石国栋

(陕西省渭河生态区保护中心，陕西 西安 710004)

1 概述

水文资料是各种水文测站经过水文测验得到的原始数据，按科学的方法和统一的格式进行资料的整编，最终处理成规范准确的水文资料成果。水文资料成果可为水文预报、水利计算等提供科学依据。水文资料成果为地表水资源评价所提供的一般是水位、降水和径流资料等。径流量原始水文资料的可靠性、一致性及代表性决定了计算成果的精度与合理性。原始资料一致性不好，会影响径流计算成果的精度[1-2]。

资料的一致性是指资料系列的条件要一致，比如某一断面流量系列资料应是在同样的气候条件、同样的下垫面条件、测流断面以上流域同样的开发利用水平和同一测流断面条件下获得的。目前常用的频率计算方法要求所有样本的每项指标都必须具有一致性，保证其都是在同等条件下，随机独立抽取。对一致性不符的样本不适合采用数理统计法计算。一般情况下，气候条件、下垫面和人类活动对径流资料的一致性产生的影响最大，如果有的水文站发生位置迁移，则会造成迁站前后水文资料一致性受到破坏，后续就需要对水文监测资料资料进行审查。其分析方法分为两大类：一类是用来判断资料整体趋势的方法，如Mann-Kendall非参数秩次相关检验法、Spearman秩次相关检验法、滑动平均检验法等；另一类是判断资料中跳跃成分的方法，如累积曲线法、Lee和Heghinan法、有序聚类分析法和重标度极差分析法(R/S)等。

水文资料可靠性主要从资料来源、测验方法、整编精度和水量平衡等方面进行检查。如果流域水文站历年断面变化较小，水位流量关系稳定，则水文资料可靠性较高。此外对各雨量站和水文站点的系列雨量和水位流量数据应对特大、特小值为审查重点，对突出点据有疑问的站点与上下游或相邻站点进行平行对照，结合水量平衡原理，查清原因后进行改正，并说明改正方法。随着人类活动的影响，也需要对邻近断面径流资料的可靠性进行验证，依据不同资料的统计特征互相验证是一种高效简便的做法，可提高整体工作效率[3]。

文章利用假设检验中t检验、F检验方法，对同一水文站三个邻近测验断面两组径流系列的方差与均值分别进行检验。其中，根据断面的空间位置，对方差进行双侧检验，对均值分别进行双侧和单侧检验。如果通过检验，说明径流资料具备一致性，可作为后续计算分析的依据。

2 基于假设检验原理的资料审查分析

通过对假设检验的基本原理分析可知，该方法可在对水文资料一致性或可靠性审查中应用。本节所提出的基于假设检验的资料审查主要针对工作人员对测验断面迁移或两个邻近测验断面水文资料系列一致性有所怀疑的情况，例如下文实例就是依据同一个水文站的三个测验断面的径流资料来检验上下游邻近断面资料系列的一致性，不属于产生资料系列来源、测验方法、整编精度等不一致的情况，因此将其归纳到一致性审查范畴。

假设检验是指施加于一个或多个母体的概率分布或参数的假设，所作假设可能存在正确或者错误的情况。一般情况下，判断假设的正确与否主要方法为：从母体子样中取样进行检验，对假设正确与否进行选择。其理论背景为实际推断原理，即“小概率原理”[4]，基于假设检验的水文资料一致性或可靠性审查的程序如下。

(1)根据实际问题所关心的内容，建立H0与H1；

(2)在H0为真的前提下，选择合适的统计量V，统计量的分布常用正态分布、t分布和F分布，由确定拒绝域形式，给定显著性水平α，其对应的拒绝域为：

(1)

(3)根据子样值计算，确定拒绝域，对原假设作出接受或拒绝的判断，利用计算的统计量与查表所得的临界值比较，若计算值没有落到拒绝域，说明小概率事件没有发生，则接受H0，反之，则拒绝。

F检验法通过对两组样本方差的比较，判断是否存在显著性差异。设母体X～N(μ1，σ12)，Y～N(μ2，σ22)，作假设H0、H1，F检验法的计算如表1所示，其中S1*2、S2*2为子样方差，且F值服从第一自由度n-1和第二自由度m-1的F分布。查F分布表得临界值，若计算值F小于临界值，表明两组样本没有显著差异。

表1 F检验法

表2 t检验法

3 实例分析

林家村水文站是渭河干流控制站，属国家重要水文站，担负着渭河河道和宝鸡峡渠道水文要素监测任务。该站共布设上、中、下三个断面，上下浮标断面兼比降断面、流速仪测流断面兼浮标中断面，基本水尺断面位于流速仪测流断面下游20m，浮标断面与比降断面重合，上下断面间距200 m。基本断面以上约300 m有太寅沟汇入，约800 m有宝鸡峡大坝[5]。林家村(三)站位于宝鸡峡至蔡家坡宝鸡城区河段，设立日期为1934年1月，测站地点位于陕西省宝鸡市金台区硖石镇林家村，断面名称为林家村，属于国控断面，至河口距离为388 km，集水面积为30 661 km2，领导机关为陕西省水文水资源勘测中心。林家村(合)站位于上游省界至宝鸡峡山区河段，断面名称为虢镇桥，属于省控断面，领导机关为陕西省水文水资源勘测中心。林家村站宝鸡峡渠道测验断面于1974年设立，断面距宝鸡峡渠首约1 km，观测项目有水位、流量、含沙量，设站的目的为农业灌溉计划用水提供依据。

表3 林家村(三)站与林家村(合)站的检验结果

资料的一致性审查中，迁站前后断面变化可能导致径流系列一致性被破坏，类比这个变化，检验宝鸡峡灌区引水是否会导致林家村(合)站和下游的林家村(三)站径流资料的一致性被破坏。由于林家村站、林家村(三)站及林家村(合)站在空间分布上相互关联，对其径流资料的审查可以通过对比(时间域与分析域)分析进行，通常以长系列降水资料、流域或区域主要水文要素(降水、径流)的统计参数、已有的水资源量和开发利用成果作为对比的参考资料。利用检验法[6]F、t检验法[7]分别对林家村(三)站与林家村(合)站、林家村站与林家村(合)站1973-2018年共46 a的径流资料统计参数进行检验，并对结果进行分析。在显著性水平α=0.05的条件下，F检验、t检验的计算成果如表3、表4所示。

表4 林家村站与林家村(合)站的检验结果

由表3的检验结果可知，林家村(三)站与林家村(合)站F检验的F值没有落在拒绝域内，小概率事件没有发生，因此接受，认为两个站的方差无显著差异；t检验的t值同样没有落在拒绝域内，同样地，接受，认为两个站的均值相差不大，即径流量无显著差异。由表4的检验结果可知，林家村站与林家村(合)站F检验的F值落在了拒绝域内，说明小概率事件发生，因此拒绝，认为两个站的方差有显著差异；t检验的t值同样落在了拒绝域内，因此拒绝，认为，即林家村(合)站的径流量均值明显大于林家村站的径流量[8-9]。F检验、t检验的两组检验结果表明，林家村站、林家村(三)站、林家村(合)站测验断面的布设是合理的，通过检验，即宝鸡峡灌区引水并没有破坏导致林家村(合)站和下游的林家村(三)站径流资料的一致性。监测整编的结果可用于后续分析，即径流资料具有一致性。

4 结语

(1)一致性分析是选择和利用水文资料进一步分析计算的基础。对于径流资料的一致性，一般而言可从下垫面环境、测验断面迁移、测验方式方法的变化进行分析。对于水文站及流域内各雨量站资料，一般需要经过现场踏勘调查及测站沿革考证，确定水文站断面无较大迁移，若测验方式方法发生变化，也应进行同期不同方法比测，分析其变化趋势，进而验证一致性。

(2)本文从另一个角度出发，选择F检验和t检验对邻近测验断面的径流资料一致性进行分析，优势是利用Excel计算方便快捷，对优选参数的取舍可以多次试算，非常适合基层工作者使用，高效快捷，这在手工计算时要耗费很大的精力。但需要注意的是上述方法仅局限于以上两种假设检验均通过时各系列资料才可视为具有一致性，且所选样本需要来自同一总体。同时，在给定α的前提下，接受还是拒绝原假设完全取决于子样值，因此所作检验可能导致弃真(第一类错误)或取伪(第二类错误)两类错误。理想的检验方法应使犯两类错误的概率都很小，但在子样容量给定的情形下，不可能使两者都很小，降低一个，往往使另一个增大，因此可控制犯第一类错误的概率(小概率)，然后，若有必要，可通过增大子样容量的方法来减少犯第二类错误的概率。文中所述方法仅供参考，实际工作时建议采用多种方法进行对比分析。