工程壩址洪水頻率設計的分析與探討

何 飛

（四川水利職業技術學院， 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）出現的累計頻率。即在在一定時期（如n年）內，該特征值等于或超過某定量的可能出現概率。它是為了實際工程選擇合格的設計流量而制定的一個設計標準。其設計的合理性，對于各水利工程的河段堤防、分洪設施、滯洪工程或調洪能力強大的水庫等的建設及維護，具有舉足輕重的意義。因此，本文以歷史洪水調查數據為依據，采用參數估計法計算出各頻率下的洪峰流量。最后，以一個具體工程實例進行計算演示，并對計算結果進行分析，驗證了該計算方法的正確性。

1 洪水頻率計算方法的提出

洪水頻率的設計方法，是在分析工程實測洪水及歷史洪水資料的可靠性、一致性、重現期等前提下，以一定時期內的調研歷史參數為依據，然后針對其實際工程的特點（如n年連續系列，不連續系列等），進行選擇。試驗表明[2]，歷史重現期越長，設計成果的穩定性越好，精度越高。因此，在頻率計算的過程中，選擇一個合適的重現期，是非常重要的。最后，確定合理的計算方法（比如連續系列系統，采用矩法），進行相關參數的計算（如均值流量、變差系數、偏態系數等）。本文以不連續系列的系統為例，探討洪水頻率的計算。

1.1 調查期為n年的洪水頻率分析

假設一個水利工程壩址屬于不連續系列，結合其n年歷史數據的調查分析報告，已知在給定的某個洪水系列中，存在一個特大值，此時，定義該特征值為本系列的最大值，重現期為n1年。以此類推，將重現期為年，特征值由大到小進行排位。以上ni年大洪水與水文站實測的n年歷史資料相結合，構成一個不連續的洪水系列，其均值如下式所示。

1.2 洪水頻率曲線統計參數的確定

由于假設的工程采用的是不連續的洪水系列進行計算。因此，根據文獻[3]的方法，頻率分布函數選用P-III型頻率曲線，采用參數估計法進行計算。如果在迄今的N年中已查明有a個特大洪水（其中有l個發生在n年實測或插補系列中），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 工程實例演示

2.1 實例概況

本文以沱江干流三皇廟水文站為例，以1941年～2016年共76年實測年最大洪峰流量資料為依據。結合歷史最大洪水資料和實測連續的年最大洪峰流量資料，定義了1840年～2016年（系列長度為n=177年）的不連續洪水系列，進行頻率分析計算。

根據章節1.1～1.2所述步驟，首先，以1981年實測的洪水定義為最大值，其重現期n為172年；其次，將1840年測量的洪水排為第二，重現期為81年，以此類推，總共定義5個特征值（即54年、41年、33年）。將這五年大洪水與三皇廟水文站實測的71年洪水資料，組成一個不連續的洪水系列。將公式（1-1）～（1-4）代入計算，計算結果如圖1及表1所示。

圖1 . 三皇廟站洪水頻率計算圖

表1 三皇廟站年Qmax頻率計算成果表(N=172年)

將本次計算結果與同處沱江干流的九龍灘電站1941～1987年水文計算數據（如表2所示）進行對比。

表2 九龍灘電站洪水分析計算成果

從表1和表2的數據可知，三皇廟水文站的計算結果與后者部分結論基本一致，相對誤差小于1%。三皇廟水文站的洪水分析、計算成果滿足本階段要求，故洪水頻率的計算是合理的。

3 結論

（1）．提出了以歷史數據為依據，選擇合理的洪水重現期，采用參數估算的方法對水利工程進行洪水頻率計算的思想。

（2）．以沱江干流三皇廟水文站為計算實例，計算出了各種頻率下的洪峰流量，并通過對比九龍灘電站的洪水分析計算成果，驗證了方法的正確性。

（3）．洪水頻率的計算中，除重現期的確定以外，采用不同的方法計算得到的精度是不同的，而本文只采用了參數估算法，因此，在計算過程中，與他計算方法（比如雙權函數法、適線法等）的精度結果對比如何，并不確定。所以，在未來的研究探索中，需要逐漸地完善計算的過程，力爭采用多種方法進行計算對比，以此不斷提高結果的準確性，為水利工程的優化設計奠定良好的基礎。