聊一聊水文计算成果的合理性分析

水文计算成果的合理性分析是水文工作的重要一环，但是在不少的水文工作中被忽视。在流域下垫面条件、产汇流条件、河道地形条件等基本要素发生变化的情景下，水文成果的合理性分析显得尤为重   要。一项调蓄工程的设计径流和洪水成果、一条河道的设计洪水和水位成果，其合理性会影响到工程的投资规模、工程安全和效益，甚至会关系到社会民生。下面，就聊聊水文分析计算成果合理性分析工作中需要注意的一些方面。    

■ 清晰认识流域自然地理基本特性

我国的幅   员辽阔，东西南北的自然地理条件差异很大。一个流域的经纬度、海拔高度、地理位置，决定着流域的气候类型，东南沿海和西北内陆、中下游平原和上游高原，其气候特点是完全不同的。从流域产汇流的角度来看，流域的地理位置也决定了降雨的水汽来源，直接影响着降雨径流的特点。另外，了解流域的地形地势、河网水系、面积形状、土壤植被，对于径流、洪水、泥沙的成果合理性分析，会起到很重要的参考作用。  

■ 了解人类活动对于流域水文情势的影响

新中国成立   以来70余年，特别是近30年来，日益加剧的人类活动使得流域下垫面条件和产汇流条件发生了很大变化，对流域径流、洪水、泥沙、水质等水文情势有重要影响。一方面流域水土保持措施的持续开展，梯田、淤地坝、谷坊、退耕还林还草等措施，水土流失明显减少，对于某些流域的产水产沙特点发生了很大变化；另一方面，流域内水利工程的建设，特别是大中型水利工程的调蓄影响，对流域内的径流和洪水特性也有明显的影响；还有，区域社会经济的持续高速发展、城镇化使得不透水面积增加，城市区域产流量增加；人口集中和工业发展，使得用水量和排污量成倍增加，河道水量减少、水质恶化。在水文成果的合理性分析时，需要充分考虑这种区域水文情势的变化和成因。  

■注重基础资料的复核和审查

基础资料是   水文分析计算的基础，其可靠性对于水文分析计算成果的合理性起到决定性的作用。基础资料往往包括水文气象资料、流域地形资料、水利工程建设和调度运行资料。除了水文频率计算所必须的水文系列的可靠性、一致性、代表性、随机性和独立性要求外，水文调查资料的可靠性，水利工程建设和运行过程中对水文系列的影响，河道冲淤对于河道水位的影响，水文测验中的漏测、错测对峰值数据的影响等，比较重要的几个参数，比如水位、糙率、比降、断面变化等都需要进行复核和审   查，特别是某些水文数据出现明显异样时，就需要重点关注，分析其原因。  

■单独聊一下水文系列的一致性分析  

流域   产汇流规律及水文资料系列一致性和代表性受到气候变化和人类活动的双重影响。气候变化是通过气温、降水等因素的改变来影响陆地水文循环系统，从而影响水文情势变化。人类活动对水文的影响,主要是通过水利工程、土地利用、水土保持、雨水集蓄等方式改变了流域下垫面，使产汇流机制发生了变化，从而导致水文情势发生变化。在气候变化和人类活动双重影响下得到的水文系列资料就发生了较大的变化，水文资料的一致性直接影响到水文参数的代表性，进而影响到水文计算成果的合理性。    

在工程实践当中，气候变化引起的水文情势的变化往往很难用数据简单进行界定和描述，也缺乏必要的理论依据。人类活动引起的水文情势的变化，往往通过还原法和水平年法进行处理。还原法就是设法将受影响的资料系列恢复到天然状态；水平年法，也叫还现法，就是把未收影响在资料系列，换算到某一个指定的水平年。笔者认为，还原法更符合水文分析计算对于水文资料系列一致性的要求。如果用到还现法，必要的几个假定，就是假定水利工程都在设计状态运行条件下，进行还现。也就是说，还现时，要将未受影响的系列，按照水利工程设计运行状态进行还现计算，受影响的资料系列，同样也要统一到水利工程设计运行状态进行处理。这样，才可以尽量保证系列的一致性和代表性。    

 

■根据工程任务抓住合理性分析的重点  

对于水文分析而言，不同的工   程，不同的开发任务，其关注的水文成果的侧重点应该是不同的，要紧扣工程特点和开发任务，重点分析影响工程规模、工程安全和社会民生的水文成果。比如，对于水库工程，特别是大中型水库工程，重点应该关注设计洪水过程和设计洪量的合理性；对于河道治理工程和堤防工程、或者山洪灾害防治措施，重点应该关注设计洪峰流量和设计洪水位的合理性；而对于灌区工程和供水工程，重点应该关注设计径流的合理性，特别是枯水径流的合理性；对于综合性利用工程，需要从多个方面去分析，不只是分析水文计算成果的合理性，还要分析调洪结果，水资源平衡和配置、水库回水计算等方面分析成果的合理性。    

 

■计算公式和参数的合理性分析  

根据笔者近二十余年的设计经验，对于计算方法、计算公式和参数的合理性分析，对于水文结果的合理性有非常   大的影响，所以，对于水文计算方法和参数的审查评价，必须要弄清其基本思路、理论依据、基本假定、适用条件等，这样才可以概念清楚，并能抓住重点。在水文分析计算中，用到的计算公式包括理论公式、经验公式、半理论半经验公式、水文模型，不管是那种公式和方法，依照目前水文资料条件的限制，均存在一定的假定条件，其适用范围也有所不同，参数的验证就显得尤为重要。比如水文比拟法当中的面积指数n，水位流量关系计算中的糙率N和水面比降J，频率计算中的统计参数Cv和Cs等，推理公式中的暴雨递减系数n和损失系数R。有的参数需要根据实测水文资料进行验证，有的参数需要根据图集查算，有的需要根据上下游和临近流域综合分析确定。基础资料和计算方法确定以后，参数的合理性分析一定程度上决定了设计成果的合理性。    

 

■审慎合理运用各种水文图集图表  

水文图集图表是水文工   作者多年来的智慧结晶，各种等值线图、分区图、曲线图、散点图、概化图，这种图表往往能够综合系统的反应一个流域或者区域的水文情势变化特点，在工程实践中解决了很多的具体实际问题。最早的一批水文图集应该是上个世纪70年代的水文计算图集和暴雨洪水图集。本世纪处，部分省市水文部门对以往成果进行了修订。之后，也有部分省市的水文部门在以往工作成果的基础上，延长了水文系列，增加了图表内容，对图集和图表进行修订，但正式发布的成果还是比较少的。所以，在具体的工作过程中，会存在新老图集的交替问题，图集中的曲线、参数会有一定的差别。那么，在选用水文图集图表的时候，应该采取审慎  的态度，根据工程实际需要，以及各个区域的水文资料实际情况，进行甄别。总体上，是推荐使用新的图集和图表，来进行水文分析计算，并作为合理性分析检查的一个重要依据。  

总之，水文计算成果的合理性检查是对水文成果的一次复检和验证，是一项比较系统的工程，从前期的流域现场调研就已经开始了，充分考虑流域下垫面条件的变化和人类活动的影响，通过水文资料收集整理和复核，水文分析方法和参数的选择，水文图集图表的采用，并针对不同的工程类型和开发任务，进行针对性的合理性检查和分析，是保证水文成果合理性的必要途径和必要内容。