淺談年徑流的分析要領(lǐng)

　　摘要：年徑流的分析計(jì)算是為水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)的，年徑流分析計(jì)算成果與用水資料相配合，進(jìn)行水庫(kù)調(diào)節(jié)計(jì)算，便可求出水庫(kù)的興利庫(kù)容。年徑流分析計(jì)算成果是進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是制定和實(shí)施國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的重要依據(jù)之一。文章對(duì)年徑流的分析要領(lǐng)進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：年徑流特征；年降水量；年徑流系數(shù)

　　年徑流是一個(gè)年度內(nèi)在河槽里流動(dòng)的水流。年徑流分析計(jì)算要求提供兩種不同類(lèi)型的成果：一種是長(zhǎng)系列年、月徑流資料；另一種是代表年的月徑流過(guò)程。在分析計(jì)算這兩種成果時(shí)，都有徑流資料充足、徑流資料不足和缺乏徑流資料三種情況。因此，年徑流分析計(jì)算方法共有六種，要求掌握各類(lèi)方法的原理和內(nèi)容，以及相同和不同之處。在開(kāi)始做某設(shè)計(jì)站的年徑流分析計(jì)算時(shí)，首先要對(duì)徑流資料進(jìn)行“三性”（可靠性、一致性、代表性）審查。

　　為了深刻認(rèn)識(shí)年徑流及其變化規(guī)律，就必須從物理成因方面去分析和研究影響年徑流的因素，尤其在徑流資料短缺時(shí)，顯得更為重要。當(dāng)具有短期實(shí)測(cè)徑流資料時(shí)，常常需要建立年徑流量與有關(guān)因素之間的相關(guān)關(guān)系來(lái)展延年徑流系列；當(dāng)缺乏徑流資料時(shí)，常用水文比擬法或等值線圖法來(lái)推估年徑流量，上述情況都要分析影響年徑流的因素。

　　一、影響年徑流的因素

　　我們通常用水量平衡方程來(lái)研究影響年徑流的因素。對(duì)于閉合流域，年水量平衡方程為：

　　P=R+E+△W（5-3）

　　其中年徑流量R的大小取決于年降水量P和年蒸發(fā)量E，還與流域蓄水變化量△W有關(guān)。前兩項(xiàng)屬于流域氣候因素，而后一項(xiàng)則主要取決于流域下墊面因素以及人類(lèi)活動(dòng)情況。在多年平均情況下，△W各年有正有負(fù)，使，故得多年平均的流域水量平衡方程為：

　　P0=R0+E0（5-4）

　　因此，影響多年平均年徑流量的因素主要是流域的氣候因素。

　　在氣候因素中，年降水量與年蒸發(fā)量對(duì)年徑流量的影響程度，隨流域所在地區(qū)不同而有差異。流域下墊面因素對(duì)年徑流也有一定的影響。流域下墊面因素包括地形、土壤、地質(zhì)、植被、湖泊、沼澤和流域面積等。這些因素對(duì)年徑流的作用，一方面表現(xiàn)在流域蓄水能力上，另一方面通過(guò)對(duì)降水和蒸發(fā)等氣候條件的改變間接地影響年徑流。此外，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)年徑流也有影響。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)年徑流的影響，包括直接與間接兩個(gè)方面。直接影響如跨流域引水，將本流域的水量引到另一流域，或?qū)⒘硪涣饔虻乃�引到本流域，都直接影響河川的年徑流量�?/p>

　　二、年徑流分析計(jì)算的目的

　　年徑流分析計(jì)算是水資源利用工程中最重要的工作之一。設(shè)計(jì)年徑流是衡量工程規(guī)模和確定水資源利用程度的重要指標(biāo)。推求不同保證率的年徑流量及其分配過(guò)程，就是設(shè)計(jì)年徑流分析計(jì)算的主要目的。

　　設(shè)計(jì)保證率：水資源利用工程包括水庫(kù)蓄水工程、供水工程、水力發(fā)電工程和航運(yùn)工程等，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，用保證率表示，反映對(duì)水利資源利用的保證程度，即工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的既定目標(biāo)不被破壞的年數(shù)占運(yùn)用年數(shù)的百分比。

　　破壞率：水資源利用程度，在分析枯水徑流和時(shí)段最小流量時(shí)，還可用破壞率，即破壞年數(shù)占運(yùn)用年數(shù)的百分比來(lái)表示，在概念上更為直觀。

　　保證率和破壞率的換算：設(shè)保證概率為p，破壞概率為q，則p＝1-q。

　　三、年徑流系列的一致性和代表性分析

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　　應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行年徑流的分析計(jì)算時(shí)，一個(gè)重要的前提是年徑流系列應(yīng)具有一致性。就是說(shuō)組成該系列的流量資料，都是在同樣的氣候條件、同樣的下墊面條件和同一測(cè)流斷面上獲得的。其中氣候條件變化極為緩慢，一般可以不加考慮。人類(lèi)活動(dòng)影響下墊面的改變，有時(shí)卻很顯著，為影響資料一致性的主要因素，需要重點(diǎn)進(jìn)行考慮。測(cè)量斷面位置有時(shí)可能發(fā)生變動(dòng)，當(dāng)對(duì)徑流量產(chǎn)生影響時(shí)，需要改正至同一斷面的數(shù)值。

　�。ǘ�）年徑流系列的代表性分析

　　年徑流系列的代表性，是指該樣本對(duì)年徑流總體的接近程度，如接近程度較高，則系列的代表性較好，頻率分析成果的精度較高，反之較低。

　　樣本對(duì)總體代表性的高低，可通過(guò)對(duì)二者統(tǒng)計(jì)參數(shù)的比較加以判斷。但總體分布是未知的，無(wú)法直接進(jìn)行對(duì)比，只能根據(jù)人們對(duì)徑流規(guī)律的認(rèn)識(shí)以及與更長(zhǎng)徑流、降水等系列對(duì)比，進(jìn)行合理性分析與判斷。常用的方法如下：

　　1．進(jìn)行年徑流的周期性分析。對(duì)于一個(gè)較長(zhǎng)的年徑流系列，應(yīng)著重檢驗(yàn)它是否包括了一個(gè)比較完整的水文周期，即包括了豐水段(年組)、平水段和枯水段，而且豐、枯水段又大致是對(duì)稱分布的。

　　2．與更長(zhǎng)系列參證變量進(jìn)行比較。參證變量系指與設(shè)計(jì)斷面徑流關(guān)系密切的水文氣象要素，如水文相似區(qū)內(nèi)其他測(cè)站觀測(cè)期更長(zhǎng)，并被論證有較好代表性的年徑流或年降水系列。

　　四、年徑流的頻率分析

　　水文要素頻率分析的通用方法，在前面已有詳細(xì)闡述，此處重點(diǎn)針對(duì)年徑流的特點(diǎn)，補(bǔ)充介紹一些應(yīng)予注意的事項(xiàng)。

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　　日歷年度：當(dāng)年徑流資料經(jīng)過(guò)審查、插補(bǔ)延長(zhǎng)、還原計(jì)算和資料一致性和代表性論證以后，應(yīng)按逐年逐月統(tǒng)計(jì)其徑流量，組成年徑流系列和月徑流系列。這些數(shù)據(jù)絕大部分可自《水文年鑒》上直接引用，但須注意《水文年鑒》上刊布的數(shù)字是按日歷年分界的，即每年l-12月為一個(gè)完整的年份。

　　水文年度：在計(jì)算流域水量平衡關(guān)系時(shí)，最好采用水文年度。一個(gè)水文年度內(nèi)的徑流應(yīng)該是該水文年度的降水所產(chǎn)生的。

　　水利年度：在水資源利用工程中，為便于水資源的調(diào)度運(yùn)用，常采用水利年度，有時(shí)亦稱為調(diào)節(jié)年度。它不是從1月份開(kāi)始，而是將水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容的最低點(diǎn)作為一個(gè)水利年度的起始點(diǎn)，周而復(fù)始加以統(tǒng)計(jì)，建立起一個(gè)新的年徑流系列。

　　當(dāng)年徑流系列較長(zhǎng)時(shí)，用上述日歷年度、水文年度或水利年度所獲得的系列做出的頻率分析成果是很接近的。

　�。ǘ�）線型與參數(shù)估算

　　經(jīng)驗(yàn)表明，我國(guó)大多數(shù)河流的年徑流頻率分析，可以采用P-Ⅲ型頻率分布曲線，但規(guī)范同時(shí)指出，經(jīng)分析論證亦可采用其他線型。

　　P-Ⅲ型年徑流頻率曲線有三個(gè)參數(shù)，其中均值一般直接采用矩法計(jì)算值；變差系數(shù)可先用矩法估算，并根據(jù)適線擬合最優(yōu)的準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)整；偏態(tài)系數(shù)一般不進(jìn)行計(jì)算，而直接采用的倍比。在進(jìn)行頻率適線和參數(shù)調(diào)整時(shí)，可側(cè)重考慮平、枯水年份年徑流點(diǎn)群的趨勢(shì)。

　　五、年徑流資料的審查分析

　�。ㄒ唬┵Y料可靠性分析

　　資料的可靠性審查是要鑒定原始資料的可靠性程度。流量測(cè)驗(yàn)整編資料是年徑流計(jì)算的依據(jù)。為保證計(jì)算成果的質(zhì)量，應(yīng)在了解原測(cè)驗(yàn)整編方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)必要的分析計(jì)算，審查，驗(yàn)證原整編成果，如上下游水量平衡檢查，年降雨徑流關(guān)系分析等。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)會(huì)同原整編刊印單位進(jìn)一步審查。如在測(cè)驗(yàn)誤差幅度以內(nèi)，且對(duì)設(shè)計(jì)值影響不大，可以不改。如有明顯誤差或系統(tǒng)誤差，應(yīng)作必要的修正。通過(guò)資料可靠性審查，對(duì)歷年實(shí)測(cè)徑流資料的可靠程度（誤差幅度）應(yīng)有一明確評(píng)價(jià)。

　�。ǘ�）資料一致性分析

　　頻率計(jì)算中所用的統(tǒng)計(jì)系列應(yīng)由同一成因的資料組成。對(duì)于年徑流資料來(lái)所，資料的一致性表現(xiàn)在流域氣候條件和下墊面條件的穩(wěn)定性上。當(dāng)氣候條件或下斷面有顯著變化時(shí)，資料的一致性就會(huì)遭到破環(huán)。一般認(rèn)為，影響年徑流的因數(shù)中，流域氣候條件變化是緩慢的，即從短短幾十年或幾百年來(lái)看，可認(rèn)為是相對(duì)穩(wěn)定的。但下斷面條件卻可能由于人類(lèi)活動(dòng)而有顯著變化。例如上游修建了引水工程，則工程建成后下游實(shí)測(cè)徑流資料的一致性便遭到破環(huán)。遇此情況，應(yīng)將引水工程修建后的資料進(jìn)行還原計(jì)算，修正到工程建造前的同一基礎(chǔ)上。如果下墊面條件的變化不顯著，則不必進(jìn)行修正。

　　年徑流設(shè)計(jì)值原則上應(yīng)為天然徑流設(shè)計(jì)值，即要求還原到同一成因基礎(chǔ)的天然狀態(tài)。

　�。ㄈ�）資料代表性分析

　　資料代表性是指樣本資料的統(tǒng)計(jì)特性能否很好的反映總體的統(tǒng)計(jì)特性。若樣本對(duì)總體的代表性不好，就會(huì)給計(jì)算成果帶來(lái)誤差。

　　1．長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析

　　由于總體的概率分布是未知的，代表性的鑒別一般只能通過(guò)與更長(zhǎng)期的系列作比較來(lái)衡量。一般分析資料代表性的方法是：設(shè)某站具有n年的實(shí)測(cè)資料年徑流資料，為了檢驗(yàn)著這一資料系列的代表性，可在同一氣候區(qū)內(nèi)，選擇下墊面條件相似且具有長(zhǎng)系列年徑流資料的測(cè)站作參證站，來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。

　　上述方法是基于這樣兩個(gè)假定：

　　長(zhǎng)系列的代表性比短系列的代表性高，因而可以長(zhǎng)系列為基礎(chǔ)來(lái)檢驗(yàn)短系列的代表性。

　　同一氣候區(qū)內(nèi)，參證站與設(shè)計(jì)站年徑流量的時(shí)序變化具有相當(dāng)高的一致性，因而可以把參證站的代表期直接移用于設(shè)計(jì)站。

　　2．累積平均統(tǒng)計(jì)分析

　　累積平均統(tǒng)計(jì)分析是對(duì)具有長(zhǎng)系列的年徑流量，自現(xiàn)在起逐年依次逆時(shí)序按下式計(jì)算累積均值：

　　1=W1

　　2=1/2（W1+W2）

　　……

　　n=1/n（W1+W2+Wn）

　　式中：1，2，…，n——年徑流量累積均值；

　　W1，W2，…，Wn——自現(xiàn)在起依次逆時(shí)序各年的年徑流量；n——資料年數(shù)。

　　以年徑流量累積均值與時(shí)間（年）點(diǎn)繪成的關(guān)系線稱為累積均值過(guò)程線。該過(guò)程線反映了年徑流量的豐枯變化，它隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，變幅越來(lái)越小，變化趨勢(shì)穩(wěn)定。達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短與豐枯變化及變幅有關(guān)，在一定程度上反映了資料系列的代表性。一般認(rèn)為參證站累積均值過(guò)程線達(dá)到穩(wěn)定的這段時(shí)間代表性較高，設(shè)計(jì)站這段時(shí)間的代表性也較高。

　　六、結(jié)語(yǔ)

　　年徑流分析計(jì)算成果是進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是制定和實(shí)施國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃的重要依據(jù)之一。做好年徑流的分析計(jì)算，可以對(duì)今后做好水資源管理及地表水開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。