洪智 崔洁
长江水利水电开发集团（湖北）有限公司 湖北武汉 430010
摘要：水库径流调节是协调水资源分配、解决水资源供需矛盾的重要手段。本文简要介绍了几种常用的径流调节计算方法：时历法、数理统计法和随机模拟法。对比各方法的优点和缺点，给不同要求的水库径流调节提供不同的方法。
关键词：水库径流调节，时历法，数理统计法，随机模拟法
中国法分类号：TV697 文献标识码：A
前言
在一般工程设计中，确定工程规模主要根据需水量预测成果、径流资料和拟定的水库特征参数进行调节计算，根据水量平衡进行调节的计算的常规方法有时历法和数理统计法，另外,随着计算机手段的改进和计算机的发展，随机模拟法开始应用于水库径流调节。国内鲜有系统介绍以供水、灌溉为主的水库径流调节计算方法，本文通过查阅大量文献资料，将水库径流调节计算方法框架化，为后来研究的学者提供相应参考。
1.时历法
水库径流调节在国内使用时历法起于20世纪50年代，最开始以以人工手算或图解法为主。时历法是根据过去按时历顺序的流量资料进行调节计算，再将调节后的调节流量、水库水位、库容的多年变化情况，绘制成相应的频率曲线，再供设计选择，也就是先调节后频率统计的方法。时历法是一种确定性径流描述，采用流域内已发生的径流过程，来推算将来的径流过程，。
时历法概念明确，水库各种要素齐全，在大中型灌溉水库的规划、设计及管理阶段运用广泛。当具有30年以上的较长系列时，可以给出调节后的利用流量、水库存蓄水量、弃水量以及水库水位等因素随时序的变化过程，计算结果简易直观，精度较高，便于考虑较复杂的用水过程和计入水量的损失。适用于需水量随来水、水库水位及用户要求变化而变化的调节计算，尤其是复杂的综合利用综合水库调节计算。其中列表法调节计算能较严格、细致地考虑需水和水量损失随时间的变化，图解法可结合计算机编程进行计算。
但时历法计算应具有30年及以上的径流序列和综合利用各部门相应的用水系列，对于径流资料不连续或者径流资料较短的的水库径流调节运用中存在局限性。而且，时历法调节计算的结果（如供水量、水库水位变化、弃水量等）在统计中存在困难，因为经过人工调节后的这些水利要素变化的频率往往服从于复杂而又难以用数学公式来表示的统计规律[23]。
2.数理统计法
区域内的径流变化服从随机事件的统计规律，所以水库径流调节计算中另一种常用方法是数理统计法。数理统计法是先将流量系列进行频率计算，用统计特征值来描述径流系列的多年变化，再按概率论原理和水量平衡原理进行调节计算，获得调节流量，多余、不足水量及水库蓄水等多年变化中的变化情况，以供决策，也就是先频率统计后调节计算的方法。对于以供水和灌溉为主的水库，调节周期可能长达几年或者几十年，用仅有观测长度的径流系列进行水库的径流计算，在反映水库的长期运行特征上存在欠缺，当径流资料系列较短时，用时历法进行水库径流调节计算的可靠性受影响较大，此时可以采用数理统计法。数理统计法的出发点时把入库径流过程看成是随机过程对河川径流过程的描述。
数理统计法理论严谨，符合大部分水库径流调节的精度要求，计算结果可靠性较高。其中，合成总库容法可以综合考虑年调节库容和多年调节库容和年际调节库容的各种组合情况，可适用于径流资料短缺的水库径流调节。
总体来说，数理统计法方法计算过于复杂，计算量较大。合成总库容法年调节库容与多年调节库容相互兼用，在实际工程计算中很难分出年调节库容和多年调节库容，水库径流调节计算方法不能与调度图的编制及运用相结合，难以处理综合水库的径流调节；直接总库容法的供水保证率直接采用多年调节库容的供水保证率，无法详细地考虑水库运行调度方式及需水量、水库蓄水量、库损水量变化情况，因此一般作为时历法计算成果的检验方法。
3.随机模拟法
由于在开发、利用水资源的规划设计中出现了许多复杂的课题以及考虑到水库天然来水的随机性，各变量影响机制复杂[22]，随着计算机硬件性能的普及和提高，随机模拟法开始运用于水库兴利调节计算。随机模拟法是应用随机过程和时间序列分析理论与时历法相结合的径流调节计算方法，即先根据实测径流资料的统计特征值（或分离后随机项的统计特征值），建立径流系列的随机模型，并据此随机地模拟出足够长的径流系列（年径流或月径流系列）[23-25]，而后再按径流调节时历法进行计算。
随机模拟方法虽然不能改变历史径流系列的统计特性，但可以给出与历史径流系列在统计特性上基本保持一致的足够长的系列，以反映径流系列的各种组合情况，为以后对水库兴利调度的研究提供资料基础[26]。径流随机模拟方法的主要内容包括模拟模型的选择、识别、参数估计、检验、适用性分析以及调节后径流系列的统计特性分析等。
随机模拟法可充分利用现有实测径流资料，建立反映径流变化特性的随机模型，并通过该模型给出历史径流系列在统计特性上基本保持一致的足够长的模拟径流序列，反映径流在时序上的各种可能组合情况，兼有时历法和数理统计法的优点。较适用于综合利用要求及水库调度复杂的各种年调节及多年调节计算，可据以编制更加完善合理的调度图[15]。
随机模拟法生成的资料必须依据实测径流资料，当实测资料本身不精确或者代表性不够时，随机模拟法生成的资料不能作为径流调节的结果。参数模型指定简单的概率分布与水文序列复杂的真实分布存在着差异。采用随机模拟法需合理选择模型，并对生成的资料加以检验，计算工作量较大，实际工作中运用较少。
4 小结
在过去的几十年里，水库径流调节逐渐受到各界人士的重视，随着计算手段改善和工程需要，径流调节计算方法也随着多元化起来，从以水量平衡为原理的时历法和数理统计法，到依赖于建构模型的随机模拟法。随着理论研究的深入和计算经验的积累，不同的水库可以选择不同一种或多种计算方法，以更加精确模拟出径流序列，从而使水库的兴利利益最大化。比如灌溉水库径流调节计算，应采用时历法，对于调节程度较高的重要水库，宜同时采用数理统计法和随机模拟法进行计算，以检验时历法计算成果的合理性。
文中介绍多种水库径流调节计算方法能计算库容、保证供水量和设计保证率之间的关系，为水利规划提供具体方案。但每种方法在实际应用中都存在局限性，导致无法进行相应计算或者计算结果精度较低。若能在实际工程计算中，多种方法综合应用，实现优势互补，或者通过现有计算机技术对相应算法进行相应优化，来简化计算过程、提高计算的高效性和可靠性，将会对未来水库调节产生积极意义。虽然水库径流调节方法越来越多，但是大部分方法仍然建立在已有径流资料的基础上，若没有较长系列的精确资料，计算或模拟出的结果可靠性极低。因此，进一步完善水库水文径流资料和气象资料的收集、存储等工作，也应得到相应的重视。
参考文献：
[1] 叶守泽. 水文水利计算[M]. 北京:水利电力出版社, 1992.
[2] ＳＬ104－2015, 水利工程水利计算规范[S]．