淮河洪水預(yù)報現(xiàn)狀和展望

王 凱 徐時進(jìn) 陳紅雨 杜久芳

（淮河水利委員會水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

淮河洪水預(yù)報現(xiàn)狀和展望

王 凱 徐時進(jìn) 陳紅雨 杜久芳

（淮河水利委員會水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

《淮河流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》指出，淮河流域洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，洪水預(yù)報是淮河防洪的重要非工程措施，對于防洪減災(zāi)具有重要決策支持作用。本文從洪水預(yù)報任務(wù)、預(yù)報模型方法、預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)等幾個方面介紹了淮河流域洪水預(yù)報現(xiàn)狀及存在問題，展望了淮河洪水預(yù)報的發(fā)展前景和今后的工作重點。

淮河 洪水預(yù)報 現(xiàn)狀 問題 展望

《淮河流域綜合規(guī)劃（2012-2030年）》指出，經(jīng)過60年的治理，淮河流域初步形成了水庫、堤防、行蓄洪區(qū)、閘壩、湖泊等組成的防洪工程體系。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，防洪非工程措施也得到了長足的發(fā)展，目前已經(jīng)初步建成了集水文模型、水力學(xué)模型、校正模型、調(diào)度模型等多模型組成的淮河洪水預(yù)報調(diào)度體系非工程措施。工程措施與非工程措施的結(jié)合，基本實現(xiàn)了“攔、泄、蓄、分、行、排、算”相融合的防洪減災(zāi)措施，在淮河歷年的大洪水中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

洪水預(yù)報工作是防洪指揮、調(diào)度、決策的重要依據(jù)。針對淮河的特殊性，淮河幾代水文工作者共同研制和引進(jìn)了多種適用于淮河流域的預(yù)報模型方法和手段，并不斷進(jìn)行修正和改進(jìn)。在歷年淮河防洪調(diào)度和水資源管理中發(fā)揮了不可替代的作用。隨著經(jīng)濟社會和水利事業(yè)的發(fā)展，對洪水預(yù)報提出了更新、更高的要求。

一、洪水預(yù)報現(xiàn)狀

1.洪水預(yù)報任務(wù)

淮河洪水預(yù)報涉及整個淮河流域，包括淮河水系和沂沭泗河水系干支流主要控制站、大型水庫、分滯洪區(qū)等，預(yù)報的重點區(qū)域是淮河上游王家壩、中游正陽關(guān)、吳家渡及下游洪澤湖、沂沭泗河水系沂河干流臨沂、沭河干流大官莊、南四湖、駱馬湖等。預(yù)報項目主要有洪峰流量、峰現(xiàn)時間、流量過程、洪峰水位。

2.洪水預(yù)報方法及模型

淮河實用洪水預(yù)報主要模型方法見表1。

（1）經(jīng)驗方案

淮河上、中、下游所使用的洪水預(yù)報方法具有一定的區(qū)域性差別，這與區(qū)域的水文氣象特征、資料條件和區(qū)域防汛重要程度等有關(guān)。目前，淮河上游干支流主要控制站采用降雨經(jīng)流關(guān)系、單位過程線等進(jìn)行預(yù)報；中游正陽關(guān)以上根據(jù)上游來水過程，通過馬法或槽蓄曲線進(jìn)行洪水演算，預(yù)報各站流量過程及相應(yīng)水位；干流正陽關(guān)以下，制作上、下游水位（流量）相關(guān)曲線進(jìn)行洪水預(yù)報。干流行蓄洪區(qū)則根據(jù)行蓄洪區(qū)工程控制運用方案分析預(yù)報。上游水庫用庫容曲線演算預(yù)報蓄水位和出庫流量過程，同時還進(jìn)行淮河干流的退水預(yù)報。洪澤湖預(yù)報方案用降雨徑流關(guān)系、洪水概化過程分別推算出入湖水量及流量過程，根據(jù)不同控制條件預(yù)報湖水位?；蛑苯右陨嫌握竞榉辶髁?，根據(jù)退水曲線，通過河道流量演算，求得入湖過程。

表1 淮河實用洪水預(yù)報主要模型方法

（2）水文模型

新安江模型和水箱模型都是集總型水文模型，適用于濕潤半濕潤地區(qū)，目前已經(jīng)應(yīng)用于淮河上游大型水庫、淮河干流及主要支流主要控制站、淮河下游洪澤湖，以及沂沭泗河水系的臨沂、大官莊等主要控制站。

（3）實時校正模型

由于淮河流域特性和降雨分布的復(fù)雜性和多變性，用降雨徑流或河道匯流作出的流量序列預(yù)報，有時誤差很大，需進(jìn)行實時校正。本流域采用的是自動反饋模擬實時校正模型。該模型是充分利用已獲得的實測流量信息，并根據(jù)這些已出現(xiàn)的實測流量與原預(yù)報流量值的關(guān)系，對未來的預(yù)報流量值進(jìn)行反饋模擬。

（4）專家經(jīng)驗與后驗分析

模型是洪水預(yù)報系統(tǒng)的主要部分，但不是最后的一步。后驗分析成為預(yù)報過程的一部分，包含了專家經(jīng)驗和對當(dāng)前形式的理解判斷，是目前洪水預(yù)報系統(tǒng)最后的和重要的一步。盡管模擬結(jié)果總的來說是好的，但在重要洪水事件期間是不夠的。為了獲得可靠的洪水預(yù)報，需要預(yù)報員考慮各種不確定因素對模型結(jié)果進(jìn)行綜合分析，最終確定預(yù)報值。后驗分析一般有這幾項工作：1）精度分析：結(jié)合由不同模型給出的預(yù)報值，確定可能最準(zhǔn)確的預(yù)報；2）歷史洪水相似性研究：與歷史洪水進(jìn)行比較，找出相似之處，如果必要，尋求合適的管理措施；3）氣象假想案例研究：計算可能的暴雨時空組合產(chǎn)生的洪水；4）社會經(jīng)濟評估：在洪水期結(jié)束之后，對洪水預(yù)報系統(tǒng)的表現(xiàn)進(jìn)行社會經(jīng)濟影響評估，找出當(dāng)年系統(tǒng)中的不足之處，為下一個汛期改進(jìn)提供借鑒。

3.預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)情況

在“3S”（GIS、RS、GPS）技術(shù)、信息化技術(shù)支撐下，兩臺一庫（數(shù)據(jù)匯集平臺、應(yīng)用支撐平臺、數(shù)據(jù)庫）框架結(jié)構(gòu)設(shè)計下，基于經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、新安江模型、水力學(xué)模型（局部）、實時校正模型、調(diào)度模型、專家經(jīng)驗交互修正等多模型以及數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)于一體，覆蓋淮河流域重點防洪地區(qū)的淮河洪水預(yù)報調(diào)度體系基本建成。具體包括淮河洪水預(yù)報系統(tǒng)、沂沭泗洪水預(yù)報系統(tǒng)、淮河正陽關(guān)以上短歷時洪水預(yù)報系統(tǒng)、淮河通用洪水預(yù)報平臺等。

在建的洪水預(yù)報系統(tǒng)有：與荷蘭三角洲研究院開發(fā)的開放洪水預(yù)報預(yù)警平臺Huaihe-FEWS、與美國俄克拉荷馬大學(xué)合作開放的分布式水文模型CREST、基于雷達(dá)格點雨量的中小河流山洪預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)等。

待建的洪水預(yù)報系統(tǒng)有：基于DEM的分布式水文模型、水文氣象耦合模型、水文水力學(xué)耦合模型系統(tǒng)。

4.先進(jìn)技術(shù)的使用情況

淮河近年來引進(jìn)了許多國外先進(jìn)水文模型，如荷蘭的開放洪水預(yù)報預(yù)警平臺Deft-FEWS、美國的分布式水文模型CREST、英國的半分布式Topmodel水文模型等。

淮河流域在各個洪水預(yù)報系統(tǒng)和專家會商系統(tǒng)的建設(shè)和使用中大量應(yīng)用各種先進(jìn)的計算機手段，如各類計算機交互技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，開發(fā)出一些C/S或B/S架構(gòu)的多功能交互式洪水預(yù)報系統(tǒng)，將預(yù)報員從煩瑣的手工作業(yè)中解脫出來。

“3S”技術(shù)已經(jīng)在淮河流域的廣泛應(yīng)用。GIS目前應(yīng)用最多，各分布式水文預(yù)報系統(tǒng)都基于GIS平臺。RS遙感和GPS全球定位技術(shù)目前應(yīng)用相對較少，主要有利用雷達(dá)和衛(wèi)星收集空間降水信息。

洪水預(yù)報中水文學(xué)與其他學(xué)科交叉應(yīng)用技術(shù)是未來的發(fā)展方向，如與氣象、地理、數(shù)學(xué)、力學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科的交叉。因為我們所要預(yù)報的對象是一個流域或是一個河段，它們本身不是孤立的，與各種學(xué)科因素息息相關(guān)?；春恿饔蛟诙鄬W(xué)科交叉研究方面一直在做著積極的探索。

二、洪水預(yù)報存在問題

近年來，淮河洪水預(yù)報工作在洪水預(yù)報模型方法制作、洪水預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)、先進(jìn)技術(shù)使用等方面取得了一定的成就，同時，淮河洪水預(yù)報也存在著許多問題：

1.洪水預(yù)報信息不足，影響洪水預(yù)報精度

降雨、水文報汛站網(wǎng)分布不均，一些地區(qū)設(shè)站稀少，導(dǎo)致信息量不足，報汛時間頻次不夠也會導(dǎo)致信息量不足，不能滿足洪水預(yù)報的需要，影響洪水預(yù)報精度?；春雍樗疁y驗難度大，預(yù)報作業(yè)中，很多預(yù)報因子無法實時獲取很難及時、準(zhǔn)確得到行蓄洪區(qū)進(jìn)出水量、中小水庫蓄水情況。

2.預(yù)報理論不完善

隨著對預(yù)報工作的要求提高以及人類活動和下墊面條件的變化，特別是水利工程影響加劇，當(dāng)前還有許多需要進(jìn)一步研究和探討解決的預(yù)報理論問題。如：水利工程的影響問題，無資料或資料缺乏地區(qū)的水文模擬問題，淮河中下游河道平緩地區(qū)的水位預(yù)報問題，水資源中長期徑流預(yù)報技術(shù)，水文氣象耦合技術(shù)，水利工程預(yù)報調(diào)度相結(jié)合以及山洪災(zāi)害、水環(huán)境預(yù)測預(yù)報等，理論不夠成熟，需加強研究。

3.預(yù)報綜合服務(wù)水平有待提高

目前淮河的洪水預(yù)報精度總體水平處于全國領(lǐng)先水平，但綜合服務(wù)水平仍然有待提高：一是預(yù)報領(lǐng)域有待拓寬，一般比較重視洪水預(yù)報，對徑流、旱情、山洪、水環(huán)境的預(yù)報開展不夠；二是預(yù)報精度有待提高，特別是防洪重點地區(qū)的大江大河中下游水位預(yù)報精度，表現(xiàn)在流量精度較高，而通過水位流量轉(zhuǎn)換后的水位預(yù)報卻滿足不了要求；三是預(yù)見期較短，未來氣象預(yù)測信息利用程度不夠，絕大部分預(yù)見期小于2天。

4.預(yù)報系統(tǒng)不盡完善

預(yù)報系統(tǒng)是預(yù)報人員的作業(yè)平臺，可有效提高作業(yè)預(yù)報的質(zhì)量和效率?；次木窒群蠼⒘撕樗A(yù)報系統(tǒng)，多年來為淮河的防汛決策部門提供了大量的預(yù)報成果。但是預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)方面也存在些問題，主要表現(xiàn)在預(yù)報系統(tǒng)分散、預(yù)報方法單一、系統(tǒng)功能不全、人機界面圖形功能不強、系統(tǒng)技術(shù)文檔不全、系統(tǒng)開發(fā)因人而異、部分現(xiàn)有預(yù)報方案沒有計算機作業(yè)等。特別是洪水預(yù)報系統(tǒng)各自分散問題，不利于系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與傳遞，各系統(tǒng)預(yù)報結(jié)果的對比分析，相互修正，統(tǒng)一輸出自動化程度不高，大大影響洪水預(yù)報作業(yè)速度和效率。應(yīng)最有效集成各系統(tǒng)。

三、洪水預(yù)報展望

隨著水文現(xiàn)化化的大力推進(jìn)，各種先進(jìn)技術(shù)的日益發(fā)展，多學(xué)科交叉技術(shù)的逐步成熟，水文業(yè)務(wù)隊伍素質(zhì)的不斷提高，淮河洪水預(yù)報必然會邁上一個新的臺階，理論完善、實用可靠的具有淮河特色的洪水預(yù)報系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要方向。下一步淮河洪水預(yù)報的工作重點具體包括：

1.加強和改進(jìn)水文監(jiān)測能力

隨著水文現(xiàn)代化和流域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，淮河水情站網(wǎng)的逐步完善和自動雨量站的普及，以及各種信息采集、傳輸手段的現(xiàn)代化，報汛站點空間分布密度和報汛時間頻次、精度將大幅提高，水文自動監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將得到進(jìn)一步加強，這必將為洪水預(yù)報的發(fā)展提高必要的基礎(chǔ)信息支撐。

2.完善洪水預(yù)報理論和方法

隨著對淮河流域產(chǎn)匯流特性、河道坡面洪水演進(jìn)規(guī)律的進(jìn)一步認(rèn)識，更多適用于淮河流域復(fù)雜情況的洪水預(yù)報模型將被研制出來。隨著計算機技術(shù)、“3S”技術(shù)、多學(xué)科交叉融合等技術(shù)的發(fā)展，洪水預(yù)報理論和方法將得到進(jìn)一步完善。具體包括：

（1）多模型耦合的洪水預(yù)報

由于水文預(yù)報的高度復(fù)雜性，單一模型難以獨自解決，因此，應(yīng)將多種方法聯(lián)合，揚長避短，以達(dá)到更高的預(yù)報精度。耦合方法研究在水文預(yù)報中的應(yīng)用前景是廣闊的、有意義的。

1）水文氣象耦合

洪水預(yù)報的精度和預(yù)見期的長短，直接關(guān)系到防洪調(diào)度的決策，關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全。為了有效地增長預(yù)見期，贏得科學(xué)決策的時間，非常有必要加強暴雨洪水的耦合預(yù)測。為提高降雨預(yù)測的精度，一是要研究區(qū)域數(shù)值預(yù)報為主的多源信息綜合的預(yù)測技術(shù)，二是要研究特定區(qū)域暴雨的成因及氣候特征，加強統(tǒng)計與動力結(jié)合的分析方法。針對不同的降雨模式、不同的工程運用方式以及不同的防洪調(diào)度方案，進(jìn)行洪水模擬計算和水情預(yù)測分析，并作洪水預(yù)報的不確定性分析，為防洪調(diào)度的科學(xué)決策提供依據(jù)；研制和應(yīng)用淮河流域主要江河洪水預(yù)測預(yù)估系統(tǒng)、大范圍早期山洪預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)、淮河旱情監(jiān)測及預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，滿足新時期淮河防總對洪水預(yù)報新的業(yè)務(wù)需求。

2）水文水力學(xué)耦合

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，水文氣象的預(yù)報精度不斷提高，特別是短期的天氣預(yù)報，基于水文和水力學(xué)模型以及河流特性的洪水預(yù)報的預(yù)報精度逐步提高，洪水調(diào)度和水資源管理對水文氣象預(yù)報的依賴作用明顯增強，洪水預(yù)測預(yù)報已經(jīng)成為科學(xué)調(diào)控洪水的重要依據(jù)和首要環(huán)節(jié)。當(dāng)前將洪水預(yù)測預(yù)報和水庫、行蓄洪區(qū)、閘壩等工程的調(diào)度措施以及未來降雨預(yù)測相結(jié)合，利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬計算是世界上發(fā)展和提高洪水預(yù)測預(yù)報技術(shù)水平的主要趨勢。如何將降雨預(yù)測成果、工程調(diào)度預(yù)案與洪水預(yù)測預(yù)報相結(jié)合，進(jìn)行洪水風(fēng)險評估，優(yōu)化洪水調(diào)度方案，是國內(nèi)當(dāng)前迫切需要解決的技術(shù)問題。

3）通用洪水預(yù)報預(yù)警技術(shù)

目前流域內(nèi)仍然沒有一套業(yè)務(wù)部門統(tǒng)一采用的水文預(yù)報模型庫，流域內(nèi)大多數(shù)水文業(yè)務(wù)部門所用的洪水預(yù)報系統(tǒng)中水文模型大多是針對特定問題、特定區(qū)域研制開發(fā)，重復(fù)開發(fā)現(xiàn)象比較嚴(yán)重。為推動水文行業(yè)預(yù)報技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)務(wù)之急是加速研究建立產(chǎn)品化水文模型庫，推廣應(yīng)用已經(jīng)成熟了的常用水文預(yù)報模型技術(shù)。

（2）無資料地區(qū)和資料短缺地區(qū)的洪水預(yù)報

淮河現(xiàn)有的水文站網(wǎng)總體布局基本得當(dāng)，但尚難以適應(yīng)淮河現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展水平的需要，存在大規(guī)模的資料短缺地區(qū)。《淮河流域綜合規(guī)劃》第四章明確指出，洼地、中小河流山洪及城市等地區(qū)水文資料缺乏，又不能利用常規(guī)的方法進(jìn)行資料插補，因而無法滿足水文預(yù)報、流域水資源規(guī)劃、綜合調(diào)度和管理的需要。

為此，有必要加強有物理基礎(chǔ)的分布式水文模擬技術(shù)的應(yīng)用研究。利用GIS技術(shù)，根DEM自動提取各種水文地形特征，自動生成河網(wǎng)，結(jié)合傳統(tǒng)水文預(yù)報方法，進(jìn)行流域產(chǎn)匯流和河道匯流計算；在天氣雷達(dá)氣象信息服務(wù)系統(tǒng)提供的預(yù)報單元或網(wǎng)格單元雨預(yù)報產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，利用分布式水文模型，進(jìn)行洪水預(yù)報水文模擬計算。利用數(shù)字遙感數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)性的流域下墊面信息，修正模型參數(shù)和狀態(tài)變量值，提高洪水預(yù)報精度。

（3）考慮人類活動影響的洪水預(yù)報

在過去幾十年間，淮河流域興建了大量的水利灌溉或其他供水工程，淮河干流和支流特性發(fā)生了重大改變，水流特性受到影響。收集這些水利工程實時調(diào)度信息對洪水預(yù)報來說是重要的。為了獲得準(zhǔn)確和有效的洪水預(yù)報，收集和跟蹤人類活動具有重有意義。

四、結(jié)語

水文預(yù)報是防汛抗旱工作的第一個重要環(huán)節(jié)，及時準(zhǔn)確的水文預(yù)報是衡量水文服務(wù)質(zhì)量的重要標(biāo)志。水文預(yù)報作為淮河水文工作的一個重要組成部分，在過去的幾十年取得很大進(jìn)展，積累了豐富的經(jīng)驗。如今進(jìn)入信息多元化的高科技時代，水文預(yù)報方法研究應(yīng)致力于用觀測資料來替換過去模型中的概念性經(jīng)驗處理方法。隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)、測雨雷達(dá)和衛(wèi)星云圖技術(shù)應(yīng)用能力的大幅度提高以及數(shù)值方法和水文學(xué)理論的不斷進(jìn)步，淮河洪水預(yù)報將步入立足于傳統(tǒng)方法與基于下墊面地理信息的分布式流域水文模擬相結(jié)合，水文學(xué)與水力學(xué)相結(jié)合，水文氣象預(yù)報耦合的水文預(yù)報階段