探析中小河流洪水預(yù)報的難點與解決方案

亞力昆·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆 昌吉 831100)

探析中小河流洪水預(yù)報的難點與解決方案

亞力昆·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆 昌吉 831100)

文章對我國中小河流洪水的特點進行了分析，總結(jié)了中小河流洪水預(yù)報不同于大河流洪水預(yù)報的實施難點，闡述了能夠有效解決中小河流洪水預(yù)報問題的解決方案，研究了具體的解決方案—分布式水文模型，對分布式水文模型的建立過程、構(gòu)建模型的方法和分布式水文模型的具體構(gòu)架以及實際參數(shù)進行了探討，強調(diào)了分布式水文模型在我國現(xiàn)階段中小河流洪水預(yù)報體系建立落實過程中的關(guān)鍵性及可行性。

中小河流；洪水預(yù)報；難點；分布式水文模型；構(gòu)建方法

1 我國中小河流洪水特征與預(yù)報難點

1.1 我國中小河流洪水特征

與我國大河流洪水作比較，中小河流洪水存在其自身的獨有特征，主要體現(xiàn)在時空布局、形成原因、產(chǎn)生規(guī)程等各個層面上，總結(jié)起來有如下4點特征：①對于空間分布而言，我國中小河流的數(shù)量較多、分布的范疇較大，各個地區(qū)的地形地質(zhì)、氣候不一，從而使不同區(qū)域的水文條件不一[1]。②對于時間布局而言，我國中小河流洪水擁有季節(jié)性、時常性、突發(fā)性的特征，中小河流的洪水主要是在夏季發(fā)生，強降雨較嚴重的地區(qū)一般在夏季都會出現(xiàn)突發(fā)性的洪水災(zāi)害，嚴重影響了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展以及居民的日常生活。③對于形成原因而言，我國中小河流洪水產(chǎn)生的原因主要有自然形成原因以及人為形成原因，自然天氣以及區(qū)域地形地質(zhì)是中小河流洪水產(chǎn)生的自然原因[2]。人類對中小河流的過度開發(fā)利用而導(dǎo)致水土流失、環(huán)境污染等問題則是中小河流突發(fā)洪水的另一原因。④對于造成后果而言，中小河流所出現(xiàn)的洪水一般破壞性較強，對當?shù)鼐用瘛⒔?jīng)濟發(fā)展的影響較大，尤其對于山丘區(qū)域，一旦洪水突發(fā)一般會同時出現(xiàn)泥石流等災(zāi)害。

1.2 我國中小河流洪水預(yù)報的難點

具體難題有如下4點：①有關(guān)中小河流的數(shù)據(jù)資料較少，難以對中小河流洪水預(yù)報系統(tǒng)的制定作具體依據(jù)。②監(jiān)管測試點較少，站網(wǎng)缺乏高的精密度，即使在中小河流的相關(guān)領(lǐng)域設(shè)立監(jiān)管測試點，在對雨量的測試過程仍然會出現(xiàn)問題，對暴雨的強度、量度等方面的測試都無法達到標準，洪水預(yù)報的精密性不高[3]。③因為降雨的分布不平均，許多中小河流發(fā)生的洪水災(zāi)害會出現(xiàn)在河流的某段支流而不是河流的出口，所以對雨量進行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試工作就較難進行。并且中小河流洪水發(fā)生的持續(xù)時間較短，一般情況下所規(guī)定的“6小時報訊方式”難以有效實時地實施洪水預(yù)報。④在一般情況下，使用簡單方便的圖形或者模型，都是根據(jù)預(yù)報員的相關(guān)經(jīng)驗來實施的，在技術(shù)層面上很難有更深一層的探究，難以實現(xiàn)大范圍的推廣工作。而且把通用版的相關(guān)模型運用到具體的中小河流洪水預(yù)報當中，很難反映當前中小河流的實際情況，所預(yù)測的情況以及精度準確度不高[4]。

2 我國中小河流洪水預(yù)報的解決方案

2.1 分布式水文模型的構(gòu)建過程

在構(gòu)建分布式水文模型前，務(wù)必要認識與判定整個河流水文循環(huán)過程，明確該模型要具備哪些相關(guān)過程。

在明確水文循環(huán)過程的控制過程后，一項關(guān)鍵性的任務(wù)即是將相關(guān)的數(shù)字語言轉(zhuǎn)變?yōu)闉橛嬎銠C語言，換而言之即是編寫計算機運作編程，從而實現(xiàn)模型的開發(fā)工作[5]。組成水文循環(huán)過程的控制過程的數(shù)字語言或許簡易，或許繁雜，比如簡單的水量平衡模型，在實際的模型構(gòu)建過程中比較容易完成編寫程序的工作，又例如基于非線性偏微分方程的模型，其整個程序編寫過程就較為繁雜、難，需要運用數(shù)值分析的方法逐漸推進原方程，再將其轉(zhuǎn)化為恰當?shù)?、適合編寫的數(shù)字語言。待計算機程序編寫完成并經(jīng)過調(diào)試之后，適合當前中小河流洪水預(yù)報的水文模型就建立完成。一般情況下，一個水文模型的構(gòu)建過程都應(yīng)當具備模型參數(shù)確定以及驗證模塊的程序，其可以使用參數(shù)自動優(yōu)選算法或者人工調(diào)試率定模型來確定水文模型的參數(shù)，若水文模型的模型參數(shù)能夠確定并且經(jīng)過具體的驗證過程，則該模型就能夠投入正常的使用過程。但是，若水文模型不能夠通過該驗證過程，則務(wù)必要分析研究該模型可能出現(xiàn)的問題，再適當調(diào)整該模型的基本構(gòu)架或者模型參數(shù)。

2.2 分布式水文模型的構(gòu)建模型方法

分布式水文模型的構(gòu)建模型方法包括如下兩種：

1)采用數(shù)值分析方法，構(gòu)建相鄰網(wǎng)格單元間的聯(lián)系，比如SHE模型，可是該種方法所建立的模型構(gòu)架較為繁雜，運算步驟較多。

2)在單個網(wǎng)格單元中使用概念性的水文模型來推斷計算凈雨量，然后通過匯流演算的方法，最終計算出河流出口區(qū)域的面流量，例如SWAT模型，這種建模方法所構(gòu)建的模構(gòu)架較為簡單，而且運算過程簡易。

2.3 模型參數(shù)確定

分布式水文模型的參數(shù)是一個能夠展示河流區(qū)域斷面量以及氣候環(huán)境變換的數(shù)集，一般情況下，能夠用以確定分布式水文模型參數(shù)的方法有如下3種：

1)在網(wǎng)格單元當中使用概念性的模型，不更改原來模型的基本構(gòu)架以及參數(shù)，可是對于網(wǎng)格單元中的具體數(shù)據(jù)要依據(jù)實際的空間改變而隨之改變，而具體數(shù)據(jù)的確定則按照模型的空間信息圖來實施具體的運算過程。

2)重新設(shè)置網(wǎng)格單元當中模型的基本構(gòu)架以及參數(shù)，盡可能地使用或者重新設(shè)置能夠體現(xiàn)模型的空間情況、模型的物理性質(zhì)且運算簡易的數(shù)值。

3)把原來模型的具體參數(shù)與能夠簡單獲得的空間數(shù)值構(gòu)建起某種聯(lián)系，一般情況下會將以上兩種數(shù)值構(gòu)建成統(tǒng)計聯(lián)系，進而獲得分布式水文模型參數(shù)的實際運算方式。

2.4 分布式水文模型體系的分析研究、開發(fā)利用

根據(jù)中小河流洪水的特征、實際預(yù)測數(shù)據(jù)的高難度系數(shù)，若針對每一個中小河流洪水預(yù)報都研究開發(fā)一套符合其根本需求的分布式水文模型，這不單要使用較多的人力資源、經(jīng)費，而且這也不太符合實際的社會需求。

所以，如何處理分布式水文模型的可行性以及常用性問題，具體模型相關(guān)數(shù)據(jù)的取得、整理、測試管理問題，不同領(lǐng)域的運用以及研究分析等問題，都關(guān)乎到分布式水文模型是否能夠得到順利地分析研究、成功地開發(fā)利用、真正意義上實現(xiàn)其價值。所以，在國內(nèi)中小河流洪水預(yù)報工作中研究分析并開發(fā)利用的分布式水文模型不單單是一項簡單的水文模型，而是一項以數(shù)據(jù)庫為根本、運用眾多高科技技術(shù)、具有資源整合管理性能的分布式水文模型，其通過運用多種水文模塊在不同中小河流領(lǐng)域?qū)嵤┖樗A(yù)報工作。

3 結(jié) 語

在我國中小河流洪水預(yù)報系統(tǒng)建設(shè)的過程中，建立合適的水文模型，運用科學(xué)合理的模型方法，并且研究分析、開發(fā)利用水文模型，給予較為方便的模型預(yù)算方式以及指標，進而讓中小河流洪水預(yù)報的相關(guān)工作變得更加簡單、更加方便、更加廣泛，從而從本質(zhì)上解決我國中小河流洪水預(yù)報的難題，推動水文預(yù)報事業(yè)向更好、更快的方向發(fā)展。

[1]劉戰(zhàn)友,李蘭,朱燦,武見,代榮霞.分布式水文模型在洪水預(yù)報中的對比研究[J].水電能源科學(xué)，2006，24(02)：70-73.

[2]許繼軍,楊大文,蔡治國.分布式水文模型結(jié)合雷達測雨用于三峽區(qū)間的洪水預(yù)報[J].長江科學(xué)院院報，2007，24(06)：42-48

[3]趙智敏.分布式水文模型在洪水預(yù)報中的作用[J].才智，2009(22)：160.

[4]周照團,王英.商南縣中小河流防洪治理根本之初探[J].陜西水利，2009(04)：126-127.

[5]戴春子,蘇楓.中小河流防洪存在的問題及對策[J].河南水利與南水北調(diào)，2011(05)：47-48.

1007-7596(2014)03-0070-02

2013-07-31

亞力昆·馬合木提(1960-)，男，新疆和田人，高級工程師。

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