在美国水文杂志发表论文

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。