吉林省水文分區(qū)及檢驗(yàn)方法研究

趙晶東，許冬梅，徐鵬云

（1.吉林省水文水資源局，吉林 長(zhǎng)春 130022；2.長(zhǎng)春水文水資源勘測(cè)局，吉林 長(zhǎng)春 130022；3.吉林省水文水資源局延邊分局，吉林 延邊133000）

1 水文分區(qū)的目的

水文分區(qū)是水文站網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，其目的在于從空間上揭示水文特征的相似與差異、共性與個(gè)性，以便經(jīng)濟(jì)合理地布設(shè)區(qū)域代表水文站網(wǎng)。

通常的水文分區(qū)主要是指為面上布設(shè)區(qū)域代表站，以滿足內(nèi)插徑流特征值為目的區(qū)劃，為區(qū)域代表站網(wǎng)規(guī)劃服務(wù)。即根據(jù)地區(qū)的氣候、水文特征和自然地理?xiàng)l件，所劃分的不同水文區(qū)域。在同一水文分區(qū)內(nèi)，同類水體具有相似的水文特征和變化規(guī)律，或在水文要素和自然地理特征間有良好的關(guān)系，以便在分區(qū)內(nèi)合理布設(shè)測(cè)站。

2 水文分區(qū)方法

水文分區(qū)方法可用暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)分析法、新安江模型法、主成份聚類分析法、多元回歸法等方法。

吉林省水文站網(wǎng)規(guī)劃，其水文分區(qū)方法采用暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)分析法（主要是匯流參數(shù)），并結(jié)合自然地理情況和河系完整性，將全省劃為4個(gè)水文分區(qū)，見(jiàn)表1。

吉林省本次水文分區(qū)，方法為選用具有代表性的區(qū)域代表水文站，采用暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)分析法，通過(guò)對(duì)區(qū)域代表站單站產(chǎn)匯流分析，得到單站穩(wěn)定的產(chǎn)匯流參數(shù)，然后進(jìn)行地理綜合，檢驗(yàn)水文分區(qū)的合理性，并為區(qū)域代表水文站網(wǎng)的布設(shè)提供依據(jù)。

2.1 測(cè)站代表性檢驗(yàn)

參加分析的區(qū)域代表站，必須進(jìn)行測(cè)站代表性檢驗(yàn)。一個(gè)水文站是否具有代表性，首先決定于它是否滿足設(shè)站目的，其次是該站能否具備一個(gè)水文站應(yīng)有的設(shè)站條件和能否收集到一定精度的資料，兩者不可缺一，否則將降低或喪失測(cè)站的代表性。

在滿足設(shè)站目的和設(shè)站條件的情況下，對(duì)實(shí)測(cè)資料樣本進(jìn)行抽樣誤差檢驗(yàn)，其抽樣誤差在允許范圍10%～15%之內(nèi)，且保證率不低于70%，如受水利工程影響則需進(jìn)行還原，當(dāng)滿足以上條件時(shí)，該站具有代表性，可參加水文分區(qū)分析。

2.2 單站產(chǎn)匯流分析

2.2.1 資料選用

參加分析的25個(gè)水文站，各站自設(shè)站年份起至2003年止，當(dāng)設(shè)站年數(shù)大于30年的水文站，選30～50次汛期暴雨洪水；當(dāng)設(shè)站年數(shù)小于等于30年的水文站，選20～30次汛期暴雨洪水；歷史最大、次大、洪峰模數(shù)大于等于2.0的全部選上?？傊a(chǎn)流分析點(diǎn)據(jù)不能少于30點(diǎn)，匯流分析點(diǎn)據(jù)不能少于15點(diǎn)。所選資料質(zhì)量可靠。

2.2.2 分析步驟

根據(jù)蓄滿產(chǎn)流原理，產(chǎn)流分析建立單站P＋Pa～R，Rc/tc-fc關(guān)系線，并評(píng)定誤差，要求單站合格率大于等于70%。匯流分析用推理峰量法和推理過(guò)程線法，分別建立R上均/tc均-m和Q凈/F-m關(guān)系線，要求單站合格率大于等于70%（分析方法和分析中的參數(shù)如 Pa始，Im，n，b，Nc等，全省采用統(tǒng)一值）。單站產(chǎn)匯流成果見(jiàn)表2。

表1 吉林省水文分區(qū)表

從表2中可看出，25站產(chǎn)匯流成果良好。產(chǎn)流合格率最高95.8%，最低70.0%；穩(wěn)定下滲率合格率最高100%，最低71.9%；匯流合格率最高84.4%，最低57.1%（受水利工程影響）。另有2個(gè)水文站由于受水利工程影響無(wú)法還原和未測(cè)到大洪水（分析洪水其洪峰模數(shù)小于0.5），未得到穩(wěn)定的匯流參數(shù)。

3 水文分區(qū)檢驗(yàn)

將經(jīng)審查合格的單站產(chǎn)匯流分析成果，按水文分區(qū)點(diǎn)繪同一水文分區(qū)內(nèi)P＋Pa-R，Rc/tc-fc，m-L/J1/3關(guān)系圖。式中 m為匯流參數(shù)；L為主河長(zhǎng)，km；J為主河坡降。求出m經(jīng)驗(yàn)公式。并進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)主要針對(duì)大洪水進(jìn)行，如果檢驗(yàn)結(jié)果符合要求，則認(rèn)為原水文分區(qū)是合理的，否則需進(jìn)行適當(dāng)修正或重新進(jìn)行水文分區(qū)（各分區(qū)關(guān)系圖略）。

3.1 降雨徑流關(guān)系地理綜合檢驗(yàn)

將同一水文分區(qū)內(nèi)所有參加單站P＋Pa-R的點(diǎn)據(jù)全部點(diǎn)上，注明站點(diǎn)符號(hào)，據(jù)此通過(guò)點(diǎn)群中心定出綜合線，然后進(jìn)行檢驗(yàn)，并統(tǒng)計(jì)合格率。檢驗(yàn)只選每站10場(chǎng)大洪水或較大洪水，用實(shí)測(cè)P＋Pa查綜合圖，得到R查并與R實(shí)比較，統(tǒng)計(jì)誤差和合格率，成果見(jiàn)表3。從表3中可看出，4個(gè)水文分區(qū)綜合成果良好，產(chǎn)流綜合后檢驗(yàn)合格率分別為63.3%，63.3%，76.0%，98.0%（各分區(qū)關(guān)系圖略）。

3.2 精度評(píng)定

由于綜合采用的方法是非線性相關(guān)，參加綜合的參數(shù)又是通過(guò)某個(gè)概念性模型反演而得的，所以地理綜合的精度就不能用線性相關(guān)的參數(shù)來(lái)描述，而要通過(guò)還原計(jì)算來(lái)評(píng)定。在中小流域的水文分析計(jì)算中，大洪水的洪峰流量對(duì)工程影響很突出，因此還原計(jì)算主要是指對(duì)各流域的大洪水洪峰流量的還原計(jì)算。

3.3 參加還原計(jì)算的取樣標(biāo)準(zhǔn)和精度指標(biāo)計(jì)算

選擇各站實(shí)測(cè)洪峰模數(shù)大于等于2.0的洪水，如沒(méi)有則選實(shí)測(cè)最大洪峰流量參加還原計(jì)算。對(duì)于未得到m穩(wěn)的單站，不參加還原計(jì)算。

表2 吉林省水文分區(qū)單站產(chǎn)匯流成果表

設(shè)參加地理綜合的還原計(jì)算誤差δQ=式中P為合格率；m為合格次數(shù)；n為參加還原計(jì)算的總次數(shù)。

如果以上檢驗(yàn)合格率較高，則說(shuō)明水文分區(qū)檢驗(yàn)成功。即原水文分區(qū)是合理的，否則需進(jìn)行適當(dāng)修正。所得到的m經(jīng)驗(yàn)公式反映了同一水文分區(qū)暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)的地理變化規(guī)律，今后可利用此公式推求移用分區(qū)內(nèi)任何地點(diǎn)的水文資料?，F(xiàn)將吉林省的4個(gè)水文分區(qū)單站產(chǎn)流和水文分區(qū)檢驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

通過(guò)表3可見(jiàn)，檢驗(yàn)方法和成果都良好，檢驗(yàn)合格率4個(gè)水文分區(qū)全部大于等于60.0%。且實(shí)測(cè)過(guò)程與模擬過(guò)程吻合較好。

4 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)檢驗(yàn)，吉林省水文分區(qū)是合理的，所布設(shè)的區(qū)域代表水文站也具有代表性；說(shuō)明吉林省用暴雨洪水產(chǎn)匯流分析法進(jìn)行水文分區(qū)是可行的。

2）通過(guò)檢驗(yàn)，得到吉林省各個(gè)水文分區(qū)的暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)地理變化規(guī)律，解決了各個(gè)水文分區(qū)內(nèi)任何地點(diǎn)對(duì)水文資料的移用，具有實(shí)用價(jià)值。

3）為吉林省區(qū)域代表水文站網(wǎng)的合理布設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。