统计水文学

　　统计水文学

　　    统计水文学是历史最为悠久的水文学研究方向之一，是研究水文现象随机性和不确定性规律，以及对实际水文问题中产生的不确定性进行估计、推论和预测的学科。统计水文学起源于19世纪末期实测径流经验频率的研究，随后概率论与数理统计方法被广泛地应用于各种水文变量的频率计算等工作，逐渐形成了统计水文学。20世纪80年代，随机过程理论和时间序列分析技术被用于研究水文过程随机性的时序变化规律，建立了随机水文学（统计水文学的一个分支）。进入21世纪，研究水文水资源系统边界划分不清晰问题的模糊水文学，探究系统信息不充分问题的灰色水文学，也逐步在实际水文工作中得以应用，成为统计水文学新的发展方向之一。水文学研究中应用统计学方法是由水文现象的不确定性与确定性变化规律共存的特性所决定的，经过多年探索和实践，统计水文学已成为水文科学领域一门理论基础较强，适用范围宽，实用技术成熟的重要分支学科。

　　    按照时间尺度的不同，水文现象的确定性和不确定性规律存在较大差异。在较小的时间尺度，确定性起主导作用。而在较长的时间尺度，影响水文现象的因素众多，产生影响的机制十分复杂，用确定性方法准确预测水文现象的长期演变情势就非常困难。长时间尺度下水文现象明显表现出随机性，应用概率统计方法能够分析出水文要素超过或低于一定阈值的发生频率，定量计算出水文要素发生的可能性。正是基于长时间尺度下水文不确定性规律，统计水文学在生产实践中发挥了重要作用，举世闻名的三峡工程，就是根据实测和历史调查洪水资料，采用统计方法计算，确定的坝址设计洪水参数和成果，为工程设计提供了可靠的科学依据。

　　    统计水文学的研究方法和内容始终与水文实践工作的应用需求紧密结合。“研究方法”主要有统计水文学理论研究与计算方法推导、水文随机模拟与统计试验、水文资料统计分析与地理综合等；“研究内容”主要涉及水支变量与相关关系、水文过程与空间分布及水文不确定性三大方面；“实用技术”主要包括设计暴雨与设计洪水计算、可能最大暴雨与可能最大洪水计算、设计年径流、输沙量等其他水文计算等；“应用领域”主要涵盖流域观测站网规划与测验误差分析、水利工程规划设计及运行管理、水资源系统规划与管理决策风险分析等。

　　    目前统计水文学也面临着新的挑战，如能够适应气候变化和大量水利工程建设的非一致性水文频率计算适用方法，国际合作项目大量无资料地区的水文计算，流域管理决策风险分析、极端洪旱事件的风险预警等领的精难服务水平提升等等。继续开拓统计水文学理论和方法研究，深度应用大数据和人工智能等新技术，加科研和生产单位的协同攻关以及国内外学术组织的合作研究，推动统计水文学科向纵深发展是大势所趋。

　　                        摘自《水文》2022年4期