浅析水文分析计算

浅析水文分析计算
摘要：地下水是一种重要的水资源，其水文地质参数在地下水评价、溶质运
移模拟和防洪减灾等方面具有重要意义。

本文重点对目前国内水位和水文地质的
主要计算方法进行了分析，为实际工程中的水文地质参数提供了理论基础，并对
这些计算方法在具体的工程中的利弊进行了阐述，以期能够对有关人员有所帮助。

关键词：水文地质；分析计算；动态分析法
一、准备工作
其准备工作主要有：选定控制剖面、确定计算流域面积、确计算流域的蓄水
面积、收集暴雨洪水资料等。

（一）选择控制断面
控制剖面的选取宜以干流河口为主要研究对象，以拦河坝轴线为轴线，以主
支流汇合处下游的平直河道为研究对象。

控制剖面的具体布置，应根据所规划的
河道条件来决定。

（二）计算流域面积和控制集水面积
流域面积是指沿分水岭划出的河口区或控制区之上的整个河口区；根据城市（城镇）的规划，在该河流的典型控制剖面之上，实际汇入规划河段的集水面积。

（三）收集暴雨洪水资料
采用野外观测、调查和分析的方法，搜集了该地区的暴雨、洪涝资料。

对于
暴雨洪水数据，应以该地区实际观测的洪水数据为佳，或以历史洪水数据为准。

二、水文分析计算
（一）设计洪水计算
设计洪峰的计算工作主要有如下几个方面：一是选定了暴雨洪峰的计算基础
或参考站，然后按照代表站的数据状况进行数据处理；二是要依据河床的实际状况，依据设计洪峰的实际应用，选用与设计洪峰相一致的计算或估算方法；三是
对设计洪水的计算结果作了合理的分析，并作了相应的修改。

（1）水文资料收集整理
1.在收集整理河流水位、流量等基础数据时，对数据条件差的河流（河段），应进行暴雨洪水调查，或在附近的流域或地区，收集暴雨洪水的主要参数数据，
在参照站的径流序列不能很好地表达和展开困难的情况下，可以通过参照站和短
时间序列的统计参数来调整参照站的径流，或者通过区域合成来调整参照站的径流。

2.对长时间观测的水情资料，可用频度分析方法，按以下程序计算：①收集、整理、考证所需的基本水情资料，并作有代表性的分析；②运用频率分析方法，
对某一水文资料进行频率分析；③以频率为依据，对频率进行分析，找到符合设
计要求的水流数量；④选择符合设计条件的时空分布作为代表性指标，放大或缩
小设计值，得到设计条件下各种水文参数的时空变化规律。

⑤分析并证明了数值
模拟结果的合理性。

3. 在缺乏实际观测数据的情况下，可根据实际情况，采取相应的计算方法。

一般采用的方法有：相关性分析，等值线法，经验公式法，水文类比法，水文调
查法。

（二）设计暴雨计算
在此基础上，通过对设计降水量的计算，得出了相应的设计洪涝水量。

计算
的主要内容是：在一定的设计标准下，确定每年的泥沙流量，并计算出它们在一
年中的分布，从而估算出水库的库容消耗量和工程生命周期；在此基础上，提出
了一种基于水文地质模型的水文地质模型，并对该模型进行了数值模拟。

例如，
若能合理布置排沙底孔，并对水库的运行模式加以规制，则可实现异重流的排沙（参见河流来沙，水库来沙）。

（三）设计年径流计算
在此基础上，提出了一种新的流域水文模型，该模型是一种基于水文模型的
流域水文模型。

计算结果表明：①在不同的设计标准下，各时期最大洪峰流量及
最大洪峰流量；②洪水流程图，与设计相一致；③确定一个或多个区域，在梯级
或单个水库的下游有一定的防洪需求时，确定一个区域或若干区域，使其达到设
计洪峰的要求；④一年中各阶段（如特定月份，或丰水期，枯水期，施工期）的
设计洪峰。

（四）其他水文计算
主要有：对于北方有冰河的地区，应对工程建设及运行过程中可能产生的河
冰进行评估；对于水质指标要求严格的项目，应对项目运营期间的水质进行评估；在潮汐河流上建造水工构筑物，需要计算出设计的最高、最低潮水位及潮汐类型；从事农田水利的规划与设计；要估计一个区域的蒸发面积；在制定地下水开发规
划时，应对地下水的可用性、埋藏情况等进行评估；人类活动的存在，直接关系
到工程能否实现其应有的效益，因此，预测其对未来水环境的影响是十分必要的。

当观测到的水文数据比较长的时候，可以按照如下的步骤，直接使用频率分
析法进行计算：①对所需要的基础水文数据进行收集、整理和考证，对水文数据
系列的代表性进行分析；②利用频率分析方法，对某一系列的水文资料进行了统计；③采用频谱分析法，得出了该水库的水力学特征参数，并对其进行了计算，
得出了水库的设计指标；④选取满足设计要求的空间和时间分布为代表，对设计
数值进行放大和缩小，得出在设计工况下，各水文参数在时间和空间上的变化规律；⑤对计算结果的合理性进行分析和论证。

当没有实际观测到的水文数据时，主要是根据水文现象间存在的一些客观联系，然后根据具体情况采取相应的处理方法。

①相关分析法。

从水文现象间的相
关性出发，提出了一种将一组较长的观测数据与一组较短的观测数据相结合的方法。

比如说，以降水和径流之间的关系为基础，用一组比较长的降雨数据来对其
进行观察，将其延长，再按照有数据的情况下的水文计算方法来进行计算。

②等
值线图法。

不同的水文等高线图示出了这一水文特征量和它们的统计参数在区域
内的分布模式。

在实际应用中，通常是从具有长期观测历史的站点上，画出其等高线地图，再经插值得到特定位置上的水文设计值。

③经验公式法。

首先，将要计算的水文特征值与其它水文特征值、某些地理参数建立一种经验关系，从而推算出工程设计所需的设计水文特征值。

④水文比拟法。

在此基础上，将具有水文数据的小流域的水文特征值、统计参数或典型时空分布等参数直接应用于没有水文数据的小流域。

⑤水文调查法。

比如，在没有数据的地方，对历史大暴雨、洪涝状况进行调查，以供设计参考。

以上两种数据状况并无明显的界线，并且对于频率分析所需数据的时间长度也不够长。

因此，即便是在已有长期观测数据的情况下，仍应广泛应用后一种方法，加以分析和论证。

（五）水文比拟法计算
当参证流域有长系列水文资料，可根据参证流域资料计算。

需注意的是，当两者集水面积不超过15%，且区间降水、下垫面条件相似时，可直接采用面积比计算；若两者集水面积超过15%，或虽不足15%，但区间降水、下垫面条件差异较大时，应对降水和下垫面进行修正。

即通过计算参证站施工期设计频率下的洪水，将求得的参证流域洪水通过面积指数比转换为设计区域洪水，一般面积比指数多取0.67，公式如下：
式中：Q设为设计断面流量，m3/s；Q设为参证断面流量，m3/s；F设为设计断面控制集水面积，km2；F参为参证断面控制集水面积，km2，n为面积比指数。

结语：
在水利水电工程中，所有水工结构的设计都必须考虑到某一规模的洪水，也就是设计洪水。

如果设计洪峰过小（如比未来的真实洪峰少），则会导致项目的失败，造成灾难性后果；而如果设计洪峰过大，则会造成不必要的浪费。

所以，合理地确定设计洪峰是所有水工结构设计的首要问题。

在保证水库自身安全的前提下，如何使水库的综合效益最大化，是一项重要的课题。

参考文献：
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[2]王俊，贾建伟，张明波，等.水文分析计算与海绵城市[J].中国防汛抗旱，2017，27(3):74-78.
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