西江洪水归槽影响下非一致性洪水频率计算方法研究

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽，改变了原天然河道的洪水槽蓄关系，使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面，对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足，对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。本项目将采用水文变异诊断系统对西江流域的水文要素进行变异分析，以识别其时空变异规律；研制西江中下游干支流洪水及区间暴雨洪水的多输入单输出概念性水文模型，以模拟其洪水形成过程；提出基于MISOCHM模型的非一致性洪水频率计算方法、基于HHT变换的非一致性洪水频率计算方法，以推求变化环境下河道断面的洪水频率分布，并结合西江流域防洪规划评价西江堤防现状和未来的防洪能力。其研究成果不仅对变化环境下的水循环和水安全研究具有重要的理论意义，而且对于流域防洪规划和洪水灾害风险评估具有重要的实际应用价值。

西江流域由于大量兴建堤防工程导致洪水归槽，改变了原天然河道的洪水槽蓄关系，使得用于防洪规划和洪水灾害风险评估的洪水序列失去了一致性。目前洪水归槽问题研究主要集中在出槽洪水的归槽还原计算方面，对于干支流洪水与区间洪水的遭遇考虑不足，对洪水发生变异的成因及非一致性洪水的频率计算方法也缺乏系统性的研究。本项目提出了水文变异诊断系统，不仅可以从整体上识别与检验水文序列变异及其变异程度，而且可以识别非一致性序列变异的形式，解决了水文变异单一方法有时检验结果不合理，多种方法常常检验结果不一致的问题；采用水文变异诊断系统对西江中游七个水文站两个区间1958~2007年的水文要素序列进行变异分析，得出其时空变异规律为西江中游干流上的武宣、大湟江口和梧州站的洪峰流量序列关系密切，均在1991年发生了跳跃上升的中变异，而支流上的站点间以及站点和区间之间联系程度不紧密，位于蒙江上的太平站于1993年出现了跳跃上升的中变异，北流河上的金鸡站于1976年发生了跳跃下降的弱变异，其余站点的洪峰流量序列和区间降水没有发生变异；利用西江中游1958-2007年七个水文站的年最大洪峰流量序列和两个区间（武江区间和江梧区间）的年最大一日降雨序列，分别建立了西江中游两区间的多输入单输出水文相关模型（MISOHRM），从成因的角度分析了西江中游干流控制站点大湟江口和梧州站洪水的组成和影响因子；提出了基于MISOHRM模型的非一致性洪水频率计算方法，基于干支流水文要素的因果关系和时空变异规律解决了非一致性洪水序列的频率计算问题，并对梧州站的堤防防洪能力进行了分析，结果显示梧州站堤防的防洪能力有显著降低的趋势，在安全超高2.0~2.5m的条件下，其右堤可以抵御的洪水标准从过去条件下的77.13 ~ 145.90年一遇，降低到现状条件下的6.20~10.93年一遇，左堤则从24.53~39.72年一遇降到3.13~4.25年一遇；提出了基于希尔伯特-黄变换的非一致性洪水频率计算方法，据此推求出西江大湟江口站过去、现状、未来三个时期的洪水频率分布，结果表明在相同重现期的情况下，其洪峰流量量级越来越大，而在相同洪峰流量的情况下，其发生频率越来越高，且重现期越来越短。上述研究成果不仅对变化环境下的水循环和水安全研究具有重要的理论意义，而且对于流域防洪规划和洪水灾害风险评估具有重要的实际应用价值。