越南沿海多年一遇極值水位計算

團文征，李建成，裴氏堅貞

(武漢大學 測繪學院, 湖北 武漢 430079)

一、引 言

越南是一個沿海國家，大部分人口集中在紅河平原、九龍江平原和中南沿海地區, 這些地區地勢較低，因此海面高度的升降變動將對越南產生深遠的社會經濟影響。極值水位是海面的變動特征之一，該特征在海岸工程、海上工程、防洪工程、防潮工程設計中有著廣泛的、意義重大的應用。根據實際觀測樣本擬合極值分布，預測多年一遇重現期極值，是極值統計的中心問題。迄今已有不少學者對此問題給出了一系列研究結果，簡裕庚等采用Pearson-Ⅲ型分布理論計算了廣東省20個站的多年一遇極值水位[1]；羅純等采用Gumbel分布擬合歷年最高水位資料，研究用分位法、極大似然法、概率加權矩法對Gumbel分布中的參數進行估計，結果認為極大似然法結果的估計量在各個方面都有良好而穩定的表現[2]；李明杰等利用山東沿岸7個海洋站的數據基于Gumbel分布理論計算了各站多年一遇最高水位[3]。

本文將分別采用Pearson-Ⅲ概率分布、Gumbel概率分布和Weibull概率分布根據越南沿海的9個代表驗潮站的長期觀測數據序列，推估各站沿海地區10年、20年、50年、100年、200年最高水位。

二、選用的數據

本文選取了越南沿海地區的9個代表驗潮站，這些驗潮站有長期年最高水位觀測數據序列，該數據集由越南國家氣象與水文局(Vietnam Institute of Meteorology-Hydrology and Environment，IMHEN)提供。所選用的數據觀測時間跨度最短的有27年(CONCO站)，最長的有52年(HONDAU站)。

三、研究方法理論

1) Pearson-Ⅲ分布的密度函數為

2) Pearson-Ⅲ分布的頻率積累函數為

(2)

式(1)和式(2)中，a、b、c分別是位置參數、尺度參數和形狀參數；γ(c,x)、Γ(c) 是Gamma函數，計算方法如下

(3)

3) Gumbel分布的密度函數為

4) Gumbel分布的頻率積累函數為

式(4)和式(5)中，a、b分別是位置參數、尺度參數。

5) Weibull分布的密度函數為

6) Weibull分布的頻率積累函數為

式(6)和式(7)中，a、b、c分別是位置參數、尺度參數和形狀參數。

7) 統計參數估計：

Pearson-Ⅲ分布參數估計

Gumbel分布參數估計

(11)

四、研究結果

本文基于上述的理論和方法利用越南沿海各潮站的年最高水位觀測資料序列，計算了各站水位的統計特征包括平均值、最高值、分散系數、偏態系數，結果見表1。從表1可知各站的分散系數比較一致；偏態系數則相差較大，其中BALAT、HOANGTAN和RACHGIA三站的偏態系數顯著偏大，分別達1.12、0.80和1.170。

在表1中還列出各驗潮站極大值的距平值，反映各驗潮站地區水位漲落最大幅度，其中CUAONG、BALAT、HOANGTAN三站水位漲落幅度最大，分別為2.806 m、2.822 m、2.707 m，從防洪角度來看，漲落幅度越大的地區越容易發生洪災。

表1 越南沿海各站年最高水位數據序列的統計特征

注：表中*站基準面為海圖零點，其他站基準面為越南國家水準面。

本文分別采用Pearson-Ⅲ、Gumbel和Weibull 3種概率分布，利用越南各個沿海地區代表驗潮站的長期年最高水位序列，擬合推估了各站的10年、20年、50年、100年、200年一遇最高水位值。表2分別給出了上述3種概率分布在9個代表站的不同重現期最高估算結果。圖1是分別代表越南北部、中部、南部岸區的Pearson-Ⅲ、Gumbel和Weibul型分布擬合曲線。圖2表示相應站的多年一遇最高水位曲線。從圖1和圖2可看出，采用Pearson-Ⅲ和Weibull概率分布計算的結果很相近，采用Gumbel分布計算的結果稍有差異，但差異不大。因為越南各潮站觀測時間不太長，將3種方法計算結果取平均作為各站最后結果，從圖2表示均值的黑色線可看出該計算方案較合理。

圖1 越南北部(HONDAU)、中部(CONCO)和南部(VUNGTAU)沿海3個代表站點的各型分布擬合曲線圖

圖2 越南北部(HONDAU)、中部(CONCO)和南部(VUNGTAU)沿海3個代表站點年最高的T年一遇最高水位曲線

續表2 m

注：表中*站基準面為海圖零點，其他站基準面為越南國家水準面。

為了反映越南各個沿海地區的水位震蕩特征，表3列出越南沿海地區個代表站多年一遇最高水位和距平值。從表3可見，越南北部沿海地區的極值距平較大，其10年、20年、50年、100年、200年一遇距平(水位最大振幅)分別在1.8～2.5 m，1.9～2.6 m，2.0～2.8 m，2.1～2.8 m，2.2～3.1 m 范圍，越南北部沿海地區的距平值明顯大于越南中部和南部沿海地區。從多年一遇極值距平值分析，越南中部和南部沿海地區海平面水位較平穩，而北部沿海地區是越南國家防洪的重點地區。

表3 不同重現期下越南沿海的多年一遇最高水位及其距平值 m

注：表中*站基準面為海圖零點，其他站基準面為越南國家水準面。

五、結束語

本文分別采用Pearson-Ⅲ、Gumbel和Weibull 3種概率分布對越南沿海的9個代表驗潮站的長期年最高水位序列進行擬合,估算各站的10年、20年、50年、100年、200年一遇最高水位值和相應距平值，得出以下幾個結論：

1) 從表2、表3和圖1、圖2可見，分別采用Pearson-Ⅲ，Gumbel和Weibull 3種概率分布，對越南沿海最高水位觀測資料擬合計算多年一遇極值水位的結果均比較相近。其中按Pearson-Ⅲ和Weibull分布推算的結果似更接近，比Gumbel分布推算的結果有一定的差距但差距較小。大部分擬合曲線都呈橫S型下降，各站的推算值與實際觀測值比較吻合，3種方法擬合效果基本一致，將3種方法計算的各站結果取平均得到更合理的結果。

2) 從表4可見，各站的最高水位與水位平均值的差距反映了各站的水位漲落幅度，漲落幅度大反映該站受洪水、風暴潮現象影響嚴重，漲落幅度越大受洪水、風暴潮現象影響越嚴重，在北部CUAONG站、BALAT站、和HOANGTAN站漲落幅度最大，在1.8～3.1 m之間，這些地區極易發生洪水和風暴潮。可得出結論：洪水、風暴潮現象集中在越南北部，而中部和南部沿海地區，距平值在1.0～1.8 m也可發生較小洪水和風暴潮。該結論與實際較符合。

參考文獻：

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