水資源管理課程

水資源管理課程水資源管理課程第1章緒論.水資源管理課程有什么特點，怎樣才能學(xué)好這門課程？水資源管理課程是中央廣播電視大學(xué)水利水電工程專業(yè)專科開設(shè)的一門專業(yè)必修課。這門課是水工專業(yè)為適應(yīng)水利事業(yè)從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代化水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)以水資源可持續(xù)利用支持經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，而設(shè)立的一門新的課程。課程的主要內(nèi)容包括：水資源的一般概念、我國水資源問題、水資源估算、水資源需求分析與節(jié)水、水文統(tǒng)計、年徑流和洪水分析計算、水利經(jīng)濟(jì)計算、水庫興利和防洪調(diào)節(jié)計算、水能計算、水資源系統(tǒng)分析、水庫調(diào)度與管理的基本理論和基本方法、水資源合理調(diào)度、水旱災(zāi)害及其防治、水質(zhì)保護(hù)、水利法規(guī)政策等。如果歸納一下，課程實際上包括了三個方面的內(nèi)容：（1） 水資源和水資源管理——大體上是文字教材的第1~4章、以及第14~17章；（2） 工程水文——大體上是文字教材的第5~7章；（3） 水利水電規(guī)劃——大體上是文字教材的第8~13章。這門課程內(nèi)容比較多，涉及的范圍比較廣，同時按照教學(xué)計劃，需在一個學(xué)期內(nèi)學(xué)完全課程，強度比較大。另外，水資源的有關(guān)因素，具有隨機性和不確定性。課程有的部分內(nèi)容比較抽象，理論性比較強，有的部分又緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際，具有較強的實踐性。針對課程的特點，希望在課程的教和學(xué)的過程中，注意理解和掌握基本概念、基本理論、基本方法，同時按照教學(xué)大綱的要求，突出重點，著重掌握和理解實用性的內(nèi)容。另外，應(yīng)當(dāng)十分注意建立系統(tǒng)的思想，注意按照系統(tǒng)的思想研究和解決水資源問題。.什么是水資源，如何認(rèn)識我國水資源的形勢？地球表面的70%都被水覆蓋著，地球上的水似乎是很多的。但是，地球上97%以上的水是海水，淡水只占約2.5%。而淡水中又有將近70%的水又被封凍在南極、北極和一些永久冰川里面，難以被利用。也就是說，地球上只有占總量大約萬分之7的水，或者說只有占淡水量不到1%的水可以為人類所利用。我們說的水資源是指淡水資源，而且是指能夠被利用的淡水資源。自然界里，水是在不斷運動著的，一個區(qū)域的水是可以循環(huán)，可以再生的，因此水資源有動態(tài)的意義。我們所說的水資源是指某一地區(qū)逐年可以恢復(fù)和更新的，并且可以被利用的淡水資源。“水資源”這個概念有幾個要點，第一，水資源是指淡水資源；第二，水資源是可以再生的，水資源是指某一地區(qū)逐年可以恢復(fù)和更新的淡水資源；第三，水資源是指可以被人類利用的淡水資源。有一些淡水，比如凍結(jié)在永久冰川里的水，空氣中的水，土壤中的水，這些水不能夠被直接利用，所以都不計入?yún)^(qū)域水資源的數(shù)量；第四，一個地區(qū)的水資源，包括了地表水，還包括了地下水；最后，還應(yīng)當(dāng)明確，在一個區(qū)域里，大氣降水、地表水、地下水是不斷相互轉(zhuǎn)化的。對于我國水資源的形勢，要有正確、清醒的認(rèn)識。我們的文字教材介紹了，我國水資源總量為—億m3，其中地面水資源量為—億m3，地下水資源量為8288億m3，就總量來講，我國的水資源總量居世界第6位。但是，我國國土面積大，人口眾多，按照人口平均，我國人均水資源擁有量僅為2300m3,是世界平均數(shù)的1/4。而且，近些年，我國的人口還要不斷增殖，預(yù)計2030年我國人口將達(dá)到16億，到那個時候，人均水資源擁有量將只有1700m3,這個指標(biāo)已經(jīng)接近或達(dá)到世界公認(rèn)的用水警戒線。另外，因為我國特殊的地理、地形、氣候特點，水資源在時間、空間上分布很不均勻，導(dǎo)致我國洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水污染三大水問題十分突出，同時更加劇了水資源的緊缺。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，我國是一個水資源緊缺的國家，水資源短缺已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。正因為這樣，《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十個五年計劃的建議》中提出，“要下大力氣解決洪澇災(zāi)害、水資源不足和水污染問題”。.什么是水資源系統(tǒng)，為什么要按照系統(tǒng)的思想研究和解決水資源問題？水資源管理課程前面我們提到，在學(xué)習(xí)水資源管理這門課程的時候，要注意建立系統(tǒng)的思想，要注意按照系統(tǒng)的思想研究和解決水資源問題。那末什么是系統(tǒng)呢？我們文字教材的第12章介紹了系統(tǒng)的概念。概括地說，系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干要素結(jié)合而成的，具有特定功能的總體。系統(tǒng)的特征主要有集合性、關(guān)聯(lián)性、目的性、整體性、環(huán)境適應(yīng)性等等。需要特別注意是，系統(tǒng)中的各個要素是互相聯(lián)系、互相影響的，當(dāng)一部分因素發(fā)生變化時，其他因素也會發(fā)生相應(yīng)的變化，同時整個系統(tǒng)也會發(fā)生變化。因此，在解決系統(tǒng)存在的問題時，必須注意系統(tǒng)中各個因素的聯(lián)系，統(tǒng)籌加以解決。那末，什么又是水資源系統(tǒng)呢？自然界中，降水補給了地表水和地下水，降水、地表水和地下水三者之間密切聯(lián)系又相互轉(zhuǎn)化。同時，國民經(jīng)濟(jì)各部門和居民生活不斷地取用地面水和地下水又排放水，還可能造成水的污染。大規(guī)模的人類活動可能改變區(qū)域的自然環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，甚至造成生態(tài)環(huán)境的惡化。與水資源有關(guān)的眾多復(fù)雜要素相互作用，相互依賴，組成一個龐大的系統(tǒng)，這就是水資源系統(tǒng)。顯然，要解決水資源問題，僅僅考慮修工程是不夠的，必須全面地、統(tǒng)籌地加以解決。實際上，我們當(dāng)前講，“要從工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變”，“要從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變，以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展”，都貫穿了系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)的思想。我們在水資源管理課程的錄像教材中，講了我國華北南部一個地區(qū)的例子，對水資源系統(tǒng)進(jìn)行了說明。大家還知道，為解決我國北方地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺的問題，黨中央在關(guān)于“十五”計劃的建議里，提出要“加緊南水北調(diào)工程的前期工作，盡早開工建設(shè)”。目前南水北調(diào)工程的前期工作正在緊張進(jìn)行。南水北調(diào)工程是解決水資源問題的重大措施。而南水北調(diào)工程本身，也要作為一項龐大的系統(tǒng)工程來實施。比如，南水北調(diào)工程是我國特大型的基礎(chǔ)設(shè)施項目，工程規(guī)模十分巨大，故工程要根據(jù)當(dāng)前國家和沿線地區(qū)在資金方面的承受能力，做到先通后場，分步實施。同時，要按照社會主義市場經(jīng)濟(jì)的規(guī)律來建設(shè)和運作，比如，要制定合理的水價，要建立符合市場經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和經(jīng)營管理體制等等。再如，中央提出，南水北調(diào)工程的規(guī)劃和實施，必須建立在節(jié)水、治污和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，南水北調(diào)工程要做到先節(jié)水后調(diào)水，先治污后通水，先環(huán)境后用水。南水北調(diào)工程絕不僅僅是調(diào)水，它首先要節(jié)水。因為當(dāng)前我們國家的不少地方，一方面水資源十分緊缺，一方面水的浪費現(xiàn)象卻十分嚴(yán)重。不能設(shè)想，一方面花巨大的投入遠(yuǎn)距離調(diào)水，一方面又把引來的水浪費掉。同樣，南水北調(diào)必須先治污，先搞好環(huán)境，再調(diào)水。如果不治理污染，不做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，南水北調(diào)工程就不可能發(fā)揮應(yīng)有的效益。顯然，要做到以上這些，決不只是解決單純的工程技術(shù)問題，而是牽涉到經(jīng)濟(jì)的、社會的、科學(xué)技術(shù)的各種復(fù)雜的因素，必須按照系統(tǒng)的思想，統(tǒng)籌加以解決。以后在第12章，還要進(jìn)一步討論水資源系統(tǒng)分析的方法。第2章水資源形成.水資源形成的過程是怎樣的？自然界中的水是在不斷運動著的。我們在文字教材的第2章第1節(jié)介紹了水循環(huán)和徑流的概念。因為存在著水循環(huán)，所以一個區(qū)域的水資源具有再生性。也就是說，水資源和煤、鐵、石油等等這些礦物資源，以及其他資源不同，它不是一次性消耗掉的。但是，水資源仍然是有限的。這是因為，在一定的條件下，一個區(qū)域能夠循環(huán)再生的水量是有限的，不能無限制地增加。前面我們講了，水資源是指某一地區(qū)逐年可以恢復(fù)和更新的，可以被利用的淡水資源。水資源包括地表水和地下水。一個地區(qū)的地表水資源數(shù)量可以用地面徑流的多年平均年徑流量表示。地下水資源量可以按多年平均的地下水年補給水量或排泄水量計算。水資源管理課程一個區(qū)域的河川徑流中包括著地下水的排泄水量，地下水又承受地表水的補給，地表水和地下水之間存在著密切的聯(lián)系，而且是不斷相互轉(zhuǎn)化的。一個區(qū)域水資源的形成，實際上可以看為地面徑流與地下徑流的形成過程。我國大部份地區(qū)，徑流是由降雨形成的。文字教材中的圖2.15是徑流形成的示意圖，圖2.16是徑流形成過程的框圖。一次降雨開始后，一部分雨水被植物的枝葉攔截，成為植物截留量。超過植物截留能力的雨水降落到地面，其中部分在低洼地帶形成積水，成為填洼量。流域的地面大都覆蓋著土壤。當(dāng)?shù)叵滤癫剌^深時，土壤地下水面以上的土體中包含著空氣，是土、水和空氣組成的三相體，稱為包氣帶或者通氣層。降雨降落到通氣層表面后，通過土壤的空隙滲入地下，使通氣層中的土壤含水量增大。在降雨開始階段，只有少量直接降落到河、湖里的降水，產(chǎn)生徑流，而植物截留、填洼、滲入土壤中的水均不能產(chǎn)生徑流，稱為降雨形成徑流的損失量。如降雨持續(xù)降落，會使土壤含水量增大。當(dāng)著土壤含水量超過田間持水量時（我們在文字教材的第2章第3節(jié)介紹過田間持水量的概念），滲入的水就將在重力作用下下滲，下滲的水對地下水形成補給。地下水包括淺層地下水和深層地下水，地下水會形成地下徑流，并且最終可能注入到河里。當(dāng)河槽下切比較深的時候，深層地下徑流可以直接注入河流。當(dāng)?shù)叵聫搅髯⑷牒拥篮?，又轉(zhuǎn)化為地面徑流。當(dāng)降落到地表的降雨使植物截留、洼地蓄水和表層土壤儲存水都得到滿足，而且后續(xù)降雨強度超過下滲強度時，超過下滲強度的降雨開始沿坡面流動，這種坡面漫流注入河槽也形成地面徑流。包氣帶的上層，會形成表層徑流，又稱壤中流，壤中流也會注入到河流里，形成地面徑流。降雨形成的徑流通過各種途徑，匯集到河網(wǎng)中后，從河流的上游流向下游。當(dāng)降雨停止后，坡面漫流首先停止，而表層徑流也將在一段時間內(nèi)逐漸消退。當(dāng)?shù)乇韽搅魍Ｖ挂院?，河流就完全由地下水補給。這就是徑流和水資源形成的過程。徑流的形成過程還可以概化為產(chǎn)流和匯流兩個階段。從降雨降落到流域表面到產(chǎn)生徑流的過程，稱為產(chǎn)流。降落到地面的雨水，從流域各處向流域出口斷面匯集的過程稱為匯流。需要說明，把徑流過程劃分為產(chǎn)流與匯流兩個階段是為了便于進(jìn)行有關(guān)的分析計算。實際上，產(chǎn)流與匯流是交錯進(jìn)行，不能截然分開的。.如何學(xué)習(xí)“水文測驗與水文調(diào)查”這部分內(nèi)容？水工專業(yè)學(xué)習(xí)水文測驗與水文調(diào)查這部分內(nèi)容，最主要的目的是了解水文資料是如何得來的。也就是說，學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的目的主要是為了便于分析和應(yīng)用水文資料，如果工作中需要進(jìn)行實際的水文測驗或調(diào)查，還需要補充更多的有關(guān)知識。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的重點，可以放在流量測驗和流量資料整編上。對于流量資料整編，需要明確它的目的和意義，以及水位流量關(guān)系的不同情況和延長水位流量關(guān)系的基本方法。第3章水資源估算.什么是水量平衡原理，學(xué)習(xí)水量平衡原理有何作用？水量平衡原理是物理中的普遍規(guī)律物質(zhì)不滅定律的一種表現(xiàn)形式。我們文字教材的第3章第1節(jié)介紹了水量平衡的概念。對于任一區(qū)域，在給定的時段內(nèi)，各種輸入水量總量應(yīng)等于輸出水量總量與區(qū)域內(nèi)時段始末儲水量變化的代數(shù)和，即區(qū)域在水循環(huán)中收支平衡，這就是水量平衡原理。影響水資源的因素十分復(fù)雜，水資源的許多有關(guān)問題，難于由有關(guān)的成因因素直接計算求解，而運用水量平衡關(guān)系，往往可以使問題得到解決。因此，水量平衡原理在水文分析計算和水資源規(guī)劃的分析計算中有廣泛的應(yīng)用。比如，在本章和以后介紹的水資源需求分析、區(qū)域水資源估算、年徑流分析計算、洪水分析計算、水庫興利調(diào)節(jié)計算、水庫防洪調(diào)節(jié)計算、水庫調(diào)度、水資源合理調(diào)配等部分，都直接或間接地用到了水量平衡原理。對于不同的區(qū)域、不同的時段、不同的課題，表示水量平衡關(guān)系的水量平衡方程式形式不同。比如，本章介紹了全球范圍的水量平衡方程式，以及一個地區(qū)水循環(huán)中的水量平衡方程式。水資源管理課程在以上提到的不同課題中采用的水量平衡方程式，其形式都不盡相同。對于水量平衡原理及不同形式的水量平衡方程式，需注意掌握。.水資源估算有何意義，其基本方法是什么？我們文字教材的第3章第2節(jié)介紹了水資源估算，第14章第4節(jié)介紹的區(qū)域水資源規(guī)劃，也包含了水資源估算的內(nèi)容。所謂水資源估算，實際上是對水資源的數(shù)量進(jìn)行評價。水資源數(shù)量評價具有十分重要的意義。我們國家水資源短缺的現(xiàn)實決定了，在配置水資源的時候，要遵循“以供定需”的原則。所謂“以供定需”就是在進(jìn)行城市建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局的時候，要充分考慮水資源的承受能力。要科學(xué)合理地確定城市發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展方向，以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，建立與水資源條件相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局。比如，黨中央已經(jīng)做出西部大開發(fā)的戰(zhàn)略部署。而在西部的一個地區(qū)，在制定規(guī)劃的時候，必須考慮本地區(qū)的資源條件，尤其是水資源的條件。一般來說，西部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境原本就比較脆弱，制定開發(fā)方案要切忌盲目性，每個地區(qū)的開發(fā)方案都應(yīng)當(dāng)符合本地區(qū)的客觀條件，有自己的特點。對于水資源評價，目前我國已經(jīng)有一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即1999年5月開始施行的中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水資源評價導(dǎo)則》(SL/T238-1999)。按照《水資源評價導(dǎo)則》，一個區(qū)域的水資源數(shù)量包括地表水資源數(shù)量和地下水資源數(shù)量，對于這兩部分水資源可以分別分析計算。進(jìn)行地表水資源數(shù)量計算的時候，可以采用不同方法計算分區(qū)年徑流系列。當(dāng)有水文站控制的時候，可以按照實測徑流資料計算；在沒有測站控制的地區(qū)，可以利用區(qū)域水文模型或者降雨徑流關(guān)系，由降雨資料推求徑流系列。對于地下水資源很難直接觀測它的數(shù)量。水資源估算中，地下水資源數(shù)量可以通過分析計算地下水資源的補給量，或者分析計算地下水資源的排泄水量求得。分析和計算地下水資源量的時候，一個十分關(guān)鍵的問題是如何正確確定地下水資源分析計算的水文地質(zhì)參數(shù)，有條件的時候，這些參數(shù)可以通過對于徑流試驗站的實測資料進(jìn)行分析確定。在缺乏實測資料的時候，也可以直接采用一些分區(qū)經(jīng)驗系數(shù)。我們的文字教材和其他一些專業(yè)書籍，給出了一些水文地質(zhì)參數(shù)數(shù)值，可以參考使用。在進(jìn)行水資源評價的時候，有一個問題需要特別注意的，就是我國的許多地區(qū)，由于大規(guī)模人類活動的影響，使區(qū)域下墊面條件(下墊面條件的概念將在第6章介紹)發(fā)生了明顯變化。也就是說，由于人類活動的影響，地面徑流和地下徑流的產(chǎn)流、匯流條件都發(fā)生了變化，水資源形成的機制也相應(yīng)發(fā)生了變化。對于這種情況，進(jìn)行水資源數(shù)量評價的時候必需充分注意，妥善處理。當(dāng)然，這個問題比較復(fù)雜，而且是當(dāng)前需要研究和解決的問題。還有一點需要說明，就是關(guān)于深層地下水的問題。前面介紹水資源形成過程時，曾經(jīng)提到，深層地下水有可能補充地面徑流。但深層地下水本身的補給是十分困難的。深層地下水是在漫長的地質(zhì)年代中形成的，它的補給周期可能長達(dá)數(shù)萬年或更長時間。也就是說，深層地下水實際上并沒有加入以年或者更短時間為周期的水循環(huán)。深層地下水一旦被耗用后很難得到補給和恢復(fù)，所以計算地下水資源量時，一般不計入深層地下水量。即在進(jìn)行區(qū)域水資源評價時，只把深層地下水作為一種后備水資源。我們的文字教材對于水資源估算的具體方法作了比較詳細(xì)的介紹，而且提供了對淮河流域一個灌區(qū)進(jìn)行水資源估算的實例。第4章需水預(yù)測分析.國民經(jīng)濟(jì)各部門需水量估算的基本方法是什么？國民經(jīng)濟(jì)用水可以分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、人民生活用水和生態(tài)環(huán)境用水等。目前，我國農(nóng)業(yè)用水量占總水資源利用量的70%以上。因此農(nóng)業(yè)需水量分析計算具有重要意義。通常所說的農(nóng)業(yè)水資源利用量主要指農(nóng)業(yè)灌溉用水量。而從廣義上講，農(nóng)業(yè)用水量還包括林業(yè)、漁業(yè)和農(nóng)村人畜用水以及干旱地區(qū)的非耕地灌溉用水。計算農(nóng)業(yè)用水量主要是計算農(nóng)業(yè)灌溉用水?；痉椒ㄊ窍扔嬎戕r(nóng)作物需水量，然后利用水量平衡方法，計算扣除有效降雨和地下水、土壤水利用量之后的農(nóng)田灌溉需水量。對其他方面的農(nóng)業(yè)用水量則單獨計算。水資源管理課程推求農(nóng)業(yè)作物需水量的方法，是在田間灌溉試驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析作物需水量和主要影響因素之間的關(guān)系，總結(jié)出適合某一地區(qū)的經(jīng)驗公式，或根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r對已有經(jīng)驗公式進(jìn)行修正。我們文字教材的第4章第1節(jié)介紹了幾種作物需水量的計算方法。這些方法中，有的公式比較復(fù)雜，對此主要需理解公式及其參數(shù)的意義和確定各項參數(shù)的方法，并注意各種方法的適用條件。灌溉需水量是指從水源處向灌溉土地供給的水量。通常先根據(jù)作物根系活動層的范圍確定一個計劃濕潤層，再確定計劃濕潤層的最高、最低含水量，并按照水量平衡原理計算出單一作物的灌水定額、灌水時間、灌水次數(shù)（農(nóng)田水利學(xué)中稱為作物灌溉制度），從而確定單一作物以及各種作物總的凈需水量。在此基礎(chǔ)上，可考慮輸水的損失情況，確定灌區(qū)的毛用水量，并將其作為灌區(qū)的灌溉需水量。我們的文字教材介紹了有關(guān)計算方法。對于農(nóng)村人畜及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水量、城市工業(yè)及生活用水量等進(jìn)行估算的基本方法，是結(jié)合各地具體情況，按照用水量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算。我們的文字教材中，介紹了各項用水量標(biāo)準(zhǔn)，在實際工作中可參考使用。.如何學(xué)習(xí)課程中有關(guān)節(jié)水的內(nèi)容？首先應(yīng)當(dāng)明確節(jié)水在水資源管理中的重要意義。面對我國水資源的嚴(yán)峻形勢，必須做好水資源的配置、節(jié)約、保護(hù)。節(jié)水是水資源管理的重要工作內(nèi)容。我們的文字教材介紹了，與發(fā)達(dá)國家相比，我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水的利用率都還很低，節(jié)水的潛力很大。同時，如前所述，農(nóng)業(yè)用水在我國水資源用水量中所占比重最大，農(nóng)業(yè)節(jié)水具有重要意義和顯著作用。文字教材的第4章介紹了國民經(jīng)濟(jì)各部門節(jié)水的各種工程技術(shù)措施，第17章第2節(jié)介紹了制定合理水價對節(jié)水的作用。學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的時候，應(yīng)掌握節(jié)水的基本工程技術(shù)措施。同時應(yīng)當(dāng)注意，在實際工作中，需采取大量的非工程措施推進(jìn)節(jié)水工作。在社會主義市場經(jīng)濟(jì)條件下，尤其要研究和注意運用經(jīng)濟(jì)杠桿的作用，推進(jìn)節(jié)水的實現(xiàn)。第5章水文統(tǒng)計方法10.學(xué)習(xí)水文統(tǒng)計方法要注意什么？水文統(tǒng)計方法部分內(nèi)容這部分內(nèi)容十分重要。因為水文統(tǒng)計的一些基本概念、基本方法，比如隨機事件、隨機變量、概率、統(tǒng)計規(guī)律、頻率曲線、適線法、相關(guān)分析等，不但在水資源管理這門課程中要經(jīng)常用到，而且是水利工程專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)掌握的最基本的知識。水文統(tǒng)計方法這部分內(nèi)容又比較抽象，而且在認(rèn)識具有隨機性的事物時，要求在思維方法上有所轉(zhuǎn)變，更增加了學(xué)習(xí)的難度。這就使得水文統(tǒng)計方法成為既是重點又是難點的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)水文統(tǒng)計方法時，一方面要充分重視，注意多下一些功夫，另一方面仍要著重理解和掌握基本概念、基本理論、基本方法，并注意掌握一些最實用的內(nèi)容。11.什么是隨機事件和概率（1）隨機事件在客觀世界中，不斷地出現(xiàn)和發(fā)生一些事物和現(xiàn)象。這些事物和現(xiàn)象可以統(tǒng)稱為事件。時間的發(fā)生有一定的條件。經(jīng)分析，就因果關(guān)系來看，有一類事件是在一定的條件下必然發(fā)生的（如水到0度會結(jié)冰，一年會有四個季節(jié)）。這種在一定的條件下必然發(fā)生的事件稱為必然事件。另有一類事件在一定的條件下是必然不發(fā)生的（如石頭不能孵化成小雞，太陽不會從西邊出來）。這種在一定的條件下必然不發(fā)生的事件稱為不可能事件。必然事件或不可能事件雖然不同，但又具有共性，即在因果關(guān)系上都具有確定性。除了必然事件和不可能事件以外，在客觀世界中還有另外一類事件，這類事件發(fā)生的條件和事件的發(fā)生與否之間沒有確定的因果關(guān)系。這種發(fā)生的條件和發(fā)生與否之間沒有確定的因果關(guān)系的事件稱為隨機事件。在長期的實踐中人們發(fā)現(xiàn)，雖然對隨機事件作一兩次或少數(shù)幾次觀察，隨機事件的發(fā)生與否沒有什么規(guī)律，但如果進(jìn)行大量的觀察或試驗，又可以發(fā)現(xiàn)隨機事件具有一定的規(guī)律性。比如一枚硬幣，投擲一次或幾次的時候看不出什么規(guī)律，但是在同樣的條件下反復(fù)多次進(jìn)行試驗，把硬幣投擲成千上萬次，就會發(fā)現(xiàn)硬幣落地時正面朝上和反面朝上的次數(shù)大致是相等的。水資源管理課程再比如，一條河流的某一個斷面的年徑流量在各個年份是不相同的，但進(jìn)行長期觀測，如觀測30年、50年、80年，就會發(fā)現(xiàn)年徑流量的多年平均值是一個穩(wěn)定數(shù)值。隨機事件所具有的這種規(guī)律稱為統(tǒng)計規(guī)律。具有統(tǒng)計規(guī)律的隨機事件的范圍是很廣泛的。隨機事件可以是具有屬性性質(zhì)的，比如投擲硬幣落地的時候哪一面朝上，出生的嬰兒是男孩還是女孩，天氣是晴、是陰，有沒有雨、雪，商業(yè)上股票買賣的盈虧，城市里交通事故的發(fā)生等等。隨機事件也可以是具有數(shù)量性質(zhì)的，比如射手打靶的環(huán)數(shù)，建筑結(jié)構(gòu)試件破壞的強度，某條河流發(fā)生洪水的洪峰流量等等。（2）概率在數(shù)學(xué)中有兩個分支，即概率論和數(shù)理統(tǒng)計。研究隨機事件統(tǒng)計規(guī)律的學(xué)科稱為概率論。由隨機現(xiàn)象的一部分實測資料研究和推求隨機事件全體的規(guī)律的學(xué)科稱為數(shù)理統(tǒng)計。概率是表示統(tǒng)計規(guī)律的方式。用概率可以表示和度量在一定條件下隨機事件出現(xiàn)或發(fā)生的可能性。針對不同的情況，概率有不同的定義。按照數(shù)理統(tǒng)計的觀點，事物和現(xiàn)象都可以看為是試驗的結(jié)果。如果試驗只有有限個不同的試驗結(jié)果，并且它們發(fā)生的機會都是相同的，又是相互排斥的，則事件概率的計算公式為P（A）mn式中P（A） 隨機事件A的概率；n——進(jìn)行試驗可能發(fā)生結(jié)果的總數(shù)；m——進(jìn)行試驗中可能發(fā)生事件A的結(jié)果數(shù)。例如，擲骰子（俗稱“擲色子”）的情況就符合以上公式的條件。因擲骰子可能發(fā)生的結(jié)果是有限的（1到6點），試驗可能發(fā)生結(jié)果的總數(shù)是6；同時骰子是一個均勻的6面體，擲骰子擲成1點到6點的可能性都是相同的，又是相互排斥的（一次擲一個骰子不可能同時出現(xiàn)兩個點）。如果定義Z為隨即事件“擲骰子的點數(shù)大于2”，則符合Z的結(jié)果為3、4、5、6點4種情況，即事件Z可能發(fā)生的結(jié)果數(shù)是4。按照上述公式，Z的概率P（Z）460.667像這種比較簡單的，等可能性、相互排斥的情況，是概率論初期的主要研究對象。故按上面公式確定的事件概率稱為古典概率。在客觀世界里中，隨機事件并不都是等可能性的。如射手打靶打中的環(huán)數(shù)是隨機事件，但打中0環(huán)到10環(huán)各環(huán)的可能性并不相同，優(yōu)秀的射手打中9環(huán)、10環(huán)的可能性大，而新手打中1環(huán)、2環(huán)的可能性就較大。一條河流出現(xiàn)大洪水的可能性和一般洪水的可能性顯然也是不同的。為了表示不是等可能性情況的統(tǒng)計規(guī)律，概率論中隊概率給出了更一般的定義。在同樣條件下進(jìn)行試驗，將事件A出現(xiàn)的次數(shù)^稱為頻數(shù)，將頻數(shù)^與試驗次數(shù)n的比值稱為頻率，記為P（A），則P（A）n大量的實踐證明，當(dāng)著試驗的次數(shù)充分大的時候，隨機事件的頻率會趨于穩(wěn)定。概率的統(tǒng)計定義如下：在一組不變的條件下，重復(fù)作n次試驗，記^是事件A發(fā)生的次數(shù)，當(dāng)試驗次數(shù)很大時，如果頻率0n穩(wěn)定地在某一數(shù)值p的附近擺動，而且一般說來隨著試驗次數(shù)的增多，這種擺動的幅度愈變愈小，則稱A為隨機事件，并稱數(shù)值p為隨機事件A的概率，記作P（A）=p（以上可簡單地說成，頻率具有穩(wěn)定性的事件叫做隨機事件，頻率的穩(wěn)定值叫作隨機事件的概率）。概率的統(tǒng)計定義它既適用于事件出現(xiàn)機會相等的情況，又適用于事件出現(xiàn)機會不相等的一般情況。前述的必然事件和不可能事件發(fā)生的可能性也可以用概率表示。必然事件的概率等于1.0（表示事件必然發(fā)生）；不可能事件的概率等于0（表示事件發(fā)生的可能性是0,必然不發(fā)生）；一般隨機事件的概率介于0和1.0之間。對于概率的統(tǒng)計定義還需注意，進(jìn)行統(tǒng)計試驗的條件必須是不變的。如果條件發(fā)生了變化，即使試水資源管理課程驗的次數(shù)再多，也不能求得隨機事件真正的概率。如要確定某一個射手打靶射中不同環(huán)數(shù)的概率，必須讓射手在同樣的條件下進(jìn)行射擊，如射擊的射程、靶型、武器、風(fēng)力等都不應(yīng)改變。類似地，進(jìn)行水文統(tǒng)計時，水文現(xiàn)象的各種有關(guān)因素也應(yīng)當(dāng)是不變的。如果流域的自然地理條件已經(jīng)發(fā)生了比較大的變化，還把不同條件下的水文資料放在一起進(jìn)行統(tǒng)計就不合理了。下面將要介紹，發(fā)生這種情況的時候，應(yīng)當(dāng)把實測水文資料進(jìn)行必要的還原和修正以后，再進(jìn)行統(tǒng)計計算。12.什么是隨機變量，怎樣表示隨機變量的概率分布？要進(jìn)行水資源管理工作及對水資源進(jìn)行配置、節(jié)約和保護(hù)，必須了解和掌握水資源的規(guī)律，必須預(yù)測未來水資源的情勢。但因影響水資源的因素十分眾多和復(fù)雜，目前還難于通過成因分析，對水資源進(jìn)行準(zhǔn)確的長期預(yù)報。實際工作中采用的基本方法是對于水文實測資料進(jìn)行分析、計算，研究和掌握水文現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律，然后按照統(tǒng)計規(guī)律對未來的水資源情勢進(jìn)行估計。而這樣做，需要對隨機事件定量化地表示，為此引入隨機變量。按照概率論理論，隨機變量是對應(yīng)于試驗結(jié)果，表示試驗結(jié)果的數(shù)量。如在工地上檢驗一批鋼筋，可以隨機抽取幾組試件進(jìn)行檢驗，每一組試件檢驗不合格的根數(shù)就是隨機變量。又如某條河流，其歷年的最大洪峰流量、最高水位、洪水持續(xù)時間等都可看為隨機變量。隨機變量的數(shù)學(xué)定義為：在一組不變的條件下，試驗的每一個可能結(jié)果都唯一對應(yīng)到一個實數(shù)值，則稱實數(shù)變量為隨機變量（“唯一對應(yīng)”又稱“—對應(yīng)”，是指每一個試驗結(jié)果，就只對應(yīng)一個數(shù)據(jù)，而每一個數(shù)據(jù)，又只對應(yīng)一個試驗結(jié)果）。隨機變量常用大寫字母來表示，如隨機變量X（注意這里大寫的X是變量，X的取值可以是x1、x2、xn，即X表示隨機取值的系列x1、x2、xn）。隨機變量可以分為兩類：（1）離散型隨機變量如果隨機變量是可數(shù)的，即隨機變量的取值是和自然數(shù)一一對應(yīng)的，就稱為離散型隨機變量。離散型隨機變量不能在兩個相鄰隨機變量取值之間取值。離散型隨機變量可以是有限的，也可以是無限的，但必須是可數(shù)的。(2)連續(xù)型隨機變量如果隨機變量的取值是不可數(shù)的，也就是在有限區(qū)間里面，隨機變量可以取任何值，就稱為連續(xù)型隨機變量。比如，某一個長途汽車站，每隔30分鐘有一班車發(fā)往某地。對于一位不知道長途汽車時刻表的旅客，來車站等車到出發(fā)的時間是一個隨機變量，這個隨機變量取值可以是從0到30分鐘區(qū)間的任意值，所以是一個連續(xù)型隨機變量。連續(xù)型隨機變量是普遍存在的。水文變量，如降雨量、降雨時間、蒸發(fā)量、河流的流量、水量、水位等等，都是連續(xù)型隨機變量。對于隨機變量，僅僅知道它的可能取值是不夠的，更為重要的是了解各種取值出現(xiàn)的可能性有多大，也就是明確隨機變量各種取值的概率，掌握它的統(tǒng)計規(guī)律。隨機變量取值與其概率的對應(yīng)關(guān)系稱為隨機變量的概率分布。對于離散型隨機變量，可以用列舉的方式表示它的概率分布。列舉的方法可以是列表，畫圖等。我們的文字教材中舉了例子。對于連續(xù)型隨機變量，因為它是不可數(shù)的，不能一一列舉，所以也就也不能用列舉的方法表示概率分布。比如前面提到的乘客在長途汽車站等車的例子，等車時間可以是0到30分鐘區(qū)間里的任何時間，故無法列舉所有的隨機變量及其相應(yīng)概率。實際上，等車時間在0到30分鐘的任何時間的可能性是相等的，對于這個區(qū)間的任意時間，其概率等于無窮大分之一，即近似等于0。從這個例子可以看出，列舉連續(xù)型隨機變量各個值的概率不僅做不到，而且實際上是沒有意義的。為此，我們轉(zhuǎn)而研究和分析連續(xù)性隨機變量在某一個區(qū)間取值的概率。在工程水文里面，就是研究某一水文變量大于或等于某一數(shù)值的概率。對于一個隨機變量，大于或等于不同數(shù)值的概率是不同的。當(dāng)隨機變量取為不同數(shù)值時，隨機變量大于等于此值的概率也隨之而變，即概率是隨機變量取值的函數(shù)。這一函數(shù)稱之為隨機變量的概率分布函數(shù)。分布函數(shù)的公式為F（x）=P（X*式中X隨機變量；x——隨機變量X的取值；水資源管理課程P（XNx）——隨機變量X取值大于或等于x的概率；F（x）隨機變量X的分布函數(shù)。隨機變量的分布函數(shù)可用曲線的形式表示。在工程水文里面，又習(xí)慣于將水文變量取值大于或等于某一數(shù)值的概率稱為該變量的頻率，同時將表示水文變量分布函數(shù)的曲線稱為頻率曲線。分布函數(shù)、水文變量的頻率，以及頻率曲線這些概念均十分重要，需注意理解和掌握。對于連續(xù)性隨機變量，還有另一種表示概率分布的形式——概率密度函數(shù)。按照概率論的定義，概率密度函數(shù)是分布函數(shù)的導(dǎo)數(shù)。概率密度函數(shù)在某一個區(qū)間的積分值，表示隨機變量在這個區(qū)間取值的概率。在工程水文中，頻率是水文變量取值大于或等于某一數(shù)值的概率，因此，水文變量的頻率就是概率密度函數(shù)從變量取值到正無窮大區(qū)間的積分值。用公式表示，水文變量頻率和概率密度函數(shù)之間的關(guān)系可以寫為F(x)P(Xx)x(字幕)此式中，F(xiàn)(X)是隨機變量X的分布函數(shù)值，也就是水文變量X取值為x時候的的頻率，而p(x)是概率密度函數(shù)。如前述，水文變量的分布函數(shù)可以用頻率曲線表示。類似地，概率密度函數(shù)也可以用概率密度函數(shù)曲線表示。因分布函數(shù)和概率密度函數(shù)之間存在著對應(yīng)關(guān)系，頻率曲線和概率密度函數(shù)曲線之間也存在著對應(yīng)關(guān)系，這種對應(yīng)關(guān)系可以用文字教材的圖5.3表示。圖5.3中，左邊是概率密度函數(shù)曲線，右邊是頻率曲線。圖中兩邊的縱坐標(biāo)均表示隨機變量的取值，左邊的橫坐標(biāo)表示概率密度函數(shù)值，右圖的橫坐標(biāo)表示頻率。左邊隨機變量取值的概率密度函數(shù)值越大，表明隨機變量在這個值附近區(qū)間取值的概率越大。因頻率F(xi)是概率密度函數(shù)從xi到正無窮大這個區(qū)間的積分，所以，右邊中的F(xi)等于左圖中xi以上的陰影面積。從圖中可以看到，xi取值越小，陰影面積越大，頻率F(xi)取值也越大。這顯然是合理p(x)dx的，因為隨機變量取值越小，大與等于這個取值的可能性越大。對這張圖里面表示的各種關(guān)系大家一定要弄清楚。經(jīng)常聽到“多少年一遇的洪水”、“多少年一遇的干旱”這樣的提法，如何正確理解？“多少年一遇”，或者“重現(xiàn)期”，都是工程和生產(chǎn)上，用來表示隨機變量統(tǒng)計規(guī)律的概念。重現(xiàn)期表示在長時間內(nèi)，隨機事件發(fā)生的平均周期。即在很長的一段時間內(nèi)，隨機事件平均多少年發(fā)生一次。重現(xiàn)期這個名詞聽起來很通俗，但需注意理解：第一，重現(xiàn)期和概率一樣，都表明隨機事件或隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律。說某一條河流發(fā)生了“百年一遇洪水”，是指從很長一個時期來看，大于或等于這次洪水的情況，平均100年出現(xiàn)一次。重現(xiàn)期是對于類似于洪水這樣的隨機事件發(fā)生的可能性的一種定量描述。不能理解為百年一遇的洪水每隔100年一定出現(xiàn)一次。實際上，百年一遇洪水可能間隔100年以上時間發(fā)生，也可能連續(xù)兩年接連發(fā)生。第二，水文隨機變量是連續(xù)型隨機變量，水文變量的頻率是水文變量大于或等于某個數(shù)值的概率。對應(yīng)于頻率，水文變量的重現(xiàn)期是指水文變量在某一個范圍內(nèi)取值的周期。如某條河流百年一遇的洪水洪峰流量是1000m3/s，是指這條河流洪峰流量大于或等于1000m3/s的洪水重現(xiàn)期是100年，而不是指洪峰流3量恰恰等于1000m/s的洪水重現(xiàn)期是100年。第三，水利工程中所說的重現(xiàn)期，是指對工程不利情況的重現(xiàn)期。對于洪水、多水的情況，水越大對工程越不利。此時，重現(xiàn)期是指水文隨機變量大于或等于某一數(shù)值這一隨機事件發(fā)生的平均周期。如用大寫的T表示重現(xiàn)期，用大寫的P表示頻率，按照頻率和周期互為倒數(shù)的關(guān)系，可知洪水、多水時，重現(xiàn)期計算公式為T1P因洪水、多水的時候，頻率P小于或等于50%，此公式的適用條件又可寫為PW50%。對于枯水、少水的情況，水越小對工程越不利，此時重現(xiàn)期是指水文隨機變量小于或等于某一數(shù)值的平均周期。按照概率論理論，隨機變量“小于或等于某一數(shù)值”是“大于或等于某一數(shù)值”的對立事件，“小于或等于某一數(shù)值”的概率等于1-P，故此時重現(xiàn)期的計算公式為水資源管理課程1P(PN50%)因枯水、少水時，頻率大于或等于50%,第二個公式的適用條件又可以寫為PN50%。什么是統(tǒng)計參數(shù)，什么是理論頻率曲線，統(tǒng)計參數(shù)和理論頻率曲線有什么作用？（1）統(tǒng)計參數(shù)。知道了隨機變量的概率分布函數(shù)或者概率密度函數(shù)，就掌握了隨機變量在各個取值區(qū)間的概率，也就掌握了隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律。但在實際工作里，求出概率分布函數(shù)或者概率密度函數(shù)往往比較困難，有時甚至求不出來。但是，有一些數(shù)字具有特征意義，可以簡明地表示隨機變量的統(tǒng)計規(guī)律和特性。在概率論里，把這些數(shù)字稱為隨機變量的數(shù)字特征，在工程水文中，習(xí)慣于把這些數(shù)字稱為統(tǒng)計參數(shù)。在文字教材中介紹了以下幾種最常用的統(tǒng)計參數(shù)：1） 均值均值又稱為期望，它表示隨機變量平均數(shù)的概念；2） 均方差、和離勢系數(shù)Cv均方差和離勢系數(shù)都表示隨機變量的離散情況，但均方差和隨機變量取值的大小有關(guān)，而離勢系數(shù)是一個無因次的量，排除了隨機變量自身大小的影響；3） 偏態(tài)系數(shù)Cs偏態(tài)系數(shù)反映隨機變量的分布對于均值是否對稱。Cs是一個無因次量；眾數(shù)眾數(shù)是隨機變量取值概率最大，或者概率密度函數(shù)最大的數(shù);中位數(shù)隨機變量大于或等于以及小于或等于中位數(shù)的概率都為0.5。文字教材中介紹了以上面統(tǒng)計參數(shù)的定義式。統(tǒng)計參數(shù)可簡明地表示隨機變量概率分布的特性。文字教材的圖5.5表明了隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)均值和Cv、Cs發(fā)生變化的時候，隨機變量的概率密度函數(shù)曲線變化的情形。由圖5.5可以看到，當(dāng)隨機變量分布的類型不變的時候，如果上面三個統(tǒng)計參數(shù)之中的一個參數(shù)發(fā)生變化，另外兩個參數(shù)不變時，如果均值增大，表明隨機變量取值的平均水平增高，概率密度函數(shù)曲線沿橫軸向右平行移動；如果離勢系數(shù)Cv增大，表明隨機變量分布相對于均值更為分散，概率密度函數(shù)曲線從較為尖瘦變?yōu)檩^為矮胖；如果偏態(tài)系數(shù)Cs=0時，概率密度函數(shù)曲線對稱于均值分布，Cs0時，分布的均值x小于眾數(shù)Eo(X)，分布稱為負(fù)偏，Cs0時，分布的均值x大于眾數(shù)Eo(X)，分布稱為正偏(水文變量的分布大多數(shù)是正偏)。（2）理論概率曲線客觀世界中的隨機變量具有不同的概率分布規(guī)律。經(jīng)過研究和分析，可以對某些概率分布給出數(shù)學(xué)表達(dá)式，并得到相應(yīng)的頻率曲線。具有數(shù)學(xué)表達(dá)式的頻率曲線稱為理論頻率曲線。理論頻率曲線對應(yīng)于以后將要介紹的經(jīng)驗頻率曲線。在文字教材里，介紹了兩種最為常用的理論頻率曲線：1） 正態(tài)分布文字教材的圖5.6是正態(tài)分布的概率密度函數(shù)曲線。該曲線為單峰，曲線對稱于均值，同時曲線兩端以x軸為漸近線，趨向于正、負(fù)無窮大。正態(tài)分布有兩個參數(shù)，即均值^和均方差°，當(dāng)這兩個參數(shù)確定后，分布就唯一確定了。實踐經(jīng)驗和理論分析表明，可以用正態(tài)分布描述許多隨機變量的概率分布。如各種測量、檢測的誤差，因多種偶然因素形成的偏差（比如設(shè)備正常運轉(zhuǎn)情況下產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)、正常施工情況下混凝土試件的強度等），都服從或者可以近似地看為服從正態(tài)分布。2） 皮爾遜III型分布文字教材的圖5.7是皮爾遜III型分布概率密度函數(shù)曲線。英國生物學(xué)家、統(tǒng)計學(xué)家皮爾遜分析了生物、物理以及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域里的許多隨機變量，歸納出一系列概率分布，其中有一種在水文里面用得較多，稱為皮爾遜III型分布。皮爾遜III型分布的概率密度函數(shù)曲線也是單峰的，曲線的一端有限，另一端無限，形狀是不對稱的。皮爾遜III型分布有3個參數(shù)，這3個參數(shù)和統(tǒng)計參數(shù)均值、離勢系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs之間，存在著函數(shù)關(guān)系。所以，只要能夠確定皮爾遜III型分布的均值和Cv和Cs，就可以確定隨機變量的概率分布。我們文字教材的第5章第1節(jié)對正態(tài)分布和皮爾遜III型分布的概率密度函數(shù)公式、概率密度函數(shù)曲水資源管理課程線、分布的性質(zhì)等都作了介紹。為了實際應(yīng)用皮爾遜III型分布，必須對它的概率密度函數(shù)進(jìn)行積分，這樣才能得到隨機變量在某個區(qū)間取值的概率。在工程水文里，要求出水文變量的頻率，即水文變量從某一個取值到正無窮大個概率，因此需計算從隨機變量的各個取值到無窮大的積分。因皮爾遜III型分布的概率密度函數(shù)十分復(fù)雜，進(jìn)行積分相當(dāng)困難。為了能夠在實際工作中運用皮爾遜III型分布，有人制作了皮爾遜III型分布的積分表格，我們文字教材中介紹的福斯特一雷布京表就是這樣的表格。幅斯特一雷布京表又叫做離均系數(shù)①值表，文字教材中介紹了離均系數(shù)①的概念，以及使用福斯特一雷布京表的方法，并提供了例題。當(dāng)確定了皮爾遜III型分布的統(tǒng)計參數(shù)以后，可以按照Cs值從離均系數(shù)①值表查到對應(yīng)于某一個頻率P的離均系數(shù)①，同時可以由隨機變量的均值和離勢系數(shù)Cv，求出相應(yīng)的隨機變量值。亦即，確定了皮爾遜III型分布的統(tǒng)計參數(shù)后，就可以借助離均系數(shù)①值表，查出對應(yīng)于各個頻率的水文變量值，從而繪制出水文變量的頻率曲線。為了更方便地進(jìn)行頻率分析計算，又有人根據(jù)皮爾遜III型分布的離均系數(shù)表制作了模比系數(shù)表。模比系數(shù)是隨機變量取值x與均值x的比值。如用k表示模比系數(shù)，貝kxx運用皮爾遜III型分布的模比系數(shù)表，可以直接查出常用Cv、Cs取值情況下，對應(yīng)于某個頻率P的模比系數(shù)kp，也就可以求出相應(yīng)的隨機變量xp。離均系數(shù)①值表和模比系數(shù)表已作為第5章的附表編入文字教材。這兩個表是經(jīng)常要用到的，應(yīng)熟練掌握它們的使用方法。關(guān)于理論頻率曲線，還有一個問題需要說明一下，就是所謂理論頻率曲線只是一些具有數(shù)學(xué)表達(dá)式頻率曲線。把理論頻率曲線用于水文分析計算，并不是已經(jīng)從理論上嚴(yán)格證明了水文現(xiàn)象的概率分布應(yīng)當(dāng)服從某種理論頻率曲線。用某種理論頻率曲線描述水文變量概率分布僅僅是根據(jù)經(jīng)驗。15.什么是總體和樣本，什么是抽樣誤差？客觀世界中存在著許多具有隨機性的事物。在數(shù)理統(tǒng)計中，把所研究的對象的全體稱為總體，把總體中的每一個基本單位稱為個體。如一條河流，當(dāng)我們研究年徑流量的時候，河流有史以來的各年年徑流量的全體就是總體，各個年的年徑流量就是個體。如果所研究的隨機事物對應(yīng)著實數(shù)，則總體就是一個隨機變量（可以記為X）,而個體就是隨機變量的一個取值（可以記為xi）。一般情況下，總體是未知的?；蛘?，因為不能對總體進(jìn)行普查研究，總體實際上是無法得到。比如，我們無法掌握一條河流在其形成以來漫長時期內(nèi)所有年份的年徑流量。我們也不能對工地上所有的鋼筋都進(jìn)行破壞性試驗檢驗鋼筋的強度。為了了解和掌握總體的統(tǒng)計規(guī)律，通常是從總體中抽取一部分個體，對這部分個體進(jìn)行觀察和研究，并且由這部分個體對總體進(jìn)行推斷，從而掌握總體的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法稱為抽樣法。從總體中抽取的部分個體稱為樣本。當(dāng)總體是隨機變量的時候，所抽取的每一個樣本是一組數(shù)字。比如隨機變量X的一個樣本Xj就由數(shù)字xl,x2,,xi,xn組成。樣本里面包含個體的個數(shù)n,稱為樣本容量。當(dāng)抽取樣本時隨意抽取，不帶有任何主觀成分時，所得到的樣本稱為隨機樣本。水文變量總體是無限的，現(xiàn)有的水文觀測資料可以認(rèn)為是水文變量總體的隨機樣本。樣本只是總體的一部分，由樣本來推斷總體的統(tǒng)計規(guī)律顯然會有誤差。這種由樣本推斷總體統(tǒng)計規(guī)律而產(chǎn)生的誤差稱為抽樣誤差。一般說來，樣本容量增大的時候，樣本的抽樣誤差會減小。所以，應(yīng)當(dāng)盡可能地增大樣本容量。16.什么是水文變量的經(jīng)驗頻率曲線，它有什么意義？實測水文變量系列是水文變量總體的樣本。如將水文變量系列的各個變量從大到小順序排列，則每一個變量都有一個序號m。某一個水文變量的水資源管理課程序號m不但表示了變量在樣本里面的大小順序，而且表示了在樣本里面，取值大于或等于這個變量個體的個數(shù)，即累計次數(shù)。變量序號m和樣本n的比值則表示在樣本里面，變量大于或等于某一個變量的頻率，簡稱頻率，如果把頻率記作P,則有Pmn頻率P表示在樣本里面，變量取值大于等于某個變量這一事件出現(xiàn)的機會或可能性。但是，由樣本求出的頻率還不能作為總體的頻率。文字教材中介紹了，用樣本頻率計算公式估算總體頻率時，可能出現(xiàn)不合理的情況。按照數(shù)理統(tǒng)計理論，從樣本推斷總體的統(tǒng)計規(guī)律的時候，應(yīng)當(dāng)使用無偏估計計算式，或者說，從樣本計算總體的各種統(tǒng)計參數(shù)的時候，應(yīng)當(dāng)計算總體統(tǒng)計參數(shù)的無偏估計值。只有用無偏估計值作為總體統(tǒng)計參數(shù)的估算值才是合理的。如果從總體里面抽取大量的樣本，對各個樣本都用無偏估計計算式計算總體某種統(tǒng)計參數(shù)的估算值，則計算所得到的統(tǒng)計參數(shù)估算值將形成一個新的隨機變量，這個隨機變量的均值恰等于總體的統(tǒng)計參數(shù)，這就是無偏估計的含義。文字教材中介紹了，按照現(xiàn)行的水文計算規(guī)范，應(yīng)當(dāng)采用數(shù)學(xué)期望公式估算水文變量總體的概率。數(shù)學(xué)期望公式就是頻率的無偏估計計算式，它和樣本頻率的計算公式是不同的。因為以上頻率是由實測資料計算出來的，故習(xí)慣上稱之為經(jīng)驗頻率。水文變量的經(jīng)驗頻率可用曲線的形式表示，稱為經(jīng)驗頻率曲線。17.適線法它的基本思路是什么？適線法是現(xiàn)行水文頻率計算的基本方法。由實測水文變量系列求得的經(jīng)驗頻率曲線，是對水文變量總體概率分布的推斷和描述。但如直接把經(jīng)驗頻率曲線用于解決工程實際問題，還存在著一定的局限性。因我國目前的水文實測資料一般不超過幾十年，算出的經(jīng)驗頻率至多相當(dāng)于幾十年一遇。而在工程規(guī)劃設(shè)計里面，常需要確定更為稀遇的水文變量值，這些稀遇值無法從經(jīng)驗頻率曲線直接查出。為解決這樣的問題，目前的做法是借助于理論頻率曲線對經(jīng)驗頻率曲線進(jìn)行延長，求得稀遇洪水或枯水水文特征值的頻率分布。為了借助理論頻率曲線對經(jīng)驗頻率曲線進(jìn)行延長，需要找到一條和水文變量經(jīng)驗頻率點據(jù)擬合比較好的理論頻率曲線，即該曲線在實測資料范圍內(nèi)表示出的統(tǒng)計規(guī)律和實測資料是一致的。同時認(rèn)為，該理論頻率曲線能夠表示水文變量總體的統(tǒng)計規(guī)律，這就是適線法的基本思路。適線時，如何估算和調(diào)整水文變量的統(tǒng)計參數(shù)？如前述，理論頻率曲線是具有數(shù)學(xué)表達(dá)式的頻率曲線，理論頻率曲線的參數(shù)和隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)有一定關(guān)。所以，為了延長經(jīng)驗頻率曲線，首先應(yīng)當(dāng)估算隨機變量的統(tǒng)計參數(shù)，有了統(tǒng)計參數(shù)，便可確定理論頻率曲線。因水文變量的總體是未知的，故對其統(tǒng)計參數(shù)不能夠直接計算。但如掌握了水文變量的實測資料，則可將實測資料作為樣本，并由樣本推求水文變量總體的統(tǒng)計參數(shù)。由實測資料推求水文變量總體的統(tǒng)計參數(shù)的時候，也必須使用無偏估計計算式。在我國，理論頻率曲線一般采用皮爾遜III型曲線。文字教材介紹了估算皮爾遜統(tǒng)計參數(shù)的時候應(yīng)當(dāng)采用的計算公式，同時介紹了，直接由公式計算水文變量總體的Cs值誤差很大，故對于Cs一般是擬定一個Cs與Cv的倍比，按倍比確定Cs值。在適線時，應(yīng)當(dāng)按照統(tǒng)計參數(shù)變化對理論頻率曲線的影響趨勢有目的地調(diào)整統(tǒng)計參數(shù)。文字教材的圖5.9?圖5.11表明了，當(dāng)均值x、離勢系數(shù)Cv和Cs這三個統(tǒng)計參數(shù)中有一個參數(shù)發(fā)生變化，另外兩個不變的時候頻率曲線發(fā)生變化的情況。由圖5.9圖可以看到，如均值x增大，其余兩參數(shù)不變，頻率曲線將沿水平軸向右方平移；由圖5.10可以看到，如離勢系數(shù)Cv增大，其余兩個參數(shù)不變，頻率曲線將順時針轉(zhuǎn)動；由圖5.11可以看到，如偏態(tài)系數(shù)Cs增大，其余兩個參數(shù)不變，頻率曲線上端坡度變陡，下端坡度變緩，曲線的兩端上翹，中間段下沉。水文變量頻率曲線的變化情況，是和前述概率密度函數(shù)變化的情況相聯(lián)系的。水資源管理課程適線法在實際工作里應(yīng)用很廣,需注意很好地學(xué)習(xí)和掌握。什么是相關(guān)分析，它有什么作用？在客觀世界里，事物之間往往是相互聯(lián)系的。反映客觀事物的變量（包括隨機變量）之間也可能存在著一定的聯(lián)系。研究分析兩個或兩個以上隨機變量之間的關(guān)系稱為相關(guān)分析。當(dāng)兩個水文變量系列存在著一定的物理聯(lián)系，同時又有一段時間的同期觀測資料時，可分析兩水文變量之間的相關(guān)關(guān)系，并借助相關(guān)關(guān)系由較長的水文系列插補和展延較短的水文系列。展延、插補水文變量系列，是相關(guān)分析在水文分析計算里面的主要用途。相關(guān)關(guān)系有不同的類型。文字教材中比較詳細(xì)地介紹了直線簡相關(guān)建立回歸方程式的方法，以及回歸分析里面回歸系數(shù)r的意義。實際上，目前流行的一些計算機軟件，許多都具有統(tǒng)計分析功能（如微軟公司辦公套件中的MicrosoftExcel就具有相關(guān)分析計算功能），在實際工作中可選用合適的計算機軟件進(jìn)行相關(guān)分析計算。相關(guān)檢驗的作用是什么，什么是“顯著性水平'和“置信度”?對于相關(guān)分析，文字教材中還介紹了相關(guān)檢驗的內(nèi)容。在回歸分析里面，相關(guān)系數(shù)r是由實測樣本資料計算出來的。因由樣本推求總體的統(tǒng)計規(guī)律時存在著抽樣誤差，故當(dāng)計算所得的相關(guān)系數(shù)r不為0時（反映出兩個隨機變量之間存在著一定的直線相關(guān)關(guān)系），可能兩隨機變量的總體實際上并不具有直線相關(guān)關(guān)系。在數(shù)理統(tǒng)計里，針對這種情況提出了一種檢驗方法，即相關(guān)檢驗。在我們的文字教材的第5章第3節(jié)有一個表，即不同顯著水平下的相關(guān)系數(shù)臨界值ra表。利用這個表可對回歸分析的成果進(jìn)行檢驗。進(jìn)行相關(guān)檢驗的時候，涉及到“顯著性水平”、“置信度”的概念，為幫助大家理解，舉一個例子進(jìn)行說明。如某人準(zhǔn)備出門去旅行時，有人贈送給他一張飛機票，同時很鄭重地告訴他，飛機失事的概率是兩萬分之一。那末，此人是否接受這張機票呢？估計一般人都是會接受的，因為他會想，飛機失事的可能性如此之小，我就坐這么一次飛機，怎么會失事呢?應(yīng)當(dāng)說，這樣想是合乎情理的。按照數(shù)理統(tǒng)計的觀點，某人的這一想法實際上是出于一個假設(shè)，即小概率事件在一次試驗中是不會發(fā)生的。這一假設(shè)顯然也是合乎情理的，但這一假設(shè)是有可能犯錯誤的，犯錯誤的概率就是小概率事件發(fā)生的概率。對于機票這個例子，因飛機失事的概率是2萬分之一，所以，假定“飛機不會失事”犯錯誤的概率就是兩萬分之一（即5/__），而假定“飛機不會失事”正確的概率是1減5/__，即__/__。假設(shè)檢驗中的顯著性水平就相當(dāng)于上面例子中假定“飛機不會失事”犯錯誤的概率，而置信度就相當(dāng)于假定“飛機不會失事”正確的概率。進(jìn)行水文變量相關(guān)檢驗的時候，一般可取顯著性水平a=0.05或a=0.1。如果取a=0.05，則顯著性水平為5%，置信度則為95%。當(dāng)進(jìn)行相關(guān)分析計算，求得的相關(guān)系數(shù)的絕對值大于從相關(guān)系數(shù)臨界值表里面查到的臨界值ra的時候，就可以判斷，所分析的隨機變量具有直線相關(guān)關(guān)系。同時可知，作出這個判斷正確的概率（即置信度）是95%。而做出這個結(jié)論發(fā)生錯誤的概率（即顯著性水平）為5%。以上就是顯著性水平和置信度的含義。在實際的水文分析計算中還應(yīng)當(dāng)注意，除了按照上面的方法進(jìn)行檢驗以外，一般還要求相關(guān)系數(shù)的絕對值大于或等于0.8,所求得的直線相關(guān)關(guān)系才能實際應(yīng)用。關(guān)于這一點，我們的文字教材也作了介紹。第6章年徑流分析與計算21?年徑流分析計算的目的和任務(wù)是什么？在一個年度中通過河流某個斷面的水量稱為該斷面以上流域的年徑流量。年徑流量可以用下面方式表333示：年徑流總量（單位為萬m或億m）、年平均流量（單位為m/s）、年徑流深（年徑流總量與流域面積的比值，單位為mm）、徑流模數(shù)（年平均流量與流域面積的比值，單位為L/（skm2），即升/（秒平方公里））。年徑流量的多年平均值表明了某個斷面以上流域地面徑流的蘊藏量，它是重要的水文特征值，同時也是區(qū)域水資源的重要指標(biāo)。水資源管理課程除年徑流總量外，徑流在年內(nèi)分配的情況不同，對于國民經(jīng)濟(jì)各部門的用水和水利工程的修建也具有重要影響。因此，通常所說的年徑流還包括徑流年內(nèi)分配的情況。即年徑流包括年徑流量和徑流年內(nèi)分配兩方面。年徑流分析計算的成果主要包括多年平均年徑流量（表明地面水資源的數(shù)量）和年徑流量頻率曲線（表明年徑流量的概率分布），以及不同典型情況（如枯水年、豐水年、中水年等）的徑流年內(nèi)分配。在水文分析計算和水利水電規(guī)劃計算中，因課題不同，掌握的資料不同，規(guī)劃設(shè)計的要求不同，有許多種計算方法。比如，前面已經(jīng)介紹了水資源估算的方法，下面要講到年徑流分析計算方法，以后面還要講到多種計算方法。在學(xué)習(xí)時應(yīng)當(dāng)注意首先對計算的基本課題有一提綱挈領(lǐng)的認(rèn)識，弄清楚各個方法究竟解決什么問題，這樣可以幫助大家更好地理解和掌握這些計算方法，同時避免造成混淆。22.影響年徑流的因素有哪些，流域下墊面條件發(fā)生明顯變化后，在水文分析計算中如何處理？進(jìn)行年徑流分析計算的時候，要分析和掌握影響年徑流的因素，以及各因素對年徑流的影響狀況。徑流是自然界水循環(huán)的組成環(huán)節(jié)，影響年徑流的因素實際上就是影響流域產(chǎn)流和匯流的因素，這些因素可以概括為兩個方面。第一個方面是氣候因素，影響徑流的氣候因素主要是降水和蒸發(fā)。在濕潤地區(qū)，降雨量大，蒸發(fā)量相對較小，降雨對年徑流起決定性作用。在干旱地區(qū)，降水量小，蒸發(fā)量大，降水中的大部分消耗于蒸發(fā)，所以降水和蒸發(fā)均對年徑流有相當(dāng)大的影響。影響年徑流第二方面的因素是流域的下墊面因素。流域的下墊面因素包括地形、地質(zhì)、土壤、植被，流域中的湖泊、沼澤、濕地，以及流域大小、形狀等。下墊面因素可能直接對徑流產(chǎn)生影響，也可能通過影響氣候因素間接地影響流域的徑流。在下墊面因素中，流域地形主要通過影響氣候因素對年徑流發(fā)生影響。比如，山地對于水氣運動有阻滯和抬升作用，使山脈的迎風(fēng)坡降水量和徑流量大于背風(fēng)坡。植物覆被（如樹木、森林、草地、農(nóng)作物等）能阻滯地表水流，同時植物根系使地表土壤更容易透水，加大了水的下滲。植物還能截留降水，加大陸面蒸發(fā)。植被增加會使年際和年內(nèi)徑流差別減少，使徑流變化趨于平緩，使枯水徑流量增加。流域的土壤巖石狀況和地質(zhì)構(gòu)造對徑流下滲具有直接影響。如流域土壤巖石透水性強，降水下滲容易，會使地下水補給量加大，地面徑流減少。同時因為土壤和透水層起到地下水庫的作用，會使徑流變化趨于平緩。當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造裂隙發(fā)育，甚至有溶洞的時候，除了會使下滲量增大，還可能形成不閉合流域，并影響流域的年徑流量和年內(nèi)分配。流域大小和形狀也會影響年徑流。流域面積大，地面和地下徑流的調(diào)蓄作用強，而且由于大河的河槽下切深，地下水補給量大，加上流域內(nèi)部各部分徑流狀況不容易同步，使得大流域徑流年際和年內(nèi)差別比較小，徑流變化比較平緩。流域的形狀會影響匯流狀況，比如流域形狀狹長時，匯流時間長，相應(yīng)徑流過程線較為平緩，而支流呈扇形分布的河流，匯流時間短，相應(yīng)徑流過程線則比較陡峻。流域內(nèi)的湖泊和沼澤相當(dāng)于天然水庫，具有調(diào)節(jié)徑流的作用，會使徑流過程的變化趨于平緩。在干旱地區(qū)，會使蒸發(fā)量增大，徑流量減少。在估算區(qū)域水資源數(shù)量，進(jìn)行年徑流分析計算時，還應(yīng)當(dāng)充分注意人類活動對于徑流的影響。在課程的錄象教材中介紹過華北南部一個地區(qū)水資源系統(tǒng)變化的例子。實際上，在我國的許多地區(qū)，都有由于大規(guī)模人類活動，使流域下墊面條件發(fā)生了明顯變化的情況。在學(xué)習(xí)水文統(tǒng)計方法時已明確，按照概率的統(tǒng)計定義，當(dāng)流域水資源形成的條件發(fā)生明顯變化時，如將發(fā)生變化前后的水文實測資料一起進(jìn)行水文統(tǒng)計計算是不合理的。此時需進(jìn)行水文資料的還原計算。還原計算的基本方法是對下墊面條件發(fā)生變化后的年徑流資料進(jìn)行修正，使其還原到天然狀況。比如，當(dāng)發(fā)生了因跨流域引水使流域內(nèi)水量增加或減少，因農(nóng)業(yè)或工業(yè)、城鎮(zhèn)引水加大了流域水量消耗，因修建水庫調(diào)節(jié)徑流改變了徑流年內(nèi)或年際分布，因洪水期分洪改變了地面徑流過程，因長期超采地下水造成地下水位持續(xù)下降，改變了地表水和地下資源的產(chǎn)水條件等情況時，都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行還原計算。還原計算時，對于年徑流量主要按照水量平衡關(guān)系進(jìn)行還原。對于徑流年內(nèi)分配，可以按照水量平衡關(guān)系逐月或逐季度進(jìn)行還原計算，求得徑流的年內(nèi)過程。也可以根據(jù)典型分析，確定修正年徑流量的年內(nèi)分配比率，并計算徑流的年內(nèi)過程。還原計算后，就可分析求得流域下墊面沒有發(fā)生明顯改變時的年徑流統(tǒng)計規(guī)律。顯然，進(jìn)行還原計算的工作量是很大的。在我們的課程中未能對還原計算的方法作詳細(xì)介紹，但大家應(yīng)當(dāng)有這方面的認(rèn)識和概念。23.什么是水文資料的“三性”審查？在應(yīng)用各種水文實測資料進(jìn)行分析計算時需先進(jìn)行一步工作，即對資料進(jìn)行“三性審查”。三性審查包括：可靠性審查——排除資料中可能存在的錯誤；一致性審查——審查水文現(xiàn)象影響因素是否一致；代表性審查 審查資料對于水文變量總體的代表性。文字教材對年徑流資料三性審查的具體內(nèi)容和做法作了介紹。水資源管理課程按照“樣本容量越大，抽樣誤差越小”的統(tǒng)計規(guī)律，為滿足代表性要求，對于年徑流分析計算，用徑流資料進(jìn)行年徑流分析計算時，一般要求年徑流系列長度應(yīng)在20年以上，至少不少于15年。24?年徑流分析計算的基本方法有哪幾類？按照掌握水文資料的不同情況，年徑流分析有不同方法。（1）具有較長期徑流實測資料時的年徑流分析計算具有較長期徑流實測資料時，可直接對流量資料進(jìn)行分析計算，得到年徑流分析計算成果。一般具有30年以上徑流實測資料時，可以認(rèn)為是具有較長期徑流資料。為求得年徑流量的統(tǒng)計規(guī)律，可直接對年徑流量進(jìn)行頻率分析計算，求得年徑流量頻率曲線，以及多年平均年徑流量和年徑流量的離勢系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs等統(tǒng)計參數(shù)。對年徑流量頻率分析計算后，對于計算成果還應(yīng)進(jìn)行合理性分析，包括以下方面：1）均值成果檢查影響多年平均徑流深（或多年平均流量）的各因素中，氣候因素具有一定的地理分布規(guī)律。同時，上下游、干支流的流量和徑流量都具有一定的水量平衡關(guān)系。將計算所得的多年平均徑流深（或多年平均流量）和鄰近流域、上下游的相比較，同時考慮下墊面及流域面積等因素的影響，如果發(fā)現(xiàn)所得結(jié)果在地理分布和水量平衡關(guān)系上存在不合理的情況時，就應(yīng)對其原因作進(jìn)一步分析，尤其應(yīng)當(dāng)注意是否存在人類活動的影響。必要時，要對年徑流資料進(jìn)行還原和修正。2）離勢系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs成果檢查影響徑流年際變化的氣候因素具有一定的地理分布規(guī)律，因而反映年徑流量變化狀況的離勢系數(shù)Cv也有一定的地理分布規(guī)律。同時，按照經(jīng)驗，偏態(tài)系數(shù)Cs與Cv的比值Cs/Cv也有一定的分區(qū)性。故可按照地理位置檢驗離勢系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs的合理性。但因Cv受下墊面因素影響較大，與均值相比，Cv和Cs表現(xiàn)出的地理分布規(guī)律性較弱。在濕潤地區(qū)，徑流與降水關(guān)系密切，年徑流的Cv和Cs值與降水的Cv和Cs值在地區(qū)分布上應(yīng)有一致的規(guī)律，可按此檢驗?zāi)陱搅麟x勢系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs的合理性。進(jìn)行年徑流分析計算時，除進(jìn)行年徑流量的分析計算外，還需分析徑流年內(nèi)分配的規(guī)律。在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計工作中，可能需要提供各種具有代表意義的年份（即設(shè)計代表年）的徑流年內(nèi)分配。設(shè)計代表年可采用典型年和實際年兩種形式。典型年可以是設(shè)計枯水、豐水、中水典型年，它們的年內(nèi)分配按照某一個實際發(fā)生的年份確定。在實際發(fā)生年確定后，可對其各個月的流量進(jìn)行縮放，從而確定代表年徑流的年內(nèi)分配。對于農(nóng)業(yè)灌溉工程，因為灌溉用水受氣候因素影響較大，來水情況不同時，需水情況往往也不同，而灌溉用水過程又不便于用放大的方式確定，故常同時采用實際年的來水和灌溉用水過程作為設(shè)計依據(jù)，即采用實際年作為代表年。采用實際年作為代表年時，代表年在對當(dāng)?shù)貧v史上發(fā)生的旱情、災(zāi)情進(jìn)行調(diào)查分析后確定。如規(guī)劃設(shè)計工作需要對長系列水文資料進(jìn)行計算時，可用經(jīng)過資料審查，滿足可靠性、一致性和代表性的實測水文年月徑流系列，代表工程未來運行期間年月徑流的變化過程。這種系列稱為設(shè)計年月徑流系列。（2）具有短期徑流實測資料或缺乏資料時的年徑流分析計算具有短期徑流實測資料時，年徑流分析計算的基本的方法是借助水文變量的相關(guān)關(guān)系，插補或者展延年月徑流系列。因掌握資料的情況不同，插補或展延年月徑流系列有不同方法。如可以利用參證站的年徑流資料展延設(shè)計斷面的系列，可以利用參證站的月徑流資料展延設(shè)計斷面的系列。在濕潤地區(qū)（如我國長江以南地區(qū)），徑流主要受降雨影響，年降雨量與年徑流量有較好的相關(guān)關(guān)系，此時可由年降雨量展延年徑流量系列，也可由月徑流量展延設(shè)計站的年月徑流系列。需注意，月徑流和月降雨的時段比較短，影響因素較多，故月徑流、月降雨的相關(guān)點據(jù)一般比較散亂，在進(jìn)行相關(guān)分析的時候，要進(jìn)行一些必要的處理。進(jìn)行中小水利工程規(guī)劃設(shè)計時候，還可能會遇到徑流資料系列太短又無法展延，或完全缺乏徑流資料的情況。此時，可采用等值線圖法求得年徑流量的均值及離勢系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)等統(tǒng)計參數(shù)，或移用參證流域的統(tǒng)計參數(shù)求得設(shè)計年徑流量，并按前述確定典型年年內(nèi)分配的方法確定徑流的年內(nèi)分配。文字教材中，介紹了具有短期徑流實測資料和缺乏資料時年徑流分析計算的具體方法和注意事項，并且提供了例題。第7章洪水分析計算25.什么是洪水三要素，洪水分析計算的主要任務(wù)是什么？水資源管理課程如前述，洪澇災(zāi)害、水資源不足、水污染是我國的三大水問題。1998年大水以后，雖然中央和地方都加大了防洪的投入，重點堤防的工程狀況有了比較大的改善，但從總體上來看，目前我國江河的防洪工程系統(tǒng)還沒有達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，許多城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)還很低，防治洪澇災(zāi)害是我們面臨的重大課題。另外，在當(dāng)前水資源緊缺的形勢下，如何調(diào)蓄洪水，利用洪水的水量，變水害為水利，也具有重大意義。正因為這樣，洪水分析計算成為水資源管理課程的重要內(nèi)容。洪峰流量、洪水總量以及洪水過程線可全面地描述洪水，稱為洪水的三個要素。洪水分析計算的主要任務(wù)，就是按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，推求洪水的三要素，掌握洪水的規(guī)律。26.什么是防洪標(biāo)準(zhǔn)，我國現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)怎樣？為防治洪水災(zāi)害，需要采取工程措施和非工程措施。工程措施即修建各種防洪工程。非工程措施是指像防洪立法，推行防洪保險等的措施。在采取防洪措施的時候，必須以一定標(biāo)準(zhǔn)的洪水作為依據(jù)，這種依據(jù)稱為防洪標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)采取一定的防洪措施時，采用的防洪標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)越高，防護(hù)地區(qū)受洪水危害的風(fēng)險越小，但同時采取措施的投入就越大。由此可知防洪標(biāo)準(zhǔn)取得過高和過低都是不合理的。防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依照國家有關(guān)規(guī)范，按照防洪工程和防護(hù)地區(qū)的重要性確定。我國現(xiàn)行的防洪標(biāo)準(zhǔn)是從1995年1月開始實施的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB__—94）。文字教材的第7章和第15章對此規(guī)范作了比較詳細(xì)的介紹。概括地說，工程規(guī)劃設(shè)計中防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)分為兩類。第一類是保證水工建筑物自身安全的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，第二類是保障下游防護(hù)對象免除一定洪水災(zāi)害的防洪標(biāo)準(zhǔn)。水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)又可以分為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng)正常運用情況）和校核標(biāo)準(zhǔn)（對應(yīng)非常運用情況）。工程遇到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時應(yīng)能保證正常運用，遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，主要建筑物不得發(fā)生破壞，但是允許部分次要建筑物損壞或失效。水工建筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水都是以某一個頻率的形式給出的，比如50年一遇洪水、百年遇洪水等等。而校核標(biāo)準(zhǔn)洪水除以某一個頻率的形式給出外，對于土石壩，一旦其失事可能使下游造成特別重大損失時，對于I級水工建筑物，還可能以可能最大洪水作為校核洪水（可能最大洪水是現(xiàn)代氣候條件下可能發(fā)生的最大洪水。采用可能最大洪水作為校核標(biāo)準(zhǔn)，實際上是要求工程做到萬無一失）。需注意，下游防洪對象的防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)高于上游防洪工程建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，因這樣規(guī)定防洪標(biāo)準(zhǔn)實際上是沒有意義的（試想如上游防洪水庫已失事，下游防護(hù)對象如何保證安全？）。27.推求設(shè)計洪水有哪幾種基本途徑？如前述，絕大多數(shù)情況下，設(shè)計洪水就是某一頻率的洪水。故推求設(shè)計洪水一般就是推求符合設(shè)計頻率的洪峰流量、洪水總量和洪水過程線。因掌握資料的情況和工程規(guī)劃設(shè)計要求不同，推求設(shè)計洪水有不同途徑。當(dāng)設(shè)計流域具有較長期的實測洪水資料，且具有歷史洪水調(diào)查和考證資料時，可直接由流量資料推求設(shè)計洪水。當(dāng)流域具有較長期實測暴雨資料，而且有多次暴雨洪水對應(yīng)觀測資料，可以分析產(chǎn)流和匯流規(guī)律時，可由暴雨資料推求設(shè)計洪水。小流域往往既缺乏洪水資料，又缺乏暴雨資料，此時可采用推理公式法和地區(qū)經(jīng)驗公式等方法推求設(shè)計洪水。當(dāng)采用可能最大洪水作為校核洪水時，需由可能最大降雨求得可能最大洪水，從而確定相應(yīng)的設(shè)計洪水（可能最大洪水的計算屬較專門的問題，在本課程中未作介紹）。28.什么是特大洪水處理？洪水變量（如洪峰流量、洪水總量）的變化幅度遠(yuǎn)比年徑流為大，使得我們掌握的洪水變量系列中可能出現(xiàn)一些特大值?；蛘哒f洪水變量系列可能是不連序的（指序號上的不連續(xù)）。比如，在幾十年實測洪水資料中有幾個特大值，而這幾個特大值的重現(xiàn)期并不是幾十年，而是幾百年或者更長時間。又如，通過歷史洪水調(diào)查，確定了歷史上曾經(jīng)發(fā)生過的，重現(xiàn)期是幾百年或更長時間的特大洪水。以上情況下并不掌握介于特大洪水和實測一般洪水之間的洪水變量，需進(jìn)行特大洪水處理。特大洪水的處理主要是解決特大洪水經(jīng)驗頻率的計算方法問題。在文字教材中介紹了兩種頻率計算方水資源管理課程法，在這兩種方法中，特大洪水的頻率計算公式實際上是相同的。對于一般洪水的頻率計算公式，望理解其假定和來源。推求設(shè)計洪水過程線的基本方法是什么，洪水過程線放大有哪兩類方法？推求設(shè)計洪水時要確定設(shè)計洪水過程線，亦即確定設(shè)計洪水的時程分配。目前，生產(chǎn)上一般采用放大典型洪水過程線的方法確定設(shè)計洪水過程線。進(jìn)行洪水過程線放大通常采用兩種方法，即同倍比法和同頻率法。同倍比法較為簡單，可采用設(shè)計洪峰流量與典型洪峰流量的比值或某時段的設(shè)計洪量與典型洪量的比值對典型洪水過程線進(jìn)行放大。但按此法進(jìn)行放大后，不能保證設(shè)計洪水過程線各個時段的洪量或洪峰流量都與設(shè)計值相等。采用同頻率法放大典型洪水過程線時，對洪峰流量和各個時段的洪量采用不同倍比，使得放大以后的過程線洪峰流量以及各時段的洪量可分別等于設(shè)計洪峰流量和設(shè)計洪量值。這兩種放大典型過程線的方法在水文分析計算中都是經(jīng)常采用的，需注意掌握。什么是蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流，如何對這兩種產(chǎn)流方式進(jìn)行產(chǎn)流計算？在由暴雨資料推求設(shè)計洪水時，需對流域的產(chǎn)流和匯流分別進(jìn)行分析計算。蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流均為流域產(chǎn)流計算所采用的模型。蓄滿產(chǎn)流濕潤地區(qū)或者干旱地區(qū)的雨季，雨量充沛，地下水位較高，土壤通氣層較薄，而且通氣層下層常已達(dá)到田間持水量，通氣層上層的缺水容易被一次大雨所滿足。同時，濕潤地區(qū)往往植被良好，土壤下滲能力較強，在土壤沒有達(dá)到田間持水量以前，降雨強度不容易超過下滲能力，只有在流域降雨滿足了通氣層的缺水以后才能產(chǎn)生徑流。這種產(chǎn)流方式概化為蓄滿產(chǎn)流。粗略地說，蓄滿產(chǎn)流就是把產(chǎn)流概化為流域表層土壤的蓄水得到滿足以后才產(chǎn)流。對流域的多次降雨徑流資料反復(fù)進(jìn)行產(chǎn)流分析計算后，可得到流域蓄滿產(chǎn)流的降雨徑流相關(guān)圖。文字教材中的圖7.20即為降雨徑流相關(guān)圖。圖中，縱軸表示累計降雨量P,橫軸表示累計徑流量R。圖中的各條曲線是以流域的前期降雨量Pa為參數(shù)的降雨徑流相關(guān)線（前期影響雨量Pa表示了流域降雨以前的土壤蓄水情況）。當(dāng)流域的前期影響雨量和設(shè)計暴雨確定后，即可運用降雨徑流相關(guān)圖求得一次降雨產(chǎn)生的徑流量（按照前期影響雨量和各個時段的降雨量，可由降雨徑流相關(guān)曲線查出相應(yīng)時段的徑流量，從而確定產(chǎn)流的徑流過程）。流域上的降雨，一部分損失了，只有一部分生成徑流，故在水文計算中又將流域產(chǎn)生的徑流稱為凈雨。相應(yīng)地，地面徑流稱為地面凈雨，地下徑流稱為地下凈雨。為進(jìn)行匯流計算，需對地面凈雨和地下凈雨進(jìn)行劃分。因蓄滿產(chǎn)流開始后，降雨中的一部分以穩(wěn)定下滲的形式補充地下徑流，所以可按穩(wěn)定下滲率劃分地面凈雨和地下凈雨。文字教材中介紹了劃分凈雨的具體方法。（2）超滲產(chǎn)流干旱地區(qū)，或者濕潤地區(qū)的干旱季節(jié)，雨量稀少，地下水位低，通氣層厚，土壤缺水量很大，一般降雨不能滿足流域缺水量，也不產(chǎn)生徑流，只有當(dāng)降雨強度超過下滲強度時才能形成地面徑流，這種產(chǎn)流方式概化為超滲產(chǎn)流。超滲產(chǎn)流可以粗略地說成，把產(chǎn)流概化為降雨強度超過下滲強度時流域才產(chǎn)流。對于超滲產(chǎn)流，可用初損后損法進(jìn)行產(chǎn)流計算。初損后損法是一種簡化計算方法。該法將超滲產(chǎn)流的降雨損失分為兩個階段，產(chǎn)流開始以前的損失稱為初損，產(chǎn)流以后的損失稱為后損。如用f表示后損的平均強度，則fPRI0P0tn式中P——一次降雨的降雨量；R 一次降雨產(chǎn)生的徑流量（凈雨量）；I0——初損；P0——后損期內(nèi)不產(chǎn)流的降雨量（后損期間下滲水量）；tR 后損歷時（后損小時數(shù)）。對流域的多次降雨徑流資料進(jìn)行分析，可求出流域后損平均強度f的平均值，并可將該平均值作為水資源管理課程流域的后損平均強度。另外，可建立以月份為參數(shù)的前期影響雨量Pa和初損I0的關(guān)系圖（類似于文字教材的圖7.25，圖中縱坐標(biāo)表示前期降雨量Pa，橫坐標(biāo)表示初損10）。文字教材的圖7.23是超滲產(chǎn)流產(chǎn)流計算的示意圖。產(chǎn)流計算時，可先計算流域的前期影響雨量Pa,然后由Pa和I0關(guān)系圖確定初損I0,再按照設(shè)計降雨過程，由已求出的初損I0確定初損歷時（即圖7.23中的t0），然后按照流域后損平均強度f分割后損期間的降雨過程，即可得到凈雨過程（見圖7.23圖所示）。單位線法解決的課題是什么？對于設(shè)計洪水，除了推求它的設(shè)計洪峰流量和不同時段的設(shè)計洪量外，還需確定其洪水過程線，即進(jìn)行匯流計算。匯流包括地面徑流匯流和地下徑流匯流，其中地面徑流匯流的速度快，流量變化大，對洪水過程線的影響也大。單位線法是一種地面徑流匯流計算的方法，在推求設(shè)計洪水過程線時，用于推求地面徑流過程。單位線法是有實用意義的，學(xué)習(xí)單位線法時，要注意掌握和理解單位線的定義和概念，以及單位線的基本假定和分析、推求、應(yīng)用單位線的方法。小流域設(shè)計洪水計算有何特點，如何學(xué)習(xí)有關(guān)內(nèi)容？小流域一般是指面積在300~500km2以內(nèi)的流域。小流域一般都缺乏實測資料。同時，實際工作中，經(jīng)常會遇到需要在小流域上對多個工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計的情況。比如水利建設(shè)中，可能需要在小流域上修建一批農(nóng)田水利工程，包括小型水庫、塘堰、水閘等。再如鐵路、公路建設(shè)中，可能需要在小流域上修建許多橋梁、涵洞等。針對小流域的特點，對于小流域設(shè)計洪水的計算方法，要求其適應(yīng)無資料的情況，同時方法要簡便易行。另外，小流域洪水計算重點解決的問題主要是推求洪峰流量。因為大部分小流域上的工程，在進(jìn)行防洪設(shè)計時是“以峰控制”的。文字教材中介紹了推理公式法、地區(qū)經(jīng)驗公式法等小流域設(shè)計洪水的計算方法。還介紹了推求小流域設(shè)