蓮花臺水電站設計歷史洪水重現期分析

王 旭

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710016）

蓮花臺水電站設計歷史洪水重現期分析

王 旭

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西 西安 710016）

蓮花臺水電站設計洪水采用實測及調查洪水資料和規范中的方法進行計算，得到的歷史洪水重現期比實測洪水重現期嚴重偏小，計算得出的洪水值偏大，不利于水電站工程設計。通過分析產生這一現象的原因，提出將小于實測洪水重現期的歷史洪水去掉，增加歷史洪水的分析期，使計算更符合水文分析計算的基本原理，設計洪水值更加精確，有利于工程設計優化，減少工程投資。

歷史洪水；重現期；分析期

1 問題的提出

蓮花臺水電站控制流域面積6614 km2，下游15 km處的荊紫關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%。紫荊關水文站距離蓮花臺水電站最近、所占面積最大，故商南縣蓮花臺水電站設計洪水選用荊紫關水文站作為參證站。通過計算得出荊紫關水文站所需各個重現期設計洪水，采用面積比擬法推求設計洪水。

荊紫關水文站1953年設立并開始觀測，蓮花臺水電站2005年設計時，收集到截止2004年實測洪水資料47年、調查洪水4場（《陜西省洪水調查資料》（1984年12月））。

洪水頻率按照《水利水電工程設計洪水計算規范》SL44-2006所提供不連續洪水序列中各項洪水的經驗頻率用下列公式計算[1]。

（1）特大洪水經驗頻率

（2）連續洪水經驗頻率

計算結果見表1第3列。

表1 荊紫關水文站洪水資料及頻率計算表

根據以上頻率計算成果，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計洪峰流量。

圖1 紫荊關年最大流量頻率曲線圖

從表1和圖1可以看出，1958年實測洪水頻率為5.1%，重現期不到20年，與實際47年重現期相差很大。第3、第4位歷史洪水頻率為2.31、3.08，重現期分別為43年、32年，均小于1958年實測洪水重現期。用計算得到的比實測洪水重現期小一倍以上的基本資料進行計算、適線，推求不同重現期的設計洪水，不能得出正確結果。是因為減少了實測洪水的重現期，使推求的設計洪水重現期變小，同一重現期的設計洪水變大。

2 原因分析

規范中的不連續系列洪水經驗頻率計算方法，是將已知歷史洪水和實測洪水，看成抽自所研究水文總體的一個容量系列，其中歷史洪水的序位通過調查考證確定，而實測洪水序位不確定，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調查考證確定的，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，而實測洪水值是每年只選一個最大值的連續選樣法選擇的，兩個洪水系列的選樣方法不同，不能建立統一的經驗頻率計算公式。

（3）調查期是從洪水分析之時起向后追溯計算的，這樣計算的歷史洪水重現期只可能是其最小值，而不是正確值；而實測洪水的重現期是已知和確定的，應以實測洪水的重現期為標準進行計算。

（4）歷史洪水只是作為實測洪水系列較短時的補充和延伸，隨著實測洪水系列的延長，其重要性逐漸減弱。用重現期和量值都不準確的歷史洪水計算洪水頻率，會使實測系列洪水頻率變大而重現期變小。

3 處理方法

3.1 獨立取樣，分別排位

歷史洪水和實測洪水是按各自的原則分別獨立選取的樣本，應該分別排位，按規范中公式計算：

歷史洪水經驗頻率PM

實測連續洪水經驗頻率Pm

3.2 去掉重現期小于實測洪水的歷史洪水

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

（2）經分析，可靠的歷史洪水可采用實測洪水水位～流量關系曲線延長，推求其洪峰流量，進而參與設計計算。本項目中，數值排第2位（1954年）的歷史洪水，其準確程度僅次于實測洪水，荊紫關水文站1953年建立并開始觀測，故1954年洪水是可靠的，通過水位～流量關系曲線延長，得出較為可靠的洪峰流量。

（3）用實測洪水的重現期是否大于歷史洪水的重現期作為標準來進行衡量，將小于實測洪水重現期的歷史洪水去掉，同時解決了歷史洪水是否太多的標準問題，使設計洪水的計算更切合水文計算基本原理[3]。

3.3 增加對歷史洪水的分析期

3.3.1 增加原因

在有考證的情況下，歷史洪水的重現期可按考證期確定。但對于中小河流來說，絕大多數的歷史洪水因為缺少碑記、石刻或其他文獻記載等資料，沒有考證期，僅以洪水發生年份的調查期作為重現期，其可靠程度很低，對設計洪水計算成果影響很大，為彌補這一缺陷，應該增加一個分析期。

3.3.2 分析期時長

一種是根據洪痕指證人的年齡及敘述的年份進行確定，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生年的時間長短。另一種是不了解洪水調查時的具體情況，是調查人對其祖輩經歷洪水的記憶描述，以不超過兩代人為限，年齡平均按25歲計算，分析期最長為50年。

3.3.3 增加方法

本項目屬于不了解洪痕指證人具體情況，以實測洪水重現期作為依據，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，是將計算的基本點放在重現期和量值都是真實可靠的實測資料基礎上，而將歷史洪水的重現期看成是根據調查的具體情況來決定變與不變，在有考證期的情況下，據考證期定，在無考證其情況下，按分析期定，不以發生年調查期一種方法來定，使歷史洪水和實測洪水在一個系列內，同時不會產生矛盾。

4 結論

根據以上方法重新計算后，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計比較結果見表2，頻率曲線見圖2。

表2 設計洪水成果比較表

圖2 紫荊關現年最大流量頻率曲線

從計算結果可以看出，采用本文提出的對歷史洪水重現期分析調整后，計算的設計洪水更加符合水文分析計算的基本理論，趨近于實際洪水結果，提高了設計洪水的計算精度，對本工程而言，其防洪度汛工程措施得以優化，也降低了工程投資。

[1]中華人民共和國水利行業標準.水利水電工程設計洪水計算規范（SL44-2006），北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]水利水電規劃設計總院.水利水電工程設計洪水計算手冊，北京：水利電力出版社，1995.

[3]葉守澤，詹道江.工程水文學，北京：中國水利水電出版社，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計工作。