洪水水文学

洪水水文学是对洪水流量进行研究和估算，包括其物理生成过程以及用于设计和风险评估的洪水流量大小和概率的统计分析。

Definition

洪水水文学是地表水水文学的一个分支，关注洪水的发生、量级、频率和估算，即超过正常河道容量的高流量，包括用于设计和风险管理的统计特征描述。

Scope

本主题涵盖洪水的生成、洪水流量大小和重现期（洪水频率分析）的统计估算，以及工程中使用的设计洪水概念。它借鉴了其他地方介绍的水文过程线和降雨径流过程，并侧重于水文情势的极端高流量部分。

Core questions

• 如何根据记录估算洪水流量大小及其概率？
• 什么是重现期，应如何解释？
• 基础设施的设计洪水如何选择？
• 如何在未设站的地点进行洪水估算？

Key concepts

• 年最大值序列
• 洪水频率分布
• 重现期和超越概率
• 设计洪水
• 区域洪水频率
• 洪水分位数

Key theories

洪水频率分析

将年洪峰流量视为随机变量，并用概率分布进行拟合，以估算洪水的分位数和重现期，为设计和洪泛区测绘提供统计基础。

标准化洪水频率指南

官方指南，例如美国Bulletin 17C，规定了在监管实践中计算洪水频率的一致方法（分布选择、参数估算、低异常值和历史洪水的处理）。

Clinical relevance

洪水水文学为水坝、桥梁、堤防和排水系统提供设计流量，为土地利用规划和保险提供洪水地图，并为洪水预警和风险降低提供估算依据；错误估算洪水频率可能导致基础设施设计不足或过度，甚至不安全。

Evidence & guidelines

洪水估算的监管通常遵循国家指导方针，例如美国的Bulletin 17C，该指南标准化了所使用的分布、参数估算和数据处理方法，以确保洪水频率估算的一致性和可靠性。

History

随着径流记录的延长，统计洪水频率分析在20世纪得到了发展，并借鉴了极值理论；国家指南（例如美国Bulletin 17系列，于2019年更新为17C）标准化了方法，而区域化则将估算扩展到未设站的流域。

Debates

洪水频率的平稳性

传统的洪水频率分析假设气候是平稳的，但土地利用和气候变化可能导致洪水统计数据非平稳，引发了关于是否以及如何将趋势和非平稳方法纳入设计估算的争论。

Key figures

• Jery R. Stedinger
• Ven Te Chow

Seminal works

• chow1988
• stedinger1993
• england2019

Frequently asked questions

两次百年一遇的洪水会连续发生吗？

是的。百年一遇的洪水在任何一年发生的概率约为1%，且独立于前几年，因此连续发生大洪水是可能的；重现期描述的是长期平均频率，而非固定时间表。

为什么洪水频率分析存在不确定性？

相对于所估算的罕见事件，记录通常较短，概率分布的选择会影响结果，并且在气候和土地利用变化下，平稳性假设可能不成立，因此洪水估算存在很大的不确定性。