洪水预警预报方法的探讨与论述

洪水预警预报方法的探讨与论述

郭星火 ,刘战胜 ,杜哲斌

宝鸡水文水资源勘测中心  陕西  宝鸡  721006

【摘要】本文主要通过洪水预警预报方法分析与研究，确定一个比较接近实际洪水涨落过程的洪水预警预报方法，以便更好的服务于水文部门做好洪水过程水文测验，安排流量测次，实测流量测速垂线布置，做好水量平衡计算的基础性工作；也是防汛指挥部门搞好防汛指挥的重要依据。

1什么是水文预报

水文预报（hydrologic forecasting）就是据已知的信息对未来一定时期内的水文状态作出定性或定量的预测。已知信息，广义上指对预报水文状态有影响的一切信息，实际工作中最常用的是水文与气象要素信息，如降水、蒸发、流量、水位、冰情、气温和含沙量等观测信息。预报的水文状态可以是水文要素也可以是水文特征量，不同的状态预报要求的已知信息不同、预报的方法也不同，预报的水文特征量和预见期均不同。目前通常预报的水文要素主要有流量、水位、冰情和旱情等。

2水文预报的作用与洪水预报的关系

水文预报在防汛、抗旱、水资源开发利用、国民经济建设和国防等领域都有广泛的应用。水文预报仅作为防汛减灾的一种手段，以非工程措施减轻灾害损失效益非常明显。据中国水利年鉴（2004）统计，仅2003年全国水文情报预报减灾效益就达180亿元。水文预报在生产上应用也是十分广泛，首先在流域或区域性洪水与旱情预测预报，其次是河道、水库、湖泊等水体的封冻、开冻及冰凌等冰情预测预报，第三也是水利工程施工期的施工预报，以及水库运行管理和航道航运要求的需要。更是水文部门提高洪水水文测验质量，掌握洪水过程径流变化规律，具有重要的现实意义。

水文预报一般包括洪水预报、冰情预报和沙情预报等，本文者重研究洪水预报，冰情预报和沙情预报在这里不在叙述。

3洪水预报的方法与分类

洪水预报的方法就是把复杂的自然规律概化为简单的易于研究的，且与实际洪水变化规律较接近的数学关系，或者从经验相关到物理概念模型相关的概化过程，挖掘水文气象要素的变化规律，进而形象的把目前水文要素的变化规律演进到未来一定时段后水文要素变化的方法。洪水预报：根据洪水形成和运动的规律，利用过去和实时水文气象资料，对未来一定时段的洪水发展情况进行预测，称洪水预报。

洪水预报是水文部门进行水文测验，布置流量测点，布设测速垂线，做好水量平衡计算的基础性工作，同时也是防汛指挥部门防洪非工程措施的重要内容之一，直接为防汛抢险、水资源合理利用与保护、水利工程建设和调度运用管理，及工农业的安全生产服务的技术依据。

洪水预报方法基本可以分为经验相关法、传统模型法和现代模型法。

3.1 经验相关法

经验相关法就是把洪水现象的原因与结果看作自变量与因变量，对实测数值用统计相关或其他相关拟合技术，求出他们之间的定量关系或者直接用图解法求相关关系。

3.2 传统模型法

（1）新安江模型与陕北模型

新安江模型是一个适用于湿润地区与半湿润地区具有分散参数的概念性模型。模型把径流分成直接径流和基流。该模型对于壤中流和地下水较大的流域，预报精度不高。该模型属于蓄满产流模型。

对于干旱地区地下水埋藏很深，包气带可达几十米甚至上百米，降水不易使这么厚的包气带蓄满，下渗的水量全部蓄于包气带后耗于蒸发，因而这些地区不会产生地下径流，并且只有当降水强度超过下渗率时才有地面径流产生，这就是陕北模型的机理，也就是通常所说的超渗产流模型。

（2）萨克拉门托模型

萨克拉门托模型是美国人在上世纪70年代提出的。该模型把流域分成透水面积、不透水面积和变动的不透水面积部分。模型采用了分层结构，地面径流为饱和产流，地下径流为蓄满产流，壤中流为层间超渗产流。

（3）水箱模型

水箱模型是由日本东京国立防灾中心研制的。模型的基本结构是水箱，将降雨径流过程模拟为若干个水箱的调蓄作用，分为湿润地区的简单水箱模型和非湿润地区的并联水箱模型两种。水箱模型的一个重要特性就是改变模型参数改变模型结构，而这个参数主要靠试算确定。

3.3 现代模型

（1）人工神经网络模型

人工神经网络模型是借鉴使用人的神经网络，模拟城市化的降雨径流关系，建立城市化地区降雨径流关系模型，研究人工只能手段城市化对降雨径流的影响。该方法具有快速收敛于现状空间的一稳定平衡点的优点。

（2）分布式水文模型

随着地理信息系统（DIS）和遥感技术（RS）的发展，空间信息的获取和处理取得了极大的进展，水文模型也慢慢从概念性水文模型向分布式水文模型发展。分布式水文模型，就对流域内任一单元进行模拟和描述，再把各个单元的模拟结果联系起来，扩展为整个流域的输出结果。分布式水文模型可以反映时空变化过程，也可以模拟流域的自然时空过程，其运行结果可信度较高，是未来模型发展的方向。

（3）模糊决策的方法

随着科学技术的进步人们把模糊数学应用于洪水水文预报，而且取得了较好的效果。模糊逻辑易于理解，容易调整，能够反映专家的意见，适宜推广应用于实际工程。

4常用的洪水预报的方法

常用的洪水预报方法主要是经验相关法，公式法和模型法等。

4.1 经验相关法

经验相关法也叫上下游洪水相关法，其主要是利用流域上游来水加上区间汇入流量，预测下游断面洪峰流量大小和峰现时间的方法，这种方法在使用过程中还可选以用区间平均降雨量为参数进行洪水预报值的修订。

由于这种洪水预报的方法简单、直观，但是该方法虽然没有考虑水文要素的内部关系，也没有考虑河道下垫面等条件的变化，因此该方法存在一定的缺陷，但依然是我们水文预报工作中最为常用的方法。

4.2 经验公式法

经验公式法就是通过对流域内不同控制断面、多年来的水文要素进行对比分析，寻求一个具有一定代表性的参数作为变量的数学公式，推求预报断面洪水的洪峰流量大小和峰现时间方法。

这种方法由于适用具有较长水文资料的地区，也是用无水文资料的地区，因而适用范围较广，但是前期需要做大量的统计分析工作，比较起来还是一种较常使用的预报方法。

4.3 模型法

    模型法就是建立模拟的模型关系，通过模拟试验，寻找暴雨洪水成因的相关关系，进行洪水预报的方法。

    这种洪水预报的方法虽然难度较大，但是通过一定的研究还是能够找到一定的规律，而且这种方法具有水文特色，研究简单易行，也是一种洪水预报的常用方法。   

5结论探讨

由于水文、气象要素，受环境、气候、温度、湿度、风速、风向，以及流域特征和下垫面等因素影响较大，不论采用那种洪水预报的方法，都要经过认真的分析、评判，综合考虑各种影响因素，寻找较适合的，且具有一定代表性的线性比例关系，而且要通过一定数量的洪水过程分析，建立相关关系，经过检验使其预报精度达到有关预报精度的要求，才能在洪水预报工作中使用。

[参考文献]

1《水文预报（第四版）》水文与水资源工程-2009------中国水利水电出版社 教育出版分社年

2《宝鸡市水文实用手册》（1988年2月25日）------宝鸡市水利水保局

3《宝鸡江河水库大典》（2009年5月）------常崇信  樊维翰

作者介绍：郭星火，男，现年59岁，1982年水利学校毕业至今一直在水文部门工作，2007年开始主要从事水文情报预报工作。