工程水文徑流還原計算初步探討

郭浩洋 胡鑫

摘要：水文觀測資料系列的一致性是運用數理統計法進行水文計算的前提。由于人類活動的不斷開展，流域下墊面條件變化劇烈，許多水文觀測斷面的實測徑流資料與天然狀況差別很大。還原計算就是將觀測資料中受影響的部分還原到天然狀況。常用的方法有分項還原法和降水徑流相關法。

關鍵詞：天然狀況還原計算

一、進行水文資料還原計算的必要性

數理統計法是根據水文現象的隨機性特點，運用概率論和數理統計的方法，分析水文特征值得的統計規律，對未來的水文情勢做出概率預估，為工程的設計規劃和施工提供基本依據。數理統計法是目前水文分析計算的主要方法，但應用數理統計法的前提是統計系列具有一致性，即要求組成系列的每個觀測資料具有相同的成因，不同成因的觀測資料是不能作為一個統計系列的。這是因為從概率的角度講，每一個實測的資料都可以看成是一個隨機的事件，而要從大量的隨機事件得出統計規律，就要求這些隨機事件具有相同的觸發條件，是可重復的。對于河流徑流水文計算而言，它的一致性是建立在氣候條件和下墊面條件的穩定性上的。一般認為，一個地區的氣候條件的變化是及其緩慢的，可以當做是相對穩定的，但下墊面條件卻由于人類活動而迅速變化，從而改變了徑流系列的一致性。特別是近幾十年來，人們修建了大量的水利工程，對下墊面條件影響十分顯著，許多水文觀測斷面的實測徑流資料與天然狀況差別很大。因此，在利用這些測站的長系列的徑流觀測資料作水文計算時，必須進行合理的修正，還原到天然狀況，也就是進行還原計算。

二、常用的徑流還原計算方法

1 分項還原法

分項還原法是以水量平衡為基本原理的還原計算方法。它將影響徑流的成因分項細化，利用調查資料逐項還原到天然狀況。在還原計算的過程中，理論上應將所有影響徑流形成的因素進行還原，但是這會大大增加調查成本，而且對于一些影響因素的調查也十分困難，因此可結合實際忽略一些對徑流形成影響較小的因素。利用分項還原法的一般公式為：

W天然=W實測+W還原=W實測+W灌+W工+?駐W蓄+W損+W引

式中，W天然為還原后的天然徑流量；W實測為實測的徑流量；W還原為分項還原的總水量；W灌為農業灌溉耗水量；W工為工業用水量；?駐W蓄為水庫蓄水變化量，增加為正，減少為負；W損為水庫損失水量；W引為跨流域引水水量。

2 降水徑流相關法

降水徑流相關法是根據一個斷面以上未受人類活動影響或影響較小的降水、徑流資料建立降水徑流相關關系，通過建立的降水徑流相關關系和需要還原年份的降水實測資料來計算天然狀況的年徑流量。降水徑流相關法應用的是數理統計的原理和方法，應用起來關系簡單明了，但對應用條件的要求比較高。由于要建立相關關系，這種方法要求測站在該流域未遭受人類活動影響（一般取未大量興建水利工程時）之前有長期可靠的資料記錄。用這種方法還原的天然徑流量實際上是建立相關關系數據資料所屬的那個時段的天然徑流量。

3其它常用的還原計算方法

用于徑流還原計算的方法很多，比較常用的傳統方法還有蒸發差值法以及模型法等。蒸發差值法是通過蒸發量變化計算天然年徑流的一種方法。模型法是應用產流模型來進行徑流的還原計算，這種方法隨著計算機的普及應用而在近期較多采用。除了以上幾種還原計算方法，近些年又有人提出了很多新方法，比如遺傳BP神經網絡法，小波多尺度分解法等，本文不再介紹。

三、對以上兩種常用徑流還原計算方法的認識和體會

1 分項還原法

分項還原法是計算天然年徑流的傳統方法，還原分項意義明確，概念清晰，易于操作，計算簡便。但這種方法也存在較多的不足。首先，分項還原法適用于流域邊界明晰，用水、供水、耗水資料條件較好的地區，其還原水量的精確度受限于資料的正確性。例如對于農業用水，在分項還原計算中占有較大比重，但大多缺乏實測記錄，在調查中又往往難以取得當年灌溉的準確資料，這就使得還原計算的精度受到影響。其次，分項還原法在還原計算中，未考慮流域內由于地下水開采、城市面積不斷擴大對徑流的影響。再次，分項還原法在還原計算中會忽略一些對河流徑流形成影響較小的因素，但不同的時間和空間條件下，河流形成過程會有所不同，因此，對還原因素選擇的恰當性也會影響結果的精度。

2 降水徑流相關法

降水徑流相關法利用降水與徑流的相關關系還原徑流，方法簡便明了，對下墊面比較一致且資料較全的地區，具有很好的使用效果，得到廣泛的應用。同樣，降水徑流相關法也有很多的缺點。第一，這種方法的使用條件比較嚴格，它要求流域的下墊面條件比較一致且具有長期可靠的徑流資料。第二，徑流是在降水、下滲、蒸發等因子共同作用下形成的，因此一般情況下降水徑流之間的關系并不能反映流域的實際情況，應當引入其它的影響因子。第三，由于資料系列長度的原因，降水徑流相關法的計算結果不宜外延，外延的精度不準確。

四、結語

徑流系列的還原計算是水資源評價的重要內容。本文對徑流還原計算方法進行了初步的探討。分析了進行徑流還原計算的必要性，詳細介紹了兩種常用的徑流還原計算方法，分析了這兩種方法的利弊和各自的適用條件。徑流系列的還原計算是一個復雜的問題，隨著經濟飛速發展，城鎮化進程的加快，流域的條件會更加復雜，因此，尋求新形勢、新情況下的新方法是從事水資源評價的廣大水利工作者努力的方向。■

參考文獻

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