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水文年、典型水文年、代表水文年之異同——兼談氣候年、典型氣象年
作者:    來源:    發布日期:2017/11/22 11:27:21    訪問量:

水文年、典型水文年、代表水文年之異同——兼談氣候年、典型氣象年

南京信息工程大學  陳昌春

水文年在水文學與水利設計中是一個常用詞語。聯合國教科文組織網站的《國際水文學名詞術語》將“水文年(hydrological year)”解釋為:“按總體蓄量變化最小的原則所選的連續十二個月,據此,跨年度的水量可減至最低限度。”

《國際水文學名詞術語》將“氣象年”與“氣候年”均解釋為“由連續十二個月構成完整的氣候循環年度。據此,氣象資料具有可比性。”

水文年是相對于日歷年而言的。日歷年根據不同國家的歷法通常由1月1日開始,截止于下一年的1月1日之前。水文年與日歷年的主要差異體現在:起止月份的確定由水文規律而不是直接來源于天文規律。水文循環規律在服從天文規律之外,主要受太陽輻射強度的變化控制。

從理論而言,水文年的立論依據立足于地球的水文循環規律,以徑流的回升點開始計算,通常是汛期開始,枯期結束。不同的區域的起止時間存在一定的差異性、在不同年份之間也存在差異性。

下面引述百度百科的介紹:

“水文年是指與水文情況相適應的一種專用年度。水文年度的開始日期有兩種不同的劃分方法:

(1)選擇供給河流水源自然轉變的時候,即從專靠地下水源轉變到地面水源增多的時候;

(2)根據與地面水文氣象相適應的時候,即選擇降水量極少,地表徑流接近停止的時候。因此,每一水文年度的開始日期是不同的,但為便于整編計算起見,實際劃分時仍以某一月的第一日作為年度開始日期。一個自然水文年:從當年的第一次漲水當月的第一天開始起算12個月,也就是汛期的當月開始算往后12個月,一般地區都是從3月或4月到次年的2月或3月。”

據《水文分析與計算》(自存,南京大學油印本):“水文刊印資料統計,年徑流量是以日歷年度,起止時間為1月1日至12月31日。而水文水利計算中,由于不同的目的和習慣,年度起始時間就有所不同。一個年度起迄時間的劃分,一般從以下幾個方面考慮:1.從天然來水過程的特性出發,是以水文現象的循環作為計算的起迄日期。這種年度稱為水文年。在我國南方,多從一年的雨季來臨、河水上漲開始到次年枯水期終了為止。例如,從當年4月汛期開始至次年三月枯期結束。在北方春汛河流,則以上一年開始降雪作為計算的起迄日期。2.從水利計算出發,以水庫蓄水開始時為年度的開始,以水庫蓄水泄水循環作為計算的單位,便于計算水庫一次循環的充蓄、排泄和耗用水量的平衡關系,這種年度稱為水利年。”
據大眾網等消息,濟南市為了城市用水與保護趵突泉,2004年進行了一項《濟西抽水試驗與保泉供水研究》,山東省水文水資源勘測局采用的水文年是“每年6月1日開始至次年5月31日止”。據稱:“計劃從當年6月8日開始濟西水源地抽水試驗,原對外公布的試驗期是1個月。但在試驗進行過程中,組織方根據部分專家的意見,決定將試驗延期到一個水文年(即一年),并獲市政府批準。部分專家認為,進行一個完整水文年的試驗性開采監測,既符合《國標》要求,也有利于獲得更為科學的試驗數據,由此得出的結論也更有說服力。”可惜,本次試驗由于后期趵突泉水位下降嚴重,專家期望的一個水文年只過了一個“水文月”(40多天)就被叫停了。

典型水文年與代表水文年的含義基本相同。河川徑流量的變化特征常用不同的代表性水文年來表示。代表性水文年是指反映河川徑流量變化的代表年份,水利水電設計中又稱設計代表年。

典型水文年的選取方法大致為:對已有的多年降水量系列資料先通過排頻計算,利用皮爾遜3型曲線進行配線,通過配線就可以得到各個頻率情況下所對應的降水量值。一般可以取P=25%、50%、75%所對應的降雨量值作為豐、平、枯水年的設計值,然后在已有的實測系列中選取與設計值相等或接近的真實年份即可作為相應的豐平枯代表年,如果有兩個以上的年份實測值與設計值都比較接近,再按照"年內分配最不利"的原則(以保證在此保證率下防御最壞情景,增加安全程度)進一步選擇確定,例如對于枯水年份就要選取年內連枯時段相對較長的年份。

科學網博主左其亭先生在《具有多個水文站的多支流河流典型年選取方法》(2012,《水文》中對水文典型年進行了專業的探討。他認為:“現行的水文典型年的選取方法主要針對單一水文站點的水文時間序列,并不適合應用于由多個支流組成的復雜流域,特別是在各支流間的水文情勢不同步的情況下,現行方法的局限性更加明顯。”

我們來看一個“典型氣象年”的用例。根據我國《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(2001),典型氣象年(TMY,Typical Meteorological Year)指:“以近30年的月平均值為依據,從近10年的資料中選取一年各月接近30年的平均值作為典型氣象年。由于選取的月平均值在不同的年份資料不連續還需要進行月間平滑處理。”另據稱,美國勞倫斯國家實驗室關于典型氣象年”的定義為:“用數學統計的方法選出典型月,然后由典型月構成典型氣象年。 ”,該實驗室的TMY2是基于TMY做的一些改進,在選擇典型月上,與TMY有一定區別。有網友介紹:下面的英文文章描述了用兩種氣象數據模擬得出的結果之間的差異:《Comparison of and Discrepancies Between TMY and TMY2S Predictions for Simple Photovoltaic and Wind Energy Simulations》(Darrell D. Massie等)。《典型氣象年和典型代表年的選擇及其對建筑能耗的影響》(楊洪興等,2005)對典型氣象年與典型代表年作了區分,研究了香港區域的氣象特征及其作用,得出:不同典型氣象年對模擬結果的影響偏差較小 ,而典型代表年的影響較大。

看來,在氣象典型年的選取上,可能在不同學科、不同場合有不同的理解與定義。

本文的立意是想由水文年延及氣候年、典型氣象年。據現有文獻,所謂典型氣象年是以日歷年為基礎,選取符合一定特征的年份。氣候年的起止時間是如何確定的呢?氣候年可以進行哪些研究?在水文水資源模擬中,氣候年與水文年如何進行關聯研究?

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