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      水文頻率計算的誤差原因分析及建議

      2012-12-08 07:19:18劉煥陽劉愛嬌河南省漯河水文水資源勘測局
      河南水利與南水北調 2012年5期
      關鍵詞:水文時段均值

      □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(fā)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(tǒng)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(guī)劃指標進行了重新修訂。筆者通過比較發(fā)現,在規(guī)劃頻率不變的情況下,一些水庫(如:板橋、薄山、陸渾等)的規(guī)劃值修訂前后發(fā)生了很大變化,這實際上是由于規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(jié)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(tǒng)計學研究其變化規(guī)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(guī)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(jié)。

      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(fā)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(fā)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)定,從而可避免隨意性,提高成果的精度。

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