莲花台水电站设计历史洪水重现期分析

王 旭

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710016）

莲花台水电站设计历史洪水重现期分析

王 旭

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西 西安 710016）

莲花台水电站设计洪水采用实测及调查洪水资料和规范中的方法进行计算，得到的历史洪水重现期比实测洪水重现期严重偏小，计算得出的洪水值偏大，不利于水电站工程设计。通过分析产生这一现象的原因，提出将小于实测洪水重现期的历史洪水去掉，增加历史洪水的分析期，使计算更符合水文分析计算的基本原理，设计洪水值更加精确，有利于工程设计优化，减少工程投资。

历史洪水；重现期；分析期

1 问题的提出

莲花台水电站控制流域面积6614 km2，下游15 km处的荆紫关水文站控制流域面积7060 km2，坝址占水文站控制流域面积的93.7%。紫荆关水文站距离莲花台水电站最近、所占面积最大，故商南县莲花台水电站设计洪水选用荆紫关水文站作为参证站。通过计算得出荆紫关水文站所需各个重现期设计洪水，采用面积比拟法推求设计洪水。

荆紫关水文站1953年设立并开始观测，莲花台水电站2005年设计时，收集到截止2004年实测洪水资料47年、调查洪水4场（《陕西省洪水调查资料》（1984年12月））。

洪水频率按照《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006所提供不连续洪水序列中各项洪水的经验频率用下列公式计算[1]。

（1）特大洪水经验频率

（2）连续洪水经验频率

计算结果见表1第3列。

表1 荆紫关水文站洪水资料及频率计算表

根据以上频率计算成果，频率曲线为P-Ⅲ曲线，均值Q=1550 m3/s，Cs=2.5Cv，Cv=1.01，求出水文站所需频率的洪峰流量，再用面积比拟法推算出电站的设计洪峰流量。

图1 紫荆关年最大流量频率曲线图

从表1和图1可以看出，1958年实测洪水频率为5.1%，重现期不到20年，与实际47年重现期相差很大。第3、第4位历史洪水频率为2.31、3.08，重现期分别为43年、32年，均小于1958年实测洪水重现期。用计算得到的比实测洪水重现期小一倍以上的基本资料进行计算、适线，推求不同重现期的设计洪水，不能得出正确结果。是因为减少了实测洪水的重现期，使推求的设计洪水重现期变小，同一重现期的设计洪水变大。

2 原因分析

规范中的不连续系列洪水经验频率计算方法，是将已知历史洪水和实测洪水，看成抽自所研究水文总体的一个容量系列，其中历史洪水的序位通过调查考证确定，而实测洪水序位不确定，其余洪水值序位未知。

（1）历史洪水的序位中只有首位洪水是通过调查考证确定的，其他历史洪水的序位是按流量的大小排位确定的[2]。

（2）历史洪水中的特大值，是选用特大值，不按大中小值的抽样方法选择的，而实测洪水值是每年只选一个最大值的连续选样法选择的，两个洪水系列的选样方法不同，不能建立统一的经验频率计算公式。

（3）调查期是从洪水分析之时起向后追溯计算的，这样计算的历史洪水重现期只可能是其最小值，而不是正确值；而实测洪水的重现期是已知和确定的，应以实测洪水的重现期为标准进行计算。

（4）历史洪水只是作为实测洪水系列较短时的补充和延伸，随着实测洪水系列的延长，其重要性逐渐减弱。用重现期和量值都不准确的历史洪水计算洪水频率，会使实测系列洪水频率变大而重现期变小。

3 处理方法

3.1 独立取样，分别排位

历史洪水和实测洪水是按各自的原则分别独立选取的样本，应该分别排位，按规范中公式计算：

历史洪水经验频率PM

实测连续洪水经验频率Pm

3.2 去掉重现期小于实测洪水的历史洪水

（1）历史洪水的重现期小于实测洪水，不是特大洪水，故不论量值大小，都应去掉。本项目中1958年洪水在47年实测系列中最大，重现期为47年，第3、第4场历史洪水重现期分别为43年、32年，均小于1958年实测洪水的重现期。洪水频率是由序位确定的，历史洪水的序位小于实测洪水，不是特大洪水，理应去掉，只保留前面两场重现期大于实测洪水的历史洪水。

（2）经分析，可靠的历史洪水可采用实测洪水水位～流量关系曲线延长，推求其洪峰流量，进而参与设计计算。本项目中，数值排第2位（1954年）的历史洪水，其准确程度仅次于实测洪水，荆紫关水文站1953年建立并开始观测，故1954年洪水是可靠的，通过水位～流量关系曲线延长，得出较为可靠的洪峰流量。

（3）用实测洪水的重现期是否大于历史洪水的重现期作为标准来进行衡量，将小于实测洪水重现期的历史洪水去掉，同时解决了历史洪水是否太多的标准问题，使设计洪水的计算更切合水文计算基本原理[3]。

3.3 增加对历史洪水的分析期

3.3.1 增加原因

在有考证的情况下，历史洪水的重现期可按考证期确定。但对于中小河流来说，绝大多数的历史洪水因为缺少碑记、石刻或其他文献记载等资料，没有考证期，仅以洪水发生年份的调查期作为重现期，其可靠程度很低，对设计洪水计算成果影响很大，为弥补这一缺陷，应该增加一个分析期。

3.3.2 分析期时长

一种是根据洪痕指证人的年龄及叙述的年份进行确定，洪痕指证人亲历的最大洪水和最高水位，故分析期就是其记事年龄起至发生年的时间长短。另一种是不了解洪水调查时的具体情况，是调查人对其祖辈经历洪水的记忆描述，以不超过两代人为限，年龄平均按25岁计算，分析期最长为50年。

3.3.3 增加方法

本项目属于不了解洪痕指证人具体情况，以实测洪水重现期作为依据，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，故选用141年，若超过50年，最多取50年，若小于129年，用129年不变。

采用上述处理方法，是将计算的基本点放在重现期和量值都是真实可靠的实测资料基础上，而将历史洪水的重现期看成是根据调查的具体情况来决定变与不变，在有考证期的情况下，据考证期定，在无考证其情况下，按分析期定，不以发生年调查期一种方法来定，使历史洪水和实测洪水在一个系列内，同时不会产生矛盾。

4 结论

根据以上方法重新计算后，洪峰流量均值1466 m3/s，Cv=0.98，Cs/Cv=2.5，各频率洪峰流量与原设计比较结果见表2，频率曲线见图2。

表2 设计洪水成果比较表

图2 紫荆关现年最大流量频率曲线

从计算结果可以看出，采用本文提出的对历史洪水重现期分析调整后，计算的设计洪水更加符合水文分析计算的基本理论，趋近于实际洪水结果，提高了设计洪水的计算精度，对本工程而言，其防洪度汛工程措施得以优化，也降低了工程投资。

[1]中华人民共和国水利行业标准.水利水电工程设计洪水计算规范（SL44-2006），北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]水利水电规划设计总院.水利水电工程设计洪水计算手册，北京：水利电力出版社，1995.

[3]叶守泽，詹道江.工程水文学，北京：中国水利水电出版社，2001.

TV122+.2

B

1673-9000（2017）05-0044-02

2017-03-24

王旭（1980-），男，陕西西安人，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。