无资料地区水文系列移用简化算法

王贵孝，吴明官

( 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 问题的提出

目前水利水电工程项目建议书、可研和初设报告，水利计算规范中要求多年调节水库尽可能采用长系列法进行径流调节计算，所以工程不同设计阶段，在无资料地区也应该采用相应精度的计算方法。

我省多数地区修建工程项目，一般为多年调节的蓄水工程。多年调节水库概率法兴利调节计算中，多年库容往往较难推求，勉强推求的结果与实际情况往往出入较大，故常采用长系列法进行兴利调节计算，在无资料地区也需要推求工程地点的设计年径流系列。

在无资料地区水文系列移用，目前我省常用的方法是均值修正法和均值、变差系数试算修正法。均值修正法虽方法简单，但当遇到参证站与设计站变差系数差距较大时，满足不了设计精度; 而均值、变差系数试算修正法可以满足规定的设计精度，但是试算工作量较大，并且缺乏经验者不易掌握。因此，笔者特提出无资料地区水文系列移用简化算法。

2 计算方法

2.1 参证站统计参数

根据参证站已知的水文系列，先进行由大到小排序后系列X( j) ，计算相应经验频率P( j) ，j = 1、2、3……n，采用矩法推求相应的统计参数，即均值XX和变差系数Cvx，偏态系数Csx = 2Cvx( 一般取固定倍比关系) 。然后再根据均值XX 和变差系数Cvx，偏态系数Csx = 2Cvx，查皮尔逊Ⅲ型理论曲线的模比系数Kpx( i) 、Ps( i) ，i = 1、2、3……m。

2.2 设计站统计参数

在水文图集或已知统计参数等值线图上，查得设计站未知的水文系列Y( j) ，j = 1、2、3……n，相应的统计参数，即均值YY 和变差系数Cvy，偏态系数Csy = 2Cvy( 取固定倍比关系) 。

然后再根据均值YY 和变差系数Cvy，偏态系数Csy = 2Cvy，查皮尔逊Ⅲ型理论曲线的模比系数Kpy( i) 、Ps( i) ，i = 1、2、3……m。

2.3 简化算法

式中: Y( j) 为由大到小排序后的设计站水文系列;X( j) 为由大到小排序后的参证站水文系列; K( j) 为由经验频率内插的设计站与参证站模比系数的比值; P( j) 为水文系列排序后对应的经验频率，%;Ps( i) 为设计频率，%; Kp( i) 为设计站与参证站模比系数的比值; Kpy( i) 为设计站模比系数; Kpx( i)为参证站模比系数; A 为设计站与参证站均值的比值; YY 为设计站水文系列均值; XX 为参证站水文系列均值。

3 实 例

下面举哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究—水文分析成果中，推求磨盘山水库～向阳山区间年径流系列的实例［1］，具体计算成果如下:

3.1 流域概况

拉林河为松花江干流右岸的一级支流，流域面积19 200 km2，属黑龙江省流域面积为10 600 km2，占全流域面积的55%。拉林河是黑、吉两省界河，流经尚志、五常、双城、舒兰、榆树、扶余6个市县。在哈尔滨市以上150 km处汇入松花江。拉林河干流磨盘山水库以下有三大支流，右岸有牤牛河流域面积5 300 km2;左岸有溪浪河流域面积3 040 km2、卡岔河流域面积3 085 km2。

流域内地势东南高，向西北逐渐降低。流域内山区面积占36.4%，森林茂密植被较好; 丘陵区占26.4%;平原区占37.2%。

拉林河干流河长450 km，河道弯曲系数为1.95。向阳山以上为山区，谷窄流急，在沈家营处河谷宽仅500 m，河道宽55 m左右，滩地坡降约1/200。磨盘山水库为拉林河干流最上一级水库，是历次拉林河流域规划中推荐的第一期工程。坝址位于拉林河干流上游五常市沙河子乡沈家营村上游1.8 km附近，距河口343 km，控制面积为1 151 km2。

3.2 水文基本资料

拉林河流域内现有沈家营、五常、蔡家沟、舒兰、七里二、四平山、冲河、龙凤山水库、大碾子沟、老街基、亮甲山水库、榆树、前红石砬子(1950—1981年为水文站) 等13 处水文站; 水位站有向阳山、牛头山、前红石砬子等3 处，过去曾有过新立屯、香磨、小苇沙等水位站。

根据磨盘山水库工程地点和资料情况，选用的主要分析测站有牤牛河大碾子沟站和拉林河的沈家营、五常( 双龙屯) 站。参考站有拉林河干流蔡家沟站和溪浪河的舒兰、七里二站。

拉林河干流有3 处水文站，即沈家营、双龙屯( 五常) 、蔡家沟站。

沈家营水文站于1952年6月设立，同月开始观测水位，1955年开始测流。1952—1954年有汛期水位，流量为插补成果。

双龙屯( 五常) 水文站于1952年7月设立，同月开始观测水位，1953年7月改为水文站。

蔡家沟水文站于1926年4月设立，没有连续观测，1950年改为水文站。

大碾子沟站于1940年5月设立，1945年因故停测，1950年7月1日改为水文站。

3.3 工程地点年径流

沈家营水文站基本水尺兼测流断面下游170 m处，集水面积非常接近于水文站以上的流域面积1 151 km2，故直接采用沈家营水文站年径流成果代替坝址处年径流。

拉林河干流沈家营水文站现有1952—1998年共47 a实测水位资料，其中:1955—1998年有流量成果，1952—1954年流量由水位～流量关系曲线插补得。

该水库是以城镇供水为主，结合防洪、灌溉等综合利用的蓄水工程。所以为了满足灌溉需要4—8月份按旬统计径流量，其它月份按月统计径流量。

为了满足系列法兴利调节计算的设计要求，把1952—1998年沈家营站逐年逐月( 旬) 径流量作为磨盘山水库坝址以上天然来水系列。

为了简化起见，本次沈家营站( 磨盘山水库) 只取1952—1986年35 a径流系列，多年平均年径流量为570.57 ×106m3，变差系数Cv = 0.27 。

3.4 区间面积

1) 沈家营～向阳山区间

2) 沈家营～民乐区间

3) 向阳山～民乐区间

式中: F向阳为向阳渠首以上流域面积; F沈为沈家营水文站以上流域面积; F区1为沈家营～向阳山区间面积; F民乐为民乐渠首以上流域面积; F溪为本次扣除的溪浪河流域面积; F舒兰为舒兰水文站以上流域面积; F七里二为七里二水文站以上流域面积; F区2为沈家营～民乐区间面积; F区3为向阳山～民乐区间面积。

3.5 区间年径流系列

为简化起见，下面只计算沈家营～向阳山区间年径流系列。设沈家营～向阳山区间年径流系列Y( j) ，j =1、2、3……35，经计算得该区间的多年平均年径流量为221.63 ×106m3，变差系数Cv =0.38。根据变差系数0.38 和偏态系数Cs = 2Cv，查皮尔逊Ⅲ型理论曲线表得模比系数Kpy( i) 、Ps( i) ，i =1、2、3……10。

磨盘山水库排序后年径流系列X( j) ，经验频率P( j) ，见表2，j =1、2、3……35，多年平均年径流量为570.57 ×106m3，变差系数Cv =0.27。根据变差系数0.27 和偏态系数Cs = 2Cv，查皮尔逊Ⅲ型理论曲线表得模比系数Kpx( i) 、Ps( i) ，i =1、2、3……10。

A =设计站均值( 221.63 ×106m3) /参证站均值(570.57 ×106m3) =0.388435。

具体的计算结果: 沈家营～向阳山区间年径流系列Y( j) ，j =1、2、3……35。计算的均值为221.32×106m3，与已知的多年平均年径流量221.63 ×106m3相比，小0.14%;计算的变差系数Cv =0.37，与已知的变差系数Cv =0.38 相比，小2.7%，这些误差纯属于计算误差，均在水文计算规范规定的允许误差范围之内，完全符合设计要求，可以推广应用。

4 结 语

在我省大多数地区修建水利水电工程，一般为多年调节性质的蓄水工程。缺水地区的多年调节水库，概率法( 库容相加法) 兴利调节计算中，多年库容部分往往较难推求，勉强推求的结果与实际情况出入较大，所以常采用长系列法进行兴利调节计算，故在无资料地区也需要推求工程地点的设计年径流系列。

在无资料地区推求水文系列( 主要是年径流系列) ，目前常用的方法是均值修正法，此法的基本假定是变差系数Cv 值相等或接近。在水利水电工程设计的实际工作中参证站与设计站的变差系数Cv值往往差距较大，直接影响设计精度，故笔者紧密结合实际工作现状探讨了同时修正均值和变差系数Cv的简化算法。采用该法可以直接求得设计站的水文系列，不仅可以提高设计精度，还可以节省以往多次试算变差系数Cv 的工作量。

在无资料地区水文系列移用，目前我省常用的方法是均值修正法和均值、变差系数试算修正法。均值修正法虽然方法简单，但是当遇到参证站与设计站变差系数差距较大时，满足不了设计精度要求;而均值、变差系数试算修正法可以满足规定的设计精度，但是试算工作量较大，并且缺乏经验者不易掌握。

使用Excel 做表格处理，不仅方便快捷、效率高，而且还可使报表图文并茂，直观大方。因此，无资料地区水文系列移用简化算法，可以采用目前常用的Excel 电子表格处理软件，直接计算，非常方便，大大提高工作效率和工作质量。该简化算法已经编制了Excel 的计算程序，计算用户只需输入参证站水文系列和设计站统计参数即可，工作效率更高，缺乏经验者也很容易掌握，便于推广应用。

［1］黑龙江省水利水电勘测设计研究院. 哈尔滨市磨盘山水库供水工程可行性研究报告［R］. 哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2002.