陳伏龍,李紹飛,馮 平,何新林,龍愛華,4

(1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院,新疆 石河子 832000; 2.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點實驗室,天津 300072; 3.天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院,天津 300384; 4.中國水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室,北京 100038)

近年來,隨著人類活動對氣候變化的不斷影響,極端水文事件頻頻發(fā)生[1],多流域水文序列己經(jīng)發(fā)生了明顯的變化,使得洪水序列不再滿足一致性假定[2]。利用傳統(tǒng)水文頻率分析已不能完全作為現(xiàn)如今水庫極限防洪風(fēng)險率的計算依據(jù)。因此,對水文非一致性序列的檢驗顯得尤為重要。

水文序列變異的診斷問題是判斷其是否為非一致性的首要條件。變異性檢驗的方法眾多,不同方法得到的檢驗結(jié)果通常存在著差異,但總的來說,均是圍繞著趨勢性、跳躍性和周期性3個方面進行。2007年雷紅富等[3]對趨勢性和跳躍性成分檢驗方法的性能進行了比較研究;謝平等[4]在原先提出的綜合診斷方法基礎(chǔ)上發(fā)展了綜合診斷系統(tǒng)。目前針對趨勢和跳躍的診斷方法中,非參數(shù)法應(yīng)用的較為成功,如Mann-Kendall[5-6]、Spearman[5,7]秩次相關(guān)檢驗法和貝葉斯方法[7]。為了保證水文序列頻率分析的可靠性、代表性、一致性條件,研究工作者對水文非一致性分析做了大量的工作,既包括混合分布模型[7]、時變矩模型[8-9]、廣義可加模型(GAMLSS)[10]等直接方法,也包括基于“分解-合成”理論的間接方法。Montanari等[11]明確指出了變化并不意味著非一致性,而一致性序列也不是一個一成不變的過程。因此,水文序列的非一致性并不能簡單地根據(jù)統(tǒng)計檢驗結(jié)果得出,還需要一個明確的水文過程變化來進行驗證。

在西北干旱山區(qū)融雪洪水是河川徑流的主要來源,能很好地解決山區(qū)中下游綠洲生態(tài)系統(tǒng)的用水問題,但同時融雪洪水也同樣存在安全風(fēng)險。研究表明融雪洪水形成機理、發(fā)生發(fā)展過程與其他類型洪水相比,具有出現(xiàn)時間規(guī)律性強、洪峰寬廣、量級相差大等特點,此研究結(jié)果為水庫防洪渡汛提供了重要依據(jù)[12]。如果水文時間序列發(fā)生了變異,多數(shù)情況下水庫對融雪洪水的汛期防洪調(diào)度也要進行調(diào)整,因此,對水庫進行防洪極限風(fēng)險復(fù)核分析就顯得尤為重要。自20世紀(jì)50年代以來,我國對水庫防洪調(diào)度的風(fēng)險研究做了大量的工作。黃強等[13]采用定量分析方法中的馬爾柯夫、概率統(tǒng)計、模糊數(shù)學(xué)風(fēng)險分析方法對水庫調(diào)度的風(fēng)險問題進行了計算分析;熊明[14]根據(jù)風(fēng)險計算的方法、原則及其適用性條件,利用隨機模擬方法解決了人類活動影響下的概率分布問題;馮平等[15]采用模糊綜合評價方法確定了合理的動態(tài)汛限水位,并提出了調(diào)整汛限水位的綜合評價指標(biāo)體系。在水庫防洪調(diào)度的風(fēng)險分析過程中,刁艷芳等[16]同時考慮了水文、水力、調(diào)度滯時和水位庫容4種不確定性因素,基于拉丁超立方體抽樣的蒙特卡羅模擬方法,建立了水庫防洪調(diào)度風(fēng)險分析模型,大大提高了風(fēng)險分析模型的分析精度。在考慮氣候因素及人類活動對徑流過程影響的基礎(chǔ)上,郭生練等[17]對新安江三水源產(chǎn)流模型及納西地下線性水庫匯流模型提出了新的洪水預(yù)報方案,從而顯著地提高洪水預(yù)報精度;曹明亮[18]對SWAT模型進行了改進,提高了模型在變化環(huán)境下的準(zhǔn)確性;黃凱等[19]采用水文變異診斷系統(tǒng),對比分析了過去條件下、現(xiàn)在條件下的極限防洪風(fēng)險率,從而進一步提高了環(huán)境影響下的預(yù)報精度。盡管水利研究工作者從不同的視角分析探討了水庫防洪調(diào)度的風(fēng)險問題,同時取得了相對豐富的研究成果。但是對于變化條件下融雪洪水跳躍變異的水庫極限防洪風(fēng)險問題還有待解決。本文以瑪納斯河肯斯瓦特水庫控制流域為研究對象,對此問題進行分析闡述,可為已建水庫工程的防洪復(fù)核和未建水庫工程的防洪規(guī)劃提供科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

瑪納斯河發(fā)源于天山北坡的依連哈比爾尕山,流域內(nèi)地勢由東南向西北傾斜,最高海拔5 442.5 m,最低海拔256 m,流向由南向北,是準(zhǔn)噶爾盆地南緣最大的一條融雪型山溪河流,干流全長324 km(河源至小拐),河流從源頭到出山口一帶的長度為160 km。海拔3 600 m以上為終年積雪覆蓋,有現(xiàn)代冰川分布,冰川面積608.25 km2,是各條河流的主要補給源。瑪納斯河在中山和前山區(qū)匯合了眾多支流,流向東北,沿程有花牛溝、韭菜薩依、吉蘭德、回回溝、?？μ厮_依、哈熊溝、蘆草溝、大(小)白楊溝、清水河等支流,均在肯斯瓦特水文站以上匯入干流?？纤雇咛厮恼臼乾敿{斯河干、支流匯合后的出山口控制站,海拔約910 m,控制流域面積為4 637 km2,多年平均徑流量12.21億m3。徑流補給具有顯著的垂直地帶性,冰雪融水對河流的補給可以占到徑流量的35.3%。肯斯瓦特水庫具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能。水庫正常蓄水位990 m,最大壩高129.4 m,總庫容1.88億m3,控制灌溉面積21.09萬hm2,屬于大(2)型工程。水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇,相應(yīng)的洪峰流量為2 382 m3/s;校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 000年一遇,相應(yīng)的洪峰流量為3 601 m3/s;下游防洪保護標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,相應(yīng)的洪峰流量為1 249 m3/s。

2 融雪洪水特征序列非一致性檢驗

2.1 序列變異點檢驗

Pettitt非參數(shù)檢驗法最早由Pettitt[20]提出,并將其應(yīng)用到變異點的檢驗。該方法對異常值不敏感,可以通過近似極限分布來計算檢驗統(tǒng)計P值[21]。通常將所研究的水文時間序列存在趨勢性變化作為假設(shè)前提,并通過檢驗水文x時間序列要素均值變化的時間,來確定水文時間序列的變異時間。此方法采用Mann-Whitney統(tǒng)計量Ut,n來檢驗同一個總體x(t)的2個樣本,其統(tǒng)計量Ut,n公式為

(1)

式中:n為樣本長度。

Pettitt非參數(shù)檢驗的零假設(shè)表示水文時間序列無變異點,滿足同一分布;非零假設(shè)表示水文時間序列存在變異點t,t前后兩個子序列服從不同的分布規(guī)律。一般通過統(tǒng)計量Kn及相關(guān)概率P來判斷水文時間序列是否變異,并確定其變異點的位置,其公式為

(2)

若P>0.95,則點t為顯著性變異點,以此可檢驗出水文時間序列的一級變點,并結(jié)合物理成因分析便可判定水文時間序列x(t)的變異點。

對瑪納斯河肯斯瓦特水庫控制流域融雪洪水特征序列進行變異點檢驗,結(jié)果如圖1所示。年最大洪峰流量序列可能發(fā)生變異的年份為1992年、1993年和1994年;在有多個概率P值均大于0.95和變異點取值間距過小的情況下,取概率P值最大的變異點作為最可能發(fā)生的變異點。因此,年最大洪峰流量序列的變異點發(fā)生在1993年。

圖1 年最大洪峰流量序列變異點分析

2.2 序列趨勢檢驗

Mann-Kendall[22-23]非參數(shù)秩次統(tǒng)計檢驗方法在趨勢檢驗中經(jīng)常會受到水文時間序列自相關(guān)性的影響,在應(yīng)用此方法前,先判斷水文時間序列自相關(guān)性是否顯著。對于水文時間序列(x1,x2,…,xn),首先對水文時間序列之后k階的自相關(guān)性進行計算,若滯后一階自相關(guān)系數(shù)在臨界值范圍之內(nèi),則其自相關(guān)性不顯著,可直接對水文時間序列趨勢性進行檢驗;否則,應(yīng)先剔除水文時間序列的自相關(guān)性,再對新水文時間序列進行趨勢性檢驗[24]。本文采用預(yù)置白Mann-Kendall檢驗[24](pre-whitening Mann-Kendall,PW-MK)來剔除其自相關(guān)性的影響。計算原水文時間序列Xn的一階自相關(guān)系數(shù)r1,在δ的顯著性水平下,采用雙側(cè)檢驗進行r1的顯著性檢驗:

(3)

假設(shè)原水文時間序列為一階自相關(guān)過程AR(1),采取預(yù)置白方法剔除原水文時間序列的自相關(guān)性,即

(4)

(5)

(6)

若Un>0,則水文時間序列(x1,x2, …,xn)呈上升趨勢;反之,則呈下降趨勢。若|Un|>Uα/2(|Uα/2|=1.96),則水文時間序列趨勢性顯著;反之,趨勢性不顯著。

對融雪洪水特征序列進行自相關(guān)性分析,結(jié)果如圖2所示,年最大洪峰流量序列的一階自相關(guān)系數(shù)均在臨界值范圍之內(nèi),自相關(guān)性不顯著,可直接用原序列進行Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗,結(jié)果見表1。年最大洪峰流量序列統(tǒng)計值小于1.96,表明未通過顯著性趨勢檢驗,變化趨勢不顯著。而在1957—1993年統(tǒng)計值小于-1.96,說明子序列通過了顯著性趨勢檢驗,并呈顯著下降趨勢;1994—2006年子序列未通過顯著性趨勢檢驗,變化趨勢不顯著。

圖2 年最大洪峰流量序列自相關(guān)關(guān)系

2.3 序列變異形式

基于肯斯瓦特水庫控制流域年最大洪峰流量序列非一致性檢驗結(jié)果,序列局部趨勢和跳躍均呈顯著變化,采用效率系數(shù)R2[4]來評價年最大洪峰流量實測序列與趨勢成分和跳躍成分的擬合程度。將趨勢和跳躍兩者效率系數(shù)較大的作為該時間序列的變異形式，其公式為

表1 年最大洪峰流量序列及子序列趨勢分析

(7)

對肯斯瓦特控制流域年最大洪峰流量序列趨勢和變異點的效率系數(shù)進行計算,其中趨勢成分R2=6.38%,跳躍成分1993年R2=23.09%。由此可知,跳躍成分效率系數(shù)較大。從物理成因上分析,20世紀(jì)80—90年代流域上游流域人類活動干預(yù)較少,流域下墊面未發(fā)生劇烈變化,但是氣候因素變化顯著,綜合作用下使得流域年最大洪峰流量序列呈上升趨勢。因此,選擇跳躍變異為年最大洪峰流量序列的變異形式。

3 融雪洪水特征序列一致性修正

3.1 序列分解計算

根據(jù)謝平等[25]提出的非一致性水文序列頻率計算原理及方法,水文序列Xt由兩種或兩種以上成分組成,假設(shè)序列各組成成分滿足線性疊加特征[26],水文序列Xt可表示為

Xt=Yt+Pt+St

(8)

式中:Yt為非周期成分;Pt為周期成分;St為隨機性成分。本文只考慮非周期成分Yt(趨勢或跳躍成分),以及St中的純隨機成分。

假設(shè)非一致性水文時間序列Xt的變異點為t0,t0前后的子序列物理成因均不相同,且t0之前的子序列反映環(huán)境變化情況不太顯著的隨機性成分,Xt可表示為

(9)

當(dāng)出現(xiàn)跳躍時,Yt為常數(shù);當(dāng)出現(xiàn)趨勢時,Yt為時間t的函數(shù),可用最小二乘法擬合求得。

據(jù)年最大洪峰流量序列非一致性檢驗結(jié)果,肯斯瓦特控制流域1957—2006年年最大洪峰流量序列在變異點1993年前后可分為2個子序列,即1957—1993年為第1個子序列,其均值為321.220 m3/s;1994—2006年為第2個子序列,其均值為507.846 m3/s。2個子序列的均值差為186.626 m3/s,即為確定性跳躍成分。由此可得出肯斯瓦特控制流域年最大洪峰流量序列的跳躍成分為

(10)

根據(jù)線性疊加原理Xt=St+Yt,可得到年最大洪峰流量序列的隨機性成分為

(11)

據(jù)此可求得肯斯瓦特控制流域1957—2006年年最大洪峰流量序列剔除跳躍成分后的隨機序列。此序列為過去條件下年最大洪峰流量序列,受氣候變化和人類活動影響小,能滿足水文時間序列的一致性要求。

3.2 序列合成計算

假設(shè)過去條件下年最大洪峰流量序列服從P-Ⅲ型分布,采用優(yōu)化適線法[27]可得過去條件下年最大洪峰流量序列統(tǒng)計參數(shù)均值E=321.22 m3/s、變差系數(shù)Cv=0.51、偏態(tài)系數(shù)Cs=2.30,擬合效率系數(shù)R2=91.53%。根據(jù)其統(tǒng)計特征,采用Monte Carlo隨機模擬生成法,可生成500個隨機性成分Sp,并結(jié)合t時刻(2006年)確定性跳躍成分Yt,利用數(shù)值合成公式可得:

Xt,p=Yt+Sp

(12)

由式(12)可得現(xiàn)狀條件下(2006年)年最大洪峰流量序列的樣本點據(jù),通過優(yōu)化適線法對其進行P-Ⅲ型分布擬合,得到現(xiàn)狀條件下年最大洪峰流量序列統(tǒng)計參數(shù)E=507.85 m3/s、Cv=0.32、Cs=2.28、R2=97.95%。瑪納斯河肯斯瓦特水庫防洪規(guī)劃、過去條件和現(xiàn)狀條件下相應(yīng)頻率的融雪洪水設(shè)計值見表2。

表2 年最大洪峰流量序列不同時期的設(shè)計值

由表2可以看出,隨著設(shè)計洪水重現(xiàn)期的減小,肯斯瓦特水庫的防洪規(guī)劃、過去條件和現(xiàn)狀條件下相應(yīng)頻率的設(shè)計洪水均減小。根據(jù)鄒全等[28]的研究成果可知,肯斯瓦特水庫控制流域降水量呈波動減少趨勢,而氣溫則呈顯著上升趨勢。過去條件下與防洪規(guī)劃時相比,設(shè)計洪水均減小了,其減小的變化量在增大,這主要與該流域降水量呈下降趨勢有關(guān)。現(xiàn)狀條件下與防洪規(guī)劃時相比,設(shè)計洪水均增大了,其增大的變化量在增大,雖然上游存在不合理的放牧等人類活動,但其影響相對較少,主要是受到該流域氣溫呈顯著上升趨勢的影響,使設(shè)計洪水量增大。

4 肯斯瓦特水庫極限防洪風(fēng)險率分析

隨著全球氣候變暖和人類活動對流域下墊面的干預(yù)加劇,融雪洪水時間序列已發(fā)生變異,而肯斯瓦特水庫的規(guī)劃設(shè)計是以傳統(tǒng)的計算理論和方法為基礎(chǔ),這顯然與實際情況不符,一旦發(fā)生水文極端事件,可能會威脅水庫及下游保護區(qū)的安全。再加之現(xiàn)狀條件下肯斯瓦特水庫年最大洪峰流量相應(yīng)頻率的設(shè)計值比規(guī)劃值均存在不同程度的增大,但在現(xiàn)有的水庫調(diào)度運行規(guī)則下,肯斯瓦特水庫防洪調(diào)度的極限防洪風(fēng)險率必將增大,為了確保水庫的安全,發(fā)揮水庫最大的綜合效益,需要對其極限防洪風(fēng)險率進行進一步的量化研究。

4.1 極限防洪風(fēng)險率定義

在確保水庫大壩及下游防洪保護對象安全的前提下,水庫調(diào)度運行中,選取一個極限風(fēng)險控制指標(biāo)Zd(校核洪水位、設(shè)計洪水位或壩頂高程等特征水位),將汛期限制水位Z0作為調(diào)洪演算的起始水位,以不同頻率設(shè)計洪水過程線的不同時段設(shè)計洪水作為入庫流量,進行調(diào)洪演算,當(dāng)某一頻率洪水的調(diào)洪最高水位Zm等于或高于極限防洪風(fēng)險指標(biāo)Zd,則此頻率稱為該指標(biāo)Zd在汛限水位Z0下的水庫極限防洪風(fēng)險率Pf[29],可通過下式計算:

Pf=P(Zm≥Zd)

(13)

4.2 極限防洪風(fēng)險率計算方法

近年來,許多國內(nèi)外學(xué)者對這方面的問題做了大量的研究,提出了一些計算極限防洪風(fēng)險的方法,主要有頻率分析法、隨機微分方程法、隨機模擬法。本文選擇頻率分析法對肯斯瓦特水庫的過去、現(xiàn)狀兩種條件下不同頻率的設(shè)計融雪洪水值分別進行水庫極限防洪風(fēng)險率計算。頻率分析法是發(fā)展最早、最簡單的一種方法。該方法假定水庫年調(diào)洪最高水位與年最大洪水出現(xiàn)的頻率相同,以年調(diào)洪最高水位等于或高于不破壞水利工程極限指標(biāo)水位的洪水頻率作為水庫極限風(fēng)險率。具體的計算步驟為:首先指定一個水庫極限防洪風(fēng)險控制指標(biāo)Zd,計算出不同設(shè)計頻率Pi(i=1,2,…,l)下入庫設(shè)計洪水過程,然后根據(jù)起調(diào)水位Z0,并結(jié)合水庫防洪調(diào)度規(guī)則進行調(diào)洪演算,通過不斷的試算,計算出l個最高庫水位Zmi(i=1,2,…,l),最后建立Zmi～Pi經(jīng)驗頻率曲線,并依據(jù)此頻率曲線可由Zd值反查出水庫極限防洪風(fēng)險率Pf。

4.3 肯斯瓦特水庫調(diào)洪演算

肯斯瓦特水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇洪水設(shè)計,5 000年一遇洪水校核,校核洪水位為993.35 m,壩頂高程為996.6 m。校核洪水位是水庫在非正常運用情況下,臨時允許達到的最高洪水位。若水庫的水位超過校核洪水位時,則認(rèn)為此水位威脅到了水庫安全,因此本文選取肯斯瓦特水庫校核洪水位(Zd=993.35 m)作為極限防洪風(fēng)險的控制指標(biāo),汛限水位(Z0=984 m)為起調(diào)水位。此時,肯斯瓦特水庫的極限防洪風(fēng)險即為其校核防洪風(fēng)險。

4.3.1水庫調(diào)洪規(guī)則

通過河道過流能力分析,結(jié)合防洪工程的總體布局,從防洪要求的角度出發(fā),考慮以水庫水位結(jié)合下游泄量500 m3/s為控制條件進行調(diào)洪演算,其規(guī)則為：

a. 當(dāng)入庫洪水小于50年一遇的標(biāo)準(zhǔn)時,水庫水位低于防洪高水位992.66 m,控制水庫的洪水下泄,最大下泄洪水為500 m3/s。

b. 當(dāng)入庫洪水大于50年一遇標(biāo)準(zhǔn)時,水庫運行按照水庫水位分時段控制。當(dāng)入庫洪水小于下游安全泄量500 m3/s時,來多少泄多少,維持水庫汛限水位984 m不變。當(dāng)水庫水位低于防洪高水位992.66 m時,若入庫洪水大于下游安全泄量500 m3/s,下泄量不超過下游安全泄量500 m3/s。當(dāng)水庫水位超過防洪高水位992.66 m時,若入庫洪水流量小于泄洪建筑物下泄能力,按入庫洪水流量下泄,維持防洪高水位;若入庫洪水流量超過泄洪建筑物下泄能力時,根據(jù)泄洪建筑物的泄流能力自由下泄。退水段水位逐漸下降至汛限水位后,若入庫洪水流量小于泄洪建筑物泄流能力,則維持汛限水位不變;若入庫洪水流量大于泄洪建筑物泄流能力,則根據(jù)泄洪建筑物的泄流能力自由下泄。

4.3.2水庫調(diào)洪成果

以1996年典型融雪洪水過程為基礎(chǔ),通過同倍比縮放法得到過去、現(xiàn)狀兩種條件下不同頻率設(shè)計融雪洪水過程,并作為入庫融雪洪水,根據(jù)水庫水位-庫容-泄量關(guān)系曲線,結(jié)合肯斯瓦特水庫調(diào)度運行規(guī)則,經(jīng)調(diào)洪演算,分別得到兩種設(shè)計洪水條件下的調(diào)洪成果,見表3。圖3和圖4分別給出了過去和現(xiàn)狀兩種條件下5 000年一遇、1 000年一遇、500年一遇及50年一遇設(shè)計洪水過程調(diào)洪演算得到的庫水位變化過程和下泄流量過程。

圖3 過去條件下不同重現(xiàn)期洪水對應(yīng)的庫水位和下泄流量過程線

圖4 現(xiàn)狀條件下不同重現(xiàn)期洪水對應(yīng)的庫水位和下泄流量過程線

表3 肯斯瓦特水庫調(diào)洪成果

4.4 肯斯瓦特水庫極限防洪風(fēng)險率

根據(jù)肯斯瓦特水庫調(diào)洪演算結(jié)果，得到過去和現(xiàn)狀兩種條件下不同設(shè)計頻率(重現(xiàn)期)所對應(yīng)的汛期最高庫水位如表3所示。根據(jù)表3,分別建立過去、現(xiàn)狀兩種條件下的最高庫水位與設(shè)計頻率之間的相關(guān)關(guān)系,即Zm～P經(jīng)驗頻率曲線如圖5所示,并依據(jù)此頻率曲線可由Zd值反查出水庫極限防洪風(fēng)險率Pf。

圖5 水位頻率曲線

從表3可知,過去條件下肯斯瓦特水庫0.02%設(shè)計頻率所對應(yīng)的最高庫水位Zm=995.48 m,根據(jù)水庫校核洪水位Zd=993.35 m,由圖5(a)可查得水庫極限防洪風(fēng)險率Pf=0.231 23%>0.02%;而現(xiàn)狀條件下肯斯瓦特水庫0.02%設(shè)計頻率所對應(yīng)的最高庫水位Zm=997.51 m,其水庫極限防洪風(fēng)險率Pf=0.354 58%>0.02%。這說明肯斯瓦特水庫控制流域氣溫、降雨量以及融雪洪水徑流量的變化,導(dǎo)致水庫極限防洪風(fēng)險在過去、現(xiàn)狀條件下均有所增大,而現(xiàn)狀條件下水庫極限防洪風(fēng)險相對于過去條件來說也有所增大。其主要原因在于雖然肯斯瓦特水庫控制流域人類活動干預(yù)較少,流域降雨量呈減少的趨勢,但是流域氣溫呈顯著上升趨勢,溫度升高引起以冰雪融水為基礎(chǔ)的融雪洪水徑流的季節(jié)性變化,改變了流域降水、融雪洪水徑流的時空分布和原有產(chǎn)匯流過程,使融雪洪水徑流過程產(chǎn)生變化,造成融雪洪水特征序列的變異,使得肯斯瓦特水庫控制流域年最大洪峰流量序列呈增加的趨勢。根據(jù)肯斯瓦特水庫調(diào)洪演算結(jié)果,由表3可知,水庫在遭遇5 000年一遇(頻率0.02%)設(shè)計洪水時,過去條件和現(xiàn)狀條件下的最大泄量分別為2 887.36 m3/s和3 056.30 m3/s,兩種情況下最大泄量均略大于校核洪水位時最大泄量設(shè)計值(2 596 m3/s),這也為肯斯瓦特水庫實施動態(tài)汛限水位控制,充分利用汛期洪水資源及提高水庫綜合效益提供了客觀條件。

5 結(jié) 論

a. 肯斯瓦特水庫年最大洪峰流量序列在1993年發(fā)生變異;序列整體上升趨勢不顯著,在1957—1993年子序列呈顯著下降趨勢,而1994—2006年子序列變化趨勢不顯著;序列趨勢成分效率系數(shù)為6.38%,跳躍成分效率系數(shù)1993年為23.09%,跳躍變異為序列主要的變異形式。結(jié)合物理成因分析可知,序列發(fā)生變異的主要原因為氣候變化,最可能的變異點1993年是合理可靠的。

b. 采用“分解-合成”理論對跳躍變異的年最大洪峰流量序列進行一致性修正,得到過去條件下年最大洪峰流量序列的統(tǒng)計參數(shù)E=321.22 m3/s、Cv=0.51、Cs=2.30;而現(xiàn)狀條件下E=507.85 m3/s、Cv=0.32、Cs=2.28。結(jié)合優(yōu)化適線法進行P-Ⅲ型分布擬合,將得到的相應(yīng)設(shè)計頻率下還原、還現(xiàn)年最大洪峰流量設(shè)計值分別與防洪規(guī)劃設(shè)計值對比分析,過去條件下設(shè)計洪水值均減小了,減小的變化量在增大,而現(xiàn)狀條件下設(shè)計洪水值均增大了,并且增大的變化量也在增大。

c. 以1996年典型融雪洪水過程為基礎(chǔ),通過倍比縮放法得到過去、現(xiàn)狀兩種條件下不同頻率設(shè)計融雪洪水過程,并作為入庫融雪洪水,根據(jù)水庫水位-庫容-泄量關(guān)系曲線,結(jié)合肯斯瓦特水庫調(diào)度運行規(guī)則,經(jīng)調(diào)洪演算,分別得到兩種設(shè)計洪水條件下水庫壩前最高庫水位。以校核洪水位(Zd=993.35 m)作為水庫極限防洪風(fēng)險控制指標(biāo),采用頻率分析法進行分析計算,過去條件下肯斯瓦特水庫極限防洪風(fēng)險率Pf為0.231 23%,而現(xiàn)狀條件下其極限防洪風(fēng)險率Pf為0.354 58%,兩種條件下復(fù)核后的肯斯瓦特水庫極限防洪風(fēng)險率均大于5 000年一遇的校核標(biāo)準(zhǔn)(0.02%)。