美国水文计算方法

Ⅰ 极值洪水计算（包括可能最大洪水和古洪水研究）的具体研究方向以及研究内容目前在中国的发展状况及前景

文 摘；对水文频率分析研究进行了回顾与评述，分别对常遇的几个问题——频率曲线线型、经验频率公式、统计参数估计和特殊水文资料应用等作了叙述，总结了我国近50年来在频率分析上的主要成就以及对分析思路、研究探索、实际应用和实践经验等作出剖析。可以认为，现在已发展成一套具有中国特色的水文频率分析方法，为工程所需提供了科学依据，为水文学科的发展作出了贡献。

建设各类水利水电、土木建筑等工程，需要为其提供一定设计标准的水文值。这类水文设计值可以从不同途径获得，其中的统计途径，已广为应用，卓有成效。

早期，对以防洪为目标的工程，水文设计值大都取实测或调查洪水系列中的最大值。可是，关系到人民生命财产安全的防洪工程，仅用出现过的或调查到的洪水作设计的依据，犹感不够安全，于是采用了在这种最大值上加一个安全系数(常称最大值加成)。然而，对于长短不一的水文系列、变化幅度有大小的系列、研究比较充分和不够充分的系列以及重要性不同的工程类别等，如何分别加成，又加成后的设计值将来出现的风险怎样?为要解决这些问题，水文统计法应运而生，即用频率分析法来推求设计值。其优点是可以根据水文系列的统计规律进行计算和分析，得到不同情况下的安全系数或加成值。这样采取的安全系数，就有了一个比较客观的尺度，能按统计规律自动反映出来，为统一取用水文设计值提供了科学依据。

增加安全系数法，实际上是用频率分析法对水文系列进行外延的问题。现在，通用以一定数学模型(频率分布曲线)作为外延的工具。外延有误差，其与外延的远近成正比。同时，加上其他误差(如水文测验、方法性和系列代表性等误差)的交织与干扰，使外延误差复杂化。为减少这类误差，积累了许多经验，如详细审查资料、设法展延系列、增加历史洪水和对频率计算结果进行合理性分析等。这些都是为提供可靠设计值的有效措施。

由于实践需要，水文频率分析法得以不断发展，成为水文学中一支不可缺少的力量。近半个世纪以来，我国在水文频率分析领域内，做了大量的理论研究、方法探索和实际应用工作，积累了许多经验对频率计算成果，采用多种方法、综合分析、合理选定的原则，提高了成果的客观性和精度。这是具有中国特色的水文频率分析的实践结果。特别是近几十年来，由于信息的扩大和计算机技术的普及，使这方面的工作更有新的进展、新的认识和新的成功。

本文将回顾水文频率分析的发展历史，叙述和比较各种方法的应用，着重于我国在这一领域中的成就。

1 水文频率分析的历史回顾

应用水文频率分析方法，已有百年左右的历史，为实际应用的需要，不断得到发展和充实。现粗分为两个时期加以叙述。

1.1 发展初期和简单应用时期[1，2]

水文频率分析法约始于1880～1890年，美国的Herschel和Rafter首先应用了频率曲线(当时称为历时曲线)。1896年，Horton把频率分析法用于径流研究中，多为正态分布的应用。到了1913～1914年，Fuller和Hazen相继发表论文，叙述频率方法的应用。Hazen提出用纵坐标为对数分格的概率格纸，于1921年开始在这种格纸上图解适线，这是对数正态分布的最早应用。

1921年，Hall设想用皮尔逊曲线族来配适水文资料。1924年，Foster提出了应用皮尔逊型曲线的方法，并制成了离均系数Φ值表，给频率计算带来了方便，并得到广泛应用。

我国最早研究，始于30年代初期。1933年，周镇伦应用正态分布和皮尔逊型分布对美国雨量资料作了计算。1937年，陈椿庭把我国长江、黄河、永定河、泾河和淮河的洪水流量，用对数正态分布和皮尔逊型分布进行频率分析。

到了40年代，水文频率分析法的应用愈来愈多，出现了其他一些频率分布型式，如极值型分布、Крицкий-Менкелъ分布(简称克-门分布)和对数皮尔逊型分布等，使频率曲线有更多的备选线型。

1.2 继续发展期和普遍应用期

新中国成立(1949年)后，为了适应水利事业蓬勃发展的需要，我国水文工作者在吸取国外有关经验的同时，结合当地水文资料，做了许多水文频率分析工作。1955～1956年，林平一、陈志恺组织一批水利技术人员，进行洪水频率计算方法的研究，结合我国的水文资料和实际情况，对已有的方法进行比较和择优。1956年11月，在全国水文计算学术讨论会上，对水文频率分析中的选样方法、经验频率公式、统计参数估计、频率曲线线型、抽样误差和研究方向等，进行了讨论，并有技术总结[3]。1957年，原北京水利科学研究院水文研究所印发了《暴雨及洪水频率计算方法的研究》报告，这是我国最早一部比较系统叙述水文频率分析问题的文献。

1954年，淮河流域发生了特大洪水，治淮委员会开展了全面的流域规划工作。在此期间内，做了大量的频率分析计算。特别是，通过众多的频率计算适线，得到了1d、3d、7d等的短历时暴雨的统计参数；偏态系数CS为离差系数CV的3.5倍。这是这个关系的首次发现，经过以后几十年的实践，表明暴雨系列CS=3.5CV在我国有普遍的意义。

到了50年代和60年代初，《水文计算经验汇编》两集[3，4]和《水文统计原理与方法》[1]的出版和有关论文的发表，对水文频率分析方法有了较为全面的认识，并为今后应用提供了指导性意见。例如推荐；用年最大值法取样，以皮尔逊型作为频率曲线的线型，用m/(n+1)公式计算经验频率，加入历史洪水进行频率计算，通过适线法调整频率曲线的统计参数和设计值，以及用合理性分析方法来综合所计算的结果。几十年的实践表明，这些意见是符合我国实际情况的，并已为有关规范(如《水利水电设计洪水规范》等)所采纳。

把频率分析方法用于水文学科上，历来的争论是不断的。有代表性的较大两次争论是；50年代初期苏联学者们的讨论[5]，1958年及其以后几年中我国水文界对频率分析的争论。通过这些争论和经过多年的实践，表明了水文学中正确应用频率方法是不可缺少的，作为一种技术途径而存在是合适的。

1976年华东水利学院等单位和1980年丛树铮等相继发表了应用统计试验法于水文频率分析中的研究成果[6，7]，他们用大量模拟资料对经验频率公式和各类统计参数估计法(包括适线法中适线准则)等作了比较和讨论。1981年，华东水利学院主编了《水文学中的概率统计基础》[8]，这是我国第一部高等院校水文统计类的教材。

80年代之后，水文频率分析方面的研究成果愈来愈多，提出了更多的方法，对水文学科的发展起到了很大的作用。

Ⅱ 水文地质学计算法

水文地质计算法如静储量、动储量、弹性储量等都可用来进行地热资源评价,但其计算结果应换算成热量。该方法未考虑热储岩石的热量,计算结果显着偏小。

Ⅲ 美国的气候类型和水文特征

位置
美国本土位于北美洲中部，位于西半球，领土还包括北美洲西北部的阿拉斯加和太平洋中部的夏威夷群岛等。其北与加拿大接壤，南靠墨西哥湾，西临太平洋，东濒大西洋。海岸线22,680公里。大部分地区属于温带大陆性气候，南部属亚热带气候，西部沿海地区分布有温带海洋性气候和地中海气候。中北部平原（中央大平原）温差很大，芝加哥1月平均气温-3℃，7月24℃；墨西哥湾沿岸1月平均气温11℃，7月28℃。全国最低点为死亡谷（Death Valley，-86 米），位于美国加利福尼亚洲的东南方，与内华达州接壤；最高点为麦金利山（Mount Mckinley，6,198 米），位于阿拉斯加州的中南部，是阿拉斯加山脉的中段。
气候
美国几乎有着世界上所有的气候类型（地跨寒、温、热三带，本土处于温带），在主要农业地带少有严重的干旱发生、洪水泛滥也并不常见，并且有着温和而又能取得足够降雨量的气温。 影响美国气候的主要是北极气流，每年从太平洋带来了大规模的低气压，这些低气压在通过内华达山脉、洛矶山脉、和喀斯喀特山脉时夹带了大量水分，当这些气压到达中部大平原时便能进行重组，导致主要的气团相遇而带来激烈的大雷雨，尤其是在春季和夏季。有时这些暴雨可能与其他的低气压会合，继续前往东海岸和大西洋，并会演变为更激烈的东北风暴（Nor'easter），在美国东北的中大西洋区域和新英格兰形成广泛而沉重的降雪。大平原广阔无比的草原也形成了许多世界上最极端的气候转变现象。
水文
美国从总体上可分为三大水系：凡位于落基山以东的注入大西洋的河流都称为大西洋水系，主要有密西西比河、康涅狄格河和赫得森河，密西西比河是美国的母河。其中密西西比河全长6020公里，居世界第四位。凡注入太平洋的河流称太平洋水系。主要有科罗拉多河、哥伦比亚河、育空河等。北美洲中东部的大湖群——五大湖。包括苏必利尔湖、密歇根湖、休伦湖、伊利湖和安大略湖，属冰川湖，总面积24.5万平方公里，为世界最大的淡水水域，素有“北美地中海”之称，其中密歇根湖属美国，其余4湖为美国和加拿大共有。苏必利尔湖为世界最大的淡水湖，面积在世界湖泊中仅次于里海而居世界第二位。五大湖湖水汇入圣劳伦斯河，流入大西洋。

Ⅳ （一）计算方法

1.Tennant法

估计河流生态用水的常用方法是Tennant法，又称Montana法，这是一种水文学方法。该法在考虑保护鱼类、野生动物和有关环境资源的河流流量状况下，按照年平均流量的百分数推荐河流基流。Tennant方法主要用来评价河流水资源开发利用程度或作为在优先度不高的河段研究河道流量推荐值使用，或作为其他方法的一种检验。

Tennant法根据流量级别及其对生态的有利程度，将河道内生态环境需水量确定为不同的级别，从“极差”到“最大”共8个级别，并对不同级别推荐了河流生态用水流量占多年平均流量的百分比。

Tennant方法的计算过程相对简单，即只要根据多年平均流量，利用相应级别的百分比即可确定出年内不同时段的生态环境需水量，对全年求和即可求得全年的生态环境需水量。

2.Q90法

Q90法源于美国的7Q10法，7Q10法为美国考虑水质因素确定河道内生态环境需水的方法，即采用90%保证率最枯连续7 d的平均流量作为河流最小流量设计值。美国环保署（EPA）通过研究表明基于水文学的7Q10法和基于生物学的4B3法的计算结果十分接近，因而建议以此作为污染物排放对水生物长期影响效果的水质标准设计流量。此后，美国联邦政府和许多州通过立法将7Q10法作为确定河道内基流的计算方法。7Q10法在20世纪70年代传入我国并在许多大型水利工程建设的环境影响评价中得到应用。由于该标准要求比较高，鉴于我国的经济发展水平比较落后、南北方水资源情况差别较大的现状，对该法进行了修改，一般采用近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量。

Q90法也是一种水文学计算方法，即将90%保证率的最小月平均流量作为河道内生态环境需水流量值。其计算过程为，首先由各河段水文历史资料，在各年中找出其月平均流量最小月份的流量值，然后利用这些最小月平均流量进行频率计算，其90%保证率的流量值即可作为河道内生态环境需水流量，由此流量值即可求得全年的生态环境需水量。

3.湿周法

湿周法则是一种水力学计算方法，其主要依据是水力学研究中得到的基本认识。通常湿周随着河流流量的增大而增加，然而当湿周超过某临界值后，即使河流流量的巨幅增加也只能导致湿周的微小变化。注意到湿周临界值的这一特殊意义，我们只要保护好作为水生物栖息地的临界湿周区域，也就基本上满足了临界区域水生物栖息保护的最低需求。将河流临界湿周作为水生物栖息地质量指标估算相应河流生态需水量时，所得的流量会受到河道形状的影响。这种方法一般适用于宽浅河道。

湿周法计算的关键是要确定出流量—湿周关系，这可以先根据河道断面资料确定出水位—湿周关系，并结合水文学中的水位—流量关系即可确定出流量—湿周关系。由流量—湿周关系图，在其中找出变化曲折的临界点，将此临界点的流量值作为保持河道内生态需水的流量值，由此流量值即可求得全年的生态环境需水量。

Ⅳ 水文分析法

地下水水文分析法是仿照陆地水文学的测流分析，计算地下水补给量的一种方法。其基本原理是水循环理论（徐恒力等，2001）：一个完整的地下水系统，无论补给方式多么复杂，补给量总会转化为地下水的径流量，在天然状态下，地下水径流必定会转化为地表水，即有总排泄量=总径流量=总补给量。若已知地下水的总径流量或总排泄量，由此可推算出地下水的补给量。

地下水水文分析法主要通过地下水测流、泉流量统计或基流分割等方法，或直接统计全区的地下总径流量或总排泄量，作为评价区的资源量；或先获得地下水的径流模数，然后以径流模数乘以评价总面积得到地下总径流量。

水文分析法的适用条件：在天然状态下（没有开采干扰），地下水补给量全部转化为地下水的径流量或排泄量。

（一）径流模数

在天然条件下，地下水系统的总排泄量或总径流量由系统各处的补给量转化而来，地下水径流量的大小与汇水面积成正比，因此地下水系统的总径流量与汇水面积的比值被定义为地下水径流模数，数学表达式为

M_g=Q/F或Q=M_g·F （3-36）

式中：M_g为地下水径流模数（m³·s^-1·km^-2）；Q为地下水径流量（m³·s^-1）；F为汇水面积（km²）。

（二）径流模数的测定方法

1.地下水测流法

在岩溶发育的地区，地下水数量大部分集中于宽大岩溶裂隙，在管道中形成暗河，而管道外的水量甚微。因此，可以选择暗河干流或某一级支流的天窗或暗河出口测定地下水流量，同时确定测点所控制的地下水流域的面积，采用式（3-36）计算出控制流域的地下径流模数。如此，选择几个代表性的暗河获取地下径流模数，然后推广到整个地下水系统，根据式（3-36）即可得到地下水总径流量。

2.泉流量法

在全排型的泉域，可以根据泉流量和相应的汇水面积，求得地下径流模数。在实际应用中，可以选择流域内具有代表性的几个泉域进行计算，然后推广到整个流域，求得总径流量。

3.基流分割法

在地下水补给常年性河流的地区，在枯水期河水流量几乎全部由地下水补给维持，这时的河水流量被称为基流量。在天然条件下，地下水的总补给量等于总排泄量。因此在地下水补给量全部排入河流的地区，把河流流量过程线上的基流量分割出来，作为测点控制流域范围内地下水的补给量。在实际应用时，可以选择代表性的河段根据基流量与测点所控汇水面积，求得径流模数，然后推广到整个流域，求得总径流量。关于基流分割的具体方法在本节讨论地表水与地下水相互转化量计算方法部分已详细介绍，这里不再重复。

利用基流分割法评价地下水补给资源量的前提包括：①天然状态下，在较长的水文周期内，地下水的总补给=地下水的总排泄；②地下水的补给量全部转化为向河流的排泄量。如果在径流过程中存在天然或人工排泄（如蒸发、开采等），则需要根据实际排泄情况修正分割结果。该方法多用于山区地下水资源量评价，往往将出山口的河流基流量作为山区地下水的补给量，显然，若存在山区向平原的地下径流量或山区地下水的大量开采利用，则该评价量偏于保守。在平原区，往往由于潜水蒸发、人工开采、地下水与地表水的频繁转化、地表水的大量引灌等因素，使得该方法难以有效利用，而多用于评价地表水与地下水的相互转化。

Ⅵ 水文计算中的湿周如何计算

χ=b+2h(1+m^2)^(1/2)。

水文计算（hydrological computation）为防洪、水资源开发和某些工程的规划、设计、施工和运行提供水文数据的各类水文分析和计算的总称。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。一般说，运用水文统计方法所依据的样本很少，抽样误差较大，往往不能满足生产需要。因此，不能单纯根据工程所在地点的水文资料进行计算。

还必须对计算过程和计算结果进行充分的合理性分析，才能较可靠地求得工程所在地的设计水文数据。因此，也常称水文计算为水文分析与计算。

Ⅶ 水文气象的欧美国家概况

1917 年美国学者梅宥也使用气象资料辅助测流资料来推算河流的年径流量。
西欧国家在气象与河流的关系问题上，经历了一个漫长的认识过程。
古希腊的学者荷马 · 柏拉图和亚里斯多德等主观上觉得天上降下的雨雪终不会足够地供应河里不断流淌着的水流，因而制造出一些玄妙的假设，说地下水是从通海的地道里潜回大陆后涌出地面的，说这种潜流的海水会过滤成为清水的河流等。
伟大的现实主义者达 · 芬奇 (1452 一1519 年) 在米兰运河工作中，他注视着水流的来源和去向，从实践中认识了水分循环的真理。法国人潘劳（1608 一1680 年）曾测量和记载了三年的降雨量，并估计了森河流域面积和年径流量，从而算出每年雨雪总量为年径流量的两倍。马立台 (1620 一 1684 年 ) 用浮标法测验森河在巴黎的流速，从而证实了潘劳的年流量估计，这些实验是雨量足以供应径流量而有余这一客观规律的第一次具体证明。
无论是在苏联还是在欧美国家，水文学是在十九世纪末和甘世纪初期才逐渐形成一间独立的学科的。

Ⅷ 水文观测的方法

水文观测直接观测的有降水、水位、流量、土壤湿度、含沙量。你所提问的其他参数都是通过这些实测数据推算出来的。降水是测量雨量器乘水容器在相应时段内承接的液体降水的厚度。水位是观测水面和固定点的高差再加上固定点的高程。流量常规测量是测量断面上合理分布点的流速与各部分断面面积的乘积，累加后就是当时水位下的流量。土壤湿度是烘干法和含沙量是用烘干的原理测量的。
林冠截留、林内降雨，树干截然留，枯枝落叶截留，下渗，土壤含水量，坡面径流，河川径流，（侵蚀量），输沙量都是通过上述实测数据用水文模型或经验方法分析而来的。

Ⅸ 水文计算的基本方法

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。

Ⅹ 计算机求解水文地质参数的方法和步骤

在这一章中，我们将通过编制计算程序通过计算机实现水文地质参数的计算，比如上一节的泰斯公式计算含水层参数，将通过编制计算程序来直接把非稳定流抽水试验资料代入泰斯公式的级数表达式中求解水文地质参数，彻底解放手工劳动，使水文地质参数的计算实现批量化、自动化。不但省去了大量的手工工作，方便、快捷，而且只要计算程序无误、录入原始数据准确，计算结果是绝对可靠的。退一步讲，即使录入的原始数据有误，因为原始数据是通过数据文件输入计算程序的，也是容易检查、便于纠正、方便重新运行程序输出计算结果的。

计算机求解水文地质参数一般经过下面的几个步骤：

（1）整理抽水试验原始资料，录入试验数据：把抽水试验现场记录的原始资料整理、分析，全部录入计算机，绘制成相应的表格、曲线。

（2）选择合适的计算公式：按照含水层是否承压、抽水试验主孔的性质（完整井、非完整井）、是否有观测孔及观测孔的个数、抽水试验是否呈稳定状态等条件，选择合适的计算公式。

（3）编制计算程序：以已选用的计算公式为核心、以抽水试验原始数据为依据，编制计算程序。

（4）录入计算程序配套的表格数据：这里不是指抽水试验的原始数据，而是不受抽水试验影响的、计算公式中需要查表获取的某些理论数据或经验数据，例如“1.6承压含水层稳定流单孔抽水试验计算K值”与“1.7潜水含水层稳定流单孔抽水试验计算K值”中均用到的表1-6-1“根据单位涌水量确定影响半径R经验值一览表”，需要在计算程序运行前就事先录入计算机、等待调用。

（5）检验程序计算结果的正确性：用已知计算结果的抽水试验资料代入程序进行计算，检验程序的计算结果是否正确。

（6）把抽水试验数据按计算程序调用的格式编辑成数据文件，并用计算程序调用的名称存盘。

（7）运行程序进行计算。

本章中，除了像泰斯公式计算含水层参数这样的较复杂计算之外，对几个用计算器就可以计算的简单的求参公式，也编制了简单的计算程序、给出了例题及计算结果供读者练习之用，目的是用最简单的计算作为开头，使读者先尝试到成功的喜悦，增添学习的兴趣和信心，为后面的复杂计算奠定基础。