王 旭

（陜西江漢水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710016）

蓮花臺(tái)水電站設(shè)計(jì)歷史洪水重現(xiàn)期分析

王 旭

（陜西江漢水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710016）

蓮花臺(tái)水電站設(shè)計(jì)洪水采用實(shí)測(cè)及調(diào)查洪水資料和規(guī)范中的方法進(jìn)行計(jì)算，得到的歷史洪水重現(xiàn)期比實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期嚴(yán)重偏小，計(jì)算得出的洪水值偏大，不利于水電站工程設(shè)計(jì)。通過(guò)分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，提出將小于實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期的歷史洪水去掉，增加歷史洪水的分析期，使計(jì)算更符合水文分析計(jì)算的基本原理，設(shè)計(jì)洪水值更加精確，有利于工程設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少工程投資。

歷史洪水；重現(xiàn)期；分析期

1 問(wèn)題的提出

蓮花臺(tái)水電站控制流域面積6614 km2，下游15 km處的荊紫關(guān)水文站控制流域面積7060 km2，壩址占水文站控制流域面積的93.7%。紫荊關(guān)水文站距離蓮花臺(tái)水電站最近、所占面積最大，故商南縣蓮花臺(tái)水電站設(shè)計(jì)洪水選用荊紫關(guān)水文站作為參證站。通過(guò)計(jì)算得出荊紫關(guān)水文站所需各個(gè)重現(xiàn)期設(shè)計(jì)洪水，采用面積比擬法推求設(shè)計(jì)洪水。

荊紫關(guān)水文站1953年設(shè)立并開(kāi)始觀測(cè)，蓮花臺(tái)水電站2005年設(shè)計(jì)時(shí)，收集到截止2004年實(shí)測(cè)洪水資料47年、調(diào)查洪水4場(chǎng)（《陜西省洪水調(diào)查資料》（1984年12月））。

洪水頻率按照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》SL44-2006所提供不連續(xù)洪水序列中各項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率用下列公式計(jì)算[1]。

（1）特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率

（2）連續(xù)洪水經(jīng)驗(yàn)頻率

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1第3列。

表1 荊紫關(guān)水文站洪水資料及頻率計(jì)算表

根據(jù)以上頻率計(jì)算成果，頻率曲線為P-Ⅲ曲線，均值Q=1550 m3/s，Cs=2.5Cv，Cv=1.01，求出水文站所需頻率的洪峰流量，再用面積比擬法推算出電站的設(shè)計(jì)洪峰流量。

圖1 紫荊關(guān)年最大流量頻率曲線圖

從表1和圖1可以看出，1958年實(shí)測(cè)洪水頻率為5.1%，重現(xiàn)期不到20年，與實(shí)際47年重現(xiàn)期相差很大。第3、第4位歷史洪水頻率為2.31、3.08，重現(xiàn)期分別為43年、32年，均小于1958年實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期。用計(jì)算得到的比實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期小一倍以上的基本資料進(jìn)行計(jì)算、適線，推求不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)洪水，不能得出正確結(jié)果。是因?yàn)闇p少了實(shí)測(cè)洪水的重現(xiàn)期，使推求的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期變小，同一重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)洪水變大。

2 原因分析

規(guī)范中的不連續(xù)系列洪水經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算方法，是將已知?dú)v史洪水和實(shí)測(cè)洪水，看成抽自所研究水文總體的一個(gè)容量系列，其中歷史洪水的序位通過(guò)調(diào)查考證確定，而實(shí)測(cè)洪水序位不確定，其余洪水值序位未知。

（1）歷史洪水的序位中只有首位洪水是通過(guò)調(diào)查考證確定的，其他歷史洪水的序位是按流量的大小排位確定的[2]。

（2）歷史洪水中的特大值，是選用特大值，不按大中小值的抽樣方法選擇的，而實(shí)測(cè)洪水值是每年只選一個(gè)最大值的連續(xù)選樣法選擇的，兩個(gè)洪水系列的選樣方法不同，不能建立統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式。

（3）調(diào)查期是從洪水分析之時(shí)起向后追溯計(jì)算的，這樣計(jì)算的歷史洪水重現(xiàn)期只可能是其最小值，而不是正確值；而實(shí)測(cè)洪水的重現(xiàn)期是已知和確定的，應(yīng)以實(shí)測(cè)洪水的重現(xiàn)期為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

（4）歷史洪水只是作為實(shí)測(cè)洪水系列較短時(shí)的補(bǔ)充和延伸，隨著實(shí)測(cè)洪水系列的延長(zhǎng)，其重要性逐漸減弱。用重現(xiàn)期和量值都不準(zhǔn)確的歷史洪水計(jì)算洪水頻率，會(huì)使實(shí)測(cè)系列洪水頻率變大而重現(xiàn)期變小。

3 處理方法

3.1 獨(dú)立取樣，分別排位

歷史洪水和實(shí)測(cè)洪水是按各自的原則分別獨(dú)立選取的樣本，應(yīng)該分別排位，按規(guī)范中公式計(jì)算：

歷史洪水經(jīng)驗(yàn)頻率PM

實(shí)測(cè)連續(xù)洪水經(jīng)驗(yàn)頻率Pm

3.2 去掉重現(xiàn)期小于實(shí)測(cè)洪水的歷史洪水

（1）歷史洪水的重現(xiàn)期小于實(shí)測(cè)洪水，不是特大洪水，故不論量值大小，都應(yīng)去掉。本項(xiàng)目中1958年洪水在47年實(shí)測(cè)系列中最大，重現(xiàn)期為47年，第3、第4場(chǎng)歷史洪水重現(xiàn)期分別為43年、32年，均小于1958年實(shí)測(cè)洪水的重現(xiàn)期。洪水頻率是由序位確定的，歷史洪水的序位小于實(shí)測(cè)洪水，不是特大洪水，理應(yīng)去掉，只保留前面兩場(chǎng)重現(xiàn)期大于實(shí)測(cè)洪水的歷史洪水。

（2）經(jīng)分析，可靠的歷史洪水可采用實(shí)測(cè)洪水水位～流量關(guān)系曲線延長(zhǎng)，推求其洪峰流量，進(jìn)而參與設(shè)計(jì)計(jì)算。本項(xiàng)目中，數(shù)值排第2位（1954年）的歷史洪水，其準(zhǔn)確程度僅次于實(shí)測(cè)洪水，荊紫關(guān)水文站1953年建立并開(kāi)始觀測(cè)，故1954年洪水是可靠的，通過(guò)水位～流量關(guān)系曲線延長(zhǎng)，得出較為可靠的洪峰流量。

（3）用實(shí)測(cè)洪水的重現(xiàn)期是否大于歷史洪水的重現(xiàn)期作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行衡量，將小于實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期的歷史洪水去掉，同時(shí)解決了歷史洪水是否太多的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，使設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算更切合水文計(jì)算基本原理[3]。

3.3 增加對(duì)歷史洪水的分析期

3.3.1 增加原因

在有考證的情況下，歷史洪水的重現(xiàn)期可按考證期確定。但對(duì)于中小河流來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)的歷史洪水因?yàn)槿鄙俦洝⑹袒蚱渌墨I(xiàn)記載等資料，沒(méi)有考證期，僅以洪水發(fā)生年份的調(diào)查期作為重現(xiàn)期，其可靠程度很低，對(duì)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果影響很大，為彌補(bǔ)這一缺陷，應(yīng)該增加一個(gè)分析期。

3.3.2 分析期時(shí)長(zhǎng)

一種是根據(jù)洪痕指證人的年齡及敘述的年份進(jìn)行確定，洪痕指證人親歷的最大洪水和最高水位，故分析期就是其記事年齡起至發(fā)生年的時(shí)間長(zhǎng)短。另一種是不了解洪水調(diào)查時(shí)的具體情況，是調(diào)查人對(duì)其祖輩經(jīng)歷洪水的記憶描述，以不超過(guò)兩代人為限，年齡平均按25歲計(jì)算，分析期最長(zhǎng)為50年。

3.3.3 增加方法

本項(xiàng)目屬于不了解洪痕指證人具體情況，以實(shí)測(cè)洪水重現(xiàn)期作為依據(jù)，利用公式PM=M/N向前反推，已知Pm=1/47，M=3，PM=Pm，得出N=141年，比129年推前了12年，小于50年，故選用141年，若超過(guò)50年，最多取50年，若小于129年，用129年不變。

采用上述處理方法，是將計(jì)算的基本點(diǎn)放在重現(xiàn)期和量值都是真實(shí)可靠的實(shí)測(cè)資料基礎(chǔ)上，而將歷史洪水的重現(xiàn)期看成是根據(jù)調(diào)查的具體情況來(lái)決定變與不變，在有考證期的情況下，據(jù)考證期定，在無(wú)考證其情況下，按分析期定，不以發(fā)生年調(diào)查期一種方法來(lái)定，使歷史洪水和實(shí)測(cè)洪水在一個(gè)系列內(nèi)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生矛盾。

4 結(jié)論

根據(jù)以上方法重新計(jì)算后，洪峰流量均值1466 m3/s，Cv=0.98，Cs/Cv=2.5，各頻率洪峰流量與原設(shè)計(jì)比較結(jié)果見(jiàn)表2，頻率曲線見(jiàn)圖2。

表2 設(shè)計(jì)洪水成果比較表

圖2 紫荊關(guān)現(xiàn)年最大流量頻率曲線

從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用本文提出的對(duì)歷史洪水重現(xiàn)期分析調(diào)整后，計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水更加符合水文分析計(jì)算的基本理論，趨近于實(shí)際洪水結(jié)果，提高了設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算精度，對(duì)本工程而言，其防洪度汛工程措施得以優(yōu)化，也降低了工程投資。

[1]中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范（SL44-2006），北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[2]水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)，北京：水利電力出版社，1995.

[3]葉守澤，詹道江.工程水文學(xué)，北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

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1673-9000（2017）05-0044-02

2017-03-24

王旭（1980-），男，陜西西安人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。