水文频率在水利工程设计中的作用

宋文献，张红艳

（1.吉林省水文水资源局松原分局，吉林松原138000；2.吉林省水文水资源局白城分局，吉林白城137000）

目前水文频率计算的方法常用适线法，在实际工作中，适线法有两种：一种是目估经验适线，通过主观判断，决定适线的优劣，此法虽然简单灵活，并反映计算者的经验，但适线因人而异，任意性大；另一种是计算机适线，把理论频率曲线与经验频率点据的拟合误差作为适线准则，优选统计参数，求得最佳的拟合曲线，但是这种方法不便处理样本资料中的极大或极小水文数据，实际计算工程中，具体采用那种方法可根据实际需要选定。

1 水文频率等级的确定

水文频率常以%表示，水文上一般采用0.01%，0.1%，1%，10%，20%来衡量不同量级的洪水。频率越小，表示这一量级以上的洪水出现的机会越少。水文上除采用频率衡量洪水的大小外，也常用重现期(以年为单位)来表示，重现期是指某量级的洪水在很长时期内平均多少年出现一次。如某一量级的洪水的重现期为百年(俗称百年一遇洪水)，是指这个量级的洪水在很长时期内平均每百年出现一次的可能性，但不能理解为每隔百年出现一次。实际情况是这种洪水可能100年内不止出现一次，也可能一次都不出现。

频率和重现期实际上是衡量洪水量级的一个标准，是确定水利工程设计规模和等级的重要依据。

结合实际防洪能力，对洪水的等级划分如下：

重现期在10年以下的洪水，为一般洪水；

重现期10年至20年的洪水，为较大洪水；

重现期20年至50年的洪水，为大洪水；

重现期超过50年的洪水，为特大洪水。

对洪水的等级，是综合考虑各种因素后由主管部门审定并发布的，是针对某一流域或水系而言的，不是指某个单一测站而言的。

2 频率计算方法与工程设计标准

2.1 频率计算方法

绘制理论频率曲线，主要目的是为了解决经验频率曲线的延长问题。水文行业目前普遍选用的理论频率曲线为p—m型曲线，它是由3个统计参数（x，Cv，Cs）决定的。3个参数从理论上讲应是总体的统计参数，但水文变量的总体是未知的，通常只能由样本资料求出其3个统计参数，而样本统计参数都具有抽样误差，这就使由样本统计参数确定的p—m型曲线不能很好地反映总体的分布规律。实际工作中，通常采用调整样本的统计参数及相应p—m型曲线来拟合样本的经验频率点据，以尽可能减少参数估计的抽样误差和系统误差，进一步探求总体的概率分布，这个过程在水文计算中称为适点配线法，简称适线法。适线法得到的成果仍具有抽样误差，而这种误差目前还难以精确估算，因此对于工程上最终采用的频率曲线和相应的统计参数，不仅要从水文统计方面分析，而且还要密切结合水文现象的物理成因及地区分布规律进行综合分析。

2.2 工程设计标准

工程设计标准，就是指用水部门和水利工程自身及下游防护对象允许破坏的程度。这种允许破坏的程度是建立在水文频率基础上的。水利工程广义上的设计标准分为兴利标准和防洪标准两种。

1）兴利标准。兴利标准是用设计保证率来表示的。兴利的内涵非常广泛，通常包括灌溉、发电、城市供水、航运、养殖等等。若要最大程度地满足各个用水部门的用水要求，就需要工程规模大一些，选择的水文频率小一些，因而造成投资增大。要使投资和效益经济合理，这就要对工程设计进行分析论证。如果效益远比投资小，就没必要扩大工程规模。因此，在水利工程设计时，一般不要求百分之百地满足各个用水部门的用水需要，而是允许适当断水或减少供水量，这就要求研究各用水部门允许减少供水的可能性和合理范围，定出在多年工作期间，用水部门的正常用水得到保证（或不破坏）的程度，这一保证用水（或不破坏）的程度就是设计正常用水保证率，简称为设计保证率。

设计保证率的选定，是一个确定缩减用水合理程度的经济权衡问题。设计保证率若选得过低，则正常用水遭受破坏的机会将增加，从而引起经济的损失。相反，设计保证率若选得过高，虽然用水部门用水保证率得到提高，但要增加工程投资和其他费用，使工程效益和投资的比例减小。因此，设计保证率应该通过经济比较分析，并根据水文频率来确定。

2）防洪标准。水利工程除了兴利外，另一主要作用就是防洪。防洪标准是指防护对象防御洪水能力相应的洪水标准。这里的防护对象不仅指自身没有防洪能力需要采取防洪措施的保护对象，如城市、乡村、工矿企业和机场等，还包括能保护其他防护对象安全的水利工程的本身，如水库、堤防等。防洪标准原则上应在准确预报未来洪水的基础上，通过投资效益综合经济分析来选定。然而和确定设计保证率一样，根据实际需要选择水文频率。所以，只能采用统一规定的洪水频率（重现期）作为防洪标准。根据工程的重要性以及经济等综合因素确定。

现行的防洪标准分为设计一级标准和设计、校核两级标准两种情况。根据防护对象的不同，其防洪标准可采用设计一级或设计、校核两级。这里的设计标准是指当出现小于或等于这种标准的洪水（设计洪水）时，应保证防护对象的安全或防洪设施的正常运行。校核标准是指遇该标准相应的洪水（校核洪水）时，采取非常运用的措施，在保障主要防护对象和主要建筑物安全的前提下，允许次要建筑物不同程度的损坏及次要防护对象受到一定的损失。

3 结论

水文频率的主要作用是依据水利工程所在流域已经发生的水文过程，预估未来水利工程运用期间的水文过程，并在此基础上进行径流调节计算，从而确定工程的规模。作为由样本资料估算总体统计参数和探求总体概率分布的一种有效方法，适线法频率计算是可以用来推求未来水文过程的，因为未来水文过程也是水文总体过程的一部分。所以，在水利工程设计工作中，根据水文样本资料，通过频率计算适线，把最后选定的理论频率曲线近似地作为水文总体的概率分布，在该曲线上可查得该水文总体的另一个样本值（某一频率的设计水文变量值xp）。水文频率计算方法是目前推求设计年径流和设计洪水的基本方法。是水利工程设计工作中不可缺少的重要环节。

［1］崔振才.水资源与水文分析计算［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.195.

［2］丁炳坤.工程水文学［M］.北京：中国水利水电出版社，2007.199.