浅析历史调查洪水对洪水峰量频率计算的影响

(四川省成都水文水资源勘测局，四川 温江，611130)

1 引言

洪水是指由于流域内降雨或融雪，导致江河水量迅猛增加及水位急剧上涨的一种水文现象。水文要素的变化，如降水量、洪峰流量和径流量等，是遵循一定的统计规律的，其出现可能性的大小或出现的频繁程度，在数理统计学上称为“概率”，在水文学上则习惯称为“频率”，属于洪水要素方面的，称做“洪水频率”。其中，洪水峰量频率的分析计算是水文工作的一项重要内容，是水利工程规划设计的重要依据，对防洪安全有至关重要的作用。

洪水峰量频率计算成果的可信程度与所用资料的代表性密切相关，而资料的代表性又主要受到资料系列长短的制约。目前，我国河流的实测流量资料一般都不长，因此，人们总是尽可能的去寻找历史洪水，加入到洪水流量系列资料中进行频率计算，以提高成果的精度和可靠度。

本文通过实例，从频率曲线参数、指定频率设计洪水值的变化及其稳定性，分析在实测洪水流量系列中加入历史调查洪水后对洪峰流量频率分析计算的影响。

2 实例分析

主要包括三部分内容：洪水系列及其代表性、洪水系列频率分析和成果综合分析。

2.1 洪水系列及其代表性

本次采用岷江支流白沙河杨柳坪水文站作为设计代表站，该站1954年设立，控制流域面积363km2，该流域处于四川盆地西北边缘，水系呈羽毛状，洪水主要由龙门山暴雨区暴雨形成，洪水涨率快，暴涨暴跌，属山溪性河流。下游为都江堰市城区，是都江堰市重要的防洪依据站，对都江堰灌区的防洪和灌溉起着非常重要的作用。

该站有1954-2018年65年的实测年最大洪水流量资料，资料精度可靠，代表性强。根据《四川省洪水调查资料》，该站有1902年和1923年历史调查洪水，其洪峰流量、可靠程度如表1所示。

表1 杨柳坪水文站历史调查洪水情况

2.2 洪水频率分析计算

由于该站有实测洪水资料，可采用频率适线法推求出洪水特征值(均值、变差系数Cv、偏差系数Cs)后，计算出指定频率的洪峰流量，主要内容包括：经验频率估算、矩法计算洪水统计参数和洪水频率分析。

2.2.1 经验频率估算

对于历史洪水，在调查考证期N年中有特大洪水a个，按大小顺序排位第M项的经验频率可按以下公式计算：

对于实测洪水，在n项连序洪水系列内，按大小顺序排位第m项的经验频率可按下公式计算：

对于不连续系列，在调查考验期N年中有特大洪水a个，其中b个发生在n项连续系列内，按大小序列排位第m项的经验频率可按以下公式计算：

2.2.2 矩法计算洪水统计参数

由n年实测洪水系列和a个历史洪水及实测特大洪水资料组成的系列，洪水理论频率曲线的均值、变差系数Cv可分别按下列公式计算：

2.2.3 洪水频率分析

本次分析计算中，主要参考河段100余年的历史记载资料以及历史洪水调查资料，确定历史洪水重现期。根据该水文站的资料系列，采用五种不同系列分别计算洪水频率分析。

系列一：杨柳坪水文站1954-2018年65年实测洪水流量资料；

系列二：假定杨柳坪水文站有1954-2000年47年实测洪水流量资料；

系列三：杨柳坪水文站1954-2018年65年实测洪水流量资料加历史洪水资料，1902年洪水、重现期为117a、洪峰流量2090m3/s，1923年洪水、重现期为96a、洪峰流量1700m3/s；

系列四：杨柳坪水文站1954-2018年65年实测洪水流量资料加历史洪水资料，假定1902年洪水、重现期为100a、洪峰流量2090m3/s；1923年洪水、重现期为50a、洪峰流量1700m3/s；

系列五：杨柳坪水文站1954-2018年65年实测洪水流量资料加历史洪水资料，假定1902年洪水、重现期为117a、洪峰流量1800m3/s，1923年洪水、重现期为96a、洪峰流量1600m3/s。

根据各系列资料进行P～Ⅲ型曲线适线，频率分析及适线成果见表2及图1-图5。

表2 杨柳坪水文站洪水频率分析计算成果

图1 杨柳坪水文站年最大流量频率曲线(系列一)

图2 杨柳坪水文站年最大流量频率曲线(系列二)

图3 杨柳坪水文站年最大流量频率曲线(系列三)

图4 杨柳坪水文站年最大流量频率曲线(系列四)

图5 杨柳坪水文站年最大流量频率曲线(系列五)

2.3 成果综合分析

表3为杨柳坪水文站系列设计洪水成果对比，从表3可以看出：

(1)系列二比系列一的各频率洪水设计值偏小2.6%～5.5%，系列二比系列一的实测洪水资料系列年限短，代表性较差，洪水频率计算成果的精度和稳定性相对较差；

(2)系列三与系列一对比分析可知，加入历史调查洪水后，延长了资料系列，均值、Cv值和各频率洪水设计值增大，系列三比系列一的各频率洪水设计值增大6.0%～10.5%，其中100年一遇洪水偏大9.6%，200年一遇洪水偏大10.4%，相应频率洪水的设计值越大，相对误差就越大，加入历史洪水的计算成果更接近设计准确值；

(3)系列四比系列三的各频率洪水设计值偏大0.8%～1.6%，说明历史调查洪水的重现期对计算成果的影响较小；

(4)系列五比系列三的各频率洪水设计值偏小4.1%～8.2%，其中100年一遇洪水偏小7.4%，200年一遇洪水偏小8.2%，说明历史调查洪水洪峰流量的精度对计算成果的影响较大。

表3 杨柳坪水文站各系列设计洪水成果对比

3 结论和建议

通过上述实例的对比分析可知，洪水资料系列的长度影响洪水频率计算成果的精度和稳定性，在实测洪水系列中加入历史调查洪水可以延长资料系列，减少误差，能够合理地确定洪水统计参数，提高洪水峰量频率分析计算成果的精度和可靠度。

历史调查洪水的重现期对洪水峰量频率计算结果有一定的影响，但影响较小，仍能有效提高成果的准确度；历史调查洪水的洪峰流量值对洪水频率计算结果影响较大，更应注意洪峰流量值的误差。因此，在今后水文工作中，调查历史洪水的时候，要尽可能准确地确定洪水的重现期，减少重现期带来的误差；在查明洪痕、糙率及河道变化等情况时一定要认真仔细，踏勘现场调查的同时也要搜集历史文献等资料，选用合理计算方法，注重提高历史洪水洪峰流量值的可靠度。调查历史洪水是收集水文资料的重要方法之一，可以弥补水文站或流域面上的水文资料不足，要尽可能多地收集和积累。

洪水峰量频率计算成果在水利行业有广泛的应用，是修建桥梁、大坝、堤防等水利工程的重要依据，计算成果偏大，工程施工标准就会提高，会造成人力、财力、物力的浪费；计算成果偏小，施工标准就会降低，直接影响工程的质量和安全，影响防洪防汛安全。因此，做好历史洪水调查工作，提高成果合理性至关重要。