浅析水利水电规划中频率计算设计标准

　 摘要：在水利水电规划设计阶段，最主要的任务是合理地确定工程的规模，而工程规模是由设计标准决定的，设计标准的允许破坏的程度是建立在频率基础上的。文章介绍了水利水电规划中频率计算的常用法，以及详细分析设计标准，为水利水电规划提供参考。
　　 关键词：水利水电规划；频率计算；设计标准；适线法
　　目前频率计算的方法多采用适线法，在实际工作中，有两种适线方法：一种是目估经验适线，通过主观判断，决定适线的优劣，此法虽然简单灵活，并反映设计人员的经验，但适线因人而异，任意性大；另一种是计算机适线，把理论频率曲线与经验频率点据的拟合误差作为适线准则，优选统计参数，求得最佳的拟合曲线，但是这种方法不便处理样本资料中的特大或特小水文数据，编制和使用电算程序时要特别注意。
　　 一、适线法
　　绘制理论频率曲线的主要目的是为了解决经验频率曲线的外延问题。我国水文界目前普遍选用的理论频率曲线为P—M型曲线，它是由三个统计参数（X、CV、CS）决定的。三个参数从理论上讲应是总体的统计参数，但水文变量的总体是无法知道的，通常只能由样本资料用矩法公式求出其三个统计参数，而样本统计参数都具有抽样误差，这就使由样本统计参数确定的P—M型曲线不能很好地反映总体的分布规律。生产上通常采用调整样本的统计参数及相应P—M型曲线来拟合样本的经验频率点据，以尽可能减少参数估计的抽样误差和系统误差，进一步探求总体的概率分布，这个过程在水文上称为适点配线法，简称适线法。适线法得到的成果仍具有抽样误差，而这种误差目前还难以精确估算，因此对于工程上最终采用的频率曲线和相应的统计参数，不仅要从水文统计方面分析，而且还要密切结合水文现象的物理成因及地区分布规律进行综合分析。
　　 二、设计标准
　　所谓的设计标准，就是指备用水部门的用水和水利水电工程自身、下游防护对象允许破坏的程度。这种允许破坏的程度是建立在频率基础上的。水利水电枢纽工程广义上的设计标准分为兴利标准和防洪标准两种。
　　 （一）兴利标准
　　兴利标准是用设计保证率来表示的。兴利的内涵非常广泛，通常包括灌溉、发电、城市供水、航运、养殖等。若要最大程度地满足各个用水部门的用水要求，就需要工程规模大一些，因而造成投资增大。而多追加的投资和增收的效益相比，是否经济合理，这就要进行分析论证。如果增收的效益远比追加的投资小，就没必要把工程修得很大。因此，在水利水电工程规划设计时，一般不要求百分之百地满足各个用水部门的用水需要，而是允许适当断水或减少供水量，这就要求研究各用水部门允许减少供水的可能性和合理范围，定出在多年工作期间，用水部门的正常用水得到保证（或不破坏）的程度，这一保证用水（或不破坏）的程度就是设计正常用水保证率，简称为设计保证率。
　　设计保证率是指各用水部门在未来长期内，按规定用水量保持正常工作而不受破坏的频率。设计保证率的选定，实质上是一个确定缩减用水合理程度的经济权衡问题。设计保证率若选得过低，则正常用水遭受破坏的机会将增加，从而引起国民经济的损失。相反，设计保证率若选得过高，虽然用水部门用水保证率得到提高，但要增加工程投资和其他费用，使工程效益和投资的比例减小。因此，设计保证率应该通过技术经济比较分析，并考虑其他影响来选择。然而这种经济论证，无论在方法上还是技术上都很复杂，是难以做到的。在实际工作中，设计保证率是通过国家规范的形式，根据各部门的用水性质、要求和重要性，以及生产实践中所积累的经验来确定。
　　 （二）防洪标准
　　水利水电枢纽工程除了兴利外，另一主要作用就是防洪。根据《防洪标难》（GB5020l-94），防洪标准是指防护对象防御洪水能力相应的洪水标准。这里的防护对象不仅指自身没有防洪能力需要采取防洪措施的保护对象，如城市、乡村、工矿企业和机场等，还包括能保护其他防护对象安全的水利水电工程的本身，如水库、堤防等。防洪标准原则上应在准确预报未来洪水的基础上，通过投资效益综合经济分析来选定。然而和确定设计保证率一样，这是很难做到的。所以，只能采用统一规定的洪水频率（重现期）作为防洪标准。根据工程的重要性以及社会经济等综合因素，仍然以规范的形式给出。
　　我国现行的防洪标准分为设计一级标准和设计、校核两级标准两种情况。根据防护对象的不同，其防洪标准可采用设计一级或设计、校核两级。这里的设计标准是指当出现小于或等于这种标准的洪水（设计洪水）时，应保证防护对象的安全或防洪设施的正常运行。校核标准是指遇该标准相应的洪水（校核洪水）时，采取非常运用的措施，在保障主要防护对象和主要建筑物安全的前提下，允许次要建筑物不同程度的损坏及次要防护对象受到一定的损失。
　　 三、结语
　　工程水文及水利计算的主要任务就是依据工程所在流域已经发生的水文过程，预估未来工程运用期间的水文过程，并在此基础上进行径流调节计算，从而确定工程的规模和尺寸。作为由样本资料估算总体统计参数和探求总体概率分布的一种有效方法，适线法频率计算是可以用来推求未来水文过程的，因为未来水文过程也是水文总体过程的一部分。所以，生产上根据水文样本资料，通过频率计算适线，把最后选定的理论频率曲线近似地作为水文总体的概率分布，在该曲线上可查得该水文总体的另一个样本值（某一频率户的设计水文变量值xp）。频率计算方法是目前推求设计年径流和设计洪水的基本方法。
　　 参考文献：
　　[1]赵宝璋。水资源管理[M]。中国水利水电出版社，1997
　　[2]蒋金珠。工程水文及水利计算[M]。中国水利水电出版社，1992
　　[3]崔振才。水资源与水文分析计算[M]。中国水利水电出版社，2004
　　[4]崔振才。工程水文及水资源（“十一五”国家规划教材）。中国水利水电出版社，2008
　　[5]吴明远，詹道江，叶守泽。工程水文学[M]。中国水利水电出版社，1985
　　[6]华东水利学院，天津大学，清华大学。水文及水利水电规划[M]。水利出版社，1981
　　[7]朱歧武，拜存有。水文及水利水电规划[M]。黄河水利出版社，2003