兩種設(shè)計洪水位計算方法的對比分析

李 爽，李 強，湯仁波

(1.綏化市水務(wù)局，黑龍江 綏化152000;2.綏化市水利水電勘測設(shè)計研究院，黑龍江 綏化152000)

設(shè)計洪水位由年最高水位頻率確定，也可以由年最大流量相應(yīng)水位確定。由于水位受基面的影響，計算出來的Cv值很小，很難將水位延長到稀遇洪水上去，因此采用最大水深計算分析洪水位頻率效果較好;而年最大流量頻率計算還要通過水位流量關(guān)系轉(zhuǎn)化為水位，水位流量關(guān)系曲線不是單一曲線而是一束曲線簇。各年實測的H ～Q 曲線，并非重疊在一起［1］。由流量查水位顯然不是一個值，而是相差多達(dá)幾米的幾個值。

1 設(shè)計洪水位計算

1.1 由年最大水深計算設(shè)計洪水位

為消除基面影響，而采用年最大水深計算頻率，計算出來的Cv值較大，易于適線，確定設(shè)計水位較為合理。年最大水深是采用歷年觀測的最低水位為零點，計算各年最大水深:

式中:Hi為各年實測最高水位;H0為歷年實測最低水位(零點);n 為年數(shù);Cv為變差系數(shù)。

蘭西站年最大水深頻率計算，蘭西從1949 年—2005 年有57 a 水位系列，歷年實測的最低水位為121.15 m，計算年最大水深均值為5.89 m，其頻率曲線為圖1。

圖1 蘭西站年最大水深頻率曲線圖

從圖1 可以看出，采用Cs=Cv，Cv=0.20，均值5.89 m適線良好，故最后采用，成果見表1。

對于資料系列較長的站，特別是考慮歷史洪水參與計算的年份，由于堤防條件的變化，還要考慮水位一致性的問題。即統(tǒng)一換算到當(dāng)前河段控制條件下。本次選用西站的堤防資料較完整，標(biāo)準(zhǔn)也很高，水位系列資料具有很好的一致性。因此沒考慮水位修正問題。

1.2 由年最大流量計算設(shè)計水位

由歷年最大流量計算頻率，而后由設(shè)計流量查水位流量關(guān)系曲線，得出設(shè)計水位，因為各年實測的H ～Q 曲線，并非重疊在一起，設(shè)計時應(yīng)采用能包括各種年型洪水都能包得住的那條H ～Q 曲線，即外包線。把蘭西站各年實例的H ～Q 曲線繪在一起，形成一束曲線簇，見圖2，蘭西站最大流量頻率計算結(jié)果見表2。

表1 蘭西站站年最大水深頻率計算成果表

表2 蘭西站最大流量頻率計算成果表

從蘭西站歷年實測H ～Q 曲線中，選出有代表性的1961 年、1962 年、1985 年、2003 年各年平均H～Q 曲線計算相應(yīng)設(shè)計流量的各年水位見表3。

圖2 蘭西站H ～Q(從53a 實測資料中選出高水線4 條)

表3 蘭西站設(shè)計流量與相應(yīng)各年型水位表

從蘭西站水位流量關(guān)系曲線看，綜合線高水部分基本相互吻合，中高水有些差別，50、20、10 a一遇設(shè)計洪水位個年最大水位差分別相差0.07、0.16 和0.21 m。從年份上看，1961、1962 年比較相近，1985、2003 比較一致，其中1962、1985 年兩個大水年份的量級也較近似。分析其原因，主要是水利工程影響、河灘地種植導(dǎo)致行洪斷面縮小，水位壅高所致。所以，1985、2003 年的水位流量關(guān)系還是有一定的代表性，也比較客觀地反映了水文要素的內(nèi)在變化規(guī)律。與綜合關(guān)系線差別也不大，分別相差0.04、0.07、0.04 m。

2 兩種計算方法的成果對比

2 種方法計算的設(shè)計洪水位結(jié)果見表4。

表4 最大流量、最高水位設(shè)計洪水位對比表

從表4 可以看出，流量法推算的水位偏高，特別是中高水，受水位流量關(guān)系影響較大。

3 結(jié) 語

1)采用水位計算頻率，因受基面高程影響，計算出來的Cv值很小，很難適線外延到設(shè)計頻率，任意性大，造成差錯較大，采用年最大水深計算頻率較好。年最大水深消除了基面高程的影響，計算出來的Cv值較大，易于適線外延，提高成果精度。

2)用設(shè)計流量，查水位流量關(guān)系得水位時，應(yīng)查外包線的水位作為設(shè)計，才能包括不同年型洪水的水位，不能查所謂綜合H ～Q 曲線得水位，因為綜合H ～Q 曲線是包不住各年型洪水水位的，是不安全的。

3)跑灘、筑堤、斷面束狹造成的水位變化，應(yīng)采用多種方法互相印證，才不會太大誤差，使得計算的水位修正值符合實際。

4)用流量系列推求設(shè)計洪水有一定的局限性，由于天然河道的多變性，流體力學(xué)的復(fù)雜性，無法確定出較為精確的水位設(shè)計值;而用最大水深計算的設(shè)計水位，只要細(xì)致調(diào)查、研究堤防建設(shè)實施情況，并根據(jù)不同情況對水位值進行修正，從而保持水位的一致性，而且計算的設(shè)計值也更合理。

［1］吳海燕.對推求設(shè)計洪水位新方法的探討［J］.中國水運，2012，12(11):172－173.