浅析水文分析计算

黄寿河

【摘要】地下水是水资源的重要组成部分，水文地质参数是评价地下水、溶质运移模拟以及防洪防涝等的重要依据，水文地质参数至关重要。水文地质计算方法大致可以分为水文地质试验法以及地下水动态观测法。本文主要分析我国水位水文地质主要的计算方法，为实际工程水文地质参数提供理论依据，并在具体的工程中说明计算方法的优缺点，希望能为相关人员带来一些帮助。

【关键词】水文地质；分析计算；动态分析法

引言

地下水是我国北方居民主要的饮水来源，在国民经济中发挥着重要作用，水文地质计算是进行地下水资源勘测以及数值模拟等的方法，常采用的方法是采取现场抽样试验资料方法，目前水文地质研究领域普遍关注的问题是计算方法的精简、高效性和准确性的水文计算地质参数，虽然计算水文地质参数的方法有很多，但是使用技巧不尽相同，本文将对我国主要的水文地质计算方法进行简介，并分析其优越性。

最早出现的水文地质计算方法是配线法，存在很大的人为误差，依赖于计算人员的工作经验，精度较低。随着计算机技术的发展，各种有关水文地质参数计算方法的软件不断开发出来，提高了水文地质计算精度。Vivier等人对裂隙含水层抽水试验采用Cooper-Jacob公式进行分析，并提出了FTA计算方法，此方法将地质与周围岩石联系在一起，精确度高；Nawrocki等人采用不同公式计算水文地质参数，并进行对比分析；国内学者李佩成等人提出了非稳定渗流的计算方式，并有学者不断进行完善；腾凯等人采取优化参数的方法，明确非稳定型流抽水试验解析法的计算；肖常来等人采取泰斯公式进行计算，并进行了优化。

水文地质计算方法中的数值法和分析法是随着计算机的发展而发明的，其要点是把整个渗流部分分为若干单元，并建立地下水流的关系式，通过综合表征来体现渗流区的总体特点。该计算方法比较简单，适用于多种水文地质条件。

不同工程要求估算的水文设计特征值不尽相同。桥梁工程要求估算所在河段可能出现的设计最高水位和最大流量，以便合理决定桥梁的高程和跨度；防洪工程为权衡下游和自身的安全、经济和风险，要求估算工程未来运行时期可能遇到的各种稀遇的洪水；灌溉、发电、供水、航运等工程需要知道所在河流可能提供的水量和水能蕴藏量，以确定灌溉面积、发电量、城市或工矿企业供水量和航运发展规模。工程的运行时期可长达几十至几百年，不可能象水文预报那样给出该时期内某一水文特征值出现的具体时间和大小，而是用水文统计的方法，估算在该时期中可能出现的某一设计标准的水文特征值。

一、设计年径流计算

即估算符合设计标准的通过河流某一指定断面的全年和各时段的径流量及其月旬分配，为水资源开发利用的水利规划和工程设计提供科学依据。计算主要内容包括：①各种设计标准的年最大设计洪峰流量和不同时段设计洪量；②符合设计要求的洪水过程线；③当梯级水库或单一水库下游有防洪要求时，拟定一种或几种满足设计要求的设计洪水的地区组成；④年内不同时期（如某些月份、或丰水期、枯水期和施工期等）的设计洪水。

二、设计洪水计算

即计算符合某一地点指定的防洪设计标准的洪水数值，为防洪规划或防洪工程设计提供可靠的水文数据。

计算的主要内容有：①各种历时的设计地点的雨量或流域平均面雨量；②它们的时程分配和地区分布；③大型工程和重要的中小型工程，还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。

三、设计暴雨计算

并根据设计暴雨计算结果，推求相应的设计洪水和涝水。算主要内容有：确定某一设计标准的各年输沙量及其年内分配，以估计水库库容减少情况和工程寿命；估算水库和它的上下游河道冲淤变化，为水工建筑物布设和水库运用方式的确定提供依据。例如，通过合理布设排沙底孔和规定水库运用方式，有助于利用异重流排沙（见河流泥沙、水库淤积）。

四、设计固体径流计算

主要内容为确定某一设计标准的各年输沙量及其年内分配，以估算水库库容缩小情况和工程寿命，估算水库及其上下游河道的泥沙沖淤情况，为水工建筑物布设和水库运营方式的选择提供依据。此外，还有河流冰情、水质估算，潮水位的计算，蒸发量、地下水估算等。计算方法主要是用概率论、数理统计的原理，根据实测水文资料的统计分析，估算指定设计频率的水文特征值。

五、其他水文计算

主要有：对北方结冰河流，要估算水工建筑物施工和运行时期可能出现的河流冰情；对水质要求较高的工程，要估算工程运行时期内的水质状况；在潮水河中修建水工建筑物时，要推求设计最高、最低潮水位和潮型；在农业规划和灌溉工程设计中；要估算某一地区的蒸发量；在地下水资源利用规划中，要估算地下水可利用量及埋藏状况等；在所有与水文有关的规划和设计工作中，都必须预估人类活动对未来水文情势的影响，因为人类活动是决定工程在未来是否正常发挥预期效益的重要因素。

计算方法主要是根据水文现象的随机性质，应用概率论、数理统计的原理和方法，通过实测水文资料的统计分析，估算指定设计频率的水文特征值。在实际计算（或称频率分析）中，水文资料条件大致有两种情况，即有较长实测水文资料和短缺实测水文资料。

在有较长实测水文资料时，可直接用频率分析方法按以下步骤计算：①收集、整理、考证所需的基本水文资料，分析水文资料系列的代表性；②对水文资料系列进行频率分析；③由频率分析求出符合设计标准的水文特征值；④选择符合设计要求的时空分布作为典型，按设计值放大或缩小，求得设计条件下的水文特征值的时空分布；⑤计算成果合理性分析论证。

在短缺实测水文资料时，主要依据水文现象之间的某些客观联系，再按不同情况采用不同方法，常用方法有：①相关分析法。根据水文现象之间的相关关系，利用观测系列较长的水文资料，以延长观测系列较短的水文资料。例如根据降雨与径流关系，通过观测系列较长的降雨资料，延长径流量资料，然后按有资料情况下的水文计算方法进行计算。②等值线图法。各种水文等值线图表示该水文特征值及其统计参数在地区上的分布规律。一般先根据观测历史较长的测站的资料，绘制这些水文等值线图，然后通过内插，求得指定地点的水文设计数据。③经验公式法。先建立需要计算的水文特征值与其他水文特征值、某些地理参数之间的经验关系，以推求工程设计所需要的设计水文特征值。④水文比拟法。即在流域水文气象条件和下垫面情况基本近似的前提下，把有水文资料的流域的水文特征值、统计参数或典型时空分布直接（或作适当修正后）移用到无资料的流域作为设计依据。⑤水文调查法。例如调查无资料地区的历史暴雨洪水情况，作为设计依据等。上述两种水文资料条件之间没有一个明确的界限，而且相对于频率分析的要求现有资料的年限长度还不足。所以即使在有较长的实测水文资料条件下，也要广泛运用后者的各种方法，进行分析论证。

参考文献

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