伍遠(yuǎn)康，陶永格，劉福瑤

(浙江省水文局，浙江 杭州 310009)

基于水文資料和流域水系及氣候等特征值的區(qū)域回歸分析法是一種常用的分析計(jì)算中小流域設(shè)計(jì)洪水的方法，其相對(duì)于降雨徑流法能夠得出具有更好有效性和不偏性的設(shè)計(jì)洪峰［1］。為滿足浙江省無(wú)資料流域設(shè)計(jì)洪水和洪水預(yù)報(bào)研究項(xiàng)目中水文分區(qū)的需要，達(dá)到相同水文分區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、產(chǎn)匯流模型參數(shù)綜合的目的［2-3］，本文將區(qū)域回歸分析法用于浙江省洪水計(jì)算分區(qū)，以浙江省現(xiàn)有水文站實(shí)測(cè)歷年最大洪峰流量為因變量，將與洪峰流量具有明顯成因聯(lián)系的同場(chǎng)雨的不同時(shí)段雨強(qiáng)、流域面積、河長(zhǎng)、河床比降等作為自變量建立回歸方程，根據(jù)實(shí)測(cè)值與回歸計(jì)算值相關(guān)關(guān)系的分布，結(jié)合浙江省的流域、氣象、土壤、植被等的分區(qū)規(guī)律，對(duì)浙江省洪水計(jì)算進(jìn)行了分區(qū)劃分。

1 浙江省水文分區(qū)現(xiàn)狀

水文現(xiàn)象是自然地理和氣候因素綜合影響的產(chǎn)物。按照水文現(xiàn)象的相似性與差異性進(jìn)行分區(qū)，目的在于建立水文氣象和自然地理的均勻一致區(qū)，使得在相同水文分區(qū)內(nèi)各項(xiàng)水文特征值能夠移用，以解決無(wú)資料地區(qū)的水文問(wèn)題［4-6］。中華人民共和國(guó)成立以后，為了適應(yīng)水利建設(shè)事業(yè)發(fā)展的需要，在基礎(chǔ)資料十分短缺的情況下，浙江省水文技術(shù)人員參考1952—1955年平均年徑流模數(shù)等值線和多年平均降水量等值線，綜合考慮土壤、地質(zhì)、氣候特征以及流域完整性，將浙江省分成5個(gè)水文分區(qū)，16個(gè)水文副區(qū)，如圖1所示。受當(dāng)時(shí)所積累資料的限制，對(duì)水文氣象規(guī)律和自然地理特征的認(rèn)識(shí)都較為膚淺，在分區(qū)上又缺乏成熟、統(tǒng)一方法，區(qū)域分割較為零碎，在實(shí)際工作中難以應(yīng)用。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)、生物技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些新技術(shù)和新方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和模糊聚類法等已被廣泛用于模型識(shí)別和水文、氣象、流域下墊面等特征的分類［7-8］，這些技術(shù)和方法為深入探索水文分區(qū)規(guī)律提供了全新的分析手段。

圖1 浙江省水文分區(qū)現(xiàn)狀

2 區(qū)域回歸分析

無(wú)論是流域的防洪減災(zāi)還是涉水工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，更多涉及的是洪峰流量(或洪量)計(jì)算問(wèn)題。本文選擇反映流域的水文氣象條件和自然地理特征，并與洪峰流量分析計(jì)算目的具有一定成因聯(lián)系的時(shí)段雨強(qiáng)、流域面積、河長(zhǎng)、主河道比降等作為備選特征變量，建立回歸方程，探索水文分區(qū)規(guī)律。本文采用的流域面積、河道比降、河長(zhǎng)等地理特征數(shù)據(jù)是以1∶50000國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的DEM數(shù)據(jù)為主，通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取、多源數(shù)據(jù)綜合比對(duì)分析獲得［9］，并與人工量算復(fù)核，數(shù)據(jù)可靠;時(shí)段雨強(qiáng)和洪峰流量資料均來(lái)源于浙江省水文年鑒，時(shí)段雨強(qiáng)是洪水要素摘錄表中與所選洪峰流量對(duì)應(yīng)的流域不同統(tǒng)計(jì)時(shí)段最大面平均雨強(qiáng)。

2.1 相關(guān)性判別與顯著性檢驗(yàn)

在進(jìn)行回歸分析時(shí)，因變量的變化與自變量之間相關(guān)關(guān)系好壞以及每個(gè)自變量與因變量的線性關(guān)系是否顯著都需進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，以確定回歸方程的有效性。本文采用復(fù)相關(guān)系數(shù)R評(píng)價(jià)回歸方程與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合程度，用統(tǒng)計(jì)量F檢驗(yàn)回歸方程的顯著性:

式中:S回為回歸平方和;S剩為殘差平方和;n為樣本個(gè)數(shù);m為自變量個(gè)數(shù)。

2.2 自變量篩選

本文根據(jù)提取的全省122個(gè)水文站斷面以上的流域面積、河流長(zhǎng)度、主河道比降，122個(gè)水文站歷年最大洪峰流量以及與之相應(yīng)的787個(gè)雨量站資料，統(tǒng)計(jì)計(jì)算各站6個(gè)不同時(shí)段最大面雨強(qiáng)特征，進(jìn)行自變量篩選。

2.2.1 洪峰流量與時(shí)段雨強(qiáng)、流域面積、河流長(zhǎng)度及主河道比降關(guān)系

將122個(gè)水文站歷年實(shí)測(cè)最大洪峰流量與對(duì)應(yīng)的0.5 h、1 h、3 h、6 h、12 h 以及24 h 最大雨強(qiáng)進(jìn)行回歸分析表明，洪峰與這6個(gè)時(shí)段雨強(qiáng)的相關(guān)性均較差，因此根據(jù)流域面積大小，選用相應(yīng)時(shí)段最大雨強(qiáng)，經(jīng)6種不同方案分析篩選出表1的組合，建立洪峰與不同流域面積對(duì)應(yīng)時(shí)段最大雨強(qiáng)的回歸關(guān)系，該組合的時(shí)段雨強(qiáng)與洪峰流量的相關(guān)性最優(yōu)。

表1 流域面積與匯流時(shí)間組合方案

根據(jù)表1可得到的不同流域面積對(duì)應(yīng)的時(shí)段最大雨強(qiáng)I與歷年最大洪峰流量Qmax的關(guān)系式:

除了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，幫助其改進(jìn)學(xué)習(xí)策略外，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生翻譯技能訓(xùn)練是翻譯教學(xué)過(guò)程中的必要環(huán)節(jié)。原因在于，上文的研究表明很多學(xué)生在翻譯過(guò)程中不能靈活運(yùn)用所學(xué)的各種翻譯技巧，翻譯的作品翻譯腔較重，譯文生硬、可讀性弱。再者，翻譯課堂訓(xùn)練必須和課后翻譯練習(xí)緊密結(jié)合，這樣學(xué)生才能在平時(shí)的翻譯學(xué)習(xí)中彌補(bǔ)課堂翻譯練習(xí)的不足和欠缺。由此可見，引導(dǎo)學(xué)生戒急戒躁，從容學(xué)習(xí)也是讓學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)策略的重要環(huán)節(jié)。

對(duì)全省122個(gè)水文站斷面以上的流域面積、河流長(zhǎng)度、主河道比降與歷年最大洪峰流量進(jìn)行回歸分析，得到流域面積A、河流長(zhǎng)度L、主河道比降S與歷年最大洪峰流量Qmax的關(guān)系式分別為

統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，以上4個(gè)變量分別與歷年最大洪峰流量存在顯著的相關(guān)關(guān)系。

2.2.2 剔除優(yōu)選法選擇自變量

4個(gè)變量分別與歷年最大洪峰流量存在顯著相關(guān)關(guān)系，并不表明所有自變量與因變量(Qmax)的相關(guān)關(guān)系都是顯著的，因?yàn)楦髯宰兞恐g可能存在相關(guān)關(guān)系，這些變量同時(shí)加入到回歸方程中就會(huì)影響回歸模型的穩(wěn)定性，換言之，加入回歸方程的自變量應(yīng)都與因變量存在顯著相關(guān)且各自變量之間應(yīng)是相互獨(dú)立的。為了判別各個(gè)自變量的貢獻(xiàn)大小，在確認(rèn)回歸方程顯著之后，還必須對(duì)各個(gè)自變量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，把不顯著的自變量從方程中剔除掉。

仍取122個(gè)水文站資料進(jìn)行歷年最大洪峰流量與4個(gè)自變量關(guān)系的回歸分析，并依次剔除水文站斷面以上河流長(zhǎng)度、主河道比降、水文站斷面以上的流域面積以及時(shí)段雨強(qiáng)這4個(gè)自變量，分別計(jì)算他們對(duì)回歸方程的貢獻(xiàn)。首先剔除河流長(zhǎng)度，計(jì)算得R=0.052，F(xiàn)=0.3126;采用顯著性水平 α=0.05，查表得到F(3，118)=2.682，遠(yuǎn)大于計(jì)算值，故河流長(zhǎng)度對(duì)回歸方程沒(méi)有顯著貢獻(xiàn)，綜合考慮河流長(zhǎng)度與流域面積的相關(guān)性，剔除該自變量。對(duì)因變量和剩余的3個(gè)自變量建立回歸方程，并依此剔除這3個(gè)變量:首先剔除主河道比降，計(jì)算得R=0.23，F(xiàn)=6.3588;再剔除流域面積，計(jì)算得 R=0.74，F(xiàn)=138.668;最后剔除時(shí)段雨強(qiáng)，計(jì)算得R=0.43，F(xiàn)=26.749;采用顯著性水平α=0.05，查表得到F(2，119)=3.072，可見這3個(gè)變量都對(duì)回歸方程有顯著貢獻(xiàn)，且流域面積對(duì)回歸方程的貢獻(xiàn)最大。

2.3 回歸方程計(jì)算

以表1組合對(duì)應(yīng)的時(shí)段最大雨強(qiáng)、流域面積和主河道比降作為回歸方程自變量，與歷年最大洪峰流量Qmax的復(fù)相關(guān)關(guān)系式如下:

根據(jù)式(8)可計(jì)算得到回歸洪峰流量，將各水文站回歸洪峰流量(計(jì)算值)和實(shí)測(cè)洪峰流量(實(shí)測(cè)值)數(shù)據(jù)點(diǎn)繪如圖2所示。

3 洪水計(jì)算分區(qū)

圖2 洪峰流量計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相關(guān)關(guān)系

3.1 分區(qū)規(guī)律

由圖3可見，圓點(diǎn)相對(duì)集中于錢塘江中上游、甌江中上游、浦陽(yáng)江、曹娥江地區(qū)，這一區(qū)域與浙江省的梅雨區(qū)基本吻合，按保持錢塘江的一級(jí)支流衢江、金華江、浦陽(yáng)江、曹娥江和甌江一級(jí)支流大溪、小溪等的完整性進(jìn)行分區(qū)，在這一區(qū)域的全部59個(gè)站點(diǎn)中，圓點(diǎn)共41個(gè)，占該區(qū)總站點(diǎn)數(shù)的69.5%，稱之為A區(qū)，該區(qū)面積4.294萬(wàn)km2，占全省總面積的41.4%。星點(diǎn)相對(duì)集中于天目山區(qū)、會(huì)稽山、四明山、天臺(tái)山、大盤山、括蒼山、南北雁蕩山的余下區(qū)域，呈“7”字形分布，這一區(qū)域與浙江省的臺(tái)風(fēng)雨區(qū)基本吻合，在這一區(qū)域的全部63個(gè)站點(diǎn)中，星點(diǎn)共46個(gè)，占該區(qū)總站點(diǎn)數(shù)的73.0%，稱之為B區(qū)，該區(qū)面積6.086萬(wàn)km2，占全省總面積的58.6%。

3.2 分區(qū)回歸方程

對(duì)A區(qū)59個(gè)站點(diǎn)和B區(qū)63個(gè)站點(diǎn)分別進(jìn)行回歸分析，得到A區(qū)和B區(qū)的回歸方程如下:

據(jù)此可以初估兩個(gè)分區(qū)的洪峰流量。

3.3 區(qū)域特征統(tǒng)計(jì)

為了比較A、B分區(qū)主要水文氣象和流域(河流)特征，分別統(tǒng)計(jì)了區(qū)域內(nèi)最大1 h、6 h、12 h面雨量和平均洪峰模數(shù)，結(jié)果如表2所示?？梢?，B區(qū)不同歷時(shí)最大面雨量、流域平均形狀系數(shù)以及平均洪峰模數(shù)都大于A區(qū)，尤其是面雨量和洪峰模數(shù)相差較大;而B區(qū)的流域平均面積和河流的平均長(zhǎng)度、河流平均比降都小于A區(qū)。這主要是因?yàn)锽區(qū)所處浙江沿海，受臺(tái)風(fēng)影響較大，降雨強(qiáng)度大，河流長(zhǎng)度及面積較小，洪峰模數(shù)遠(yuǎn)大于A區(qū)，符合水文分區(qū)的差異性和成因分析的原則。

表2 A、B分區(qū)主要水文氣象和下墊面特征

圖3 浙江省洪水計(jì)算分區(qū)

3.4 與相關(guān)分區(qū)的一致性

3.4.1 與土壤改良利用分區(qū)的一致性

浙江省土地利用類型多樣。全省農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為基礎(chǔ)，為農(nóng)林牧和種養(yǎng)相結(jié)合的綜合性農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)門類繁多、集約化水平高，多種經(jīng)營(yíng)比較發(fā)達(dá);平原地區(qū)農(nóng)業(yè)用地開發(fā)程度和生產(chǎn)水平較高;全省土地利用結(jié)構(gòu)地域差異明顯。有關(guān)部門根據(jù)土地改良利用特點(diǎn)將全省分為7個(gè)區(qū)［10］，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ區(qū)與洪水計(jì)算分區(qū)A區(qū)吻合，其余4個(gè)區(qū)與洪水計(jì)算分區(qū)的B區(qū)吻合。

3.4.2 與植被類型區(qū)劃的一致性

浙江省植物種類繁多，初步統(tǒng)計(jì)約有4422種，其中蕨類約418種，裸子植物約83種，被子植物約392種，大多與我國(guó)南方的植物區(qū)關(guān)系密切，也有不少與北方植物有顯著聯(lián)系。有關(guān)部門結(jié)合浙江省生態(tài)環(huán)境條件與優(yōu)勢(shì)植物群落組合分布特點(diǎn)，將全省分為3個(gè)植被區(qū)［10］。A區(qū)基本與浙閩山丘甜櫧、木荷植被區(qū)一致;B區(qū)則與浙皖山丘、青岡苦櫧林栽培區(qū)，浙南、閩中山丘栲類、細(xì)柄蕈樹林植被區(qū)基本一致。

3.4.3 與中國(guó)水文區(qū)劃的一致性

A區(qū)與《中國(guó)水文區(qū)劃》［11］浙江省部分中的武夷、南嶺山地水文分區(qū)Ⅳ2基本一致，B區(qū)與中國(guó)水文區(qū)劃中湘、贛、浙西水文分區(qū)和浙、閩、粵沿海水文分區(qū)基本一致。

4 結(jié)語(yǔ)

本文選擇相對(duì)獨(dú)立、能夠充分反映流域水文氣象條件和自然地理特征，且以與計(jì)算任意地區(qū)洪峰流量成因有聯(lián)系的時(shí)段雨強(qiáng)、流域面積、河流長(zhǎng)度、主河道比降指標(biāo)作為分區(qū)依據(jù)，采用區(qū)域回歸分析方法，將浙江省分為A、B兩個(gè)洪水計(jì)算區(qū)，該分區(qū)方法符合水文分區(qū)應(yīng)遵循的綜合分析原則、相似性與差異性原則、成因分析原則，分區(qū)間主要水文氣象和流域(河流)特征存在成因聯(lián)系，與浙江省土壤改良利用分區(qū)、植被分區(qū)和中國(guó)水文分區(qū)浙江省部分基本吻合，表明分區(qū)結(jié)果是合理的，該分區(qū)方法具有可行性。

［1］郭生練.設(shè)計(jì)洪水研究進(jìn)展與評(píng)價(jià)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［2］莊廣樹.基于地貌參數(shù)法的無(wú)資料地區(qū)洪水預(yù)報(bào)研究［J］.水文，2011，31(5):68-71.(ZHUANG Guangshu.Flood forecasting in ungauged area based on geomorphic parameter method［J］.Hydrology，2011，31(5):68-71.(in Chinese))

［3］胡鳳斌，沈言賢，金柳文，等.流域水文模型參數(shù)的水文分區(qū)法［J］.水文，1989(1):34-40.(HU Fengbin，SHEN yanxian，JIN Liuwen，et al.Hydrological regionalization method based on hydrological model parameters［J］.Hydrology，1989(1):34-40.(in Chinese))

［4］朱冀軍，華鵬年，劉新生.全國(guó)水文分區(qū)體系現(xiàn)狀與指標(biāo)體系［J］.公路，2012(4):1-3.(ZHU Jijun，HUA Pengnian，LIU Xinsheng.The hydrological regionalization system and index system［J］.Highway，2012(4):1-3.(in Chinese))

［5］冷榮梅.四川省水文分區(qū)及川西水文站網(wǎng)規(guī)劃方法建議［J］.水 文，1998(2):48-53.(LENG Rongmei.Hydrological regionalization and suggested hydrologic network planning method of Sichuan Province［J］.Hydrology，1998(2):48-53.(in Chinese)

［6］劉曉鳳，李艷華，肖英華.黑龍江省水文分區(qū)［J］.黑龍江水專學(xué)報(bào)，2002(1):29-31.(LIU Xiaofeng，LI Yanhua，XIAO Yinghua.The hydrological regionalization in Heilongjiang Province［J］.Journal of Heilongjiang Hydraulic Engineering College，2002(1):29-31.(in Chinese))

［7］HALL M J，MINNS A W.The classification of hydrologically homogeneous regions［J］.Hydrological Sciences Journal，1999，44(5):693-704.

［8］ZHANG JINGYI，HALL M J.Regional flood frequency analysis for Gan-Ming River basin in China ［J］.Journal of Hydrology，2004，196:98-117.

［9］宋曉猛，張建云，占車生，等.基于DEM的數(shù)字流域特征提取研究進(jìn)展［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32(1):31-40. (SONG Xiaomeng， ZHANG Jianyun， ZHAN Chesheng，et al.Advances in digital watershed features extracting based on DEM［J］.Progress in Geography，2013，32(1):31-40.(in Chinese))

［10］浙江省農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)辦公室.浙江省農(nóng)業(yè)區(qū)劃圖集［M］.北京:測(cè)繪出版社，1989.

［11］熊怡，張家楨.中國(guó)水文區(qū)劃［M］.北京:科學(xué)出版社，1995.