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作者:职称驿站 浏览量:0 时间:2011-06-11

  摘要:介绍江河、湖泊洪水的基本概念及量化方法,分析确定洪水频率和重现期是衡量洪水量级的一个标准,为江河的水利工程、堤防建设规模和防汛抗洪等级提供重要的决策依据。
  关键词:洪水;量化;分析
  江河、湖泊及海洋由暴雨、融雪、融冰自然因素等原因,引起水量增加,水位上涨,当水面升高超过了一定限度,形成威胁有关地区的人民生命财产安全,甚至会造成不同程度灾害的水流都称为洪水。水利水电工程及水文计算中经常碰到如何衡量确定洪水量级的大小,由水文学、数理学的原理及工作实践中,对洪水大小提出量化分析方法。
  在量化分析之前,必须做下列的基本工作:资料系列的可靠性分析;资料系列代表性的计算分析;资料系列稳定性计算分析;资料系列的一致性分析;资料系列的独立性等的计算与分析等。
  
  1.洪水频率法
  洪水频率法,通常用洪水出现的频率(%)或重现期(年)表示,可量化洪水的大小;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的概念。如某一量级的洪水的重现期为100年(称百年一遇洪水),但不能理解为在100年内一定会发生一次。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。事实上这种洪水可能100年内不止出现一次,也可能一次都不出现。
  该法是将某测站的n年实测洪水(最大流量Qmax或洪量Wmax等)资料系列,按大小次序排队,则发现等于或大于某一级大洪水的发生机会(即出现次数)少,等于或大于某一级特大洪水的发生机会则更少,而发生一般性洪水的机会则较多。这种发生各类洪水的可能性大小,或出现的频繁程度,在数理学中称概率,在水文学中称频率,通常以P表示,并以公式:p=,m=1~n进行数值计算。式中:n为资料系列的年数;m为等于或大于某一级洪水出现的次数。
  例如:某观测站具有89年的洪水资料,其中年最大流量发生等于或大于16000m3/s的年数有2年,则频率P==2.2%;发生等于或大于14000m3/s的年数有27年,则频率P==30%;发生等于或大于7000m3/s的年数有45年,则频率P==50%。因此,可见P越小等于或大于该级洪水发生的可能性越小,反之则越大。
  据此可将一系列Q、P点据绘成Q~P关系曲线,称此为经验频率曲线。但又常因资料系列较短,不便对曲线两端进行外延,则需要根据该站历史洪水资料系列计算流量均值、离差系数CV及偏差系数CS值,查皮尔逊Ⅲ型曲线离差系数Φ值表或模比系数Kp值表按下式计算:
  P=或P=
  由此可计算出各种洪水的相应频率P,此即为理论频率计算法。
  根据理论频率曲线与经验频率点据的配合情况,对参数(、CV、CS)进行调整,求得与经验频率点据配合最好的频率曲线,用以表示水文变量的概率分布。
  在频率(机率)方格纸上,常在横坐标上列有一行与频率P对应的重现期(年),这是将频率P取倒数,即得重现期。洪水频率法正是根据所发生的洪水的频率大小或重现期来衡量洪水的大小。
  通常将系列Q、P点据绘后经过适线,制成Q~P关系曲线图,以便查用。
  2.经验分级法
  根据历史洪水实测系列中出现的最大值(),最小值()和平均值(),概括地划分为三个等级,即大洪水、中等洪水和小洪水,以衡量所发生的洪水大小:
  (1)大洪水:当发生洪水等于或大于值时,为大洪水;
  (2)中等洪水:当发生的洪水在~之间时,为中等洪水;
  (3)小洪水:当发生的洪水小于值是,为小洪水。
  如果划分得更小一些,即有将发生超历史记录最大值(),称为超历史记录洪水或特大洪水;将发生小于历史最小值()的洪水,称为小洪水。
  3.模比系数法
  根据历史和实测洪水系列中出现值()与该系列的均值()的比值来确定,即模比系数,目前还没有一个非常明确的定量标准,一般多指明显地比一般洪水大的洪水,其模比系数≥2~3为大洪水;
  ≥1~2为中等洪水;≥0.5~1为小洪水。为了防止因实测系列值定量分析偏大或偏小,而错误地把首大值作为特大值来看待,通常地可以与本地区邻近(同流域、江河的上下游)观测较长测站的记录进行对照分析,以帮助判断洪水的大小。
  另外,还有以江河的设防水位(流量)、警戒水位(流量)、保证水位(流量)及水库和湖泊的汛限水位来衡量水位的大小。

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