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洪水頻率與洪水重現(xiàn)期


      2021年7月18日18時至21日0時,鄭州市出現(xiàn)罕見持續(xù)強降水天氣過程,全市普降大暴雨、特大暴雨,累積平均降水量449mm,強度之大令鄭州市陷入洪水危機。有人稱這次洪水是“百年一遇”,有人說是“千年一遇”,那么“百年一遇”、“千年一遇”是什么意思呢?洪水重現(xiàn)期又代表了什么含義?

     自然界的事情發(fā)生情況可分為三種:即必然事件、不可能事件和隨機事件。必然事件指在一定條件下必然要發(fā)生的事件,不可能事件指在一定條件下不可能發(fā)生的事件,隨機事件(或稱偶然事件)指在一定條件下可能發(fā)生也可能不發(fā)生的事件。隨機事件一般用可能發(fā)生率,即“概率”表示。某地區(qū)某一數(shù)量級洪水的發(fā)生,屬隨機事件。洪水頻率是指某一數(shù)量級的洪水隨機變量(如洪峰流量)出現(xiàn)的次數(shù)與系統(tǒng)隨機變量總數(shù)的比值,用以表示等數(shù)值出現(xiàn)的可能性大小。通俗地講,是用來表示某種洪水可能出現(xiàn)的機遇(概率),以百分數(shù)表示(圖1)。如洪水頻率P=1%,表示發(fā)生頻率為百分之一。

    

     圖1 洪峰流量頻率曲線

      洪水重現(xiàn)期是洪水發(fā)生頻率的另一種表示方法,以年為單位。洪水重現(xiàn)期是指某地區(qū)發(fā)生的洪水為多少年一遇的洪水,意思是發(fā)生這樣大小(量級)的洪水在很長時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次。通常所說的某洪峰流量是多少年一遇,所說的多少年,就是該量級洪水流量的重現(xiàn)期。重現(xiàn)期一般用T表示,重現(xiàn)期T與頻率P的關(guān)系為:T=1/P(年)。例如:P=1%時,則T=100(年),稱為“百年一遇”。所謂“百年一遇”的洪水,是指在很長的一段時間內(nèi),平均一百年才出現(xiàn)一次這樣大小的洪水,但不能認為恰好每隔一百年就會出現(xiàn)一次,從頻率的概念理解,這樣大小的洪水也可能百年內(nèi)出現(xiàn)不止一次,也許百年中一次也沒出現(xiàn)。

      洪水頻率和重現(xiàn)期實際上是衡量洪水量級的一個標準,是確定水利工程、堤防建設(shè)規(guī)模和等級的重要依據(jù),水利工程的防洪能力也是按照這樣計算的。萬年一遇防洪標準就是能夠抵御的萬年一遇洪水的徑流量,千年一遇防洪標準就是水利工程能夠抵御千年一遇洪水的徑流量。所以水利工程的防洪能力是固定的,水利工程能防住的洪水徑流量是一個固定的數(shù),假設(shè)為A m3/s。但是隨著每年水文資料的更新,這個A值可能會在歷史洪水流量排名里面越來越靠后,比如2020年排第一,2070年排第十。而洪水資料的年數(shù)從10000變到了10050,但是排名卻從1降到了10,那么計算起來在2020年防洪標準是1/10001≈0.0001為萬年一遇,在2070年就成了10/10051≈0.001為千年一遇了。當然水利工程設(shè)計的時候是按照當時的水文資料進行設(shè)計,后面若干年的情況沒辦法估計。

來源:華北水利水電大學(xué)黃河生態(tài)院

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