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水文年、典型水文年、代表水文年之异同——兼谈气候年、典型气象年
作者:    来源:    发布日期:2017/11/22 11:27:21    访问量:

水文年、典型水文年、代表水文年之异同——兼谈气候年、典型气象年

南京信息工程大学  陈昌春

水文年在水文学与水利设计中是一个常用词语。联合国教科文组织网站的《国际水文学名词术语》将“水文年(hydrological year)”解释为:“按总体蓄量变化最小的原则所选的连续十二个月,据此,跨年度的水量可减至最低限度。”

《国际水文学名词术语》将“气象年”与“气候年”均解释为“由连续十二个月构成完整的气候循环年度。据此,气象资料具有可比性。”

水文年是相对于日历年而言的。日历年根据不同国家的历法通常由1月1日开始,截止于下一年的1月1日之前。水文年与日历年的主要差异体现在:起止月份的确定由水文规律而不是直接来源于天文规律。水文循环规律在服从天文规律之外,主要受太阳辐射强度的变化控制。

从理论而言,水文年的立论依据立足于地球的水文循环规律,以径流的回升点开始计算,通常是汛期开始,枯期结束。不同的区域的起止时间存在一定的差异性、在不同年份之间也存在差异性。

下面引述百度百科的介绍:

“水文年是指与水文情况相适应的一种专用年度。水文年度的开始日期有两种不同的划分方法:

(1)选择供给河流水源自然转变的时候,即从专靠地下水源转变到地面水源增多的时候;

(2)根据与地面水文气象相适应的时候,即选择降水量极少,地表径流接近停止的时候。因此,每一水文年度的开始日期是不同的,但为便于整编计算起见,实际划分时仍以某一月的第一日作为年度开始日期。一个自然水文年:从当年的第一次涨水当月的第一天开始起算12个月,也就是汛期的当月开始算往后12个月,一般地区都是从3月或4月到次年的2月或3月。”

据《水文分析与计算》(自存,南京大学油印本):“水文刊印资料统计,年径流量是以日历年度,起止时间为1月1日至12月31日。而水文水利计算中,由于不同的目的和习惯,年度起始时间就有所不同。一个年度起迄时间的划分,一般从以下几个方面考虑:1.从天然来水过程的特性出发,是以水文现象的循环作为计算的起迄日期。这种年度称为水文年。在我国南方,多从一年的雨季来临、河水上涨开始到次年枯水期终了为止。例如,从当年4月汛期开始至次年三月枯期结束。在北方春汛河流,则以上一年开始降雪作为计算的起迄日期。2.从水利计算出发,以水库蓄水开始时为年度的开始,以水库蓄水泄水循环作为计算的单位,便于计算水库一次循环的充蓄、排泄和耗用水量的平衡关系,这种年度称为水利年。”
据大众网等消息,济南市为了城市用水与保护趵突泉,2004年进行了一项《济西抽水试验与保泉供水研究》,山东省水文水资源勘测局采用的水文年是“每年6月1日开始至次年5月31日止”。据称:“计划从当年6月8日开始济西水源地抽水试验,原对外公布的试验期是1个月。但在试验进行过程中,组织方根据部分专家的意见,决定将试验延期到一个水文年(即一年),并获市政府批准。部分专家认为,进行一个完整水文年的试验性开采监测,既符合《国标》要求,也有利于获得更为科学的试验数据,由此得出的结论也更有说服力。”可惜,本次试验由于后期趵突泉水位下降严重,专家期望的一个水文年只过了一个“水文月”(40多天)就被叫停了。

典型水文年与代表水文年的含义基本相同。河川径流量的变化特征常用不同的代表性水文年来表示。代表性水文年是指反映河川径流量变化的代表年份,水利水电设计中又称设计代表年。

典型水文年的选取方法大致为:对已有的多年降水量系列资料先通过排频计算,利用皮尔逊3型曲线进行配线,通过配线就可以得到各个频率情况下所对应的降水量值。一般可以取P=25%、50%、75%所对应的降雨量值作为丰、平、枯水年的设计值,然后在已有的实测系列中选取与设计值相等或接近的真实年份即可作为相应的丰平枯代表年,如果有两个以上的年份实测值与设计值都比较接近,再按照"年内分配最不利"的原则(以保证在此保证率下防御最坏情景,增加安全程度)进一步选择确定,例如对于枯水年份就要选取年内连枯时段相对较长的年份。

科学网博主左其亭先生在《具有多个水文站的多支流河流典型年选取方法》(2012,《水文》中对水文典型年进行了专业的探讨。他认为:“现行的水文典型年的选取方法主要针对单一水文站点的水文时间序列,并不适合应用于由多个支流组成的复杂流域,特别是在各支流间的水文情势不同步的情况下,现行方法的局限性更加明显。”

我们来看一个“典型气象年”的用例。根据我国《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(2001),典型气象年(TMY,Typical Meteorological Year)指:“以近30年的月平均值为依据,从近10年的资料中选取一年各月接近30年的平均值作为典型气象年。由于选取的月平均值在不同的年份资料不连续还需要进行月间平滑处理。”另据称,美国劳伦斯国家实验室关于典型气象年”的定义为:“用数学统计的方法选出典型月,然后由典型月构成典型气象年。 ”,该实验室的TMY2是基于TMY做的一些改进,在选择典型月上,与TMY有一定区别。有网友介绍:下面的英文文章描述了用两种气象数据模拟得出的结果之间的差异:《Comparison of and Discrepancies Between TMY and TMY2S Predictions for Simple Photovoltaic and Wind Energy Simulations》(Darrell D. Massie等)。《典型气象年和典型代表年的选择及其对建筑能耗的影响》(杨洪兴等,2005)对典型气象年与典型代表年作了区分,研究了香港区域的气象特征及其作用,得出:不同典型气象年对模拟结果的影响偏差较小 ,而典型代表年的影响较大。

看来,在气象典型年的选取上,可能在不同学科、不同场合有不同的理解与定义。

本文的立意是想由水文年延及气候年、典型气象年。据现有文献,所谓典型气象年是以日历年为基础,选取符合一定特征的年份。气候年的起止时间是如何确定的呢?气候年可以进行哪些研究?在水文水资源模拟中,气候年与水文年如何进行关联研究?

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