水文频率在水利工程设计中的作用

水文频率在水利工程设计中的作用

李微蒙

内蒙古自治区水利水电勘测设计院有限公司  010020

摘要：为了发挥出水利工程的最大化价值，满足农业灌溉、城市供水需求，本文对水文频率的内涵与作用进行概述，并分析了水文等级的确定，同时详细阐述了水文频率的计算方法。之后提出水文频率在水利工程中的设计标准，主要包括兴利标准、防洪标准两个方面，确保水利工程能够顺利完成建设，防止各地区出现洪涝、旱灾，促进农业生产的良好发展。

关键词：水文频率；水利工程；应用策略

引言：兴建水利工程是推动我国社会经济发展，防止洪涝旱灾出现的有效措施，能够对水资源展开科学合理的调配，从而满足现代社会的发展需求。不过想要提高水利工程建设效益，应注意水文频率在设计中的作用，水文频率就是区域水文现象，利用水利资料展开研究分析，即可获取水文波动起伏次数。比如地区降雨大小、频率、降雨量以及降雨峰值等，都是需要重点研究的内容，能够有效防止出现洪涝灾害，同时确定水利工程建设规模。由此可见水文频率能够作为水利工程的设计依据，保证水利工程建设的合理性。

一、水文频率的内涵与作用

由于水文现象具有明显的随机性、可控性特征，而水文频率则是立足地区气候环境、时间段以及各类要素下产生的随机性展开分析，主要通过观察记录来判断，如通过观察降水量即可推断出产生的影响和后果，为开展水利工程建设提供帮助，防止洪涝等灾害造成负面影响。水文频率大小代表洪涝等灾害的出现概率，在充分掌握水文频率的条件下，即可确定水利工程规模、结构等，因此在水利工程设计中，水文频率是必须重点分析的环节。

二、水文等级的确定

水利工程建设需要结合水文频率进行综合考量，明确出影响水利工程规划的各类因素，同时确定整个项目的规模等级，并完成水利工程结构图纸设计。水文频率的应用大多通过%号表示，可以用正数百分比代表不同等级的洪水灾害等，比如常见的0.1%、1%、10%、20%等，每个等级的洪水灾害威胁不同，可以通过水文频率进行判断，因为洪水等级产生频率和水文频率成正相关，简单来说水文频率高的条件下，洪水发生频率也会随之提高，相反水文频率较低，洪水发生频率降低。除了借助频率表示洪水量级数据，也可以通过重现期表示，单个量级的洪水重现期为100年，代表该等级的洪水灾害100年出现一次，但是在实际研究中发现，每个重现期内可能连续两年发生洪水灾害，因此水文频率与重现期能够作为评价洪水量级的重要指标。目前我国对洪水在主要划分为多个等级，包括重现期10年以下的一般洪水、10年～20年之间的较大型洪水灾害、20～50年的大型洪水等，主要立足某水系流域标准分析后得出，并经过当地相关部门发布。

三、水文频率的计算

1.计算方法

水文频率计算可以采用多种方法，并根据获取到的数据信息绘制成曲线图，为水利工程建设提供参考。水文频率计算方法最早出现在19世纪，经过多世纪发展逐渐演变，在现代科技的加持下愈发成熟，比如当前我国税务行业就采用了p-m型频率曲线，这种曲线绘制方法主要由统计参数构成，技术人员会通过计算指标的数量，实现水文变量数据的确定，在计算水文频率的过程中要注意平均水文要素，也就是所选时段的平均值，并将时间作为概念单位，如日均值、年均值等。想要较为准确地计算出水文频率，应从水文现象的成因与分布数据作为切入点，目前我国主要采用直线拟合法进行水文频率曲线绘制，能够有效地有效地拟合统计曲线，在实际应用过程中还会分为视觉估计线拟合法、优化线拟合法两种。另外极大似然法与矩法也是比较常用的水文频率计算方法，其中矩法主要利用头阶矩对频率曲线统计数进行估算，极大似然法则利用估出的统计参数，代进频率曲线的密度函数中，即可获取相应的数据。为了控制水文频率的计算误差，应科学合理绘制扩展范围的频率曲线，计算出频率后画出频率曲线，同时保证操作过程中的规范性，减少实际计算误差。

2.成果合理性调查

为了保证水文频率计算的精准性，减少其中存在的误差现象，必须开展成果合理性调查工作，这也是加强水利工程建设的重要环节。从以往的水文频率计算工作进行分析，之所以会出现误差问题，主要由两方面原因引起，（1）历史原因，现有水文观测资料时间短，大多为百年所遇的洪峰流量，所以在计算过程中应将频率曲线向外延展，不过延展越远水文频率误差值必然也会随之增加。（2）人类活动原因，社会经济发展对水文变化有很大影响，比如某地区水域上游修建水库，必然会改变洪水自然变化进程，从而少了部分关键的水文要素。因此在水文频率分析工作中，要注意做好历史调查，将已经发生过的洪水灾害纳入水文频率分析，避免忽视实际情况引起计算误差。

四、水文频率在水利工程中的设计标准

1.兴利标准

当下我国水利工程建设要注意水文频率的应用，同时明确水文频率的设计标准，以此来保障水利工程的经济性和安全性。一般来说水利工程建设需要满足农业灌溉、城市供水以及航运等多方面需求，如果想要最大限度满足各行业、领域用水，必须保证水利工程项目的建设规模，这也意味着水文频率应该适当减小，不过水利工程规模的扩大会增加投资负担。因此要保证投资与经济效益合理化，相关部门在设计过程中，对水利工程收益进行提前分析，在收益比投资小的条件下，无需扩大水利工程建设规模。另外水利工程建设很难完全满足用水需求，而是根据实际情况适当断水，或在不影响生产的条件下减少供水量，所以相关部门要做好调查，了解当地的实际用水情况，科学合理地计算水文频率，以经济角度作为切入点确定水文频率，并设计保证率提高工程投资方案的合理性，避免投资高于建设效益。

2.防洪标准

水利工程在建设过程中除了要考虑到兴利标准，同时应做好防洪标准的确定，通过科学合理地运用水文频率，减少洪涝等灾害的发生，避免威胁到百姓的生命财产安全。一般来说防洪标准代表以水利工程项目抵御洪水能力制定的相关标准，不过需要注意由于我国地区之间存在明显差异，所以防洪标准自然存在不同，比如黄河下游部分以防御花园口站22000m3/s洪水为设计标准，（重现期60年的洪水灾害），而黄河宁蒙河段防御标准则调整为6000m3/s，（重现期50年的洪水灾害）。另外在水利工程建设中，还要考虑到周边农田、建筑物的安全，也就是包含能够保护其他防护对象的安全，所以需要准确预测洪水的发生情况，作为建设水利工程的基础条件。同时还会根据水利工程投资效益等综合性因素，科学合理地选择防洪标准。目前我国防洪标准主要分为一级设计标准、一级设计标准与检验尺度标准，设计标准代表水利工程设计≤设计标准的洪水时，被保护设施能够正常、安全运转。总而言之要借助水文频率推断洪涝灾害的具体级别，为水利工程建设提供更加可靠的参考依据，由于洪涝灾害本身具有重现期，所以水利工程的防洪能力必须符合当地的各项条件，并高出各项标准才能应对灾害。

结束语

水文频率是推动我国水利工程建设发展的基础条件，并且决定了水利工程的投资回报率，所以在水利工程的设计中要进行综合考量，立足当地的实际情况做好水文频率计算分析，在充分掌握水文现象的条件下完成水利工程建设。另外需要遵循低成本高收入的投资原则，同时为当地农业发展、抗旱救灾做出更多贡献，所以要保证水文频率的计算准确，优化改进水文频率的计算方法，科学合理地融入到水利工程设计，切实降低成本实现建设效益最大化目标。

参考文献：

[1]冯婧涵,钱龙霞,唐加山,王红瑞.数据稀缺条件下水文频率分布模拟及应用[J].北京师范大学学报(自然科学版),2023,(01):72-84.

[2]李婵娟,温江丽,焦有权,荀志成,楚宾.密云水库流域水文频率曲线分析与应用[J].北京水务,2022,(06):18-23.

[3]周楚天,刘攀.基于深度神经网络的水文频率分析[J].水文,2022,(06):1-6.

[4]娄彦辉.水文水资源管理在水利工程中的有效应用[J].城市建设理论研究(电子版),2022,(25):148-150.