摘要：珠江廣州河段最高洪潮水位演變特征對(duì)于廣州市防洪工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)意義重大。用滑動(dòng)平均法、M-K法等方法，分析了珠江廣州河段4個(gè)水文站歷年（53～115 a）最高洪潮水位序列的均值、方差、變差系數(shù)等變化特征；對(duì)水位極大值進(jìn)行了考證；用P-Ⅲ型頻率曲線對(duì)整個(gè)序列和每20 a序列進(jìn)行擬合和分析，并對(duì)未來(lái)時(shí)段的頻率分布特征進(jìn)行了推斷。結(jié)果顯示：珠江廣州河段最高洪潮水位總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，序列均值、方差及變差系數(shù)均有增大趨勢(shì)，近年來(lái)水位屢創(chuàng)新高，水文序列的一致性已遭到極大的破壞，傳統(tǒng)的使用長(zhǎng)系列資料的水文頻率分析方法在變化環(huán)境下可能會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。建議不要過(guò)分強(qiáng)調(diào)資料序列的長(zhǎng)度，而應(yīng)更加重視近期資料的應(yīng)用，并可適當(dāng)外延。

關(guān)鍵詞：變化環(huán)境；趨勢(shì)分析；突變分析；水文頻率；珠江；廣州

中圖分類號(hào)：TV122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-9235（2024）07-0038-10

王進(jìn)，梁穎珊，林凱榮.變化環(huán)境下珠江廣州河段最高洪潮水位演變特征分析［J］.人民珠江，2024，45（7）：38-47.

Analysis of Evolutionary Characteristics of Highest Water Levels in Pearl River Guangzhou Reach under Changing Environments

WANG Jin1，LIANG Yingshan1，LIN Kairong2，3，4

（1.Guangzhou Hydrological Branch of Guangdong Provincial Hydrological Bureau，Guangzhou 510150，China;2.School of CivilEngineering，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510275，China;3.Guangdong Key Laboratory of Marine Civil Engineering， Guangzhou 510275，China;4.Guangdong Engineering Technology Research Center of Water Security Regulation and Control for Southern China，Guangzhou 510275，China）

Abstract：The evolution characteristics of the highest water levels in the Pearl River are of great significance for the planning and design of flood control works in Guangzhou.By using the moving average method and the Mann-Kendall（M-K）method，the variation characteristics of statistical parameters such as mean value，variance，and coefficient of variation of the highest water level series at four hydrological stations in the Pearl River Guangzhou reach over the years（53～115 a）are analyzed.The highest water level is investigated.The P-Ⅲtype frequency distribution curve is utilized to fit and compare the entire sequence and every 20-year sequence，and the frequency distribution characteristics of future time periods are inferred.The results show that the highest water levels in the Pearl River Guangzhou reach are generally fluctuating and rising，and the mean and variance（and coefficient of variation）of the series are increasing.In recent years，the water levels have repeatedly reached new highs，and the consistency of the hydrological series has been greatly damaged.Traditional hydrological frequency analysis methods using long-series data may produce significant deviations in changing environments.It is suggested that the length of the data series should not be overemphasized，andmore attention should be paid to the application of recent data，and the appropriate extension of the trend.

Keywords：changing environment;trend analysis;mutation analysis;hydrologic frequency;Pearl River;Guangzhou

水文頻率（概率）分布估計(jì)理論和方法是工程水文計(jì)算的核心科學(xué)問(wèn)題［1］。傳統(tǒng)的水文頻率分析方法的一個(gè)基本前提是水文系列滿足一致性假設(shè)［2］，即水文極值的概率分布或統(tǒng)計(jì)規(guī)律在過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)保持不變［3］。然而，美國(guó)著名水文學(xué)者M(jìn)illy等［4］在Science雜志上刊文提出了“一致性已經(jīng)消亡（stationary is dead）”的論斷，即在氣候變化和人類活動(dòng)的影響下，水文序列已經(jīng)不再滿足一致性［5］，基于一致性假設(shè)的水文概率分布估計(jì)理論和方法［6］已經(jīng)無(wú)法幫助人們正確揭示變化環(huán)境下水資源和洪水演變的長(zhǎng)期規(guī)律［7］，采用現(xiàn)有的工程水文分析方法制定的流域開(kāi)發(fā)利用工程、防洪和抗旱工程的運(yùn)行調(diào)度等，將面臨由變化環(huán)境帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)［8］。

變化環(huán)境下洪水頻率分析的核心內(nèi)容包括水文序列非一致性檢驗(yàn)方法與非一致性洪水頻率分析方法2個(gè)方面［1-2］。國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了許多非一致性檢驗(yàn)方法，其中應(yīng)用廣泛的是Mann-Kendall、Spearman和貝葉斯方法等非參數(shù)方法。謝平等［9］提出了水文變異診斷系統(tǒng)，綜合各種方法的結(jié)果，力求變異檢驗(yàn)結(jié)果更加可靠。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在非一致洪水頻率分析較為常用的方法是還原/還現(xiàn)［10］，認(rèn)為非一致性水文序列由確定性成分和隨機(jī)性成分組成，確定性成分通常被定義為非一致性成分，而隨機(jī)性成分被定義為一致性成分。然而，還原/還現(xiàn)涉及的因素很多，其一致性修正成果的可靠性一直存在爭(zhēng)議［11］。國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)是基于非一致性極值系列直接進(jìn)行水文頻率分析，代表性的成果有時(shí)變矩法［12］、混合分布法［13］和條件概率分布法［14］等，尤其以時(shí)變矩法研究最多。

在全球氣候變化和中國(guó)城市化進(jìn)程持續(xù)快速推進(jìn)的背景下，城市洪澇災(zāi)害已成為影響城市正常運(yùn)行和發(fā)展的最主要的自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅到城市居民的生命財(cái)產(chǎn)安全［15］。珠江是廣州的母親河，珠江主航道穿過(guò)廣州城，前后航道環(huán)繞著海珠島，廣州浮標(biāo)廠水文站是珠江后航道的水文代表站。廣州浮標(biāo)廠水文站百余年的水文監(jiān)測(cè)資料顯示，珠江后航道歷年最高潮水位有顯著上升的趨勢(shì)［16］，特別是近年來(lái)受“黑格比”（2008年）、“天鴿”（2017年）、“山竹”（2018年）等強(qiáng)臺(tái)風(fēng)暴潮襲擊，部分站點(diǎn)實(shí)測(cè)最高潮位接連突破歷史極值［17］，給廣州市的防洪排澇帶來(lái)了前所未有的壓力。本文采用相對(duì)成熟的診斷方法對(duì)廣州河段浮標(biāo)廠、黃埔、老鴉崗、中大等4個(gè)潮（水）位站的最高洪潮水位進(jìn)行分析，試圖找出其演變特征和規(guī)律。

1研究區(qū)概況

廣州市地處中國(guó)華南地區(qū)、珠江下游、瀕臨南海，地理坐標(biāo)位于東經(jīng)112°57′～114°3′、北緯22°26′～23°56′。全市下轄11個(gè)區(qū)，總面積為7 434.40 km2，2022年常住人口為1 873.41萬(wàn)人［18］，城鎮(zhèn)化率為86.5%［19］。廣州市屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，年平均氣溫在21.7～23.1℃，雨水資源豐富，平均年降水量1 923 mm，平均年降水日數(shù)149 d。

本文的研究對(duì)象是珠江廣州河段，主要包括西航道、前航道、后航道和黃埔航道等河流，跨越荔灣、越秀、天河、海珠等廣州市主城區(qū)，河道總長(zhǎng)63.5 km，岸線總長(zhǎng)125.66 km。珠江廣州河段屬于珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)的一部分［20］，屬感潮河道，汛期既受來(lái)自流溪河、北江及西江的洪水影響，又受東江洪水的頂托，更受到來(lái)自南海至伶仃洋的潮汐影響，洪潮混雜，流態(tài)復(fù)雜。按照國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》［21］和廣州市相關(guān)規(guī)劃［22-23］，廣州市為特大城市，廣州市中心城區(qū)防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，即珠江廣州河道應(yīng)能達(dá)到200年一遇以上的防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)。

所有的數(shù)據(jù)資料均來(lái)源于廣東省水文局。珠江廣州河段先后設(shè)立了浮標(biāo)廠、黃埔、老鴉崗、中大等4個(gè)潮（水）位站，基本情況見(jiàn)表1，位置見(jiàn)圖1。這4個(gè)潮位站是廣州中心城區(qū)防洪潮的代表站，本文選用了這4個(gè)潮位站歷年的最高潮水位資料開(kāi)展了相關(guān)研究。這些潮位站具有較長(zhǎng)歷史的監(jiān)測(cè)資料，并且布局合理，能夠反映出珠江廣州河段的潮水位變化特征。其中，珠江后航道廣州浮標(biāo)廠水文站設(shè)立于1908年，至2022年已有115 a觀測(cè)歷史，是珠江三角洲地區(qū)屈指可數(shù)的百年水文站之一，曾記錄1915年珠江特大洪水。

2研究方法

2.1滑動(dòng)平均法與趨勢(shì)線法

滑動(dòng)平均法是趨勢(shì)擬合技術(shù)中的基礎(chǔ)方法［24］，它相當(dāng)于低通濾波，用確定時(shí)間的平滑值來(lái)顯示變化趨勢(shì)。對(duì)樣本數(shù)為n的序列x，其滑動(dòng)平均序列見(jiàn)式（1）：

=xi+j-1，（j=1，2，?，n-k+1）（1）

式中：k為滑動(dòng)長(zhǎng)度。作為一種規(guī)則，可以證明，經(jīng)過(guò)滑動(dòng)平均后，序列中短于滑動(dòng)長(zhǎng)度的周期大大削弱，顯現(xiàn)出變化趨勢(shì)。

2.2曼肯德?tīng)柗?/p>

曼肯德?tīng)柗ǎ∕ann-Kendall，M-K）是一種用于檢測(cè)序列變化趨勢(shì)的非參數(shù)檢測(cè)方法，最初由曼（H.B.Mann）和肯德?tīng)枺∕.G.Kendall）提出，后來(lái)經(jīng)其他人進(jìn)一步改進(jìn)完善。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布［24］，也不受少數(shù)異常值的干擾，適用于類型變量和順序變量，不僅可檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)，還可以明確突變發(fā)生的時(shí)間及突變區(qū)域。方法概述如下。

對(duì)于具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列x，構(gòu)造一個(gè)秩序列，見(jiàn)式（2）、（3）：

sk=ri，k=2，3，…，n（2）

其中：

ì+1，xigt;xj

ri=í?0，xi≤xj，j=1，2…，i（3）

可見(jiàn)，秩序列sk是第i時(shí)刻數(shù)值大于j時(shí)刻數(shù)值個(gè)數(shù)的累計(jì)數(shù)。

在時(shí)間序列隨機(jī)獨(dú)立的假定下，定義統(tǒng)計(jì)量見(jiàn)式（4）：

UFk=，k=1，2，?，n（4）

式中：UF 1=0，μ、σ分別是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，在數(shù)據(jù)序列x獨(dú)立同分布的條件下，可見(jiàn)式（5）：

UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，它是按時(shí)間序列x順序x 1，x2…xn計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量序列，給定顯著性水平，查正態(tài)分布表，若|UFk|gt;Ua，則表明序列存在明顯的趨勢(shì)變化。一般可設(shè)a=0.05，那么臨界值u=±1.96。

按時(shí)間序列x逆序xn，xn-1…x 1，再重復(fù)上述過(guò)程，同時(shí)使UBk=-UFk，UB1=0。分別給出UF和UB曲線圖。若UFk的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)它們超過(guò)臨界值直線時(shí)，表明上升或下降趨勢(shì)明顯。超出臨界線的范圍為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。如果UFk和UBk兩條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻便是突變開(kāi)始的時(shí)間。

2.3水文頻率分析法

根據(jù)SL 44—2006《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》［25］，本文采用皮爾遜Ⅲ型曲線（簡(jiǎn)稱P-Ⅲ曲線）進(jìn)行水文頻率分析。P-Ⅲ曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有均值、變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)等3個(gè)，均值反映的是序列的平均情況，變差系數(shù)反映的是序列的離散程度，偏態(tài)系數(shù)反映的是序列在均值兩邊的對(duì)稱程度。本文首先采用矩法初步估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，然后用經(jīng)驗(yàn)適線法對(duì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使曲線盡可能擬合全部數(shù)據(jù)點(diǎn)。

3分析與討論

3.1過(guò)程線及滑動(dòng)平均值的變化特征分析

研究的4個(gè)水文站的資料年限不同，浮標(biāo)廠站從1908年設(shè)站至2022年共115 a，歷時(shí)最長(zhǎng)，其他3個(gè)站至2022年的資料長(zhǎng)度分別為77、67、53 a。4個(gè)水文站的歷年最高洪潮水位過(guò)程線見(jiàn)圖2，各自的歷年最高水位20 a滑動(dòng)平均值過(guò)程線見(jiàn)圖3。

從圖2、3可以看出，站點(diǎn)之間的水位監(jiān)測(cè)數(shù)值雖然稍有不同，但變化趨勢(shì)和步調(diào)基本保持一致。由于浮標(biāo)廠站的資料年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他3個(gè)站，是珠江三角洲地區(qū)為數(shù)不多的百年老站，具有更好的時(shí)間代表性，本文予以重點(diǎn)分析。主要的分析結(jié)果如下。

浮標(biāo)廠站的年最高水位總體呈上升趨勢(shì)。其中，1908—1950年（除去1915年世紀(jì)大洪水）水位變化比較平緩；1950年起開(kāi)始呈現(xiàn)出一種快速上升趨勢(shì)并持續(xù)到1960年代末，1960年代水位基本都在2.00 m以上，但尚未超過(guò)2.5 m；1970年代初至1980年代末平均水位略有下降；1990年代初至2022年呈平緩上升趨勢(shì)，最高水位在1998年后多次突破2.5 m，2018年達(dá)到近年來(lái)的最高（2.89 m）。

黃埔、老鴉崗和中大等3個(gè)站點(diǎn)的資料系列較短，近年來(lái)的變化趨勢(shì)與浮標(biāo)廠站相似，水位總體呈上升趨勢(shì)。其中，在2018年“山竹”臺(tái)風(fēng)中3個(gè)站的水位值分別達(dá)到了3.10、3.07、3.23 m，比浮標(biāo)廠的水位值高出0.18～0.34 m。

圖3所示，用最小二乘法擬合了4個(gè)站點(diǎn)1980—2022年最高水位的線性趨勢(shì)線，趨勢(shì)線的斜率分別達(dá)到0.005 6、0.011 8、0.010 7、0.009 7 m/a，平均為0.009 5 m/a。根據(jù)《2022年中國(guó)海平面公報(bào)》［26］，1980—2022年南海沿海海平面上升速率為3.6 mm/a。兩者對(duì)比可知，珠江廣州河段歷年最高水位的上漲速率遠(yuǎn)高于南海海平面的上漲速率。

圖3a所示，同時(shí)擬合了浮標(biāo)廠站1908—2022年最高水位的線性趨勢(shì)線，趨勢(shì)線的斜率為0.005 9 m/a，與其1980—2022年的趨勢(shì)線斜率非常接近，并且長(zhǎng)短2條趨勢(shì)線基本重合，這進(jìn)一步證實(shí)了浮標(biāo)廠站最高水位的長(zhǎng)期上漲趨勢(shì)。

3.2年最高水位的M-K突變分析

圖4給出了4個(gè)水文站最高潮水位的M-K突變檢驗(yàn)UFk與UBk曲線。從UFk曲線可見(jiàn)，受1915年大洪水影響，UFk值在1915年附近先后突破0.05顯著性水平臨界線（1.96）和0.01顯著性水平臨界線（2.56），之后回落到0附近；1920—1945年UFk值變化較為平緩，反復(fù)在0附近振蕩；1946—1980年UFk值有快速上升趨勢(shì)，并分別在1956、1959年突破了顯著性水平0.05臨界線（1.96）和顯著性水平0.01臨界線（2.56），表明這一階段年度最高水位的快速遞增趨勢(shì)；1980年后，UFk值的上升趨勢(shì)有所減緩；2020—2022年UFk值達(dá)到了7.5左右，表明整個(gè)水位序列的遞增趨勢(shì)顯著。UFk和UBk曲線在1955年相交，表明1955年是上升趨勢(shì)（突變）開(kāi)始的時(shí)間。

黃埔站在1965年后UFk有持續(xù)上升趨勢(shì)，并在1973—1978年呈顯著上升趨勢(shì)，之后稍有回落，從2005年起再次呈顯著上升趨勢(shì)，先后突破0.05顯著性水平臨界線（1.96）和0.01顯著性水平臨界線（2.56）；UFk和UBk曲線在2000年相交，表明2000年是黃埔站突變開(kāi)始的時(shí)間。老鴉崗站的UFk上升趨勢(shì)不明顯，這可能是由于其位于上游，受潮汐和河道變化影響較小有關(guān)。中大站UFk總體呈先降后升的趨勢(shì)，在2005年后上升趨勢(shì)明顯。

3.3最高水位滑動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差的變化分析

圖5給出了4個(gè)站最高潮水位20 a滑動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差過(guò)程線。從中可以看出，浮標(biāo)廠站1980年前在0.08～0.22波動(dòng)，1980年后表現(xiàn)出迅速向上攀升的趨勢(shì)，1990年前后突破0.25，2000年前后突破0.30。其他3個(gè)站的最高潮水位20 a滑動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差在1980年后也表現(xiàn)出向上攀升的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象表明，珠江廣州河段在1980年后最高潮水位的波動(dòng)幅度具有顯著增強(qiáng)的趨勢(shì)。

3.4水位極大值的考證分析

表2列出了浮標(biāo)廠水文站自1908年設(shè)站以來(lái)記錄超過(guò)2.50 m的高水位，共有8次。除了1915年特大洪水外，其中7次發(fā)生在1998年后的近25 a，表明近年來(lái)水文極端事件發(fā)生頻率有所增加。表2還列出了其他3個(gè)站點(diǎn)同期對(duì)應(yīng)的最高水位值，這4個(gè)站點(diǎn)的同期最大水位值互有高低，其中2018年“山竹”臺(tái)風(fēng)中大站的最高水位值達(dá)到了3.28 m，比同期浮標(biāo)廠站高出0.39 m，距離浮標(biāo)廠1915年最高水位3.48 m僅0.20 m。

1915年洪水是廣州有水文記錄以來(lái)最嚴(yán)重的洪水［27］。珠江流域西、北、東江同時(shí)發(fā)洪，又適逢大潮頂托，致各江中下游和珠江三角洲堤圍盡決，廣州水淹7晝夜，珠江三角洲農(nóng)田受淹逾67萬(wàn)hm2，災(zāi)損378萬(wàn)元，死傷10余萬(wàn)人，災(zāi)情嚴(yán)重。浮標(biāo)廠站、黃埔站是珠江三角洲地區(qū)防洪潮水位分析計(jì)算最重要的2個(gè)代表站，規(guī)劃設(shè)計(jì)單位對(duì)其水位特大值的重現(xiàn)期做出過(guò)多次推斷，但推斷結(jié)論屢次被現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)推翻。

1998年《西北江三角洲39個(gè)潮位站計(jì)算分析報(bào)告》［28］認(rèn)為，廣州浮標(biāo)廠9316號(hào)臺(tái)風(fēng)所引起的異常增水是該站自1908年以來(lái)的除1915年外的最高水位，認(rèn)定“1993年的最高潮位（2.44 m）是20世紀(jì)以來(lái)排第一位潮位，重現(xiàn)期定為100 a”。2011年《珠江流域綜合規(guī)劃修編珠江三角洲主要測(cè)站設(shè)計(jì)潮站復(fù)核報(bào)告》，認(rèn)為大部分河口站0814號(hào)臺(tái)風(fēng)“黑格比”最高潮位（2.57 m）是自20世紀(jì)以來(lái)排行第一的最高潮位，因此將其重現(xiàn)期定位為110 a［29-30］。然而，自1993年以來(lái)，浮標(biāo)廠水位超過(guò)2.44 m的年份有7次，超過(guò)2.57 m的年份也有4次，2018年山竹臺(tái)風(fēng)期間甚至達(dá)到2.89 m。按照上述2份報(bào)告分析，短期內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)很多次100年一遇和超100年一遇，這顯然是不合理的。2021年《廣東省生態(tài)海堤建設(shè)“十四五”規(guī)劃》，將浮標(biāo)廠水文站50、100、200年一遇的水位分別定為2.82、2.96、3.10 m。其中，100年一遇水位比原9316號(hào)臺(tái)風(fēng)時(shí)的最高水位高出了0.52 m。按此標(biāo)準(zhǔn)，2018年“山竹”臺(tái)風(fēng)水位值（2.89 m）的重現(xiàn)期高于50年一遇，低于100年一遇。

2004年4月，廣東省發(fā)布了《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》［31］，導(dǎo)則里黃埔站100年一遇的設(shè)計(jì)潮位值是2.57 m。而黃埔站在近20 a里發(fā)生了3次超2.57 m的情況，分別是2008、2017、2018年。

由上面分析可知，在變化環(huán)境下，水文序列的一致性已遭到破壞，水位屢創(chuàng)新高（1915年除外），近期的100年一遇標(biāo)準(zhǔn)比早期的100年一遇標(biāo)準(zhǔn)高出很多。這一方面要求及時(shí)更新數(shù)據(jù)資料來(lái)分析計(jì)算設(shè)計(jì)頻率數(shù)值，另一方面也對(duì)較為久遠(yuǎn)的歷史資料的可用性提出質(zhì)疑。

3.5實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分時(shí)段P-Ⅲ型曲線擬合

以浮標(biāo)廠站1921—2020年共100 a的歷年最高水位按20 a的等份分成5個(gè)時(shí)段，分別進(jìn)行P-Ⅲ型分布曲線適線擬合，同時(shí)對(duì)1908—2022年全時(shí)段歷年最高水位進(jìn)行擬合（CS/CV參照《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》定為了6.0），得到頻率曲線見(jiàn)圖6。從中可以看出：①均值μ′在1941—1960和1961—1980兩個(gè)時(shí)間段大幅抬升，最近20 a（2001—2022）上升趨勢(shì)有所緩和，但仍創(chuàng)造了新高，最近20 a的均值比最早20 a（1921—1940）均值上升了0.55 m；②變差系數(shù)在前3個(gè)20 a分別為0.10、0.10、0.08，在后2個(gè)20 a分別大幅增加為0.13和0.16，表明這一時(shí)間水位的波動(dòng)幅度加大；③各頻率設(shè)計(jì)值按時(shí)間順序依次大幅提高，以200年一遇（P=0.5%）為例，5個(gè)時(shí)段的設(shè)計(jì)值分別為2.18、2.34、2.63、2.97、3.34 m，第五個(gè)時(shí)段比第一個(gè)時(shí)段增加1.16 m；④全時(shí)段（1908—2022年）擬合曲線各頻率設(shè)計(jì)值總體上高于前4個(gè)20 a的設(shè)計(jì)值，但低于最后一個(gè)20 a（2001—2020年）的設(shè)計(jì)值，P=0.5%設(shè)計(jì)值相差0.23 m。

用類似的方法，對(duì)黃埔、老鴉崗、中大等3個(gè)站分別進(jìn)行P-Ⅲ型分布曲線適線擬合和各級(jí)頻率設(shè)計(jì)值計(jì)算，得到的結(jié)果見(jiàn)表3、圖6，結(jié)果表現(xiàn)出與浮標(biāo)廠站相似的規(guī)律：各個(gè)20 a小頻率的設(shè)計(jì)值按時(shí)間順序依次增加，全時(shí)段小頻率的設(shè)計(jì)值低于最后一個(gè)20 a的設(shè)計(jì)值。

3.6未來(lái)時(shí)段P-Ⅲ型曲線設(shè)計(jì)值估算

從前面的分析可知，珠江廣州河段各時(shí)段歷年最高潮洪水位資料不滿足一致性要求，并且均值和標(biāo)準(zhǔn)差（變差系數(shù)）2項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)都有增大的趨勢(shì)。本文通過(guò)分析各站年最高水位的變化特征，并在這基礎(chǔ)上對(duì)未來(lái)20 a（2021—2040年）均值和變差系數(shù)進(jìn)行估算，計(jì)算出未來(lái)20 a（2021—2040年）的設(shè)計(jì)值，以期為設(shè)計(jì)及施工單位提供工作參考和比對(duì)。

第一步是對(duì)未來(lái)20 a期望值Xe的估算。從浮標(biāo)廠水文站115 a的歷年最高潮洪水位及滑動(dòng)均值變化情況來(lái)看，變化規(guī)律非常復(fù)雜，并不能用一個(gè)簡(jiǎn)單的線性或非線性函數(shù)來(lái)表征，其中1908—2022、1980—2022年的平均上漲速率分別為5.9、5.6 mm/a。而1980—2022年南海沿海海平面上升速率為3.6 mm/a［29］。如果這2種趨勢(shì)繼續(xù)延續(xù)，未來(lái)20 a珠江廣州河段的最高水位的期望值將比最近20 a（2001—2020年）上升0.07～0.12 m。本文按偏保守進(jìn)行估計(jì)，將未來(lái)20 a（2021—2040年）的均值上升幅度定為0.07 m，即未來(lái)20 a浮標(biāo)廠EX設(shè)計(jì)值定為2.21+0.07=2.28 m。

第二步是對(duì)未來(lái)20 a變差系數(shù)CV的估算。浮標(biāo)廠前5個(gè)20 a CV值分別為0.10、0.10、0.08、0.13和0.16，除了第3個(gè)略微減小外，總體上呈逐步增大趨勢(shì)。本文選取了3個(gè)等級(jí)的CV值0.14（偏保守）、0.16（中性）、0.18（偏安全）分別進(jìn)行了計(jì)算。

第三步，CS/CV定為6。

按上述參數(shù)用P-Ⅲ型分布進(jìn)行計(jì)算，得到未來(lái)20 a的結(jié)果見(jiàn)表3、圖7。用類似的方法，對(duì)其他3個(gè)站點(diǎn)的未來(lái)20 a的設(shè)計(jì)值進(jìn)行了估算。同時(shí)，將設(shè)計(jì)值與各站全時(shí)段率定成果進(jìn)行對(duì)比分析。

結(jié)果顯示，隨著變差系數(shù)的增大，各站各頻率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值逐漸增大，且均大于全時(shí)段的率定值。鑒于近20 a（2001—2020年）的變差系數(shù)已達(dá)到0.16左右，基本為歷史最高。對(duì)未來(lái)20 a（2021—2040年）變差系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，如果太小會(huì)影響防洪安全，如果太大則會(huì)增加防洪投資，本文建議取仍取中性的0.16，即浮標(biāo)廠站、黃埔站、老鴉崗站和中大站，200年一遇的設(shè)計(jì)值分別是3.54、3.63、3.68、3.71 m?！稄V東省生態(tài)海堤建設(shè)“十四五”規(guī)劃》（征求意見(jiàn)稿）（簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）中浮標(biāo)廠站、黃埔站、老鴉崗站和中大站的200年一遇水位設(shè)計(jì)值分別為3.10、3.25、3.31、3.34 m［32］?！兑?guī)劃》設(shè)計(jì)值比本文的推薦值低0.37～0.44 m，原因可能是《規(guī)劃》使用了較長(zhǎng)的資料系列來(lái)定線，而本文更注重近期資料系列并進(jìn)行了趨勢(shì)外延。

4結(jié)論

a）珠江廣州河段歷年最高潮水位總體呈上升趨勢(shì)，浮標(biāo)廠站1908年以來(lái)的平均上升速率為0.005 9 m/a，浮標(biāo)廠、黃埔、老鴉崗、中大4個(gè)站1980年以來(lái)的平均上升速率為0.005 6、0.011 8、0.010 7、0.009 7 m/a，遠(yuǎn)高于同期南海海平面上升速率（0.003 6 mm/a）。

b）珠江廣州河段歷年最高潮水位的標(biāo)準(zhǔn)差、變差系數(shù)也有增大的趨勢(shì)，水位的波動(dòng)幅度明顯加大。

c）按年代P-Ⅲ型曲線擬合各站年最高水位，各站規(guī)律相似，結(jié)果顯示：①最近20 a的均值比最早20 a有較大提升；②變差系數(shù)在后兩個(gè)20 a分別大幅增加，表明這一時(shí)段水位的波動(dòng)幅度加大；③各頻率設(shè)計(jì)值按時(shí)間順序依次大幅提高；④全時(shí)段擬合曲線各頻率設(shè)計(jì)值總體上高于前4個(gè)20 a的設(shè)計(jì)值，但低于最后一個(gè)20 a（2001—2020年）的設(shè)計(jì)值。

d）對(duì)未來(lái)20 a設(shè)計(jì)值進(jìn)行估算，結(jié)果顯示，隨著變差系數(shù)的增大，各站各頻率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值逐漸增大，且均大于全時(shí)段的率定值。從偏工程安全角度和減少資源浪費(fèi)的角度出發(fā)，2021—2040年的變差系數(shù)仍取0.16，即浮標(biāo)廠站、黃埔站、老鴉崗站和中大站200年一遇的設(shè)計(jì)值分別是3.54、3.63、3.68、3.71 m，高出現(xiàn)行推薦的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)0.37～0.44 m。

建議在環(huán)境劇烈變化的情況下，應(yīng)注重水文的一致性審查，水文時(shí)間序列的樣本量選擇不宜一味地貪大求全，而應(yīng)重視近期數(shù)據(jù)系列的應(yīng)用，及時(shí)根據(jù)水文情勢(shì)的變化對(duì)城市防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)做出調(diào)整。

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