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

2010-04-23 08:48  甘國君 梁振淼  【  【打印】【我要糾錯】

  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;另一種是計算機適線,把理論頻率曲線與經(jīng)驗頻率點據(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、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。

  參考文獻(xiàn):

  [1]趙寶璋。水資源管理[M]。中國水利水電出版社,1997

  [2]蔣金珠。工程水文及水利計算[M]。中國水利水電出版社,1992

  [3]崔振才。水資源與水文分析計算[M]。中國水利水電出版社,2004

  [4]崔振才。工程水文及水資源(“十一五”國家規(guī)劃教材)。中國水利水電出版社,2008

  [5]吳明遠(yuǎn),詹道江,葉守澤。工程水文學(xué)[M]。中國水利水電出版社,1985

  [6]華東水利學(xué)院,天津大學(xué),清華大學(xué)。水文及水利水電規(guī)劃[M]。水利出版社,1981

  [7]朱歧武,拜存有。水文及水利水電規(guī)劃[M]。黃河水利出版社,2003

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