Гидрология паводков

Гидрология паводков — это изучение и оценка паводковых стоков, включая их физическое образование и статистический анализ их величины и вероятности для проектирования и оценки рисков.

Definition

Гидрология паводков — это раздел гидрологии поверхностных вод, занимающийся возникновением, величиной, частотой и оценкой паводков, то есть высоких стоков, превышающих нормальную пропускную способность русла, включая статистическую характеристику, используемую в проектировании и управлении рисками.

Scope

Эта тема охватывает образование паводков, статистическую оценку величин паводков и периодов повторяемости (анализ частоты паводков), а также концепцию расчетного паводка, используемую в инженерии. Она опирается на гидрографы и процессы стока дождевых вод, рассматриваемые в других разделах, и фокусируется на экстремально высоких значениях стока.

Core questions

• Как оцениваются величины паводков и их вероятности по данным наблюдений?
• Что такое период повторяемости и как его следует интерпретировать?
• Как выбираются расчетные паводки для инфраструктуры?
• Как можно сделать оценки паводков на неизученных участках?

Key concepts

• Ряд годовых максимумов
• Распределения частоты паводков
• Период повторяемости и вероятность превышения
• Расчетный паводок
• Региональная частота паводков
• Квантили паводков

Key theories

Анализ частоты паводков

Годовые пиковые расходы рассматриваются как случайные величины и аппроксимируются вероятностными распределениями для оценки квантилей паводков и периодов повторяемости, что обеспечивает статистическую основу для проектирования и картирования пойм.

Стандартизированные рекомендации по частоте паводков

Официальные руководства, такие как Бюллетень 17C США, предписывают последовательные методы (выбор распределения, оценка параметров, обработка низких выбросов и исторических паводков) для расчета частоты паводков в регулирующей практике.

Clinical relevance

Гидрология паводков обеспечивает расчетные расходы для плотин, мостов, дамб и дренажных систем, карты затопления, используемые в планировании землепользования и страховании, а также оценки, лежащие в основе предупреждения о паводках и снижения рисков; неправильная оценка частоты паводков может привести к недо- или перепроектированию и небезопасной инфраструктуре.

Evidence & guidelines

Регулируемая оценка паводков часто следует национальным рекомендациям, таким как Бюллетень 17C в США, который стандартизирует используемые распределения, оценку параметров и обработку данных, чтобы оценки частоты паводков были последовательными и обоснованными.

History

Статистический анализ частоты паводков развивался на протяжении 20-го века по мере увеличения продолжительности записей речного стока, опираясь на теорию экстремальных значений; национальные руководства (например, серия Бюллетеней 17 США, обновленная до 17C в 2019 году) стандартизировали методы, в то время как регионализация распространила оценки на неизученные водосборы.

Debates

Стационарность в частоте паводков

Традиционный анализ частоты паводков предполагает стационарный климат, но землепользование и изменение климата могут сделать статистику паводков нестационарной, что вызывает дебаты о том, следует ли и как включать тенденции и нестационарные методы в расчетные оценки.

Key figures

• Jery R. Stedinger
• Ven Te Chow

Seminal works

• chow1988
• stedinger1993
• england2019

Frequently asked questions

Могут ли два 100-летних паводка произойти в последовательные годы?

Да. Вероятность 100-летнего паводка составляет около одного процента в любой год независимо от предыдущих лет, поэтому возможны последовательные крупные паводки; период повторяемости описывает долгосрочную среднюю частоту, а не фиксированный график.

Почему анализ частоты паводков является неопределенным?

Данные наблюдений обычно коротки по сравнению с редкими событиями, которые оцениваются, выбор вероятностного распределения влияет на результаты, а предположения о стационарности могут не выполняться в условиях изменения климата и землепользования, поэтому оценки паводков сопряжены со значительной неопределенностью.