最高水位頻率是指河水高水位相應出現的幾率。為防比洪水對取水工程及洪泛區內構築物造成危害，根據水文資料推算工程所在位置的高水位及其各年間的變動，直接關係到構築物的安全。它是根據工程的重要程度及高水位對工程的危害程度擇定的。是工程設計防洪標準之一。
基本介紹
- 中文名：最高水位頻率
- 外文名：Maximum water level frequency
- 學科：土木工程
- 領域：建築工程
- 釋義：河水高水位相應出現的幾率
- 屬性：工程設計防洪標準之一
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簡介
我國海岸線曲折綿長。是世界上海洋災害最為嚴重的少數國家之一，其中風暴潮災害頻繁，是影響我國沿海地區最為嚴重的海洋災害。福建省是我國風暴潮災害較多的省份，風暴潮災害在一定程度上成為制約福建省濱江臨海地區經濟持續、穩定、健康發展的因素之一。對於風暴潮引起的極端水位的預測對於工程建設及海岸防護有著極其重要的作用。工程設計中對於堤防和洪水位有著不同的標準。最為常用的是100年一遇的極端高水位．在一些重要的大型城市的重現期要求更高，有的達到200年甚至更高的1000年一遇。如果計算中低估了極端高水位值將危及到人民的生命財產安全。在擁有長期水位數據的情況下，頻率分析方法以其計算快捷和易驗證的優點而被廣泛用於極端水位的估計，以Gumbel，Lognormal和Weibull為代表的頻率分析方法在不同站點都有過成功的套用，而現有的頻率分析方法可能還缺少在福建沿海的系統比較。
頻率分析方法
對於百年一遇的極端高水位的計算分析方法是利用已有站點的長期年最高值水位，選用合適的機率分布函式進行頻率分析推求不同重現期的極端高水位。據有關文獻記載，相關研究者從1914年開始使用適線法進行水文資料的頻率分析。這種方法的優點在於計算量小．比較容易通過已有的長期數據進行驗證，因而在我國沿海地帶被大量採用。在有長期數據的情況下，這種分析方法常被使用。
在我國東南沿海地區主要以Gumbel和Weibull模型為主，然而在已有研究中還缺少在福建海岸帶對這幾種方法的系統比較，因此就各種頻率分析方法的選擇比較以及進一步研究有著重要的理論意義和現實價值。
頻率分析計算方法
1.方法介紹
Sobey等人於2005年在美國太平洋海岸帶的極端水位研究中發現Lognorma和Weibull模型在極端水位估計中表現的較好，而Frechet模型則表現較差。在我國對於極端高水位的分析當中，Gumbel方法被廣泛採用，也取得了很多成功的套用。
福建省沙埕站作為福建海岸帶的代表站點，其年極值水位數據用於此次研究中來比較各種方法的表現。按照各種方法的應用程式，將各種方法套用於沙埕站點的年最高水位數據系列，數據長度為50年。
2.參數估計方法
對於Weibull、Lognormal、Gumbe1分布模型的參數估計選用最大似然估計(MLE)。因為它通常與其他方法相比無偏性更好，更加穩定並且精度高。最大似然法的基本思想是，尋找估計值使這個採樣的“可能性”最大化。由於對數是單調函式，這相當於對數最大化的可能性。
這些方法的另一主要區別在於對高端水位的擬合。最大的估計誤差出現在對最高歷史水位的預測上。對於沙埕站，回歸年為51年的最高歷史觀測水位是1.91m，而由Lognormal、Gumbel和Weibull模型的估計值分別為1.70m、1.64m和1.39m。
Lognormal相對於Gumbel略好，但是如果分別用這些方法推求100年，200年和1000年一遇的高水位那么差別會更大，其中在200年和1000年一遇的極端水位估計中，Lognormal模型會比Gumbel模型分別低估0.08m和0.13m。
從各種方法與實測值的比較中可以看到，Log—normal方法是表現最好的，與實測值相比擁有最大的相關性和最小的均方根誤差，對歷史最高值最小的估計誤差，相對於其他傳統方法更安全。可以推薦為研究地點的頻率分析方法。
總結
福建省是我國遭受颱風影響較嚴重的省份，對於風暴潮位的重現期的研究對評價海塘防禦能力具有重要的意義。
1．通過模型適線與兩個研究站點的實測數據相比較，Lognormal方法在對極端水位估計中，其表現優於其他方法，具有最好的相關係數和最小的均方根差，同時對歷史最高水位的估計中擁有最小的絕對誤差。
2．各種方法對歷史年最高水位數據的高端水位的估計中偏低，這有可能會帶來對極端水位的偏低估計，因此在這一點上，Lognormal方法是相對其他方法偏安全的，得出的結論對工程套用也有實際的借鑑價值。
