1.5 橋涵水文的研究方法

1.水文信息、數(shù)學(xué)方法與水文物理相結(jié)合的方法

橋涵水文的研究基礎(chǔ)是基于對所研究問題的認(rèn)識程度和對與之關(guān)聯(lián)的水文信息資料的掌握程度，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法以解決所研究的橋涵水文問題。從系統(tǒng)觀點(diǎn)看，橋涵水文研究可視為一種系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入就是對水文問題的認(rèn)識和有關(guān)水文信息的掌握，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換就是合適的數(shù)學(xué)方法，系統(tǒng)輸出就是橋涵水文研究的結(jié)果和結(jié)論。橋涵水文研究方法必須立足于該系統(tǒng)輸入這一物理基礎(chǔ)并與之相互適應(yīng)，必須注意所用研究方法本身的適用條件是否滿足。橋涵水文研究的最終目的是提高對所研究橋涵水文問題物理背景的認(rèn)識，為橋涵工程實(shí)際需要服務(wù)。例如，本書第4章中，針對設(shè)計(jì)洪水與設(shè)計(jì)水位的推算，分別采用3種方法進(jìn)行研究，即根據(jù)流量觀測資料進(jìn)行推算、根據(jù)洪水調(diào)查資料進(jìn)行推算和根據(jù)暴雨資料進(jìn)行推算。

2.水文數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

水文數(shù)理統(tǒng)計(jì)法主要根據(jù)河流流量、水位等水文現(xiàn)象特征值的統(tǒng)計(jì)特性，利用概率、統(tǒng)計(jì)方法，隨機(jī)過程理論，時間序列分析方法等應(yīng)用數(shù)學(xué)方法挖掘水文觀測、試驗(yàn)和調(diào)查資料中的信息而得出水文現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，然后用于橋涵工程設(shè)計(jì)中。它的立足點(diǎn)在于對水文現(xiàn)象的“試驗(yàn)”或“觀測”。觀測的年代越長，收集的資料越豐富，統(tǒng)計(jì)規(guī)律越能反映實(shí)際情況，這樣分析計(jì)算的結(jié)論就越可靠。

3.水文成因分析法

水文成因分析法就是從地球上各種水文循環(huán)與水量平衡，流域上的產(chǎn)流過程、產(chǎn)沙過程、匯流過程、匯沙過程以及人類活動對水文循環(huán)的影響等物理成因出發(fā)，根據(jù)實(shí)測資料、試驗(yàn)資料、調(diào)查資料研究水文現(xiàn)象的形成過程，探討水文現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)和定量關(guān)系，建立水文要素（如水位、流量等）和有關(guān)因素之間的數(shù)學(xué)物理模型，作為橋涵水文計(jì)算的依據(jù)并用以推求未來的水文情勢。水量平衡原理就是指地球上任一區(qū)域在任一時段內(nèi)，該區(qū)域的輸入水量Q與輸出水量q之差，等于時段末該區(qū)域的蓄水量S₂與時段初該區(qū)域的蓄水量S₁之差這樣的平衡方程，它是質(zhì)量守恒定律在水文循環(huán)過程中的特定數(shù)學(xué)表達(dá)形式。其中研究的區(qū)域可以是某流域、湖泊、沼澤、海洋或某個地區(qū)，也可以是整個地球，研究時段可以是日、月、年、數(shù)年或更長的時間。

影響水文現(xiàn)象的因素相當(dāng)復(fù)雜，其形成機(jī)理還難以完全清楚，定量上仍有很大困難，因此還需結(jié)合其他一些方法以彌補(bǔ)其不足。

4.定性到定量綜合集成的方法

錢學(xué)森等提出的定性到定量綜合集成的方法，通常是根據(jù)現(xiàn)有科學(xué)理論和專家的經(jīng)驗(yàn)知識和判斷力，提出經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)，再根據(jù)所研究問題的信息資料，建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，進(jìn)行模擬、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，獲得定量結(jié)果，并進(jìn)行判斷，通過反復(fù)修正經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)，直到獲得滿意的經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)為止。橋涵水文中眾多的實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)公式、水工模擬試驗(yàn)、水文頻率計(jì)算適線法等，正是該類集成方法的體現(xiàn)，它集成了大量水文專業(yè)人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和所得的水文信息資料，并對此不斷加以完善。水文現(xiàn)象錯綜復(fù)雜，影響因素眾多，橋涵水文也是如此。任何一種研究方法都不能完全描述其水文現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)利用各種方法的優(yōu)勢進(jìn)行互補(bǔ)，以滿足實(shí)際工程水文上的需要。隨著數(shù)字技術(shù)、模糊集理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、遺傳算法等智能科學(xué)方法應(yīng)用于水文學(xué)的研究中，必將開創(chuàng)與完善水文學(xué)的研究方法，這些方法同樣可應(yīng)用于橋涵水文學(xué)的研究。