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水文計算(hydrological computation)為防洪、水資源開發和某些工程的規劃、設計、施工和運行提供水文數據的各類水文分析和計算的總稱。

1簡介

不同工程要求估算的水文設計特徵值不盡相同。橋樑工程要求估算所在河段可能出現的設計最高水位和最大流量,以便合理決定橋樑的高程和跨度;防洪工程為權衡下游和自身的安全、經濟和風險,要求估算工程未來運行時期可能遇到的各種稀遇的洪水;灌溉、發電、供水、航運等工程需要知道所在河流可能提供的水量和水能蘊藏量,以確定灌溉面積、發電量、城市或工礦企業供水量和航運發展規模。工程的運行時期可長達幾十至幾百年,不可能象水文預報那樣給出該時期內某一水文特徵值出現的具體時間和大小,而是用水文統計的方法,估算在該時期中可能出現的某一設計標準的水文特徵值。
一般說,運用水文統計方法所依據的樣本很少,抽樣誤差較大,往往不能滿足生產需要。因此,不能單純根據工程所在地點的水文資料進行計算,還必須對計算過程和計算結果進行充分的合理性分析,才能較可靠地求得工程所在地的設計水文數據。因此,也常稱水文計算為水文分析與計算。

2主要內容

設計洪水計算
即計算符合某一地點指定的防洪設計標準的洪水數值,為防洪規劃或防洪工程設計提供可靠的水文數據。
計算的主要內容有:①各種歷時的設計地點的雨量或流域平均面雨量;②它們的時程分配和地區分佈;③大型工程和重要的中小型工程,還要求估算指定流域的可能最大暴雨,供推算可能最大洪水之用。
設計固體徑流計算
主要內容為確定某一設計標準的各年輸沙量及其年內分配,以估算水庫庫容縮小情況和工程壽命,估算水庫及其上下遊河道的泥沙沖淤情況,為水工建築物布設和水庫運營方式的選擇提供依據。此外,還有河流冰情、水質估算,潮水位的計算,蒸發量、地下水估算等。計算方法主要是用概率論、數理統計的原理,根據實測水文資料的統計分析,估算指定設計頻率的水文特徵值。

其他水文計算

主要有:對北方結冰河流,要估算水工建築物施工和運行時期可能出現的河流冰情;對水質要求較高的工程,要估算工程運行時期內的水質狀況;在潮水河中修建水工建築物時,要推求設計最高、最低潮水位和潮型;在農業規劃和灌溉工程設計中;要估算某一地區的蒸發量;在地下水資源利用規劃中,要估算地下水可利用量及埋藏狀況等;在所有與水文有關的規劃和設計工作中,都必須預估人類活動對未來水文情勢的影響,因為人類活動是決定工程在未來是否正常發揮預期效益的重要因素。

3基本方法

計算方法主要是根據水文現象的隨機性質,應用概率論、數理統計的原理和方法,通過實測水文資料的統計分析,估算指定設計頻率的水文特徵值。在實際計算(或稱頻率分析)中,水文資料條件大致有兩種情況,即有較長實測水文資料和短缺實測水文資料。
在有較長實測水文資料時,可直接用頻率分析方法按以下步驟計算:①收集、整理、考證所需的基本水文資料,分析水文資料系列的代表性;②對水文資料系列進行頻率分析;③由頻率分析求出符合設計標準的水文特徵值;④選擇符合設計要求的時空分佈作為典型,按設計值放大或縮小,求得設計條件下的水文特徵值的時空分佈;⑤計算成果合理性分析論證。
在短缺實測水文資料時,主要依據水文現象之間的某些客觀聯繫,再按不同情況採用不同方法,常用方法有:①相關分析法。根據水文現象之間的相關關係,利用觀測系列較長的水文資料,以延長觀測系列較短的水文資料。例如根據降雨與徑流關係,通過觀測系列較長的降雨資料,延長徑流量資料,然後按有資料情況下的水文計算方法進行計算。②等值線圖法。各種水文等值線圖表示該水文特徵值及其統計參數在地區上的分佈規律。一般先根據觀測歷史較長的測站的資料,繪製這些水文等值線圖,然後通過內插,求得指定地點的水文設計數據。③經驗公式法。先建立需要計算的水文特徵值與其他水文特徵值、某些地理參數之間的經驗關係,以推求工程設計所需要的設計水文特徵值。④水文比擬法。即在流域水文氣象條件和下墊面情況基本近似的前提下,把有水文資料的流域的水文特徵值、統計參數或典型時空分佈直接(或作適當修正後)移用到無資料的流域作為設計依據。⑤水文調查法。例如調查無資料地區的歷史暴雨洪水情況,作為設計依據等。上述兩種水文資料條件之間沒有一個明確的界限,而且相對於頻率分析的要求現有資料的年限長度還不足。所以即使在有較長的實測水文資料條件下,也要廣泛運用後者的各種方法,進行分析論證。

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