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水文频率计算的误差原因分析及建议

2012-12-08刘焕阳刘爱娇河南省漯河水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2012年5期
关键词:水文时段均值

□刘焕阳 □刘爱娇(河南省漯河水文水资源勘测局)

1.问题的提出

1975年8月,河南省中南部的沙颍河、洪汝河等水系发生了特大暴雨,出现了建国以来罕见的特大洪水,导致了境内的板桥和石漫滩两座大型水库垮坝,给全省乃至全国水利界带来很大的震动和反思。这次史称“75·8”的特大暴雨洪水,刷新了许多水文要素国内实测系统值的记录。洪水过后,河南水利界的反思之一就是对境内所有大型水库的规划指标进行了重新修订。笔者通过比较发现,在规划频率不变的情况下,一些水库(如:板桥、薄山、陆浑等)的规划值修订前后发生了很大变化,这实际上是由于规划时进行水文频率计算的误差造成的。水文频率计算的误差在教科书和水文规范中虽然没有提及,但在实际工作中却经常遇到。

2.频率计算概述

3.常用于水文频率计算的水文要素分类

在进行水文频率计算时,首选要选取水文要素。常用于频率计算的水文要素笔者认为可分为三类:

3.1 均值类:指水文要素在选定时段内的平均值,反映水文要素随以选定时段为时间单位的变化情况。这类值很多,如日均值、旬均值、月均值、年均值等。该类值常用于取水工程、航运等的规划设计中。

3.2 极值类:指水文要素在选定时段内的最大或最小值,反映水文要素在选定时段内的极端变化情况。这类值在实际中应用最广泛,如年最大流量、24h最大降水量、年最高水位等。该类值常用于水库、桥梁等的规划设计中。

3.3 总量类:指水文要素在选定时段内的总数量,反映水文要素受下垫面、天气情况等自然因素的变化特征。如年降水量、月、年径流量、年输沙量等。该类值有些与均类值可以相互转变,如月径流量与月平均流量、年均含沙量与年均输沙率等。该类值主要用于水库的调节演算等工作中。

4.导致水文频率计算误差的主要因素

水文要素的变化受许多因素影响,水文频率计算是利用统计学研究其变化规律的一种计算。在计算中易使成果出现误差的因素主要有以下几个方面:

4.1 资料系列的长度。目前我们所能搜集到的资料是非常有限的,只是无限长资料系列的一个样本。因此,这个样本的系列越长越好。但在实际工作中,所有站点的实测资料都比较短,大部分仅有30—50年,长的也不过百年。故在水文频率计算时需要调查和考证历史暴雨洪水,以延长资料系列长度。本文开始提出的问题,主要是由于规划修建大型水库时,实测资料都很短(均不足20年,少的仅几年),再加上历史洪水调查和考证不够,从而造成成果出现较大误差。

4.2 人类活动影响。人类活动是导致水文要素变化最活跃因素,在水文频率计算时要充分考虑。如上游修建了水库,改变了洪水的自然变化过程,削减了部分极值类水文要素,对部分均值类水文要素也有调节。

4.3 水文要素的选取。前面对常用频率计算的水文要素已进行了分类,但在实际应用时可能会发现选这一水文要素也行,选那一水文要素也可的现象。如计算某一次洪水为多少年一遇时,是选洪峰流量还是选次洪量?大部分人喜欢选洪峰流量,因为这样的资料容易获得。但具体到某一站来说,就需要根据实际情况来确定。如澧河(淮河的三级支流),该河自上游至下游过水能力逐渐减小,其控制站——何口站的断面过水能力为3000m3/s,下游约4km河道的过水能力就减到了1900m3/s,该河极易出现超标准洪水,“75·8”和 2000年的“7·15”洪水,曾造成站以上河堤多处坍塌和大范围漫溢;因此,若选用洪峰流量来分析洪水的发生频率,仅还原计算就可能带来很大误差,笔者认为该站就应该选取次洪量来进行洪水频率计算。也就是说水文要素的选取要根据实际情况来确定。

5.水文频率计算改进建议

现行的水文频率计算方法,应进行以下两方面改进:

5.1 评价水文频率计算成果的确信度。在进行工程规划设计时,有些地方的实测资料较长,有些地方的实测资料较短,有些地方无实测资料;不同情况下,水文频率计算在资料延长或借用时所得的成果应该说明,他们的确信度是不一样的。因此,在进行水文频率计算时,要根据资料的实际情况制定、评定成果确信度的标准。

5.2 制定频率曲线延长的范围。在进行频率计算后要点绘频率曲线,一般查千年以上的频率时需要延长曲线,延长线的范围多大没有严格规定,如高水延长一般不超过实测流量变幅的30%,低水延长一般不超过实测流量变幅的10%,超过该范围时至少要用两种方法进行比较。而频率曲线的应用却没有类似的规定,大部分根据需要来延长。因此认为理论界应对此进行研究,也制定类似的规定,从而可避免随意性,提高成果的精度。

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