淺析水利水電規(guī)劃中頻率計算設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

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　摘要：在水利水電規(guī)劃設(shè)計階段，最主要的任務(wù)是合理地確定工程的規(guī)模，而工程規(guī)模是由設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)決定的，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的允許破壞的程度是建立在頻率基礎(chǔ)上的。文章介紹了水利水電規(guī)劃中頻率計算的常用法，以及詳細(xì)分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，為水利水電規(guī)劃提供參考。

　　關(guān)鍵詞：水利水電規(guī)劃；頻率計算；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；適線法

　　目前頻率計算的方法多采用適線法，在實際工作中，有兩種適線方法：一種是目估經(jīng)驗適線，通過主觀判斷，決定適線的優(yōu)劣，此法雖然簡單靈活，并反映設(shè)計人員的經(jīng)驗，但適線因人而異，任意性大；另一種是計算機(jī)適線，把理論頻率曲線與經(jīng)驗頻率點(diǎn)據(jù)的擬合誤差作為適線準(zhǔn)則，優(yōu)選統(tǒng)計參數(shù)，求得最佳的擬合曲線，但是這種方法不便處理樣本資料中的特大或特小水文數(shù)據(jù)，編制和使用電算程序時要特別注意。

　　一、適線法

　　繪制理論頻率曲線的主要目的是為了解決經(jīng)驗頻率曲線的外延問題。我國水文界目前普遍選用的理論頻率曲線為P—M型曲線，它是由三個統(tǒng)計參數(shù)（X、CV、CS）決定的。三個參數(shù)從理論上講應(yīng)是總體的統(tǒng)計參數(shù)，但水文變量的總體是無法知道的，通常只能由樣本資料用矩法公式求出其三個統(tǒng)計參數(shù)，而樣本統(tǒng)計參數(shù)都具有抽樣誤差，這就使由樣本統(tǒng)計參數(shù)確定的P—M型曲線不能很好地反映總體的分布規(guī)律。生產(chǎn)上通常采用調(diào)整樣本的統(tǒng)計參數(shù)及相應(yīng)P—M型曲線來擬合樣本的經(jīng)驗頻率點(diǎn)據(jù)，以盡可能減少參數(shù)估計的抽樣誤差和系統(tǒng)誤差，進(jìn)一步探求總體的概率分布，這個過程在水文上稱為適點(diǎn)配線法，簡稱適線法。適線法得到的成果仍具有抽樣誤差，而這種誤差目前還難以精確估算，因此對于工程上最終采用的頻率曲線和相應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)，不僅要從水文統(tǒng)計方面分析，而且還要密切結(jié)合水文現(xiàn)象的物理成因及地區(qū)分布規(guī)律進(jìn)行綜合分析。

　　二、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　　所謂的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，就是指備用水部門的用水和水利水電工程自身、下游防護(hù)對象允許破壞的程度。這種允許破壞的程度是建立在頻率基礎(chǔ)上的。水利水電樞紐工程廣義上的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分為興利標(biāo)準(zhǔn)和防洪標(biāo)準(zhǔn)兩種。

　　（一）興利標(biāo)準(zhǔn)

　　興利標(biāo)準(zhǔn)是用設(shè)計保證率來表示的。興利的內(nèi)涵非常廣泛，通常包括灌溉、發(fā)電、城市供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖等。若要最大程度地滿足各個用水部門的用水要求，就需要工程規(guī)模大一些，因而造成投資增大。而多追加的投資和增收的效益相比，是否經(jīng)濟(jì)合理，這就要進(jìn)行分析論證。如果增收的效益遠(yuǎn)比追加的投資小，就沒必要把工程修得很大。因此，在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計時，一般不要求百分之百地滿足各個用水部門的用水需要，而是允許適當(dāng)斷水或減少供水量，這就要求研究各用水部門允許減少供水的可能性和合理范圍，定出在多年工作期間，用水部門的正常用水得到保證（或不破壞）的程度，這一保證用水（或不破壞）的程度就是設(shè)計正常用水保證率，簡稱為設(shè)計保證率。

　　設(shè)計保證率是指各用水部門在未來長期內(nèi)，按規(guī)定用水量保持正常工作而不受破壞的頻率。設(shè)計保證率的選定，實質(zhì)上是一個確定縮減用水合理程度的經(jīng)濟(jì)權(quán)衡問題。設(shè)計保證率若選得過低，則正常用水遭受破壞的機(jī)會將增加，從而引起國民經(jīng)濟(jì)的損失。相反，設(shè)計保證率若選得過高，雖然用水部門用水保證率得到提高，但要增加工程投資和其他費(fèi)用，使工程效益和投資的比例減小。因此，設(shè)計保證率應(yīng)該通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，并考慮其他影響來選擇。然而這種經(jīng)濟(jì)論證，無論在方法上還是技術(shù)上都很復(fù)雜，是難以做到的。在實際工作中，設(shè)計保證率是通過國家規(guī)范的形式，根據(jù)各部門的用水性質(zhì)、要求和重要性，以及生產(chǎn)實踐中所積累的經(jīng)驗來確定。

　　（二）防洪標(biāo)準(zhǔn)

　　水利水電樞紐工程除了興利外，另一主要作用就是防洪。根據(jù)《防洪標(biāo)難》（GB5020l-94），防洪標(biāo)準(zhǔn)是指防護(hù)對象防御洪水能力相應(yīng)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。這里的防護(hù)對象不僅指自身沒有防洪能力需要采取防洪措施的保護(hù)對象，如城市、鄉(xiāng)村、工礦企業(yè)和機(jī)場等，還包括能保護(hù)其他防護(hù)對象安全的水利水電工程的本身，如水庫、堤防等。防洪標(biāo)準(zhǔn)原則上應(yīng)在準(zhǔn)確預(yù)報未來洪水的基礎(chǔ)上，通過投資效益綜合經(jīng)濟(jì)分析來選定。然而和確定設(shè)計保證率一樣，這是很難做到的。所以，只能采用統(tǒng)一規(guī)定的洪水頻率（重現(xiàn)期）作為防洪標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工程的重要性以及社會經(jīng)濟(jì)等綜合因素，仍然以規(guī)范的形式給出。

　　我國現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)分為設(shè)計一級標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計、校核兩級標(biāo)準(zhǔn)兩種情況。根據(jù)防護(hù)對象的不同，其防洪標(biāo)準(zhǔn)可采用設(shè)計一級或設(shè)計、校核兩級。這里的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是指當(dāng)出現(xiàn)小于或等于這種標(biāo)準(zhǔn)的洪水（設(shè)計洪水）時，應(yīng)保證防護(hù)對象的安全或防洪設(shè)施的正常運(yùn)行。校核標(biāo)準(zhǔn)是指遇該標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的洪水（校核洪水）時，采取非常運(yùn)用的措施，在保障主要防護(hù)對象和主要建筑物安全的前提下，允許次要建筑物不同程度的損壞及次要防護(hù)對象受到一定的損失。

　　三、結(jié)語

　　工程水文及水利計算的主要任務(wù)就是依據(jù)工程所在流域已經(jīng)發(fā)生的水文過程，預(yù)估未來工程運(yùn)用期間的水文過程，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)計算，從而確定工程的規(guī)模和尺寸。作為由樣本資料估算總體統(tǒng)計參數(shù)和探求總體概率分布的一種有效方法，適線法頻率計算是可以用來推求未來水文過程的，因為未來水文過程也是水文總體過程的一部分。所以，生產(chǎn)上根據(jù)水文樣本資料，通過頻率計算適線，把最后選定的理論頻率曲線近似地作為水文總體的概率分布，在該曲線上可查得該水文總體的另一個樣本值（某一頻率戶的設(shè)計水文變量值xp）。頻率計算方法是目前推求設(shè)計年徑流和設(shè)計洪水的基本方法。

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