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[转载]中国 PMP/PMF估算方法的主要特点

已有 1531 次阅读 2022-6-3 07:09 |系统分类:博客资讯|文章来源:转载

中国 PMP/PMF估算方法的主要特点

 王 国安 ,王 煜 (黄河勘测规划设计有 限公司,河南郑州 450003) 

       摘 要:中国PMP(可能最大降水)/PMF(可能最大洪水)估算方法的主要特点有二:一是针对具体(特定)工程进行 PMP/PMF估算,其背景是实测 自记暴 雨资料较 少、地形条件 复杂、大型水利水 电工程控制流 域面积 大、PMP/PMF研 究以水文 工作 者 为主;二是 注重 4个方面 的结合 ,即注重分析 计算与工程特点相结合、水文与气象相 结合 、定性与定量相 结合 、成 因分析与数理统计相结合。

       关 键 词:可能最大降水;可能最大洪水;水文气象学;设计洪水 中图分类号 :TV125 文献标志码 :A doi:10.3969/j.issn.1000—1379.2013.03.001 M ain CharacteristicsofPM P/PM F Estimation M ethod in China W ANG Guo—an,W ANG Yu (YellowRiverEngineeringConsultingCo.Ltd,Zhengzhou450003,China) Abstract:PMPPMFestimationmethodinChinahastwomaincharacteristics:first,PMP/PMFestimatesforspecificproject,forwhichtheselfrecordingrainfallobservation dataisinsufficient,theterrainconditionsiscomplex,withlargeareacontrolled bylarge—scalewaterconservancyan d hydropowerproject,andhydrelogistsarethemainpeopleforPMP/PMFstudy;second,itfocusesonfouraspects,whichareonthecombinationof analysisandcalculationandengineeringcharacteristics,thecombinationofhydrologyandmeteorology ,thecombinationofqualitativeandquantita— tive,and thecombination ofgeneticanalysisan d mathematical statistics. Key words:ProbableMaximum Precipitation;Probab leM aximum Flood;hydrometeorology;designflood 

       中国 PMP/PMF研究的有关情况 

中国开展可能最大 降水 (PMP)/可能最大洪 水(PMF)的研 究工作始于 1958年 ,由长江流域规划办公室 (现长江水利委员 会)水文局协同有关单位,对长江三峡水利枢纽工程进行 PMP/ PMF研究 。此后 ,几个部属设计院对几座大型水利水 电枢纽工 程开始试用 PMP/PMF进行设计。 1972-1973年,为适应黄河下游防洪的需要,黄河水利委 员会的水文气象工作者与有关单位协作,对黄河三门峡至花园 口区间(简称三花间)开展了 PMP/PMF研究 ,总结了一套思路清晰 、理论系统 、层 次分 明、重 点突出的研 究方 法 ,在水利 部有 关专家的重视和推动下 ,其经验在全国得到迅速推广。 水利部于 1973年在 兰州召开 的“全 国设计洪水经验 交 流 会”上 ,确定将 PMP/PMF列 入正在编制的《水 利水电工程设计洪水计算规范》。该规范附录四《用水文气象法计算可能最大暴 雨》…较全面地反映了当时中国在 PMP分析计算方面的经验。 1975年 8月河南发生 了特大暴雨洪水 (简称“75·8”洪 水),导致淮河上游板桥和石漫滩两座大型水库 、田岗和竹沟两 座中型水库以及石龙山等 58座小型水库垮坝,造成惨重损失。 为总结这次洪水的教训 ,水利电力部于 1975年 11月 21日至 l2月 1013在郑州召开了全国各省(市、区)水利部门、各流域机构和大型水库管理单位负责人(共 465人)参加的“全国防汛和水库安全会议 ”。这次会议 的总结文件认为 ,水 库垮坝的 主要原因是防洪安全标准偏低,对策是提高防洪标准,一般大中 型水库及重要的小型水库都要 可能最大洪水作为保坝校核标准 。 1975-1981年,全国参与 PMP/PMF研究工作的科技人员数以千计 ,在 PMP/PMF研究方面积累了大量经验。 笔者作为黄河三花间 PMP/PMF研究项目的主持人,经过 27年的努力 ,于 1999年编写了专著《可能最大暴雨和洪水计算原理与方法》 ,此 书 较全面地总结 了中国 40年来 PMP/PMF 研究 的成果和经验 …,介 绍了 1980年 以来 国外在此领域的进展 ,受 到联 合 国教科文织 (UNESCO)和 界气 象组织 (WMO)的重视 。前者表示要将 该书译成英文出版 ,后 者建议笔者主持修订 WMO编制 的《PMP估算手册》(1986年第 二 版 )[I1J。修订小组经过近 3年的辛勤 工作 ,于 2003年 1O月 向 WMO提交了《PMP估算手册》(第三版)送审稿。该送审稿经 WMO组织国际 PMP专家会议进行审查,作少量修改补充后, 英文版 于 2009年正式出版,中文版于 2011年在中国出版, 收稿 日期 :2012—07-23 

       作者简 介王 国安(193O~ ),男,重庆涪陵人 ,高级 程师 (教授级 ),世 界气象组织水文委员会第11届 PMP/PMF专家,50多年来一直从事设计洪水领域的生产实践和科学研 究工作 。 E-mail:g_ a_ wang@ 163.com - 1 · 

       正文

        人 民 黄 河 2013年第 3期 版 -15。(PMP估算手册》第三版保 留了第二版的大部分 内 容 ,删去 了部 分过时 的 内容 ,新 增 了美 国 、澳 大利 亚 、印度 尤其 是 中国 PMP/PMF研究成果 。 2 中国 PMP/PMF估算方法的主要特点 2.1 针对具体工程对 PMP/PMF进行估算 中国开 展 PMP/PMF估算 工作 ,主要 是针 对设 计流域 某一 具体 (特 定 )工程进行 的 ,其主要原 因如 下。 (1)实测 自记暴雨资料较少 。中国实测暴 雨资料较 少 (自 1950年以后雨量 站 网才逐 步完 善 ),其 中 自记暴 雨 资料更 少 , 这不利 于 PMP的概化估算 。但 是 ,中国是文明古国 ,数千年来以文字形式保留下来的历史特大暴雨/洪水信息浩如烟 海,这十分有利于从历史长河 中分析和认识特大暴雨/洪水的 时问演变规律和地区分布规律 ,尤其有利于针对具体工程进行 PMP/PMF分析 。 (2)地形条件复杂 。中 国各类 地形 占全 国国土 面积 的 比例 ,山地 为 33% ,高 原 为 26% ,丘 陵 为 10% ,山 间 盆 地 为 19%,平原为 12% ,这不利于PMP/PMF的概化估算。 (3)大型工程控制流域 面积大。中国的很多 大型水 利水 电 工程控制流域面积在 5万 km 以上 ,如长江三峡 工程控制 面积 达 100万 km ,黄河小浪底工程控 制面积达 69.4万 kTn2,对于如 此巨大面积的PMP/PMF估算,无先例可循 ,只能靠 自己摸索。 (4)PMP/PMF研究者 以水文工作者为主” 。中国从事 PMP/PMF研究 的人员 以水 文设计 人 员为 主 ,因此 将 中 国在工 程 水文分析计算方 面所 积累的丰富工作经验融人 PMP/PMF的 分析计算之中,十分有利于针对具体工程进行 PMP/PMF分析。 2.2 注 重 四方面 结合 中国对 PMP/PMF的估算 ,注重 分析计 算 与工程 特点 相结 合 、水文 与气 象相结合 、定性 与定量相结合 、成 因分析 与数理统 计相结合 l。 2.2.1 分析计算与工程特点相结合 众所周知 ,在一条河流的同一坝址,若工程的规模不同,则 对 PMP/PMF的要求往往也会有所不同。例如 :若修建高坝大 库,则从防洪上说,影响工程设计的是洪水总量 ,因此要求设计 洪水 的历 时相对较 长 ,其相应 的暴雨可能 由多个暴雨 天气 系统 的叠加与更替所形 成 ;若修 建低 坝小库 ,则从 防洪上说 ,影 响工 程设计 的是洪峰流量 ,因此要 求设计 洪水 历 时相对 较短 ,其 相 应 的暴雨 可能 由单 一 的暴 雨天 气 系统 或 局地 强对 流 所形 成 。 故对 PMP/PMF的分析计算,必须结合特定工程对 PMF的客观 要求来进行,使所得成果尽可能接近实际 。 2.2.2 水文与气象相结合 从科学发展的要求上看,PMP/PMF研究属于水文气象学 的范畴,而水文气象学是水文学和气象学 的边缘科学,需要这 二者相互渗透、相互融合,而且还要突破一些各 自的传统观念。 例如:水文工作者往往只注意研究流域内的暴雨与洪水,而忽 视邻近地区的暴雨 与洪水 ,只重视 统计 计算 ,而 忽视 气象 成 因 分析 ;气象工作者往往只注意从气象角度考虑问题,而忽视水 文特点和工程设计对 PMP的要求等。所 以中国在 PMP/PMF 研究工作 中 ,强调 水 文与气 象相 结 合 。黄 河三 花 间 PMP/PMF . 2 · 研究之 所以能够取得成功 ,原因是研 究过程 中水文工作 者 与气 象工作 者做 到了很好 的结合 。 从 工作方法上看 ,中国 PMP/PMF研究融人 了水文工作 者在 水文分析计算工作 中积累的一系列经验 ,主要强调以下几点 。 (1)充分运用历史特大暴雨/洪水资料。历史上曾经发生 过 的特大暴雨/洪水 ,反映 的特 点更接 近于 PMP/PMF。中 国从 20世 纪 50年代开始 ,在全 国范 围开展 了大规模 的历史 洪水调 查工作 ,取得 了大量宝贵的资料 (全 国共有 11600余 篇原 始调 查 报告 )。为使这些 资料能 全部公 开面世 ,在 水利 部 的组织 和 支持下 ,由骆 承政主编 的《中 国历 史大洪 水调 查 资料汇 编》 叫 已于 2006年正式 出版 ,该 汇编包括 5544个河段约 20000次历 史大洪水资料 ,为开展 PMP/PMF研究工作提供 了宝贵 的资料 。 (2)对流域特征 和暴雨洪 水特 征进行 深入分析 ,深刻认 识 特大暴雨洪水 的基本规律 。流域特征包括地 理 、地形 、地质 、土 壤 、植被 、河 网等 。对地理 条件 的了解 ,主要是认识 设计 流域所 处 的地理位置 ,从而在宏观上对特大 暴雨 的天气 成因有定 性的 认识 。例如 :沿海地 区 中短 历时特 大暴 雨 多 由台风造 成 ,长历 时特大暴雨 多由锋 面雨(梅雨 )形成 ;而西北 内陆地 区短历 时特 大暴雨 多由雷暴 天气 造 成 ,中 长历 时特 大 暴雨 多 由涡 切 变形 成 。对地形 、地质 、土壤 、植被 、河网的 了解 ,有利 于正确认 识地 形对暴雨 的影响 ,以及 将 PMP转化 为 PMF时产流 和汇流 计算 方法 的正确 选择 与参数的合理定量 。对暴 雨洪水 特性 的分析 , 主要是 根据 实测和历史调查资料 的分 析 ,总结 归纳 出设 计流域 特 大暴 雨/洪水 的天气 成因和时空分布的主要规律 ’。 (3)用多种 方 法 (方 案 )经 综合 分 析后 ,合理 选 取 计 算结 果 。因为各 种方法都有其优缺点 和适 用条件 ,所 以采 用多种方 法平行计算 ,有助 于发 现问题 、揭露矛盾 ,进 而使最终选 取 的计 算 结果较为合理 。同时 ,这也是解决 “外包”(用 时面深 概化估 算 法估 算 PMP的关键步骤 ” )的有效 办法。在设 计洪水计 算 中 ,坚持 “多种方法 ,综合分 析 ,合理选 定”的原则 ,以确保设 计洪水成果的客观性 ,是 中国水文工作者 根据多年实 践总结 出 来的一条重要经验(最早由胡明思、陈家琦等于 20世纪 70年 代中期提 出)。 (4)对 PMP/PMF计算成果从多 方面进 行合理性 检查 。首 先审视计算过程各个环节 的处理和参数 的定 量是否 适 当,然后 用多种宏观尺度对 PMP/PMF计算成果进行衡量 ,看是否合理 , 从而把选定成果 的可能误差 减到最小 。所谓 宏观尺 度包括 :国 内外暴雨/洪水记录的外 包线 ;相 似 流域/地 区 的 PMP/PMF研 究成果 ,历史洪水和古洪水分析成果 ;暴 雨/洪水 频率分 析成果 (但 必须特别 注意 ,决 不能 用 PMP/PMF必须 大 于或 不得 小于 万年一遇暴雨/洪水 的框框来衡量 PMP/PMF的大小 )。从 多方面对水文设计成果进行合理性检查 ,也是中国的一条极其 重要 的经验 (最早 由叶永毅于 20世 纪 50年代 中期提 出 ),通过 这种检查 ,可 以保证分析计算成 果尽可能接 近实 际。如何进行 合理性检 查 ,文献 [21]作 了较系统 的总结 。 2.2.3 定性与定量相结合 中国推求PMP/PMF的基本方法 ’” 。I。是e暴雨模式{ 一 l极大化l—lPMPl—IPMFl。所渭定性与定量相结合,主要表 现在暴雨模式拟定环节对暴雨模 式的定性特 征作 出推 断 ,定性 人 民 黄 河 2013年第 3期 特征的 内容包 括暴 雨 类 型 、出现 季 节 、天气 成 因 、雨 带分 布 形 式 、暴雨 中心位置 、暴雨历时等 。这种 推断的 目的是 :保 证求 得 的 PMP/PMF能够满足特定 工程设计 对 PMF的要 求 ,同时也使 整个 PMP/PMF的分析计算工作有一个可靠的物理基础,从而 在宏观上保证 PMP/PMF估算成果的可靠性。 暴雨模 式定性特征推断的方法 :根据设计 流域及 相邻地 区实测 、调查和历史文献记载的特大暴雨/洪水资料与相关信 息 ,结合形成特大暴雨的气象条件及设计流域的形状 、地形地 貌和产流、汇流特性 ,从物理成因上进行综合分析 ,然后通过归 纳 ,并考虑设计工程对 PMF的要求 ,作出推断。黄河三花间暴 雨模式 的定性 特征 ’ 见表 l。 表 1 黄河三花 间暴雨模式的定性特征 项 目 特 征 暴雨模式定性特征推断的理论依据是特定流域尤其是大 流域特定工程 PMP/PMF的天气成 因类型是唯一 的。这 可以看 作是一条定律(至少可看作是一条假说 )。针对特定工程推 求 PMP/PMF时,首先要对暴雨模式的定性特征作出推断,这一 认识可以说是中国水文气象工作者对 PMP/PMF理论的重要贡 献 。 2.2.4 成 因分析 与数 理统 计相 结合 成因分析与数理统计相结合表现在以下4个方面。 (1)在认识暴雨/洪水规律上 ,先从数理统计人手进 行归类 , 再从物理成因的角度进行分析 ,找出共性 ,使认识得到深化 。 (2)在推求 PMP的“极大化”这一环节上 ,对“非高效暴 雨”进行水 汽因子和动力 因子联 合放大 时 ,一方 面从成 因分 析 的角度得到定性的认识,另一方面通过频率分析来确定可能最 大水汽因子和可能最大动力因子 ,避免取值的任意性。 (3)在 PMF的地区组成上,依照数理统计法推求设计洪水 地 区组成 所使用的“同频率控 制”的概念来解 决 PMF的地 区组 成问题 ,符合工程水 文界的思想认 识 。 (4)在对赫希费尔德 统计估 算法 (20世纪 60年代 初 HershfieldDM提 出的推求 中小 面积 PMP的方法 )的认 识 上 ,以往 人们 一般 把它归类为频率分析法 ,但是 中国水文工作 者认 为统 计估算法不应归人频率分析之列 ,而应归类为水文气象法中的 暴雨移置法,只不过移置的不是一场具体的暴雨,而是一个经 过数学处理的统计量,其移置改正不像水文气象法那样要进行 地理 、地形 等改正 ,而是用设计流域暴雨 的均值和 c 来改 正 。这样 ,就使人们对统计估算法的认识得到深化,也使 该方法的科学性得到提高 。应 当注意 的是 ,赫希费尔德提 出的 一 套查算图表只能在美国和相似地区(气象一致区)使用,并不 适用 于世界所有地 区。中 国水 文学 的奠 基人之 一谢 家泽教 授 十分 赞赏统计估算 法 :暴 雨移 置 ,愈具 体地 移 ,愈是 限制 条 件多 ,但如果提 出几个参数来 移 ,那么就简便得多 。 致谢 :本文承高治定教授 提 出宝贵意见 ,特 此致谢 

        参考文献 :

 [1] 水利部 ,电力工业部.SDT22-79水利水电工程设 计洪水计算 规范(试行 ) [S].北京 :水利 电力 出版社 ,1980.

 [2] 王 国安.淮河“75·8”洪水垮坝 的主要原 因分析及经验教训 [J].科技导报 , 2006(7):72—77.

 [3] 王国安.可能最 大暴雨和洪水计算原理与方法 [M].北京 :中国水利水 电出 版社 ,1999.

 [4] 王国安.黄河三花间可能最大洪水的分析 途径与体会 [J].人民黄河 ,1979, 1(3):14—19.

 [5] 詹道江 ,邹进 上.可能最大暴雨和洪水 [M].北京 :水利 电力出版社 ,1983.

 [6] 吴明远 ,詹道江 ,叶守泽 .工程水文学[M].北京 :水利电力出版社,1987.

 [7] 长江水利委员会水文局 ,南京水 文水资 源研究所 .水 利水 电工 程设计洪 水 计算手册 [M].北 京 :中国水利水 电出版社 ,1995. ‘ 

[8] 王维第 ,朱元 牲 ,王 锐琛.水电站 工程 水文 [M].南 京 :河 海大 学 出版社 , 1995.

 [9] 长江水利 委 员会.三 峡工 程水 文研 究 [M].武汉 :湖 北科 学技 术 出版社 , 1997. 

[1O] 林炳 章.分时段地形增强 因子法在 山区 PMP估算 中的应用 [J].河 海大学 学报 ,1988(6):40—52. [11] WMO.ManualforEstimationofProbableMaximumPreoccupation[M] 2nd ed. Geneva:W MO .1986.

 [12] WMO.AbridgedFinal ReportwithResolutionsandRecommendations[R]. Geneva:Secretariatofthe W MO ,2000.

 [13] WMO.AbridgedFinalReport withResolutionsandRecommendations[R]. Geneva:Secretariatofthe W M O,2004.

 [14] WMO.ManualonEstimationofProbableMaximum Precipitation(PMP)[M]. Geneva:W MO ,2009.

 [15] 世界气象组织.可能最大降雨估算手册[M].王国安,王煜,王春青,等, 译 .郑州 :黄河水 利出版社 ,2011.

 [16] 王 国安 .中美 PMP/PMF估算方法基本框架比较 [j].水文 ,2005(5):32— 34. 

[17] 王 国安 .论美 国 PMP/PMF估算 方 法基本 框 架 的合理性 [J].人 民黄河 , 2005,27(3):20—22. [18] 陈家琦 .中国水 资源 [G]∥钱正英.中国水 利.北 京:水 利电 力 出版社 , 1991:

[19] 王 国安 .中国 PMP/PMF研究 的先进性 简述 [J].人民黄河 ,2005,27(2): 1—5.

 [20] 骆承政 .中国历史大洪水调查资料汇编 [G].北京 :中国书店 ,2006.

 [21] 王 国安 ,李文家.水文设计成果 合理性评 价 [M].郑州 :黄河水利 出版社 , 2002.

 [22] 王 国安.可能最大降水 :途径 和方 法[J].人 民黄河 ,2006,28(11):18—2O.

 [23] WangGuoan.ProbableMaximum Precipitation:ApproachesandMethodology [R].Geneva:WMO,2004.

 [24] 王国安.水 文定理 、定律和假说初探 [M].郑州 :黄河水利出版社 ,2002.

 [25] 王 国安.水 库安全 、上 限洪水和 PMP/PMF的若 干问题 :与谢家泽教授的一 次谈话[j].黄河规划设计,2010(2):20—22. 



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2 宁利中 王安良

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