王繼輝. 貴州暴雨洪水計算綜述[J]. 貴州水力發電, 2000(1):1-6.

[5]汪德麟, 劉彥祖. 應用貴州省雨洪公式計算施工期設計洪水需注意的問題[J]. 貴州水力發電, 2008, 22(6):1-4.

石浩(1978-)，男，高級工程師，主要從事水文及水資源工程方面的工作。

P333.2

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2096-0506(2016)08-0078-03