减灾科普

Q:防洪工程中的洪水标准分哪几类?A:可能最大洪水。可能最大洪水是指河流断面可能发生的最大洪水,简称PMF。这种洪水由最恶劣的气象和水文条件组合形成,是永久性水工建筑物非常运用情况下最高洪水标准的洪水。可能最大洪水有水文气象法和数理统计法两类估算方法。     

论美国PMP/PMF估算方法基本框架的合理性

在说明PMP(可能最大降水)／PMF(可能最大洪水)基本理念的基础上,从暴雨及洪水确实存在上限、PMP／PMF不应比已知的特大暴雨及洪水大出很多以及实践验证等方面,论证了美国PME／PMF、估算方法的合理性。结论认为,按美国现行估算PMP／PMF的基本方法计算的PME／PMF确实达到了暴雨及洪水的近似上限,因此该方法是合理的,也是可行并偏于安全的。     

可能最大洪水的新定义

介绍了10余种有关可能最大洪水(PMF)的定义,并作了简要的评论。有的强调PMF是各种"气象因子(因素、条件)"、"水文因子(因素、条件)"的"最不利"、"最临界"、"最严峻"、"最恶劣"的"组合",容易产生误导和负面影响。从工程水文学的观点,提出PMF的新定义:可能最大洪水是在现代气候条件下,设计流域特定工程所在断面,在水文气象上可能发生的、一定历时的、近似于物理上限的洪水。     

斯里兰卡莫若嘎哈堪达水库可能最大洪水(PMF)研究

介绍斯里兰卡Moragahakanda水库项目依照可能最大洪水的地区经验来推求水库坝址可能最大洪水的方法。可能最大洪水是根据可能最大暴雨推求的洪水。它是为保证重要水利枢纽安全的一种不采用频率概念的设计洪水,简记为PMF。目前我国还没有一套较完整规范地推求可能最大洪水的计算方法。     

黄河上游龙羊峡以上大型水电站工程可能最大洪水估算初探

在分析黄河龙羊峡以上河段及邻近地区的大暴雨和气象资料的基础上,采用在龙羊峡水电站工程可能最大洪水(PMF)估算中使用的简化方法,即利用历史大洪水反推PMF的设计方法,先估算黄河上游玛曲水文站、唐乃亥水文站以上流域PMF,然后以玛曲站和唐乃亥站为依据站,取面积为权数进行线性内插,推求黄河上游龙羊峡以上大型水电站工程PMF。经与黄河上游已建大型水电站工程PMF成果比较,经合理性分析最终确定黄河龙羊峡以上大型水电站工程PMF成果。     

洪家渡水电站可能最大洪水估算分析

洪家渡水电站为高坝大库,且大坝为面板堆石坝,根据有关规范规定,需估算可能最大洪水。本文简略介绍了洪家渡水电站可能最大降水估算成果,较详细介绍了可能最大洪水估算成果,并对可能最大洪水估算成果的合理性、可靠性等进行了分析。     

基于Copula函数的长洲水利枢纽年最大洪水联合分布研究

年最大洪水量级和发生时间对水库安全防洪、综合效益发挥具有重要的意义。以长洲水利枢纽为例,采用Von Mises函数分布拟合洪水发生的时间概率分布,采用皮尔逊Ⅲ型函数拟合洪峰流量的概率分布,采用Frank Copula函数建立年最大洪水发生时间和洪峰流量两变量的联合分布,分析了长洲水利枢纽年最大洪水事件发生时间分布特征、联合重现期以及条件重现期。结果表明,Frank Copula函数建立的联合分布函数能够较好地拟合长洲水利枢纽年最大洪水两变量分布特征,可有效挖掘入库洪水信息,为水库优化调度和风险决策提供参考。     

长江流域连续大洪水年机理分析及预报

针对长江流域大洪水预报问题,以提高预报可信度、减少误报为目标,依据可公度理论方法,基于长江流域长期历史大洪水资料,综合考虑天文因素、气候特征和局地自然地理特征等因素,采用三元、五元可公度法模型进行预测并对成果进行验证,结合太阳黑子和月球赤纬角等天文因素活动规律进行相关分析与论证,预测长江流域未来洪水年份、连续性、分布区域和洪水量级,并给出相似洪水年份。综合预报成果为:(1)预测2018年长江中下游发生大洪水,赣江、鄂西、长江中下游鄂皖将发生洪水,九江段洪水风险较高;预测2019年长江发生大洪水,长江中下游、太湖流域发生大水的概率较高。(2)预测2018年长江下游大通站流量为72 000 m~3/s,相似年为1999年;预测2019年长江下游大通站流量为72 000 m~3/s,相似年为1995年。研究成果可以为长江流域水文情势分析和大洪水预测提供可行方法。     

对核电厂核岛区域防洪标准的讨论

核电厂核岛区域的防洪标准应是超高级的标准,我国核电行业现行标准采用设计基准洪水的概念。这个术语没有明确该洪水的稀遇程度,既无重现期的含义,也无极限之类(例如可能最大)的含义。这样,就使该洪水的大小模糊,标准的高低不明,而且与我国现行国家《防洪标准》(GB50201—94)的体系不协调。建议采用超可能最大洪水/潮水的概念来表示,洪水用于滨河厂址,潮水用于滨海厂址。概括地表示为:超可能最大事件=必然的单项可能最大事件+偶然的若干不利事件的合理组合。     

设计洪水计算新趋势

过去的实践和统计数据显示,极值洪水是大坝水文安全的一种重要风险因子。因洪水漫顶而造成的溃坝占大坝垮坝总数的40％以上,洪水漫顶往往还会引发许多小事故。因此,设计洪水的选择非常重要,一直是大坝工程所关心的问题。分析现行的设计洪水计算标准,发现现行标准(第一代和第二代标准)缺乏客观性,定性描述较多,任意性大,在某些情况下有点过分保守。基于这一认识,提出了设计洪水计算的新趋势(第三代标准),并建立了一般原则。这些原则将是新标准的主要依据,也是大坝更客观分级的需要,其中之一就是基于大坝安全性最大的目标,它意义明确,可以在世界范围内通用。最后,应用确定的和概率的准则,建立一个总的标准,可以根据它选择设计洪水,对于巨灾大坝是:“安全校核洪水”[可能最大洪水(PMF)或5 000～10 000年重现期]和“设计洪水”(PMF百分数或1000～5 000年重现期)。     

无资料小流域地区可能最大洪水计算研究

本文采用当地推理公式法,借鉴相近地区相似水文特征的洪峰流量经验公式估算无资料小流域河道最大可能洪水,用恒定流水面线法计算某核电厂厂址处由最大可能洪水产生的洪水位。用水力学方法计算可能最大洪水为既考虑河道内区间回水情况,同时也反映了河道的水力学特性,计算结果更接近实际情况。     

考虑融雪洪水跳跃变异的水库极限防洪风险复核

采用Pettitt非参数检验法和Mann-Kendall非参数趋势检验法分析肯斯瓦特水库年最大洪峰流量序列非一致性,确定序列变异形式,利用"分解-合成"理论进行一致性修正,得到过去、现状两种条件下年最大洪峰流量序列,将其作为水库入库融雪洪水过程,根据水库防洪调度规则进行调洪演算,并通过频率分析法对两种条件下水库极限防洪风险率进行分析计算。结果表明:年最大洪峰流量序列在1993年发生变异,序列整体上升趋势不显著,跳跃变异为序列主要变异形式;根据两种条件下水库坝前最高库水位,以校核洪水位Z_d=993.35 m为水库极限防洪风险控制指标,过去条件下肯斯瓦特水库极限防洪风险率为0.231 23%,而现状条件下为0.354 58%,两种条件下复核后的肯斯瓦特水库极限防洪风险率均大于5 000年一遇的校核标准0.02%。     

Use of L-Moments Approach for Regional Flood Frequency Analysis in Sicily, Italy

Extremely great floods are among environmental events with the most disastrous consequences for the entire world. Estimates of their return periods and design values are of great importance in hydrologic modeling, engineering practice for water resources and reservoirs design and management, planning for weather-related emergencies, etc. Regional flood frequency analysis resolves the problem of estimating the extreme flood events for catchments having short data records or ungauged catchments. This paper analyzes annual maximum peak flood discharge data recorded from more than 50 stream flow gauging sites in Sicily, Italy, in order to derive regional flood frequency curves. First these data are analyzed to point out some problems concerning the homogeneity of the single time series. On the basis of the L-moments and using cluster analysis techniques, the entire region is subdivided in five subregions whose homogeneity is tested using the L-moments based heterogeneity measure. Comparative regional flood frequency analysis studies are carried out employing the L-moments based commonly used frequency distributions. Based on the L-moment ratio diagram and other statistic criteria, generalized extreme value (GEV) distribution is identified as the robust distribution for the study area. Regional flood frequency relationships are developed to estimate floods at various return periods for gauged and ungauged catchments in different subregions of the Sicily. These relationships have been implemented using the L-moment based GEV distribution and a regional relation between mean annual peak flood and some geomorphologic and climatic parameters of catchments.     

设计洪水计算方法研究进展与评价

设计洪水是确定水利工程建设规模及制定运行管理策略的重要依据,国内外已经开展了大量深入的研究。本文系统总结了国内外洪水频率分析方法,包括抽样方法、分布线型、经验频率公式、参数估计方法、设计洪水过程线、历史洪水、区域洪水频率、PMP/PMF、分期和梯级水库设计洪水等方面的研究进展,重点阐述了中国近30年来的主要研究成果,并讨论了存在的主要问题和不足。从四个方面归纳了当前设计洪水研究的前沿与热点问题:即多变量设计洪水计算、非一致性洪水频率分析、基于水文物理机制的洪水频率分析和设计洪水不确定性研究,并展望了中国设计洪水计算未来的研究重点和方向。     

地下空间出入楼梯洪水动力特性试验研究

近年来国内外已有许多城市的极端强降水事件造成了地下空间受淹而导致巨大损失的发生,而地下空间防洪方面的研究成果寥寥无几.本文通过地下空间出入楼梯的水工模型试验,重点将人体所受水流阻力与流量的关系作为一个新的研究角度,研究了入侵洪水的动力特性:当流量达到安全撤离的临界条件0.28 m3/(s·m)时,最大流速到达3.9 m/s.水流对人体的阻力随着流量的增加呈线性增长,双腿站立的阻力与流量关系曲线的斜率较单腿站立的要大;在最不利的着装条件下,单腿受力的最大值为3.93×9.8N,双腿受力的最大值为8.96×9.8N.其结果为防洪设计和疏散指导工作提供理论依据,并为今后地下空间洪水入侵机理的研究提供参考.     

基于线性矩法的短历时暴雨频率分布研究

研究短历时暴雨频率分布,可为小流域设计洪水计算提供依据,对山洪灾害防治及城镇防洪排涝具有重要意义。以陕西省18个基准气象站和基本气象站1984—2013年的实测暴雨资料为依据, 采用年最大值选样法选取了各站点10,30,60,90,120 min 5 个短历时共90组的暴雨量序列,采用线性矩法分别估计了各序列的皮尔逊Ⅲ型分布(P-Ⅲ)、广义极值分布(GEV)、耿贝尔分布(Gumbel)、正态分布(N)、指数分布(EXP)和两参数伽马分布(Gamma)参数,并以确定性系数、误差平方和和概率点据相关系数分别分析各备选分布的拟合精度。结果表明:①各站点暴雨量序列均值和线性离散系数随历时增加均呈上升趋势,而线性偏态系数随历时变化无统一趋势;②同历时各站点暴雨量序列均值自西向东呈递增趋势,秦岭以北线性离散系数和线性偏态系数自西向东呈递减趋势,秦岭以南线性离散系数和线性偏态系数则呈现出中部高、东西低的态势;③以P-Ⅲ分布(包含Gamma分布)为最优分布的暴雨量序列为81组,占总序列组数的90.0%,可作为研究区短历时暴雨的理论频率分布。研究成果可为城市防洪、排涝规划以及相关工程设计的雨量计算提供参考依据。     

赣江流域非一致性条件下设计洪水估计

赣江流域年最大日径流量在过去60a呈现出显著的变异特征,以此为样本序列,选用广义极值(GEV)分布来对其进行拟合,并基于五种气候模式输出结果对未来设计洪水的变化情况进行分析。所选协变量包括时间t、洪水前N日降水量和下垫面信息。相关关系分析表明,N=10时降水与洪水关系最为密切,但流域内土地利用类型仅呈现出微弱的变化趋势。模拟结果表明,洪水序列服从Weibull分布,其中形状参数ξ=-0.169、尺度参数σ=2 078.9、位置参数μ=65.1c+437.1。非一致性条件下的设计洪水值与传统方法计算的设计值存在很大区别,设计洪水值在1994年要偏大4 000m~3/s以上,其面临的洪水风险要远超普通年份。未来的设计洪水在低、中、高三种排放情景下均呈现出上升趋势,峰值出现于2040年前后,较1994年估计值偏大1 000～2500 m~3/s。     

基于MCMC参数优化的融雪洪水联合设计分析

洪水的发生是由多种特征属性所推动的,由于其具有多个并发或连续驱动因素的内在影响,从而大大加剧了其发生的不可估计性。在许多风险评估和设计应用中,极端情况和复合事件的多危险情往往被忽略。针对单变量洪水的设计缺陷性,以玛纳斯河出山口控制流域为研究区,选用GEV(Generalized Extreme Value)分布和GPD(Generalized Pareto Distribution)分别构建峰量边际分布,利用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)参数优化的Gaussian Copula函数构建极端情况下的联合概率分布,并以500 a一遇设计洪水为例,推求其设计洪水过程线。结果表明:基于MCMC优化参数的Gaussian Copula函数的联合分布拟合效果均大于相关性指标法和局部优化算法;变量间相互影响下的设计值均相应大于以某一单变量控制下的洪水设计值,其中在设计洪水过程线90 h的设计增长率为24.19%。因此,以参数优化下的联合分布所建立的防洪新标准,可为玛纳斯河流域水库汛期防洪减灾安全设计提供更加科学合理的依据。