水文计算

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水文计算(Hydrological Computation)

　　水文计算是指按一定目的对水文资料进行整理、分析、计算以提供工程规划、设计、施工和管理所需的水文数据的工作^[1]。水文计算的主要内容包括：基础资料的搜集与整理，径流分析计算，设计洪水计算，河流泥沙计算，水库水面蒸发分析计算，厂、坝区水位流量关系拟定等^[2]。

　　从水文现象的基本特征可以看出，水文现象的时空变化规律是错综复杂的。为了寻找它们的变化规律，做出定量或定性的描述，首要的是进行长期的、系统的观测工作，收集掌握充分的水文资料，然后根据不同的研究对象和资料条件，采取各种有效的分析研究方法。目前，水文分析计算方法大致可分为以下三大类：

　　1.成因分析法

　　河流在任一时刻所呈现的水文现象都是一定客观因素条件下的必然现象。成因分析法就是通过对观测资料或实验资料的分析，建立某一水文特征值与某影响因素之间的函数关系，预测未来的水文情势。由于影响水文现象的因素很多，观测资料相对较少，因此，目前这种方法还不能完全满足规划的实际需要。

　　2.地理综合法

　　由于水文现象具有区域性的特征，其变化在区域内的分布有一定的规律，在水文观测资料比较少的地区可以借用邻近地区的资料来进行推算。这种利用已有固定观测站的长期观测资料确定各水文特征值在区域内的时空分布规律、预估无资料流域未来水文情势的方法称为地理综合法。地理综合法对于解决缺乏资料流域水文特征值的推算，具有非常重要的作用。但这种方法并不能圆满地分析出水文现象的物理成因。

　　3.数理统计法

　　数理统计法就是根据水文现象的随机性，运用概率论和数理统计的方法，分析水文特征值系列的统计规律，井进行概率预估，从而得出水资源保护规划所需的设计水文特征值。数理统计法是目前水文计算中采用的主要方法。该方法应用在水文统计中时，通常利用已收集到的实测资料为样本，分析各实测值的出现频率及其抽样误差，以此作为该水文系列总体的规律性，预测未来的水文情势和水资源质量的安全度，从中选定合理的设计参数，从而解决规划问题。收集水文资料时，应注意满足以下要求。

　　(1)可靠性分析

　　水文资料的来源及获取方式的不同，会形成水文资料可靠程度的差别。一般认为《水文年鉴》中的数据比较可靠。在规划区域内进行水文测验，对于实测结果，应进行可靠性判别工作，如上、下游水位是否协调，区域测流结果所反映的水量是否平衡，各测站水位基准是否相同等。如果出现问题，则需要研究出现问题的原因，判别是系统误差还是偶然误差。

　　(2)一致性分析

　　分析资料的一致性，即分析实测序列中的资料是否在同一条件下得到的，一致性分析是水资源调查评价等分析工作的基本要求之一。如径流系列的一致性分析，常通过降水径流关系来评价，如果不同年份的点据基本呈单一线，则系列具有较好的一致性；反之，则表明系列的一致性遭到破坏，需进行一致性修正。分析过程一般包括两个阶段，即确定系列变化的转折年份和修正系数。

　　(3)代表性分析

　　水文条件需要确定保证率。它是一种总体特征，由于总体是未知的，需用样本进行估汁，一般认为实测序列长，即大样本代表性好。根据我国实测水文资料的情况及水文工作的经验，一般认为实测序列在15 a以上即认为具有代表性，低于这个数字，代表性则较差。考虑到前述资料的一致性要求，以实测序列不能少于10 a作为最低要求。资料系列的代表性一般可通过降水或径流的差积曲线分析，分析系列的丰枯变化特征。代表性不好时，需要延长进行计算用的代表序列。代表序列中如有缺项，则需要进行插补。一般采用相关分析的方法解决延长和插补问题。通过寻求系列更长、缺测少、有成因联系且相关性好的邻近站点，利用相关函数对实测序列进行延长或插补。

　　(4)独立性分析

　　水文统计分析中把河湖水文现象看成是一种随机事件，因此选定资料应具有一定的独立性，彼此有关系的资料不能收入同一系列。一般一年中只取一个同类水位或流量实测资料组成的系列独立性好，一年中取多个资料组成的系列独立性较差。由于样本资料较少，利用数理统计方法得到的结果必然与总体的真实结果有一定的差距，这就需要结合成因分析法，有时还要结合地理综合法来进行综合性分析，对数理统计结果给予必要的修正。