利用歷史洪水調查推求設計洪峰流量

杜偉

(黑龍江省農墾紅興隆管理局水務局，黑龍江友誼155811)

水文資料是水利工程設計最基礎、最前沿的必備資料，水文賬錯了，所有設計便無需再作論證評審了。因此，作為水利工程規劃設計人員，首先要把水文基本資料以及分析計算資料做的牢靠，經得起歷史推敲。

1 水文計算的任務與內容

工程水文計算的任務主要是分析預算工程施工及運行期在可能發生的水文特征值，為水工設計提供依據。其主要內容有:

1)符合設計標準要求的全年和要求時段的經流量的設計值及其時程分配。

2)各種標準的設計洪水的洪峰流量，不同時段洪量及其洪水過程線，設計洪水的地區組成及分期洪水。

3)設計暴雨和可能最大暴雨的各種歷時降水量及其時空分布，以及由暴雨推求的相應洪水。

4)冰情、水面蒸發等水文特征值。

5)電站廠區，壩址原水位流量關系。

6)各類典型區(山區、半山區、平原區、干旱區、半干旱區、濕地等)排水模素的設計推求及區域水文圖集的制定。

本文主要闡述歷史洪水調查推求設計洪峰流量。

2 歷史洪峰流量的計算方法

計算歷史洪峰流量應根據洪水痕跡分布、觀測資料情況及河段水力特性等選用適當的方法。由洪痕推估洪峰流量，一般應通過兩種以上的方法進行計算。遇河段彎曲或有分流等情況，則應選取參證站，通過對近期大洪水進行計算，予以比較。

2.1 水位流量關系曲線延長法

當水文站斷面處調查有洪水痕跡;或在水文站上、下游不遠處有洪水痕跡時，其區間面積很小，能較可靠地將洪痕移到水文站斷面處，這時應盡量利用水文站實測資料，采取延長水位流量關系曲線的方法推算歷史洪峰流量。

若河段較均勻整直，斷面較穩定，下游不受變動回水影響，水位流量關系呈單一關系，可根據具體情況按下述方法處延。

2.2 利用水力學公式計算歷史洪峰流量

當短、缺實測水文資料時，可利用調查河段縱橫斷面測量資料及洪水水面線，求出計算斷面的水力要素ω洪、x洪、R洪及i洪等，按(1)式計算，確定調查洪水位所對應的洪峰流量。

計算流量的水力學公式為:

3 利用調查洪峰流量推求設計洪峰流量

3.1 歷史洪水頻率的估定

如上所述，利用調查洪水痕跡可以推算出相應的洪峰流量。而調查洪水是多少年一遇(即頻率是多少)，可按以下途徑加以評定。

1)根據調查對象的年齡估計歷史洪水頻率，如:六、七十歲以上老人所述最大洪水，可認為≥50 a一遇(即頻率為2%)。如調查到1942年洪水是65歲左右的老人們所見最大洪水，雖距今僅32 a，可大致估定為50 a一遇。

2)根據洪水調查和歷史文獻檔案材料，分析估定歷史洪水的頻率。這個方法是常用的基本方法。

①如根據調查或在歷史文獻記載的N1年內(自己字記載最遠年份迄今)，能斷定沒有比調查洪水更大的歷史洪水，則重現期可作為N1年;②如能斷定在N1年內有a次歷史洪水＞調查洪水，則其重現期為年;③如在N1年內有a次歷史洪水與調查洪水不差上下，而無法判斷誰大誰小時，則其重視期為年。

總之，歷史洪水與實測洪水一樣，其地區分布有一定的規律性。因此，無論用什么方法估定調查洪水的頻率時，應該注意分析全流域的特性。利用上述估定頻率的方法，結合調查水情、雨情及鄰近流域歷史洪水情況等進行綜合分析，力求較合理地確定調查洪水的重現期。

3.2 具體方法

3.2.1 經驗頻率曲線法

經過調查考證到a個歷史大洪水，最遠的調查考證年份迄今為N年，除此之外，尚有n項實測系列。在N年中已考證清楚，按大小順位后的為首M項大洪水中(包括由實測系列中移入的大洪水)并未遺漏＞第M項的洪水時，則第M項大洪水的經驗頻率可按下式計算:

當考慮使用歷史洪水資料時，對幾項實測系列中排位第m項洪水的經驗頻率，可根據對資料情況的判斷，采用下列方式之一進行估算:

1)當實測系列較長，代表性較好，而對歷史洪水的精度(定量、排位)又不夠滿意時，可按歷史洪水與實測洪水分別獨立排位處理，對n項實測系列中第m項洪水的經驗頻率仍按計算。

2)當實測系列代表性較差，而歷史洪水調查考證精度較高，則實測系列可認為是N年系列的組成部分，對n項實測系列中第m項洪水的經驗頻率可按下工計算:

式中:Pa為N年中排位第a項大洪水的經驗頻率。當N年中最大a次洪水均已查清且無遺漏時為由實測系列移入特大洪水M序列的項數。

在N年內所調查到的歷史洪水因可能有遺漏而按大小排位不連續時，對不能排列為N年中有首幾位的大洪水，可另選歷時短于N年的一個或多個，使其也能排列為首幾位。此時，經驗頻率計算方法可按上述原則處理。

不連序系列參數估算式為:

QV·N估算值大多偏小，可稍加大進行適線。適線時，當QV·N≤0.5，試用CS·N/QV·N=4;1.0≥QV·N＞0.5，QS·N/QV·N= QV·N＞1.0，QS·N/QV·N=2～3

3.2.2 試算法

在短、缺實測洪水資料的情況下，調查到兩次(或稍多)歷史洪水并能估出其頻率時，可用試定Cν洪、CS洪值的方法，求出設計洪峰流量。

［1］華東水利學院(現河海大學).水工設計手冊(第二卷)［M］.北京:水利電力出版社，1987.

［2］天津大學.小型水電站(上冊)［M］.北京:水利電力出版社，1975