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水 利 学 报

２０２４年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０６ － ０６４３ － １１

考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水估算

谢雨祚，郭生练，熊立华，王 俊，钟斯睿，杨媛婷
（武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２）

摘要：水利水电工程规划设计采用单站的天然年最大洪水系列资料和 Ｐ － Ⅲ型适线法推求设计洪水，确定水库特
征水位。然而上游水库的建成运行，破坏了下游洪水资料系列的一致性假定。本文通过构建非一致性洪水频率分
析时变矩模型，计算了长江上游重点水库群的水库系数；并根据连续型随机变量分布函数单调递增的特性，提出
了基于 Ｑ － Ｑ图的时变 Ｐ － Ⅲ型适线法；推求出考虑历史洪水资料的三峡水库运行期非一致性设计洪水，并与极大
似然法的估算成果进行比较。结果表明：①水库系数作为时变 Ｐ － Ⅲ型分布的协变量，可以反映洪水系列的非一
致性变化规律；②时变 Ｐ － Ⅲ型适线法侧重考虑历史洪水点据的拟合，拟合效果优于极大似然法；③相较原设计
成果，三峡水库运行期 １０００年一遇设计洪峰 Ｑ 、洪量 Ｗ 和 Ｗ 削减 １８％左右，洪量 Ｗ 和 Ｗ 削减 １４％左右，
ｍ ３ｄ ７ｄ １５ｄ ３０ｄ
长江上游水库群的调蓄作用直接影响三峡水库运行期的防洪库容和特征水位。
关键词：设计洪水；非一致性；不连序系列；时变矩法；水库系数；Ｐ － Ⅲ型适线法；极大似然法；三峡水库
中图分类号：ＴＶ１２２．３ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０７９２
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

三峡水利枢纽工程是治理、开发和保护长江的关键性骨干工程，具有巨大的防洪、发电、航运等
综合利用效益 ［１］ 。三峡水库初设阶段采用宜昌站历史洪水调查考证资料和 １８７７—１９９０年的水文测站
［２］
观测资料系列，根据我国 《水利水电工程设计洪水计算规范》 （ ＳＤＪ２２—７９） （简称 “规范”），采用
Ｐ － Ⅲ型适线法估算给定频率的设计洪水，参照可能最大洪水（ＰＭＦ）确定校核洪水。
洪水频率分析的前提条件是水文资料系列必须满足一致性、代表性和可靠性要求 ［３］ 。然而，随着
气候变化及人类活动的影响，特别是自 １９９０年代兴建的大批水利水电工程蓄水运行，显著地改变了
下游河道的水文情势，造成水文序列的非一致性 ［４］ ，现有的参数估计方法（常规矩法、概率权重矩法、
线性矩法、适线法等）不再适用。近年来，非一致性洪水频率分析方法已经成为研究热点，可大致分
为三种类型：①序列重构法，该方法采用某种修正手段（如还原?还现等）剔除水文序列中非一致性影
响因子的作用，重构为一致性序列并采用一致性洪水频率分析方法计算 ［５］ ，但如何剔除非一致性影响
因子具有较大的不确定性；②混合分布法，即根据样本序列的异源性质对多个不同种类的分布函数进
行混合 ［６ － ７］ ，不适用于洪源较单一的流域；③时变矩法，其假设水文系列的统计特征随时间或具有物
理意义的协变量变化，可根据概率密度函数构建时变矩（ Ｔｉｍｅ － ｖａｒｙｉｎｇｍｏｍｅｎｔ）模型 ［８ － ９］ 、采用极大似
然法估计时变矩模型参数 ［１０ － １１］ ，是目前应用最广泛的非一致性洪水频率分析方法。然而现有的研究未
能充分考虑历史洪水资料信息。此外，我国 “规范” 推荐考虑历史洪水资料的 Ｐ － Ⅲ型适线法，没有
体现统计参数的时变特征，无法适应具有非一致性特征的洪水序列，极大限制了运行期 ［１２ － １３］ 水库的综

收稿日期：２０２３ － １２ － １８；网络首发日期：２０２４ － ０６ － ２１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０６２０．１０１５．００３．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划课题（２０２２ＹＦＣ３２０２８０１）；国家自然科学基金长江联合基金项目（Ｕ２３４０２０５）
作者简介：谢雨祚（ １９９８ － ），博士生，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙｕｚｕｏｘｉｅ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：郭生练（１９５７ － ），教授，挪威工程院外籍院士，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｌｇｕｏ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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