工程水文径流还原计算初步探讨

郭浩洋 胡鑫

摘要：水文观测资料系列的一致性是运用数理统计法进行水文计算的前提。由于人类活动的不断开展，流域下垫面条件变化剧烈，许多水文观测断面的实测径流资料与天然状况差别很大。还原计算就是将观测资料中受影响的部分还原到天然状况。常用的方法有分项还原法和降水径流相关法。

关键词：天然状况还原计算

一、进行水文资料还原计算的必要性

数理统计法是根据水文现象的随机性特点，运用概率论和数理统计的方法，分析水文特征值得的统计规律，对未来的水文情势做出概率预估，为工程的设计规划和施工提供基本依据。数理统计法是目前水文分析计算的主要方法，但应用数理统计法的前提是统计系列具有一致性，即要求组成系列的每个观测资料具有相同的成因，不同成因的观测资料是不能作为一个统计系列的。这是因为从概率的角度讲，每一个实测的资料都可以看成是一个随机的事件，而要从大量的随机事件得出统计规律，就要求这些随机事件具有相同的触发条件，是可重复的。对于河流径流水文计算而言，它的一致性是建立在气候条件和下垫面条件的稳定性上的。一般认为，一个地区的气候条件的变化是及其缓慢的，可以当做是相对稳定的，但下垫面条件却由于人类活动而迅速变化，从而改变了径流系列的一致性。特别是近几十年来，人们修建了大量的水利工程，对下垫面条件影响十分显著，许多水文观测断面的实测径流资料与天然状况差别很大。因此，在利用这些测站的长系列的径流观测资料作水文计算时，必须进行合理的修正，还原到天然状况，也就是进行还原计算。

二、常用的径流还原计算方法

1 分项还原法

分项还原法是以水量平衡为基本原理的还原计算方法。它将影响径流的成因分项细化，利用调查资料逐项还原到天然状况。在还原计算的过程中，理论上应将所有影响径流形成的因素进行还原，但是这会大大增加调查成本，而且对于一些影响因素的调查也十分困难，因此可结合实际忽略一些对径流形成影响较小的因素。利用分项还原法的一般公式为：

W天然=W实测+W还原=W实测+W灌+W工+?驻W蓄+W损+W引

式中，W天然为还原后的天然径流量；W实测为实测的径流量；W还原为分项还原的总水量；W灌为农业灌溉耗水量；W工为工业用水量；?驻W蓄为水库蓄水变化量，增加为正，减少为负；W损为水库损失水量；W引为跨流域引水水量。

2 降水径流相关法

降水径流相关法是根据一个断面以上未受人类活动影响或影响较小的降水、径流资料建立降水径流相关关系，通过建立的降水径流相关关系和需要还原年份的降水实测资料来计算天然状况的年径流量。降水径流相关法应用的是数理统计的原理和方法，应用起来关系简单明了，但对应用条件的要求比较高。由于要建立相关关系，这种方法要求测站在该流域未遭受人类活动影响（一般取未大量兴建水利工程时）之前有长期可靠的资料记录。用这种方法还原的天然径流量实际上是建立相关关系数据资料所属的那个时段的天然径流量。

3其它常用的还原计算方法

用于径流还原计算的方法很多，比较常用的传统方法还有蒸发差值法以及模型法等。蒸发差值法是通过蒸发量变化计算天然年径流的一种方法。模型法是应用产流模型来进行径流的还原计算，这种方法随着计算机的普及应用而在近期较多采用。除了以上几种还原计算方法，近些年又有人提出了很多新方法，比如遗传BP神经网络法，小波多尺度分解法等，本文不再介绍。

三、对以上两种常用径流还原计算方法的认识和体会

1 分项还原法

分项还原法是计算天然年径流的传统方法，还原分项意义明确，概念清晰，易于操作，计算简便。但这种方法也存在较多的不足。首先，分项还原法适用于流域边界明晰，用水、供水、耗水资料条件较好的地区，其还原水量的精确度受限于资料的正确性。例如对于农业用水，在分项还原计算中占有较大比重，但大多缺乏实测记录，在调查中又往往难以取得当年灌溉的准确资料，这就使得还原计算的精度受到影响。其次，分项还原法在还原计算中，未考虑流域内由于地下水开采、城市面积不断扩大对径流的影响。再次，分项还原法在还原计算中会忽略一些对河流径流形成影响较小的因素，但不同的时间和空间条件下，河流形成过程会有所不同，因此，对还原因素选择的恰当性也会影响结果的精度。

2 降水径流相关法

降水径流相关法利用降水与径流的相关关系还原径流，方法简便明了，对下垫面比较一致且资料较全的地区，具有很好的使用效果，得到广泛的应用。同样，降水径流相关法也有很多的缺点。第一，这种方法的使用条件比较严格，它要求流域的下垫面条件比较一致且具有长期可靠的径流资料。第二，径流是在降水、下渗、蒸发等因子共同作用下形成的，因此一般情况下降水径流之间的关系并不能反映流域的实际情况，应当引入其它的影响因子。第三，由于资料系列长度的原因，降水径流相关法的计算结果不宜外延，外延的精度不准确。

四、结语

径流系列的还原计算是水资源评价的重要内容。本文对径流还原计算方法进行了初步的探讨。分析了进行径流还原计算的必要性，详细介绍了两种常用的径流还原计算方法，分析了这两种方法的利弊和各自的适用条件。径流系列的还原计算是一个复杂的问题，随着经济飞速发展，城镇化进程的加快，流域的条件会更加复杂，因此，寻求新形势、新情况下的新方法是从事水资源评价的广大水利工作者努力的方向。■

参考文献

［1］ 詹道江，叶守泽.工程水文学［M］.3版.北京：中国水利水电出版社，2000.

［2］ 宋孝玉，马细霞.工程水文学［M］.1版.郑州：黄河水利出版社，2009.

［3］ 路中央.关于年径流系列的还原计算问题［J］.水文，2000（6）.

［4］ 金新芽.径流还原实用方法研究［D］.河海大学，2006.