烏魯木齊河同頻率設(shè)計(jì)洪水探討

龔建新

(新疆烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局，新疆烏魯木齊830000)

在水庫(kù)工程的防洪水文設(shè)計(jì)中，常要推求同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線，選擇典型洪水過程線進(jìn)行同頻率放大，如百年一遇的洪水對(duì)應(yīng)百年一遇的各時(shí)段洪量。一次洪水過程包含若干特征，如洪峰流量和時(shí)段洪量，洪水過程形成受到復(fù)雜因素的影響，而且有著錯(cuò)綜復(fù)雜的組合，在一般情況下他們出現(xiàn)的頻率是互不相等的。依據(jù)烏魯木齊河洪水資料，研究實(shí)測(cè)洪水經(jīng)驗(yàn)頻率與設(shè)計(jì)洪水頻率的相對(duì)誤差和絕對(duì)誤差很有必要。

1 洪水類型及特征

根據(jù)烏魯木齊河流域冰川分布、天氣形勢(shì)與暴雨特征及實(shí)測(cè)洪水資料分析，流域內(nèi)的積雪消融和暴雨是烏魯木齊河洪水形成的主要原因。烏魯木齊河洪水一般發(fā)生在春季和夏季。春季洪水一般以冰雪消融型洪水為主;夏季洪水主要以暴雨型洪水和冰雪消融與暴水形成的混合型洪水為主。

烏魯木齊河歷年最大流量都出現(xiàn)在暴雨集中的6、7、8三個(gè)月里，主要集中在6月下旬到8月上旬的50 d里，這些洪水與天氣系統(tǒng)發(fā)展相關(guān)，英雄橋水文站實(shí)測(cè)多年平均洪峰流量96.1 m3/s，其模數(shù)僅0.1 m3/s.km，但洪峰變幅大，最大最小倍比達(dá)7.3(1996年“7.19”洪水 352 m3/s與 1967 年“7.17”洪水 48.0 m3/s)。由于產(chǎn)流區(qū)面積小，山勢(shì)陡峻坡度大，流域調(diào)蓄能力弱，洪峰往往起漲猛，峰頂持續(xù)時(shí)間短，洪水陡漲陡落，1994年“7.15”洪水歷時(shí)36 h，洪峰與起漲流量之比為6.7，最大漲幅56 m3/s.h，水位上漲率超過0.6 m/h，最大1 d洪量超過最大3 d洪量的一半，為最大7 d洪量的30%。1996年“7.19”洪水則連續(xù)三日三個(gè)峰，洪峰與起漲流量之比為7.8。

2 洪水分析

2.1 洪水系列選定

《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》SL44－2006(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中規(guī)定，應(yīng)采用年最大值原則選取洪水系列，即從資料中逐年選取一個(gè)最大流量和固定時(shí)段的最大洪水總量，組成洪峰流量和洪量系列。本文選定最大流量、最大1日、3日、7日洪量系列進(jìn)行分析。

2.2 經(jīng)驗(yàn)頻率公式

根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中的次序統(tǒng)計(jì)量理論來討論，制定洪水經(jīng)驗(yàn)頻率公式。即設(shè)已有一個(gè)包含幾項(xiàng)洪水的系列，并把它們按量級(jí)從大到小排序，即:x1，x2，x3，… ，xm，…，xn。則 xm是一個(gè)隨機(jī)變量，經(jīng)驗(yàn)頻率公式如下:

2.3 頻率計(jì)算

洪水頻率設(shè)計(jì)，采用皮爾遜一Ⅲ型曲線，重點(diǎn)考慮1953年“8.4”洪水，1996年“7.19”洪水等大洪水點(diǎn)據(jù)，以矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)，之后人工經(jīng)驗(yàn)適線，以P－Ⅲ型線型適線，計(jì)算機(jī)優(yōu)化選配曲線，圖1為英雄橋水文站洪水綜合頻率曲線。表1為洪水頻率計(jì)算成果表。選取英雄橋水文站超過100 m3/s洪水經(jīng)驗(yàn)頻率比較與設(shè)計(jì)洪水頻率結(jié)果進(jìn)行比較分析，其計(jì)算結(jié)果見表2，表3為英雄橋水文站同頻率經(jīng)驗(yàn)計(jì)算成果與設(shè)計(jì)頻率誤差分析成果表。

圖1 英雄橋水文站洪水綜合頻率曲線

表1 英雄橋水文站洪水頻率計(jì)算成果表

表2 英雄橋水文站超過100洪水經(jīng)驗(yàn)頻率比較分析

表3 英雄橋水文站同頻率經(jīng)驗(yàn)計(jì)算成果與設(shè)計(jì)頻率誤差分析成果表

若以PQ代表洪峰流量頻率，P1W、P3W、P7W代表洪量頻率，以設(shè)計(jì)洪峰流量為標(biāo)準(zhǔn)量，根據(jù)以上成果分析，稀遇洪水相同年份時(shí)段洪量與洪峰流量同頻率，即P1W=PQ、P3W=PQ、P7W=PQ，常遇洪水相同年份存在設(shè)計(jì)頻率計(jì)算成果偏小的情況，即P1W＜PQ、P3W＜PQ、P7W＜ PQ。

一般城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50% ～20%，山區(qū)水利水電工程4～5級(jí)水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50%～10%，平原區(qū)水利水電工程3～5級(jí)水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50% ～10%。若以設(shè)計(jì)洪峰流量為標(biāo)準(zhǔn)量，設(shè)計(jì)洪量超過這些標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況。對(duì)于防洪標(biāo)準(zhǔn)低于20年一遇的工程，將面臨超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或者沒有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的情況，這將給工程的安全帶來危害。

3 結(jié)語

一般認(rèn)為，洪量頻率與洪峰流量頻率有較強(qiáng)的相關(guān)性，但二者關(guān)聯(lián)程度的確定，是一件很復(fù)雜的學(xué)術(shù)問題。假定，單純的十年一遇的洪水和單純的十年一遇洪量相遇概率是百年一遇，這顯然是一種機(jī)會(huì)較小的組合情況。因此，在建立洪水頻率曲線后，必須從內(nèi)在的洪水產(chǎn)生機(jī)理入手，分析暴雨的特性、洪水峰、量之間的關(guān)系，建立時(shí)段洪量頻率與洪峰流量頻率的相關(guān)關(guān)系，分析相同頻率洪水條件下的洪量頻率范圍或相同頻率洪峰流量條件下的洪水頻率范圍，對(duì)于一般城鎮(zhèn)和3～5級(jí)水電工程涉及到時(shí)段洪量，建議加成20%進(jìn)行設(shè)計(jì)。

［1］李江風(fēng).烏魯木齊河流域水文氣候資源與區(qū)劃［M］.北京，氣象出版社，2006:1 －71.

［2］張諄、龔建新.烏魯木齊河洪水分析，全國(guó)水文計(jì)算進(jìn)展和展望學(xué)術(shù)討論會(huì)論文選集［C］.南京:河海大學(xué)出版社，1998:201－204.

［3］水利長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范(SL44－2006)［M］.中華人民共和國(guó)水利部.北京:中國(guó)水利電力出版社出版，2006.

［4］梁忠民等.水文水利計(jì)算［M］.北京:中國(guó)水利電力出版社出版，2008:46－59.

［5］雒文生、宋星原.工程水文及水利計(jì)算［M］.北京:中國(guó)水利電力出版社出版，2010:103－119.

［6］中華人民共和國(guó)水利部.水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)(SL252－2000)［M］.中華人民共和國(guó)水利部.北京:中國(guó)水利電力出版社出版，2000.

［7］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局、中華人民共和國(guó)建設(shè)部.防洪標(biāo)準(zhǔn)(GB50201－94)［M］.中國(guó)水利電力出版社出版，1994.