曾妍妍，贾瑞亮，周金龙，2，3

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐830052;2.中国地质大学环境学院，湖北 武汉 430074;3.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄050061)

由于目前我国水文监测站网的建设还不是很完善，只有一些较大的流域才设有水文监测站，而在中小型流域特别是高寒山区的中小型流域中水文监测站相对较少[1]。因此在中小流域进行水利工程规划以及地下水资源评价时，一般缺乏可依据的实测径流资料，有的甚至连降雨资料都没有，或者虽有短期实测径流资料但无法展延。在这种情况下设计年径流量只有通过间接途径来推求。国内无资料地区径流计算的常规方法主要有水文比拟法、参数等值线图法、径流系数法等，21世纪以来水文模型开始应用于无资料地区的地表径流计算。

1 水文比拟法

水文比拟法[2]是将参证流域的水文资料移用到设计流域上来的一种方法。这种移用是以设计流域影响径流的各项因素与参证流域影响径流的各项因素相似为前提。因此使用水文比拟法时，关键在于选择恰当的参证流域。

1.1 参证站的选择

参证站的选择会直接影响径流计算成果的合理性[3]。无资料地区中小型水利工程的径流分析成果的误差，对工程规模和工程效益的影响程度相对较大。因此，参证站的选择应从以下几点考虑[4－6]。

(1)参证流域实测径流资料主要影响因素(气候条件、下垫面情况等)应与设计流域相近。

(2)参证流域应具有较长的实测径流资料。同时还要对水文资料进行三性(即资料的可靠性、一致性、代表性)审查，以确保径流分析成果的准确性，减少计算误差。

(3)两者流域面积不宜相差太大，否则推算的结果可靠度不高。

1.2 实例

吕景峰(2002)以马栏河引水枢纽为例，选取埝里水文观测站为参证站，虽然只有10年实测径流系列，但经延长后的水文资料可用面积比法推求马栏枢纽处的径流量[7]。陈洪伟等(2006)以位于新疆布尔津县境内的也留曼河流域为例，将海流滩河流域作为参证流域。两河流域面积相差不是很大，但其径流量相差却较大，通过面积修正，降水量及蒸发的修正，可得到这两条河流径流量的多年平均比例系数，从而可以计算出设计流域年平均流量系列[8]。吴万虎等(2013)以新疆哈密地区为例，根据已建水文站资料，建立了有资料的各水文站8月径流量与年径流量间的相关关系，然后选择合适的参证站，移用参证站8月径流量与年径流量间的相关关系，推算了无资料河流的年径流量[9]。

2 参数等值线图法

参数等值线图法[2]是当设计区域缺乏实测径流资料时，可用各省(区、市)水文手册或水文图集上的多年平均径流深、年径流量变差系数Cv的等值线图进行地理插值，获得统计参数，进而推求不同频率下的设计径流值。

对于工程所在地流域附近找不到参证流域，且工程所在地流域又无降雨资料，或虽有降雨资料，但代表性不够，这种情况建议采用等值线图法[10]。一般对于小流域，等值线图法只对径流成果进行合理性分析，而不直接采用。

2.1 实例

杨文凯(2008)以屯坪水电站为例[11]，赵淑兰(2012)以西安市灞桥区常王项目区拟修建的拦水坝工程为例[12]，均采用参数等值线图法进行径流计算。流域内无实测径流资料，分别通过查《贵州省地表水资源》、《西安实用水文手册》中多年平均径流深等值线图及多年径流量变差系数Cv等值线图，查得其多年平均径流深和Cv值，借助于查P－Ⅲ型频率曲线表，绘制年径流频率曲线，最终确定设计频率的年径流量。谢葆(2013)以麻扎沟出山口为例，采用参数等值线图法计算多年平均径流量。麻扎沟出山口只有一年实测资料，其长度不能满足规范要求。采用的1956～2000年多年平均年径流深等值线图，是根据周边水文站点多年平均径流资料进行加密及修正，使水文站控制流域区径流深等值线图量算值与实测多年平均年径流深之间的相对误差小于±3%[13]。

3 径流系数法

径流系数法[14]又叫做降雨径流关系法，对于工程所在小流域附近找不到参证流域，但具有较长系列的降雨资料，经分析有比较好的代表性，则建议采用径流系数法。即先算出多年平均年降雨量后，再查出其多年平均年径流系数，两者相乘后得出其多年平均年径流量。此法相对于无资料地区径流量的其他推求方法，精度较高。用径流系数法计算多年平均年径流量，关键在于径流系数的确定。

3.1 径流系数的确定

确定径流系数的方法有多种[10]:①对多年平均年径流系数作出了分析成果的地区可直接查用;②参考临近已建工程，若有计算分析或通过实测降雨径流系列分析计算的多年平均年径流系数可予以移用;③可在地区水文手册(或水文图集)上查读出本工程流域形心处的多年平均降雨量和径流深，从而算出其径流系数α。径流系数α由式(1)计算:

3.2 实例

石鹏等(2007)以鹿角坝水库为例[15]，李学美等(2009)以贵州大营煤矿取水口为例[14]，分别选用临近的开阳气象站及流域周边的六龙等雨量站作参证站，采用降雨－径流关系推求设计流域的径流量。参证站的降雨资料系列均有良好的代表性，用P－Ⅲ型曲线进行适线，计算出设计流域多年降雨量，再分别根据“多年平均年径流系数等值线图”及《贵州省水资源综合规划水资源及其开发利用现状调查评价》查得多年平均径流系数，最终可算出设计流域多年平均径流深及径流量。李致家等(2012)以湿润、半湿润、半干旱以及干旱地区的15个典型流域为研究对象，建立降雨－径流相关关系，经分析可知降雨径流相关方法在湿润和半湿润地区的精度较高，在半干旱和干旱地区的精度较低[16]。

通过径流系数法使降水资料能够得到更广泛的应用，在利用有限的资料去推求无资料地区水文数据，充分发挥降水资料的使用效率，消除部分河流水文特征值盲区都具有一定的意义[17]。

4 其他常规方法

4.1 综合分析法

杨鸣婵等(1999)以某市拟建的一座为城市供水的地表水源工程为例，采用综合分析法，即将水文比拟法和参数等值线图法综合起来，利用参证站实测径流系列，推求无资料地区(设计站)的年、月径流系列。该方法先按参数等值线图确定设计流域的设计年径流参数，再按水文比拟法的基本要求选择参证站，计算参证站年径流统计参数，利用设计站与参证站年径流统计参数之间的关系，修正参证站的年径流系列，使之成为具有设计站统计特征的年径流系列，再利用参证站各年的年内分配，求得设计站月径流系列，从而用于水库的径流调节计算[18]。

4.2 区域回归分析法

柴晓玲等(2005)以长江中游干流区和汉水下游的22个子流域为例，应用区域回归分析法进行无资料地区径流计算，采用快速样本聚类划分水文一致区，通过简单的水量平衡建立径流量与特征变量的区域回归方程，运用加权最小二乘法估算回归系数，推求年平均径流及不同保证率下的径流量[19]。

4.3 倍比系数法

吴红燕(2013)以新疆北塔山乌伦布拉克等五条泉水河及泉眼为例，应用倍比系数法进行无资料地区径流计算。倍比系数法是基于研究区实测流量资料来推求多年平均径流量的方法，考虑了研究区各河沟的气象条件、降水及径流的实际情况，对计算参数综合分析，从而建立起理论模式，因此这种方法具有一定的理论基础，所受地区的局限性小，也有较好的精度，故此法具有比较广泛的实用性。但受资料条件所限，经验公式尚有待优化、完善[20]。

4.4 水量平衡法

高萍(2011)以和布克赛尔水库为例，采用水库水量平衡法计算水库设计年径流量，并用水量估算法对其进行检验。水量平衡法以水库调查资料为依据进行分析，充分利用水库区域内以及周边站的资料，分析各要素间的关系和变化特点，然后进行计算[21]。

4.5 水文查勘法

对于完全没有资料，也找不到相似流域的小河或间歇性河流，此时可进行水文查勘，收集水文资料，进行正常年径流量的估算。这项任务一般是通过野外实地查勘访问，了解多年期间典型水位过程线，河道特性，建立水位流量关系曲线，从而推算出近似的流量过程线，并估算其正常年径流量。水文查勘工作，不仅对完全无资料的小河有必要，就是对有资料的水流域也是不可缺少的[1，11]。

4.6 地区经验公式法

经验公式主要是与年径流影响因素建立的关系，一般可以在当地的《水文手册》中查得。这类方法的精度较低，但在进行流域初步规划，需要快速估算流域的地表水资源及水力蕴藏量时，有实用价值[1，11，22]。

除上述方法外，在无资料地区还有用径流深区域综合法[24]、随机模拟法[22]、水热平衡法、年径流统计参数图法[20]等来进行径流计算。

5 水文模型应用

对于无资料地区径流计算，除以上提及的常规方法外，建立流域水文模型也是径流计算技术的重要手段。随着科学技术水平的提高，水文模型在径流计算中的应用也越来越广泛。目前世界上已有很多种流域水文模型，以下介绍的水文径流模型主要有SCS模型、IHACRES模型及新安江模型等。

5.1 SCS模型

SCS模型又称径流曲线法，是用来估算无实测径流资料地区地表径流量的模型。其计算过程简单，所需的资料易于获取，由于它考虑了流域下垫面的特点，还可用来评价人类活动对径流的影响[24]。由于SCS模型最初是基于小流域设计开发，故该模型通常用于小流域径流计[22]。

徐秋宁等(2002)用SCS模型对陕北、渭北多个小型集水区降雨径流量进行了分析与计算。得出SCS模型考虑了径流与土壤特性和土地利用情况的关系，是一种较好的小型集水区径流计算方法[25]。柳行等(2011)以土门西沟小流域为例，采用SCS模型，利用已知的降雨数据，对径流量进行模拟，并把模拟结果与实测结果做比较，检测得该模型适用于该流域，并为无资料地区水文预测等工作提供相关参考[26]。

5.2 IHACRES模型

IHACRES模型是以单位线为基础的降雨径流模型，其结构简单、概念明确、优选参数少，已被广泛研究和应用[27]。

柴晓玲等(2006)选择石门、高关、白云山水库流域以及汉江支流牧马河四个流域，假定其中一个流域有实测资料，对模型进行参数优选之后移用于其它流域，运用IHACRES模型进行径流模拟，结果表明IHACRES模型适用于无资料地区的径流模拟中[22]。余香英等(2010)以深圳石岩河流域为例，根据其降雨径流过程的特征，修正了IHACRES水文模型，并将其与CLUE方法结合，提出了资料缺乏地区降雨径流的分析方法[28]。

5.3 新安江模型

新安江模型是赵人俊等在1973年对新安江水库做入库流量预报工作中，归纳成的一个完整的降雨径流模型[22]。新安江模型在国内已得到了广泛的应用。

景少波等(2009)采用含融雪结构的三水源新安江模型，对叶尔羌河2001～2005年的日径流过程进行了模拟，最终表明模拟对叶尔羌河径流过程模拟是可行的[29]。王鹏(2012)以天山南坡典型流域KM河流域为研究对象，选择含融雪型结构的新安江模型。结果表明:含融雪结构的新安江模型在KM河流域是适用的，为资料缺乏流域的研究提供了一种新的方法[30]。

5.4 其它水文模型

无资料地区地表径流计算的水文模型还有:SRM融雪径流模型[31]、SWAT 模型[32]等。

6 展望

(1)由于影响流域径流量的因素较多，如流域面积、气候和下垫面条件等，因素差异的辨别与修正、径流系数的选取会直接影响到计算结果的准确度[33]。因此，为满足工程规划与设计及地下水资源评价的需要，应尽可能选用多种方法进行径流分析计算，然后进行方法比选，最终选择合理的计算方法，以保证计算成果的精度。

(2)针对当今传统的水文测站大量减少的事实，水文数据的搜集整理必须采用新的思维和手段。在无资料地区，传统的水位、流量等数据是很难得到的，所以必须建立一种新的水文数据库，更广泛的收集相关信息到库中，以供新的水文模型使用。新的数据库还应该有良好的数据接口，能够和遥感卫星做到实时数据传递和更新[34]。

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