美國水文計算方法

Ⅰ 極值洪水計算（包括可能最大洪水和古洪水研究）的具體研究方向以及研究內容目前在中國的發展狀況及前景

文 摘；對水文頻率分析研究進行了回顧與評述，分別對常遇的幾個問題——頻率曲線線型、經驗頻率公式、統計參數估計和特殊水文資料應用等作了敘述，總結了我國近50年來在頻率分析上的主要成就以及對分析思路、研究探索、實際應用和實踐經驗等作出剖析。可以認為，現在已發展成一套具有中國特色的水文頻率分析方法，為工程所需提供了科學依據，為水文學科的發展作出了貢獻。

建設各類水利水電、土木建築等工程，需要為其提供一定設計標準的水文值。這類水文設計值可以從不同途徑獲得，其中的統計途徑，已廣為應用，卓有成效。

早期，對以防洪為目標的工程，水文設計值大都取實測或調查洪水系列中的最大值。可是，關繫到人民生命財產安全的防洪工程，僅用出現過的或調查到的洪水作設計的依據，猶感不夠安全，於是採用了在這種最大值上加一個安全系數(常稱最大值加成)。然而，對於長短不一的水文系列、變化幅度有大小的系列、研究比較充分和不夠充分的系列以及重要性不同的工程類別等，如何分別加成，又加成後的設計值將來出現的風險怎樣?為要解決這些問題，水文統計法應運而生，即用頻率分析法來推求設計值。其優點是可以根據水文系列的統計規律進行計算和分析，得到不同情況下的安全系數或加成值。這樣採取的安全系數，就有了一個比較客觀的尺度，能按統計規律自動反映出來，為統一取用水文設計值提供了科學依據。

增加安全系數法，實際上是用頻率分析法對水文系列進行外延的問題。現在，通用以一定數學模型(頻率分布曲線)作為外延的工具。外延有誤差，其與外延的遠近成正比。同時，加上其他誤差(如水文測驗、方法性和系列代表性等誤差)的交織與干擾，使外延誤差復雜化。為減少這類誤差，積累了許多經驗，如詳細審查資料、設法展延系列、增加歷史洪水和對頻率計算結果進行合理性分析等。這些都是為提供可靠設計值的有效措施。

由於實踐需要，水文頻率分析法得以不斷發展，成為水文學中一支不可缺少的力量。近半個世紀以來，我國在水文頻率分析領域內，做了大量的理論研究、方法探索和實際應用工作，積累了許多經驗對頻率計算成果，採用多種方法、綜合分析、合理選定的原則，提高了成果的客觀性和精度。這是具有中國特色的水文頻率分析的實踐結果。特別是近幾十年來，由於信息的擴大和計算機技術的普及，使這方面的工作更有新的進展、新的認識和新的成功。

本文將回顧水文頻率分析的發展歷史，敘述和比較各種方法的應用，著重於我國在這一領域中的成就。

1 水文頻率分析的歷史回顧

應用水文頻率分析方法，已有百年左右的歷史，為實際應用的需要，不斷得到發展和充實。現粗分為兩個時期加以敘述。

1.1 發展初期和簡單應用時期[1，2]

水文頻率分析法約始於1880～1890年，美國的Herschel和Rafter首先應用了頻率曲線(當時稱為歷時曲線)。1896年，Horton把頻率分析法用於徑流研究中，多為正態分布的應用。到了1913～1914年，Fuller和Hazen相繼發表論文，敘述頻率方法的應用。Hazen提出用縱坐標為對數分格的概率格紙，於1921年開始在這種格紙上圖解適線，這是對數正態分布的最早應用。

1921年，Hall設想用皮爾遜曲線族來配適水文資料。1924年，Foster提出了應用皮爾遜型曲線的方法，並製成了離均系數Φ值表，給頻率計算帶來了方便，並得到廣泛應用。

我國最早研究，始於30年代初期。1933年，周鎮倫應用正態分布和皮爾遜型分布對美國雨量資料作了計算。1937年，陳椿庭把我國長江、黃河、永定河、涇河和淮河的洪水流量，用對數正態分布和皮爾遜型分布進行頻率分析。

到了40年代，水文頻率分析法的應用愈來愈多，出現了其他一些頻率分布型式，如極值型分布、Крицкий-Менкелъ分布(簡稱克-門分布)和對數皮爾遜型分布等，使頻率曲線有更多的備選線型。

1.2 繼續發展期和普遍應用期

新中國成立(1949年)後，為了適應水利事業蓬勃發展的需要，我國水文工作者在吸取國外有關經驗的同時，結合當地水文資料，做了許多水文頻率分析工作。1955～1956年，林平一、陳志愷組織一批水利技術人員，進行洪水頻率計算方法的研究，結合我國的水文資料和實際情況，對已有的方法進行比較和擇優。1956年11月，在全國水文計算學術討論會上，對水文頻率分析中的選樣方法、經驗頻率公式、統計參數估計、頻率曲線線型、抽樣誤差和研究方向等，進行了討論，並有技術總結[3]。1957年，原北京水利科學研究院水文研究所印發了《暴雨及洪水頻率計算方法的研究》報告，這是我國最早一部比較系統敘述水文頻率分析問題的文獻。

1954年，淮河流域發生了特大洪水，治淮委員會開展了全面的流域規劃工作。在此期間內，做了大量的頻率分析計算。特別是，通過眾多的頻率計算適線，得到了1d、3d、7d等的短歷時暴雨的統計參數；偏態系數CS為離差系數CV的3.5倍。這是這個關系的首次發現，經過以後幾十年的實踐，表明暴雨系列CS=3.5CV在我國有普遍的意義。

到了50年代和60年代初，《水文計算經驗匯編》兩集[3，4]和《水文統計原理與方法》[1]的出版和有關論文的發表，對水文頻率分析方法有了較為全面的認識，並為今後應用提供了指導性意見。例如推薦；用年最大值法取樣，以皮爾遜型作為頻率曲線的線型，用m/(n+1)公式計算經驗頻率，加入歷史洪水進行頻率計算，通過適線法調整頻率曲線的統計參數和設計值，以及用合理性分析方法來綜合所計算的結果。幾十年的實踐表明，這些意見是符合我國實際情況的，並已為有關規范(如《水利水電設計洪水規范》等)所採納。

把頻率分析方法用於水文學科上，歷來的爭論是不斷的。有代表性的較大兩次爭論是；50年代初期蘇聯學者們的討論[5]，1958年及其以後幾年中我國水文界對頻率分析的爭論。通過這些爭論和經過多年的實踐，表明了水文學中正確應用頻率方法是不可缺少的，作為一種技術途徑而存在是合適的。

1976年華東水利學院等單位和1980年叢樹錚等相繼發表了應用統計試驗法於水文頻率分析中的研究成果[6，7]，他們用大量模擬資料對經驗頻率公式和各類統計參數估計法(包括適線法中適線准則)等作了比較和討論。1981年，華東水利學院主編了《水文學中的概率統計基礎》[8]，這是我國第一部高等院校水文統計類的教材。

80年代之後，水文頻率分析方面的研究成果愈來愈多，提出了更多的方法，對水文學科的發展起到了很大的作用。

Ⅱ 水文地質學計演算法

水文地質計演算法如靜儲量、動儲量、彈性儲量等都可用來進行地熱資源評價,但其計算結果應換算成熱量。該方法未考慮熱儲岩石的熱量,計算結果顯著偏小。

Ⅲ 美國的氣候類型和水文特徵

位置
美國本土位於北美洲中部，位於西半球，領土還包括北美洲西北部的阿拉斯加和太平洋中部的夏威夷群島等。其北與加拿大接壤，南靠墨西哥灣，西臨太平洋，東瀕大西洋。海岸線22,680公里。大部分地區屬於溫帶大陸性氣候，南部屬亞熱帶氣候，西部沿海地區分布有溫帶海洋性氣候和地中海氣候。中北部平原（中央大平原）溫差很大，芝加哥1月平均氣溫-3℃，7月24℃；墨西哥灣沿岸1月平均氣溫11℃，7月28℃。全國最低點為死亡谷（Death Valley，-86 米），位於美國加利福尼亞洲的東南方，與內華達州接壤；最高點為麥金利山（Mount Mckinley，6,198 米），位於阿拉斯加州的中南部，是阿拉斯加山脈的中段。
氣候
美國幾乎有著世界上所有的氣候類型（地跨寒、溫、熱三帶，本土處於溫帶），在主要農業地帶少有嚴重的乾旱發生、洪水泛濫也並不常見，並且有著溫和而又能取得足夠降雨量的氣溫。 影響美國氣候的主要是北極氣流，每年從太平洋帶來了大規模的低氣壓，這些低氣壓在通過內華達山脈、洛磯山脈、和喀斯喀特山脈時夾帶了大量水分，當這些氣壓到達中部大平原時便能進行重組，導致主要的氣團相遇而帶來激烈的大雷雨，尤其是在春季和夏季。有時這些暴雨可能與其他的低氣壓會合，繼續前往東海岸和大西洋，並會演變為更激烈的東北風暴（Nor'easter），在美國東北的中大西洋區域和新英格蘭形成廣泛而沉重的降雪。大平原廣闊無比的草原也形成了許多世界上最極端的氣候轉變現象。
水文
美國從總體上可分為三大水系：凡位於落基山以東的注入大西洋的河流都稱為大西洋水系，主要有密西西比河、康涅狄格河和赫得森河，密西西比河是美國的母河。其中密西西比河全長6020公里，居世界第四位。凡注入太平洋的河流稱太平洋水系。主要有科羅拉多河、哥倫比亞河、育空河等。北美洲中東部的大湖群——五大湖。包括蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖和安大略湖，屬冰川湖，總面積24.5萬平方公里，為世界最大的淡水水域，素有「北美地中海」之稱，其中密歇根湖屬美國，其餘4湖為美國和加拿大共有。蘇必利爾湖為世界最大的淡水湖，面積在世界湖泊中僅次於裏海而居世界第二位。五大湖湖水匯入聖勞倫斯河，流入大西洋。

Ⅳ （一）計算方法

1.Tennant法

估計河流生態用水的常用方法是Tennant法，又稱Montana法，這是一種水文學方法。該法在考慮保護魚類、野生動物和有關環境資源的河流流量狀況下，按照年平均流量的百分數推薦河流基流。Tennant方法主要用來評價河流水資源開發利用程度或作為在優先度不高的河段研究河道流量推薦值使用，或作為其他方法的一種檢驗。

Tennant法根據流量級別及其對生態的有利程度，將河道內生態環境需水量確定為不同的級別，從「極差」到「最大」共8個級別，並對不同級別推薦了河流生態用水流量佔多年平均流量的百分比。

Tennant方法的計算過程相對簡單，即只要根據多年平均流量，利用相應級別的百分比即可確定出年內不同時段的生態環境需水量，對全年求和即可求得全年的生態環境需水量。

2.Q90法

Q90法源於美國的7Q10法，7Q10法為美國考慮水質因素確定河道內生態環境需水的方法，即採用90%保證率最枯連續7 d的平均流量作為河流最小流量設計值。美國環保署（EPA）通過研究表明基於水文學的7Q10法和基於生物學的4B3法的計算結果十分接近，因而建議以此作為污染物排放對水生物長期影響效果的水質標准設計流量。此後，美國聯邦政府和許多州通過立法將7Q10法作為確定河道內基流的計算方法。7Q10法在20世紀70年代傳入我國並在許多大型水利工程建設的環境影響評價中得到應用。由於該標准要求比較高，鑒於我國的經濟發展水平比較落後、南北方水資源情況差別較大的現狀，對該法進行了修改，一般採用近10年最枯月平均流量或90%保證率最枯月平均流量。

Q90法也是一種水文學計算方法，即將90%保證率的最小月平均流量作為河道內生態環境需水流量值。其計算過程為，首先由各河段水文歷史資料，在各年中找出其月平均流量最小月份的流量值，然後利用這些最小月平均流量進行頻率計算，其90%保證率的流量值即可作為河道內生態環境需水流量，由此流量值即可求得全年的生態環境需水量。

3.濕周法

濕周法則是一種水力學計算方法，其主要依據是水力學研究中得到的基本認識。通常濕周隨著河流流量的增大而增加，然而當濕周超過某臨界值後，即使河流流量的巨幅增加也只能導致濕周的微小變化。注意到濕周臨界值的這一特殊意義，我們只要保護好作為水生物棲息地的臨界濕周區域，也就基本上滿足了臨界區域水生物棲息保護的最低需求。將河流臨界濕周作為水生物棲息地質量指標估算相應河流生態需水量時，所得的流量會受到河道形狀的影響。這種方法一般適用於寬淺河道。

濕周法計算的關鍵是要確定出流量—濕周關系，這可以先根據河道斷面資料確定出水位—濕周關系，並結合水文學中的水位—流量關系即可確定出流量—濕周關系。由流量—濕周關系圖，在其中找出變化曲折的臨界點，將此臨界點的流量值作為保持河道內生態需水的流量值，由此流量值即可求得全年的生態環境需水量。

Ⅳ 水文分析法

地下水水文分析法是仿照陸地水文學的測流分析，計算地下水補給量的一種方法。其基本原理是水循環理論（徐恆力等，2001）：一個完整的地下水系統，無論補給方式多麼復雜，補給量總會轉化為地下水的徑流量，在天然狀態下，地下水徑流必定會轉化為地表水，即有總排泄量=總徑流量=總補給量。若已知地下水的總徑流量或總排泄量，由此可推算出地下水的補給量。

地下水水文分析法主要通過地下水測流、泉流量統計或基流分割等方法，或直接統計全區的地下總徑流量或總排泄量，作為評價區的資源量；或先獲得地下水的徑流模數，然後以徑流模數乘以評價總面積得到地下總徑流量。

水文分析法的適用條件：在天然狀態下（沒有開采干擾），地下水補給量全部轉化為地下水的徑流量或排泄量。

（一）徑流模數

在天然條件下，地下水系統的總排泄量或總徑流量由系統各處的補給量轉化而來，地下水徑流量的大小與匯水面積成正比，因此地下水系統的總徑流量與匯水面積的比值被定義為地下水徑流模數，數學表達式為

M_g=Q/F或Q=M_g·F （3-36）

式中：M_g為地下水徑流模數（m³·s^-1·km^-2）；Q為地下水徑流量（m³·s^-1）；F為匯水面積（km²）。

（二）徑流模數的測定方法

1.地下水測流法

在岩溶發育的地區，地下水數量大部分集中於寬大岩溶裂隙，在管道中形成暗河，而管道外的水量甚微。因此，可以選擇暗河幹流或某一級支流的天窗或暗河出口測定地下水流量，同時確定測點所控制的地下水流域的面積，採用式（3-36）計算出控制流域的地下徑流模數。如此，選擇幾個代表性的暗河獲取地下徑流模數，然後推廣到整個地下水系統，根據式（3-36）即可得到地下水總徑流量。

2.泉流量法

在全排型的泉域，可以根據泉流量和相應的匯水面積，求得地下徑流模數。在實際應用中，可以選擇流域內具有代表性的幾個泉域進行計算，然後推廣到整個流域，求得總徑流量。

3.基流分割法

在地下水補給常年性河流的地區，在枯水期河水流量幾乎全部由地下水補給維持，這時的河水流量被稱為基流量。在天然條件下，地下水的總補給量等於總排泄量。因此在地下水補給量全部排入河流的地區，把河流流量過程線上的基流量分割出來，作為測點控制流域范圍內地下水的補給量。在實際應用時，可以選擇代表性的河段根據基流量與測點所控匯水面積，求得徑流模數，然後推廣到整個流域，求得總徑流量。關於基流分割的具體方法在本節討論地表水與地下水相互轉化量計算方法部分已詳細介紹，這里不再重復。

利用基流分割法評價地下水補給資源量的前提包括：①天然狀態下，在較長的水文周期內，地下水的總補給=地下水的總排泄；②地下水的補給量全部轉化為向河流的排泄量。如果在徑流過程中存在天然或人工排泄（如蒸發、開采等），則需要根據實際排泄情況修正分割結果。該方法多用於山區地下水資源量評價，往往將出山口的河流基流量作為山區地下水的補給量，顯然，若存在山區向平原的地下徑流量或山區地下水的大量開采利用，則該評價量偏於保守。在平原區，往往由於潛水蒸發、人工開采、地下水與地表水的頻繁轉化、地表水的大量引灌等因素，使得該方法難以有效利用，而多用於評價地表水與地下水的相互轉化。

Ⅵ 水文計算中的濕周如何計算

χ=b+2h(1+m^2)^(1/2)。

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。不同工程要求估算的水文設計特徵值不盡相同。橋梁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,以便合理決定橋梁的高程和跨度;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。

Ⅶ 水文氣象的歐美國家概況

1917 年美國學者梅宥也使用氣象資料輔助測流資料來推算河流的年徑流量。
西歐國家在氣象與河流的關系問題上，經歷了一個漫長的認識過程。
古希臘的學者荷馬 · 柏拉圖和亞里斯多德等主觀上覺得天上降下的雨雪終不會足夠地供應河裡不斷流淌著的水流，因而製造出一些玄妙的假設，說地下水是從通海的地道里潛回大陸後湧出地面的，說這種潛流的海水會過濾成為清水的河流等。
偉大的現實主義者達 · 芬奇 (1452 一1519 年) 在米蘭運河工作中，他注視著水流的來源和去向，從實踐中認識了水分循環的真理。法國人潘勞（1608 一1680 年）曾測量和記載了三年的降雨量，並估計了森河流域面積和年徑流量，從而算出每年雨雪總量為年徑流量的兩倍。馬立台 (1620 一 1684 年 ) 用浮標法測驗森河在巴黎的流速，從而證實了潘勞的年流量估計，這些實驗是雨量足以供應徑流量而有餘這一客觀規律的第一次具體證明。
無論是在蘇聯還是在歐美國家，水文學是在十九世紀末和甘世紀初期才逐漸形成一間獨立的學科的。

Ⅷ 水文觀測的方法

水文觀測直接觀測的有降水、水位、流量、土壤濕度、含沙量。你所提問的其他參數都是通過這些實測數據推算出來的。降水是測量雨量器乘水容器在相應時段內承接的液體降水的厚度。水位是觀測水面和固定點的高差再加上固定點的高程。流量常規測量是測量斷面上合理分布點的流速與各部分斷面面積的乘積，累加後就是當時水位下的流量。土壤濕度是烘乾法和含沙量是用烘乾的原理測量的。
林冠截留、林內降雨，樹干截然留，枯枝落葉截留，下滲，土壤含水量，坡面徑流，河川徑流，（侵蝕量），輸沙量都是通過上述實測數據用水文模型或經驗方法分析而來的。

Ⅸ 水文計算的基本方法

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布作為典型，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布；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系，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系，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系，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布規律。一般先根據觀測歷史較長的測站的資料，繪制這些水文等值線圖，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系，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布直接（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。

Ⅹ 計算機求解水文地質參數的方法和步驟

在這一章中，我們將通過編制計算程序通過計算機實現水文地質參數的計算，比如上一節的泰斯公式計算含水層參數，將通過編制計算程序來直接把非穩定流抽水試驗資料代入泰斯公式的級數表達式中求解水文地質參數，徹底解放手工勞動，使水文地質參數的計算實現批量化、自動化。不但省去了大量的手工工作，方便、快捷，而且只要計算程序無誤、錄入原始數據准確，計算結果是絕對可靠的。退一步講，即使錄入的原始數據有誤，因為原始數據是通過數據文件輸入計算程序的，也是容易檢查、便於糾正、方便重新運行程序輸出計算結果的。

計算機求解水文地質參數一般經過下面的幾個步驟：

（1）整理抽水試驗原始資料，錄入試驗數據：把抽水試驗現場記錄的原始資料整理、分析，全部錄入計算機，繪製成相應的表格、曲線。

（2）選擇合適的計算公式：按照含水層是否承壓、抽水試驗主孔的性質（完整井、非完整井）、是否有觀測孔及觀測孔的個數、抽水試驗是否呈穩定狀態等條件，選擇合適的計算公式。

（3）編制計算程序：以已選用的計算公式為核心、以抽水試驗原始數據為依據，編制計算程序。

（4）錄入計算程序配套的表格數據：這里不是指抽水試驗的原始數據，而是不受抽水試驗影響的、計算公式中需要查表獲取的某些理論數據或經驗數據，例如「1.6承壓含水層穩定流單孔抽水試驗計算K值」與「1.7潛水含水層穩定流單孔抽水試驗計算K值」中均用到的表1-6-1「根據單位涌水量確定影響半徑R經驗值一覽表」，需要在計算程序運行前就事先錄入計算機、等待調用。

（5）檢驗程序計算結果的正確性：用已知計算結果的抽水試驗資料代入程序進行計算，檢驗程序的計算結果是否正確。

（6）把抽水試驗數據按計算程序調用的格式編輯成數據文件，並用計算程序調用的名稱存檔。

（7）運行程序進行計算。

本章中，除了像泰斯公式計算含水層參數這樣的較復雜計算之外，對幾個用計算器就可以計算的簡單的求參公式，也編制了簡單的計算程序、給出了例題及計算結果供讀者練習之用，目的是用最簡單的計算作為開頭，使讀者先嘗試到成功的喜悅，增添學習的興趣和信心，為後面的復雜計算奠定基礎。