淺議無(wú)資料地區(qū)水文預(yù)報(bào)研究的方法.doc

1、淺議無(wú)資料地區(qū)水文預(yù)報(bào)研究的方法 摘要無(wú)資料地區(qū)的水文研究是最近國(guó)際上水資源水環(huán)境研究的熱點(diǎn)。本文闡述了中國(guó)在無(wú)資料地區(qū)水文研究采用的單位線地區(qū)綜合法、地貌瞬時(shí)單位線法和推理公式法，并對(duì)無(wú)資料地區(qū)水文預(yù)報(bào)研究工作作了探討。 關(guān)鍵字無(wú)資料地區(qū)水文預(yù)報(bào)方法 中圖分類(lèi)號(hào) p33 文獻(xiàn)碼 b 文章編號(hào) 1000-405x（2013）-3-6-1 1引言 當(dāng)今，相當(dāng)多的區(qū)域缺水并不單純是資源型缺水，而是管理型缺水或資源管理復(fù)合型缺水。流域水資源的科學(xué)管理需要建立在充分掌握本流域水資源狀況，了解區(qū)域水資源時(shí)空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上。目前在很多國(guó)家和地區(qū)的許多流域，或是由于各種自然條件與人為因素的限制，一些基礎(chǔ)性

2、的水文數(shù)據(jù)都無(wú)法取得，更談不上充分掌握本流域的水資源狀況，給水資源的科學(xué)管理造成很大困難。全球的水文、氣象臺(tái)站大分布于歐洲、北美和日本的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。更多的發(fā)展中國(guó)家的廣大面積上只布設(shè)了零星的水文、氣象臺(tái)站。據(jù)wmo的數(shù)據(jù)顯示，全球每個(gè)水文站點(diǎn)的控制面積約從150km2到10000km2，而且最新數(shù)據(jù)顯示，最近的20a，世界上的水文站點(diǎn)數(shù)量正在迅速萎縮，前蘇聯(lián)和一些發(fā)展中國(guó)家減少了25%40%。 2中國(guó)在無(wú)資料地區(qū)的水文研究的方法 中國(guó)對(duì)無(wú)資料地區(qū)的水文模擬也很重視。20世紀(jì)80年代，為解決中國(guó)很多無(wú)資料的中小流域的洪水預(yù)報(bào)問(wèn)題，全國(guó)27個(gè)省、市、自治區(qū)開(kāi)展了水文研究工作，共

3、采用約1500個(gè)流域，分析23000次暴雨洪水資料，取得了豐富的成果。系統(tǒng)分析的許多概念、方法被逐步引入這些研究中，具體可歸納為如下幾個(gè)方面。 2.1單位線地區(qū)綜合法 在納希單位線的基礎(chǔ)上，借助有水文資料流域的單位線要素或瞬時(shí)單位線的參數(shù)與其流域自然地理因子之間的相關(guān)關(guān)系，推求無(wú)資料地區(qū)的單位線或瞬時(shí)單位線。單位線法后來(lái)發(fā)展出經(jīng)驗(yàn)單位線、瞬時(shí)單位線、綜合單位線、綜合瞬時(shí)單位線等分支方法。中國(guó)運(yùn)用瞬時(shí)單位線法的對(duì)全國(guó)各省區(qū)不同覆蓋類(lèi)型的流域進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了較好的成果。瞬時(shí)單位線是對(duì)納希模型中的關(guān)鍵參數(shù)n，k進(jìn)行地區(qū)綜合。它對(duì)流域內(nèi)水文臺(tái)站的要求低，只要通過(guò)流域自然地理特征得到相應(yīng)參數(shù)就可以

4、解決整個(gè)單位線問(wèn)題，而且可以用于非線性外延，只需建立單位線參數(shù)與非線性影響因子的關(guān)系，據(jù)此得到非性改正后的單位線參數(shù)，繼而可以得到整個(gè)流域的單位線。 2.2地貌瞬時(shí)單位線法 在水文資料十分短缺的流域，上述單位線法在做水文預(yù)報(bào)時(shí)仍存在許多困難。20世紀(jì)7080年代，地貌瞬時(shí)單位線法（giuh）發(fā)展起來(lái)，它是根據(jù)流域地貌信息（早期是通過(guò)地形圖、航片取得，后來(lái)發(fā)展為通過(guò)衛(wèi)片、遙感手段取得）以及水力因子（通過(guò)流域河網(wǎng)特征或水利工程所在地少量的水文測(cè)量取得），求得giuh。國(guó)外的giuh僅能用于3、4級(jí)河網(wǎng)，而且很少涉及水力因子的確定方法。中國(guó)已經(jīng)建立了適用于任何級(jí)河網(wǎng)的giuh，而且提出了若干種供選擇

5、的計(jì)算水力因子的方法。 2.3推理公式法 在無(wú)資料地區(qū)的水文預(yù)報(bào)中，最基本的要求是給出流域的最大流量值，最大流量出現(xiàn)的條件主要決定于凈雨過(guò)程和匯流面積曲線形狀的組合情況。對(duì)于無(wú)資料地區(qū)的凈雨過(guò)程可以采用通過(guò)有較長(zhǎng)雨量觀測(cè)系列站的地區(qū)的統(tǒng)計(jì)資料繪制暴雨參數(shù)等值線圖的方法給出數(shù)據(jù)。在使用該等值線圖時(shí)必須檢測(cè)等值線圖上的數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算的無(wú)資料地區(qū)是否適用。推理公式對(duì)徑流過(guò)程做了概化，參數(shù)綜合的目的在于解決設(shè)計(jì)條件下參數(shù)量級(jí)的外延與向無(wú)資料地區(qū)的移用。它包含兩個(gè)內(nèi)容：一是根據(jù)單站各場(chǎng)次洪水分析所得的參數(shù)進(jìn)行單站綜合并探討參數(shù)量級(jí)的外延；另一個(gè)是根據(jù)單站綜合的參數(shù)進(jìn)行地區(qū)上或分類(lèi)上的多站綜合。 3無(wú)資料地區(qū)

6、水文研究的思考 傳統(tǒng)的水文學(xué)多側(cè)重采用水文觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)等手段，運(yùn)用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、物理方法來(lái)研究?，F(xiàn)代水文學(xué)則是采用現(xiàn)代的新理論、新方法來(lái)解決傳統(tǒng)水文學(xué)所遇到的困難。這些新理論包括灰色系統(tǒng)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形幾何、小波分析等。新的科學(xué)手段則包括計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感遙測(cè)“3s”技術(shù)等。遙感信息已經(jīng)是現(xiàn)代地球科學(xué)研究的主要信息來(lái)源。現(xiàn)代水文學(xué)對(duì)無(wú)資料地區(qū)的水文預(yù)報(bào)研究的出路在于充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感手段所得到的流域信息，運(yùn)用到系統(tǒng)論、信息論和控制論等現(xiàn)代科學(xué)方法，綜合空間技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，科學(xué)揭示水的變化發(fā)展規(guī)律，水資源時(shí)空變化規(guī)律。 4結(jié)論與討論 水文預(yù)報(bào)是水文學(xué)為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)服務(wù)的重要方面，特別是對(duì)災(zāi)

7、害性水文現(xiàn)象做出預(yù)報(bào)，對(duì)綜合利用大型水利樞紐做出短期、中期和長(zhǎng)期的預(yù)報(bào)，作用很大。中國(guó)已開(kāi)展預(yù)報(bào)服務(wù)的項(xiàng)目有：洪水水位與流量、枯水水位與流量、含沙量、各種冰情、水質(zhì)等。無(wú)資料地區(qū)的水文研究從20世紀(jì)90年代開(kāi)始逐步為全球的水文工作者所重視，也開(kāi)始有了一些階段性的成果。現(xiàn)在該項(xiàng)研究已經(jīng)不只是局限于水的研究，更廣泛領(lǐng)域的科學(xué)家也加入了進(jìn)來(lái)，特別是氣候和遙感領(lǐng)域人員的加入對(duì)該領(lǐng)域的研究工作起了很大的推動(dòng)作用。 （1）無(wú)資料地區(qū)的水文研究涉及多個(gè)方面，水文科學(xué)研究現(xiàn)在將重點(diǎn)放在預(yù)測(cè)上是符合現(xiàn)實(shí)需要的。但是，隨著全球變化日益為人們所重視，水資源安全被放在首要地位，水文預(yù)報(bào)研究的重點(diǎn)也不再是單純的降雨洪水

8、預(yù)報(bào)?，F(xiàn)在的水文研究更注重土地利用、土地覆被的變化對(duì)水文過(guò)程的影響。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，人們可以獲得更為豐富的土地覆被信息以彌補(bǔ)水文站點(diǎn)不足帶來(lái)的資料空白。相應(yīng)的，當(dāng)今無(wú)資料地區(qū)的水文模型不能再和從前一樣只注重流域的地形、河網(wǎng)特征，不能只把大氣降水認(rèn)為是水文模型的一個(gè)單向輸入源，應(yīng)朝能夠充分利用數(shù)字高程模型（dem）、地表覆被變化、土壤含水量等多種遙感信息，能夠耦合氣象模型中的陸面過(guò)程，形成土壤、地表植被、大氣三者有機(jī)結(jié)合的水文模型發(fā)展。水文模型要能夠充分響應(yīng)人類(lèi)活動(dòng)的干預(yù)。 （2）要建立一支整合多學(xué)科人才的研究隊(duì)伍?，F(xiàn)在無(wú)資料地區(qū)水文過(guò)程的研究要求除了水文學(xué)者作為中堅(jiān)力量參與外，還要有遙感科學(xué)領(lǐng)域、氣候領(lǐng)域、地球化學(xué)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域等多學(xué)科領(lǐng)域的科研人員的加入，分別在遙感影像的地學(xué)理解分析、大氣陸面過(guò)程、地表地下穩(wěn)定同位素、模型計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)和效率等