1.5 桥涵水文的研究方法

1.水文信息、数学方法与水文物理相结合的方法

桥涵水文的研究基础是基于对所研究问题的认识程度和对与之关联的水文信息资料的掌握程度，选择适当的数学方法以解决所研究的桥涵水文问题。从系统观点看，桥涵水文研究可视为一种系统，系统输入就是对水文问题的认识和有关水文信息的掌握，系统转换就是合适的数学方法，系统输出就是桥涵水文研究的结果和结论。桥涵水文研究方法必须立足于该系统输入这一物理基础并与之相互适应，必须注意所用研究方法本身的适用条件是否满足。桥涵水文研究的最终目的是提高对所研究桥涵水文问题物理背景的认识，为桥涵工程实际需要服务。例如，本书第4章中，针对设计洪水与设计水位的推算，分别采用3种方法进行研究，即根据流量观测资料进行推算、根据洪水调查资料进行推算和根据暴雨资料进行推算。

2.水文数理统计法

水文数理统计法主要根据河流流量、水位等水文现象特征值的统计特性，利用概率、统计方法，随机过程理论，时间序列分析方法等应用数学方法挖掘水文观测、试验和调查资料中的信息而得出水文现象的统计规律，然后用于桥涵工程设计中。它的立足点在于对水文现象的“试验”或“观测”。观测的年代越长，收集的资料越丰富，统计规律越能反映实际情况，这样分析计算的结论就越可靠。

3.水文成因分析法

水文成因分析法就是从地球上各种水文循环与水量平衡，流域上的产流过程、产沙过程、汇流过程、汇沙过程以及人类活动对水文循环的影响等物理成因出发，根据实测资料、试验资料、调查资料研究水文现象的形成过程，探讨水文现象的物理实质和定量关系，建立水文要素（如水位、流量等）和有关因素之间的数学物理模型，作为桥涵水文计算的依据并用以推求未来的水文情势。水量平衡原理就是指地球上任一区域在任一时段内，该区域的输入水量Q与输出水量q之差，等于时段末该区域的蓄水量S₂与时段初该区域的蓄水量S₁之差这样的平衡方程，它是质量守恒定律在水文循环过程中的特定数学表达形式。其中研究的区域可以是某流域、湖泊、沼泽、海洋或某个地区，也可以是整个地球，研究时段可以是日、月、年、数年或更长的时间。

影响水文现象的因素相当复杂，其形成机理还难以完全清楚，定量上仍有很大困难，因此还需结合其他一些方法以弥补其不足。

4.定性到定量综合集成的方法

钱学森等提出的定性到定量综合集成的方法，通常是根据现有科学理论和专家的经验知识和判断力，提出经验性假设，再根据所研究问题的信息资料，建立相应的系统模型，进行模拟、实验和计算，获得定量结果，并进行判断，通过反复修正经验性假设，直到获得满意的经验性假设为止。桥涵水文中众多的实验、经验公式、水工模拟试验、水文频率计算适线法等，正是该类集成方法的体现，它集成了大量水文专业人员的实践经验和所得的水文信息资料，并对此不断加以完善。水文现象错综复杂，影响因素众多，桥涵水文也是如此。任何一种研究方法都不能完全描述其水文现象，应当利用各种方法的优势进行互补，以满足实际工程水文上的需要。随着数字技术、模糊集理论、人工神经网络理论、遗传算法等智能科学方法应用于水文学的研究中，必将开创与完善水文学的研究方法，这些方法同样可应用于桥涵水文学的研究。