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华南沿海湿润区非平稳性洪水序列频率计算研究:当前存在问题

时间:2023-10-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:随着全球变化对水文过程影响问题研究的深入,非平稳性洪水频率处理已逐渐成为水文水资源研究领域中的一个热点问题,在不断得到关注的同时也取得了不少研究成果。大洪水事件频发可能由水文环境变异引起,频率分析方法选择不当也可能导致同一量级洪水重现期描述表征偏大。在水文情势发生变化后,用环境变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述环境变化后洪水频率的特征。

华南沿海湿润区非平稳性洪水序列频率计算研究:当前存在问题

随着全球变化对水文过程影响问题研究的深入,非平稳性洪水频率处理已逐渐成为水文水资源研究领域中的一个热点问题,在不断得到关注的同时也取得了不少研究成果。但由于影响非平稳性洪水频率分析精度的因素很多,变化环境背景下,有些地方仍有待完善。

(1)传统频率分布线型与实际洪水频率分布不匹配。尽管P-Ⅲ分布在中国被推荐使用,但它在中国北方黄河流域的应用效果不理想[41]。实际上,不同河流的洪水特征不尽相同,所以在世界不同地区所推荐使用的分布也不同。不同线型估计出来的设计洪水量值差异很大。大洪水事件频发可能由水文环境变异引起,频率分析方法选择不当也可能导致同一量级洪水重现期描述表征偏大。而且,变异水文环境下改变了地区水文条件,P-Ⅲ分布在有些区域开始不适用。

(2)在变化环境的情况下,洪水重现期往往不是描述一场洪水的一个固定不变的属性。在水文情势发生变化后,用环境变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述环境变化后洪水频率的特征。这就意味着在描述重现期这个概念的时候有必要引入时间基准点,即重现期是一个与时间有关的量。

(3)洪水特征量序列产生非平稳性后,频率分布曲线出现非一致性。传统洪水频率分析要求应有洪水分布一致性的假定。然而洪水序列通常是由两种或者更多的总体形成的混合分布。各个总体之间有区别是由影响因素差异所致。传统洪水频率分析并没有考虑到这一物理改变过程,所以导致频率分布曲线不能很好地和实测点据拟合[72]。如何考虑极值的成因机制使极值概率分布适合环境的变化,有待进一步深入研究。

(4)忽略洪水历时等重要洪水特征量。实际上,洪灾严重程度很大程度上取决于洪水量级和洪水历时。洪水量级和洪水历时的特征量变化过程需同时顾及。但是,在大部分的洪水频率分析中,通常只选其中的特征变量洪峰或者洪量进行单变量频率分析,显然,采用此类单变量频率分析没有考虑到洪量、洪峰、洪水历时及洪峰出现时间等特征属性之间的相关关系,对认识洪水变化规律会产生偏差。(www.xing528.com)

(5)变化环境后洪水门限值发生改变,需要确定洪水门限值标准,降低设计洪水风险。变化环境下,洪水量级已经发生明显改变。同一量级洪水下,变化环境前定义为洪水,变化环境后可能不属于洪水范畴,即存在一个洪水门限值标准的确定。变化环境后超过特定门限值流量的洪水年均发生次数明显增多,洪涝极端事件主要反映在发生的量级和频率上[3]。因此,确定洪水门限值标准并扩大使用信息量是提高设计洪水计算精度和促进洪水频率分析技术发展的关键之一[105]

(6)不同变异环境模式下洪水序列特征量响应模式不同。流域下垫面植被破坏影响背景下,流域洪水历时应该变短,洪水形态比环境变异前应该更尖,洪水特征量洪峰和洪水总量将会发生变异。在水利工程影响主导下,由于水库调蓄或工程拦截,流域水文站监测到的洪水历时应该延长,洪峰变矮,洪水特征量变化与植被破坏影响主导下的流域不同,且变化环境后超过特定门限值流量的洪水年均发生次数明显增多。采用传统年最大值(AMS)取样,会忽略变化环境后的年内第二、第三大洪峰,尽管它们普遍比变化环境前洪水量级要大得多。这使“资料短暂”问题变得更为严峻。在不同变化环境模式下如何进行特征量的采样将直接影响线型拟合优度和设计洪水的准确性。这方面的相关研究很少。因此,需探讨不同变异环境下POT洪水序列采样模式。

(7)单站分析的不稳定性及有限样本导致参数估计的不确定性。从少数几个站点的有限长度水文序列中提取的信息并不能代表区域的整体情况,且这还容易导致偏差[5,102,106-108]。水文频率分析的关键难点是,有限样本产生的抽样误差导致参数估计的不确定性及单站分析的不稳定性[109-110]。因此,必须足够重视在区域背景下建立非平稳性频率分析方法,最好使用长期观测资料,使用合适的区域方法[21]。区域化有很重要的意义,在推求某一站点的设计洪水时,不仅要利用该站点的观测资料,也要充分利用其他站点的观测资料。

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