【導(dǎo)讀】水文水利計算課程設(shè)計。北江流域設(shè)計洪水過程及徑流趨勢分析。孔冬冬楊燁鄭義濤梁洪瑋周敏卓德

　　

【正文】 果 如圖 示 ， 橫石站洪峰流量 、 最大一日 、 最大三日 、 最大七日 PearsonⅢ 分布擬合情況整體良好 ，均 對調(diào)查期的特大洪水和實測期的一般洪水?dāng)M合情況較好 ， 但是對實測期的一般大洪水和流量較小的洪水?dāng)M合擬合情況較差 。 對于洪水設(shè)計 ，極大值部分?jǐn)M合較優(yōu)，可以接受擬合較差的尾部，因此認(rèn)為擬合情況良好。一般的擬合優(yōu)度檢驗方法有 KolmogorovSmirnov 檢驗、 Anderson Darling檢驗和 ChiSquared 檢驗，限于篇幅，本文沒有對分布擬合優(yōu)度進行檢驗。橫石站百年一遇設(shè)計洪峰與洪量如表 42. 表 42 橫石站百年一遇設(shè)計洪峰與洪量 洪峰流量 （ ??3/??） 最大一日洪量（億 ??3） 最大三日洪量（億 ??3） 最大七日洪量（億 ??3） Cv Cs 設(shè)計值 18219 圖 44 橫石站設(shè)計洪峰 圖 45 橫石站最大一日設(shè)計洪量 圖 46 橫石站最大三日設(shè)計洪量 圖 47 橫石站最大七日設(shè)計洪量 設(shè)計洪水過程 現(xiàn)行擬定設(shè)計洪水過程線方法的程序是根據(jù)水文頻率計算得到的逐日洪峰流量值和洪量值，根據(jù)洪水特性選擇典型洪水，并考慮水工設(shè)計的要求，選取其中一項或幾項對防洪后果影響最大的特征。以它們?yōu)榭刂?，對典型洪水過程線進行放入，從而得到滿足指定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水過程線。 放大典型洪水過程線時，根據(jù)工程和流域洪水特性，可選用同頻率放大法或同倍比放大法。 典型洪水過程線的選擇 典型洪水過程線是放大的基礎(chǔ)，從實測洪水資料中選擇典型時，資料要可靠，同時應(yīng)考慮下列條件： (1)選擇峰高量大的洪水過程 線，其洪水特征接近于設(shè)計條件下的稀遇洪水情況。 (2)要求洪水過程線具有一定的代表性，即它的發(fā)生季節(jié)、地區(qū)組成、洪峰次數(shù)、峰量關(guān)系等能代表本流域上大洪水的特性。 (3)從水庫防洪安全著眼，選擇對工程防洪運用較不利的大洪水典型，如峰型比較集中，主峰靠后的洪水過程。 一般按上述條件初步選取幾個典型，分別放大，并經(jīng)調(diào)洪計算，取其中偏于安全的作為設(shè)計洪水過程線的典型。 從 1956 年～ 1998 年（ 1987 年數(shù)據(jù)缺失）洪水?dāng)?shù)據(jù)中挑選洪量流量較大的 10 場洪水。從圖八，可以看到， 1982 年洪水峰高、 量大、洪峰靠后，雖然最大三日洪量、最大七日洪量不如 1994 年大，但是 1982 年的洪峰流量、最大一日洪量均為最大。因為同倍比放大以洪峰控制為主，同頻率放大以洪量控制為主，所以下文進行同倍比放大時以 1982 年的洪水過程為典型洪水過程；同頻率方法放大時以 1994 年的洪水過程為典型洪水過程。 圖 48 1956 年～ 1998 年十場較大洪水 放大方法 目前采用的典型放大方法有峰量同頻率控制方法 (簡稱同頻率放大法 )和按峰或量同倍比控制方法 (簡稱同倍比放大法 )。 (1)同頻率放大法 此法要求放大后的設(shè)計洪水過程線的峰和不同時段 (1 天、 3 天、? ) 的洪量均分別等于設(shè)計值。具體做法是先由頻率計算求出設(shè)計的洪峰值和不同時段的設(shè)計洪量值、?，并求典型過程線的洪峰，和不同時段的洪量、 、?，然后按洪峰、最大 1 天洪量、最大 3 天洪量、?的順序，采用以下不同倍比值分別將典型過程進行放大。 洪峰放大倍比為： ?????? = ???????????? 最大一天洪量放大倍比為： ??1 = ??1????1?? 最大三天洪量中除最大一天外，其余兩天的放大倍比為： ??3?1 = ??3?? ? ??1????3?? ? ??1?? 以上說明，最大 l 天洪量包括在最大 3 天洪量之中，同理，最大 3 天洪量包括在最大 7 天洪量之中，得出的洪水過程線上的洪峰和不同時段的洪量，恰好等于設(shè)計值。時段劃分視過程線的長度而定，但不宜太多，一般以 3 段或 4 段為宜。由于各時段放大倍比不相等，放大后的過程線在時段分界處出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，此時可徒手修勻，修勻后仍應(yīng)保持洪峰和各時段洪量等于設(shè)計值。如放大倍比相差較大，要分析原因，采取措施，消除不合理的現(xiàn)象。 (2) 同倍比放大法 此法是按 洪峰或洪量同一個倍比放大典型洪水過程線的各縱坐標(biāo)值，從而求得設(shè)計洪水過程線。因此，此法的關(guān)鍵在于確定以誰為主的放大倍比值。如果以洪峰控制，其放大倍比為： ???? = ???????????? 其中， ????— 以峰控制的放大系數(shù)； 其余符號意義同前。 如果以量控制，其放大倍比為： ?????? = ???????????? 式中 ??????— 以量控制的放大系數(shù)； ??????— 控制時段 t 的設(shè)計洪量； ??????— 典型過程線在控制時段 t 的最大洪量。 采用同倍比放大時，若放大后洪峰或某時段洪量超過或低于設(shè)計很多，且對調(diào)洪結(jié)果影響較大時，應(yīng)另選典型。 在上述兩種方法中，用同頻率放大法求得的洪水過程線，比較符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，計算成果較少受所選典型不同的影響，但改變了原有典型的雛形，適用于峰量均對水工建筑物防洪安全起控制作用的工程。同倍比放大法計算簡便，適用于峰量關(guān)系較好的河流，以及防洪安全主要由洪峰或某時段洪量控制的水工建筑物。 因為同倍比放大以洪峰控制為主，同頻率放大以洪量控制為主，進行同倍比放大時以 1982 年的洪水過程為典型洪水過程 ，因 1982 年洪水過程歷時長、洪量集中，所以按照各個時段的洪量進行同倍比放大 ；同頻率方法放大時以 1994年的洪水過程為典型洪水過程。如下表 1994年洪水過程，洪峰的放大比小于最大一日洪量的放大，說明同頻率放大不適合 1994 年的典型洪水過程，因此選擇 1982 年洪水作為典型洪水年 ，設(shè)計洪水過程 線 如下圖 。 表 43 設(shè)計洪水放大 洪峰流量 （ ??3/??） 最大一日洪量（億 ??3） 最大三日洪量（億 ??3） 最大七日洪量（億 ??3） 設(shè)計值 18219 1994 年 17500 同頻率放大倍數(shù) 1982 年 18000 同倍比放大倍數(shù) 圖 49 橫石站百年一遇設(shè)計洪水過程線 石角站數(shù)據(jù)代表性分析 差積曲線法（年均流量） 圖 51 1956~20xx 年石角站差積年均流量曲線 由圖 21可知， 1956~20xx年石角站年均徑流量相對均值波動性較大，下降和上升段交替出現(xiàn)，表明枯水年和豐水年交替出現(xiàn)的周期性特征。同時，兩年連續(xù)豐水年的年份包括： 1957~19520xx~20xx、 20xx~20xx；兩年連續(xù)枯水年的年份包括： 1959~196 1962~196 1966~196 1973~1971980~198 1991~199 1995~199 20xx~20xx。其余年份的徑流波動相對穩(wěn)定，可以看作平水年?？傮w上，枯水、平水、豐水的分布合理，石角站的流量序列代表 性較好。 滑動平均法（年均流量） 圖 52 1956~20xx 年石角站滑動平均流量曲線（ 1~10） 由圖 22 可見， m=1 時的曲線實際就是未滑動平均處理的年平均流量，其曲線相對 m= 3，?，10 的曲線顯得波動較大，即粗糙程度較大；而當(dāng) m=9 時的曲線，相對已經(jīng)很光滑了，其波動已經(jīng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定的周期性，周期約為 21 年。因此，石角站 1956～ 20xx 年間的流量曲線具備良好的周期性，表面的流量數(shù)據(jù)具備較好的代表性。 逐年累進求統(tǒng)計參數(shù)法 圖 53 石角站逐年累進年均流量曲線 圖 54 石角站逐年累進年變差系數(shù)曲線 綜合圖 5 54 的累進曲線，表明從 1956 年開始，到 1978 年后流量序列波動幅度逐漸趨于穩(wěn)定，其中逐年平均流量從 1956~1976 年約 20 年后趨于穩(wěn)定值，逐年變差系數(shù) Cv 值從 1956~1991年約 25 年后趨于穩(wěn)定值?？傮w上，表明了石角站的數(shù)據(jù)具有較好的代表性。 石角站徑流數(shù)據(jù)趨勢分析 Mann Kendall 趨勢分析 對石角站數(shù)據(jù)挑選每年洪峰流量、年最大一日洪量、年最大三日洪量、年最大七日洪量 、枯水期流量、豐水期流量， 進行 MK 趨勢分析。 MK 分析結(jié)果如表 51， MK 無參估計線性擬合如圖 55。取置信度 ，統(tǒng)計值 |Z|，該時間才有顯著性趨勢，洪峰、最大一日洪量、最大三日洪量、最大七日洪量的的統(tǒng)計值均 |Z|小于 ，所以它們均無顯著性趨勢。 表 51 石角站徑流數(shù)據(jù) Mann Kendall 趨勢分析 圖 55 Mann Kendall 無參估計線性趨勢 線性趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗 對石角站數(shù)據(jù)挑選每年洪峰流量，年最大一日洪量、年最大三日洪量、年最大七日洪量 、枯水期、豐水期 進行線性趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗，其線性趨勢檢驗結(jié)果如表 52，線性趨勢擬合圖見（圖 5圖 5圖 5圖 5圖 5圖 511）。 R178。表示趨勢線擬合程度的指標(biāo)，它的數(shù)值大小可以反映趨勢線的估計值與對應(yīng)的實際數(shù)據(jù)之間的擬合程度，擬合程度越高，趨勢線的可靠性就越高。R178。取值范圍在 0~1 之間，當(dāng)趨勢線的 R178。等于 1 或接近 1 時，其可靠性最高，反之較低。 表 52 石角 站線性趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗 石角站 （ 195620xx） 年最大洪峰流量（ m179。/s） 年 1d 最大洪量（萬 m179。） 年 3d 最大洪量（萬 m179。） 年 7d 最大洪量（萬 m179。） 枯水期 （萬 m179。） 豐水期 （萬 m179。） b 統(tǒng)計量Z 值 P_value Sen_slope枯水期 豐水期 最大三日洪量 最大七日洪量 洪峰 最大一日洪量 a 55325 478008 885511 802462 R178。 r 圖 56 石角站年最大洪峰流量擬合趨勢圖 對石角站年最大洪峰流量趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗得 y= r= R178。= 因此， 石角 站 195620xx 年最大洪峰流量系列的回歸系數(shù) b 為 ，呈上升趨勢。擬合程度指標(biāo) R178。為 ，表明趨勢線擬合程度較差。 圖 57 石角站年最大 1d 洪量擬合趨勢圖 y = 55325 R178。 = 020xx40006000800010000120xx14000160001800020xx01955 1965 1975 1985 1995 20xx單位： m179。/s 洪峰數(shù)據(jù) 線性趨勢線 對石角站年 1d 最大洪量趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗得 y= r= R178。= 因此， 石角站 195620xx 年最大洪峰流量系列的回歸系數(shù) b 為 ，呈上升趨勢。擬合程度指標(biāo) R178。為 ，表明趨勢線擬合程度較差。 圖 58 石角站年最大 3d 洪量擬合趨勢圖 對石角站年 1d 最大洪量趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗得 y= r= R178。= 因此， 石角站 195620xx 年最大洪峰流量系列的回歸系數(shù) b 為 ，呈上升趨勢。擬合程度指標(biāo) R178。為 ，表明趨勢線擬合程度較差。 圖 59 石角站年最大 7d 洪量擬合趨勢圖 y = 478008 R178。 = 020xx0400006000080000100000120xx01400001600001955 1965 1975 1985 1995 20xx單位：萬 m179。 洪量數(shù)據(jù) 線性趨勢線 y = 885511 R178。 = 05000010000015000020xx002500003000003500004000004500001955 1965 1975 1985 1995 20xx單位：萬 m179。 洪量數(shù)據(jù) 線性趨勢線 對石角站年 7d 最大洪量趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗得 y= r= R178。= 因此，石角站 195620xx 年最大洪峰流量系列的回歸系數(shù) b 為 ，呈上升趨勢。擬合程度指標(biāo) R178。為 ，表明趨勢線擬合程度較差。 圖 510 石角站枯水期洪量擬合趨勢圖 對石角站枯水期洪量趨勢的相關(guān)系數(shù)檢驗得 y= r= R178。= 因此，石角站 195620xx 年最大洪峰流量系列的回歸系數(shù) b 為 ，呈上升趨勢。擬合程度指標(biāo) R178。為 ，表明趨勢線擬合程度較差。 圖 511 石角站豐水期洪量擬合趨勢圖 y = 802462 R178。 = 010000020xx0030000040000050000060