浅谈年径流的分析要领

 浅谈年径流的分析要领

　　摘要：年径流的分析计算是为水利水电工程的规划设计服务的，年径流分析计算成果与用水资料相配合，进行水库调节计算，便可求出水库的兴利库容。年径流分析计算成果是进行水资源评价的重要依据，也是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。文章对年径流的分析要领进行了探讨。

　　关键词：年径流特征；年降水量；年径流系数

　　年径流是一个年度内在河槽里流动的水流。年径流分析计算要求提供两种不同类型的成果：一种是长系列年、月径流资料；另一种是代表年的月径流过程。在分析计算这两种成果时，都有径流资料充足、径流资料不足和缺乏径流资料三种情况。因此，年径流分析计算方法共有六种，要求掌握各类方法的原理和内容，以及相同和不同之处。在开始做某设计站的年径流分析计算时，首先要对径流资料进行“三性”（可靠性、一致性、代表性）审查。

　　为了深刻认识年径流及其变化规律，就必须从物理成因方面去分析和研究影响年径流的因素，尤其在径流资料短缺时，显得更为重要。当具有短期实测径流资料时，常常需要建立年径流量与有关因素之间的相关关系来展延年径流系列；当缺乏径流资料时，常用水文比拟法或等值线图法来推估年径流量，上述情况都要分析影响年径流的因素。

　　一、影响年径流的因素

　　我们通常用水量平衡方程来研究影响年径流的因素。对于闭合流域，年水量平衡方程为：

　　P=R+E+△W（5-3）

　　其中年径流量R的大小取决于年降水量P和年蒸发量E，还与流域蓄水变化量△W有关。前两项属于流域气候因素，而后一项则主要取决于流域下墊面因素以及人类活动情况。在多年平均情况下，△W各年有正有负，使，故得多年平均的流域水量平衡方程为：

　　P0=R0+E0（5-4）

　　因此，影响多年平均年径流量的因素主要是流域的气候因素。

　　在气候因素中，年降水量与年蒸发量对年径流量的影响程度，随流域所在地区不同而有差异。流域下墊面因素对年径流也有一定的影响。流域下墊面因素包括地形、土壤、地质、植被、湖泊、沼泽和流域面积等。这些因素对年径流的作用，一方面表现在流域蓄水能力上，另一方面通过对降水和蒸发等气候条件的改变间接地影响年径流。此外，人类活动对年径流也有影响。人类活动对年径流的影响，包括直接与间接两个方面。直接影响如跨流域引水，将本流域的水量引到另一流域，或将另一流域的水引到本流域，都直接影响河川的年径流量。

　　二、年径流分析计算的目的

　　年径流分析计算是水资源利用工程中最重要的工作之一。设计年径流是衡量工程规模和确定水资源利用程度的重要指标。推求不同保证率的年径流量及其分配过程，就是设计年径流分析计算的主要目的。

　　设计保证率：水资源利用工程包括水库蓄水工程、供水工程、水力发电工程和航运工程等，其设计标准，用保证率表示，反映对水利资源利用的保证程度，即工程规划设计的既定目标不被破坏的年数占运用年数的百分比。

　　破坏率：水资源利用程度，在分析枯水径流和时段最小流量时，还可用破坏率，即破坏年数占运用年数的百分比来表示，在概念上更为直观。

　　保证率和破坏率的换算：设保证概率为p，破坏概率为q，则p＝1-q。

　　三、年径流系列的一致性和代表性分析

　　（一）年径流系列的一致性分析

　　应用数理统计法进行年径流的分析计算时，一个重要的前提是年径流系列应具有一致性。就是说组成该系列的流量资料，都是在同样的气候条件、同样的下垫面条件和同一测流断面上获得的。其中气候条件变化极为缓慢，一般可以不加考虑。人类活动影响下垫面的改变，有时却很显著，为影响资料一致性的主要因素，需要重点进行考虑。测量断面位置有时可能发生变动，当对径流量产生影响时，需要改正至同一断面的数值。

　　（二）年径流系列的代表性分析

　　年径流系列的代表性，是指该样本对年径流总体的接近程度，如接近程度较高，则系列的代表性较好，频率分析成果的精度较高，反之较低。

　　样本对总体代表性的高低，可通过对二者统计参数的比较加以判断。但总体分布是未知的，无法直接进行对比，只能根据人们对径流规律的认识以及与更长径流、降水等系列对比，进行合理性分析与判断。常用的方法如下：

　　1．进行年径流的周期性分析。对于一个较长的年径流系列，应着重检验它是否包括了一个比较完整的水文周期，即包括了丰水段(年组)、平水段和枯水段，而且丰、枯水段又大致是对称分布的。

　　2．与更长系列参证变量进行比较。参证变量系指与设计断面径流关系密切的水文气象要素，如水文相似区内其他测站观测期更长，并被论证有较好代表性的年径流或年降水系列。

　　四、年径流的频率分析

　　水文要素频率分析的通用方法，在前面已有详细阐述，此处重点针对年径流的特点，补充介绍一些应予注意的事项。

　　（一）年径流的年度选择

　　日历年度：当年径流资料经过审查、插补延长、还原计算和资料一致性和代表性论证以后，应按逐年逐月统计其径流量，组成年径流系列和月径流系列。这些数据绝大部分可自《水文年鉴》上直接引用，但须注意《水文年鉴》上刊布的数字是按日历年分界的，即每年l-12月为一个完整的年份。

　　水文年度：在计算流域水量平衡关系时，最好采用水文年度。一个水文年度内的径流应该是该水文年度的降水所产生的。

　　水利年度：在水资源利用工程中，为便于水资源的调度运用，常采用水利年度，有时亦称为调节年度。它不是从1月份开始，而是将水库调节库容的最低点作为一个水利年度的起始点，周而复始加以统计，建立起一个新的年径流系列。

　　当年径流系列较长时，用上述日历年度、水文年度或水利年度所获得的系列做出的频率分析成果是很接近的。

　　（二）线型与参数估算

　　经验表明，我国大多数河流的年径流频率分析，可以采用P-Ⅲ型频率分布曲线，但规范同时指出，经分析论证亦可采用其他线型。

　　P-Ⅲ型年径流频率曲线有三个参数，其中均值一般直接采用矩法计算值；变差系数可先用矩法估算，并根据适线拟合最优的准则进行调整；偏态系数一般不进行计算，而直接采用的倍比。在进行频率适线和参数调整时，可侧重考虑平、枯水年份年径流点群的趋势。

　　五、年径流资料的审查分析

　　（一）资料可靠性分析

　　资料的可靠性审查是要鉴定原始资料的可靠性程度。流量测验整编资料是年径流计算的依据。为保证计算成果的质量，应在了解原测验整编方法的基础上，通过必要的分析计算，审查，验证原整编成果，如上下游水量平衡检查，年降雨径流关系分析等。如果发现问题，应会同原整编刊印单位进一步审查。如在测验误差幅度以内，且对设计值影响不大，可以不改。如有明显误差或系统误差，应作必要的修正。通过资料可靠性审查，对历年实测径流资料的可靠程度（误差幅度）应有一明确评价。

　　（二）资料一致性分析

　　频率计算中所用的统计系列应由同一成因的资料组成。对于年径流资料来所，资料的一致性表现在流域气候条件和下垫面条件的稳定性上。当气候条件或下断面有显著变化时，资料的一致性就会遭到破环。一般认为，影响年径流的因数中，流域气候条件变化是缓慢的，即从短短几十年或几百年来看，可认为是相对稳定的。但下断面条件却可能由于人类活动而有显著变化。例如上游修建了引水工程，则工程建成后下游实测径流资料的一致性便遭到破环。遇此情况，应将引水工程修建后的资料进行还原计算，修正到工程建造前的同一基础上。如果下垫面条件的变化不显著，则不必进行修正。

　　年径流设计值原则上应为天然径流设计值，即要求还原到同一成因基础的天然状态。

　　（三）资料代表性分析

　　资料代表性是指样本资料的统计特性能否很好的反映总体的统计特性。若样本对总体的代表性不好，就会给计算成果带来误差。

　　1．长短系列统计参数对比分析

　　由于总体的概率分布是未知的，代表性的鉴别一般只能通过与更长期的系列作比较来衡量。一般分析资料代表性的方法是：设某站具有n年的实测资料年径流资料，为了检验着这一资料系列的代表性，可在同一气候区内，选择下垫面条件相似且具有长系列年径流资料的测站作参证站，来进行对比分析。

　　上述方法是基于这样两个假定：

　　长系列的代表性比短系列的代表性高，因而可以长系列为基础来检验短系列的代表性。

　　同一气候区内，参证站与设计站年径流量的时序变化具有相当高的一致性，因而可以把参证站的代表期直接移用于设计站。

　　2．累积平均统计分析

　　累积平均统计分析是对具有长系列的年径流量，自现在起逐年依次逆时序按下式计算累积均值：

　　1=W1

　　2=1/2（W1+W2）

　　……

　　n=1/n（W1+W2+Wn）

　　式中：1，2，…，n——年径流量累积均值；

　　W1，W2，…，Wn——自现在起依次逆时序各年的年径流量；n——资料年数。

　　以年径流量累积均值与时间（年）点绘成的关系线称为累积均值过程线。该过程线反映了年径流量的丰枯变化，它随着时间的增长，变幅越来越小，变化趋势稳定。达到稳定时间的长短与丰枯变化及变幅有关，在一定程度上反映了资料系列的代表性。一般认为参证站累积均值过程线达到稳定的这段时间代表性较高，设计站这段时间的代表性也较高。

　　六、结语

　　年径流分析计算成果是进行水资源评价的重要依据，也是制定和实施国民经济计划的重要依据之一。做好年径流的分析计算，可以对今后做好水资源管理及地表水开发利用提供科学依据。