浅析水利水电工程施工分期设计洪水频率分析计算

石　浩，董　磊，邓智予

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)



浅析水利水电工程施工分期设计洪水频率分析计算

石浩，董磊，邓智予

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

水利水电工程的施工洪水标准(重现期)为3～50 a，一般采用5～20 a。当设计依据站实测资料系列较长，且施工标准较低时，施工分期设计洪水可根据经验频率确定。但直接比拟依据站的分期洪水成果不能体现设计坝址与依据站的集水面积等差异问题。故要对施工分期洪水作频率分析计算。在频率分析计算中，施工分期P=5%～20%洪水标准下的实测点据尽量要通过曲线，如果适线效果不好，可考虑调整分期洪水的均值及变差系数Cv，尽可能地使频率曲线通过实测点据，保证施工分期洪水设计成果的可靠性及安全性。在施工分期暴雨频率分析计算中也同样存在此类问题，因此也适用于施工分期暴雨频率分析计算。

水利水电工程；施工分期设计洪水；施工洪水标准；频率分析计算；分期暴雨

水利水电工程设计洪水成果的可靠性是建筑物设计的依据，及工程建成后运行安全的保障。在水利水电工程施工组织设计时，须推求施工期间的分期设计洪水[1-2]，作为施工导流、围堰等临时工程，以及制定各种工程施工进度计划的依据。因此，施工分期设计洪水计算成果，直接关系到工程的造价、施工安全和施工期的长短。

1　施工分期确定及导流建筑物设计洪水标准

根据设计流域的洪水特性及设计依据站的实测洪水资料系列，并结合工程的施工导流程序、施工进度计划，确定工程的施工分期。根据《水利水电工程施工导流设计规范》(SL 623-2013)，结合导流建筑物的保护对象、实施后果、实用年限和工程规模确定导流建筑物级别和导流建筑物的设计洪水标准，水利水电工程的施工洪水标准(重现期)为3～50 a，一般采用为5～20 a。

2　施工分期洪水系列选样

由于洪水出现的偶然性，各年分期洪水的最大值不一定正好在所定的分期内，可能往前或往后错开几天，因此，在用分期年最大值选样时，有跨期和不跨期选样两种方法。跨期选样时，为了反映每个分期的洪水特征，日期不宜超过5～10 d。跨期选样计算的施工分期设计洪水，由于系列中已反映了洪水出现时间上一定的偶然性，因此使用时不应再跨期。定期选样计算的施工分期设计洪水，在使用时应考虑跨期，跨期日期一般取5～10 d，均向内跨。

3　施工分期设计洪水频率分析计算

以贵州省荔波水文站为例，根据确定的施工分期及洪水资料系列，采用定期选样；统计荔波水文站1961-2013年10-4月施工期内的实测最大洪峰流量，并以P—Ⅲ型理论曲线进行适线，频率曲线图如图1所示。

通常情况下，频率曲线适线一般均值与Cs/Cv倍比不调整(贵州省施工分期洪水的Cs/Cv倍比一般取3.5)；从上面的频率曲线图来看，因所有系列值参与频率分析计算，在均值与Cs/Cv倍比不调整的情况下(适线1)，无论怎么调整变差系数Cv，施工最关心的重现期5～20 a(P=20%～5%)洪水标准设计洪水成果与经验频率的设计成果相差较大，照顾较低频率的，就顾不上较高频率的(有些分期是照顾了中间，就顾不上两边；或照顾两边就顾不上中间)。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL 44-2006)有关规定：当设计依据站实测资料系列较长，且施工标准较低时，施工分期设计洪水可根据经验频率确定，因荔波水文站的实测资料系列较长，代表性较好，荔波水文依据站的施工分期设计洪水可采用经验频率设计值；仅从依据站的施工分期设计洪水成果来看，采用经验频率确定的成果是可行且可靠的。但因设计流域与设计依据站集水面积上的差异，根据依据站的设计值按集水面积比拟到设计流域坝址处不能反映集水面积差异引起的设计洪水上变差系数Cv差异问题，故此，须根据施工分期设计洪水关心的洪水标准调整频率曲线，调整的原则是Cs/Cv倍比不变，调整均值及变差系数Cv(适线2)，根据调整后的依据站施工分期洪水成果，然后按集水面积比拟到设计坝址处，考虑地区规律，暴雨特性等差异，合理确定设计坝址的变差系数Cv，推求设计坝址不同设计标准的施工分期洪水[3-4]。

图1　荔波水文站10-4月施工分期洪峰流量频率曲线图

频率分析分期最大洪峰流量统计参数不同频率P设计值/(m3·s-1)均值/(m3·s-1)CvCs/Cv5%10%20%经验频率568514454适线12460.703.5592462337适线23800.273.5572517458

从上表可以看出，荔波水文站10-4月施工分期设计洪水中，所有系列值参与频率分析计算适线1 P=5%设计洪水成果较经验频率插值的成果大4.2%，P=10%设计洪水成果较经验频率插值的成果小10.1%，P=20%设计洪水成果较经验频率插值的成果小25.8%，差异较大；而主要考虑施工分期P=5%～20%洪水标准调整适线2的成果与经验频率插值计算的成果相差在1%以内，考虑施工分期P=5%～20%洪水标准调整适线2的成果更为合理。因此，在施工分期设计洪水频率分析计算中如所有系列值参与频率适线，施工分期设计洪水P=5%～20%洪水标准下的适线效果不好，局部偏离实测点据较大时，应考虑调整分期洪水的均值及变差系数Cv，尽可能地使频率曲线通过实测点据。

因设计流域与设计依据站集水面积上的差异，根据依据站的设计值按集水面积比拟到设计流域坝址处不能反映集水面积差异引起的设计洪水上变差系数Cv差异问题[5]。以贵州省荔波县拉寨水库工程为例，以荔波水文站为依据站，推求拉寨坝址施工分期洪水。荔波水文站控制集水面积1213 km3；拉寨水库坝址集水面积588 km2和3000 km2，通过分析，面积比指数为0.67。

方法①：采用荔波水文站的经验频率设计值，按面积比拟推求坝址设计值。

方法②：采用荔波水文站调整后的适线2统计参数，按面积比拟推求坝址分期洪峰流量均值，Cv考虑比依据站大0.05，然后推求坝址设计值。拉寨水库坝址10-4月施工分期设计洪水成果比较见表2。

表2　拉寨水库坝址10-4月施工分期设计洪水成果比较表

从上表可以看出，拉寨水库坝址10-4月施工分期设计洪水方法②较方法①成果大3.8%～7.5%，且方法②考虑洪水因集水面积差异而引起的洪水变差系数不同的问题，方法②成果更合理，推荐方法②计算的施工分期设计洪水成果。设计坝址与集水面积的差异愈大，两种方法计算的成果差异会更大；当依据站与设计坝址集水面积差异在5%以内，可采用方法①成果；当依据站与设计坝址集水面积差异大于5%，建议采用方法②成果。

4　结论

施工分期设计洪水成果是施工组织设计的依据及施工安全的保障，在施工分期设计洪水频率分析计算中当施工分期设计洪水P=5%～20%洪水标准下的适线效果不好，局部偏离实测点据较大时，可考虑调整分期洪水的均值及变差系数Cv，尽可能地使频率曲线通过实测点据，保证施工分期洪水设计成果的可靠性及安全性。当依据站与设计坝址集水面积差异在5%以内，可采用面积直接比拟依据站的经验频率确定的设计成果；当依据站与设计坝址集水面积差异大于5%，建议采用面积比拟依据站调整均值及变差系数Cv的适线成果，并同时考虑依据站与设计坝址的变差系数变化差异。此外，暴雨洪水计算方法是小流域普遍采用的设计洪水计算方法，在施工分期暴雨频率分析计算中也同样存在上面提到的问题，因此也适用于施工分期暴雨频率分析计算。

[1]黄锦林, 赵吉国. 中小型水库施工期洪水计算方法探讨[J]. 广东水利水电, 2008(9):13-15.

[2]于得万, 付希文. 施工分期设计洪水计算方法及应用[J]. 吉林水利, 2009(7):49-50.

[3]王继辉, 郭履维, 鹿坤. 贵州特小流域暴雨洪水计算[J]. 贵州水力发电, 1995(3):54-60.

[4]王继辉. 贵州暴雨洪水计算综述[J]. 贵州水力发电, 2000(1):1-6.

[5]汪德麟, 刘彦祖. 应用贵州省雨洪公式计算施工期设计洪水需注意的问题[J]. 贵州水力发电, 2008, 22(6):1-4.

石浩(1978-)，男，高级工程师，主要从事水文及水资源工程方面的工作。

P333.2

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2096-0506(2016)08-0078-03