加快水文預(yù)報(bào)不確定研究 實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)與決策耦合

崔紅波

摘 要：洪水災(zāi)害是各種自然災(zāi)害中危害性較大的一種，世界上很多國家每年都會(huì)受到不同程度的洪水災(zāi)害的威脅，這給人們的日常生活及社會(huì)的正?；顒?dòng)帶來了很大的威脅，每次洪水災(zāi)害都會(huì)使國家承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。上個(gè)世紀(jì)六十年代，先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)及方法開始應(yīng)用于水文預(yù)報(bào)工作，并在其中起到了巨大的促進(jìn)作用，在一定程度上提高了水文預(yù)測的準(zhǔn)確性，延長了預(yù)見期，降低了防洪減災(zāi)工作的難度。文章旨在針對(duì)目前水文預(yù)報(bào)不確定性進(jìn)行研究，希望可以提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)與決策耦合。

關(guān)鍵詞：水文；洪水；災(zāi)害；預(yù)報(bào)

由于洪水災(zāi)害是自然災(zāi)害，不是人力所能控制的，尤其是突發(fā)性的暴雨洪水，確定性的水文預(yù)報(bào)不能為人們提供準(zhǔn)備的精確的情況，預(yù)見期也不充足，更是達(dá)不到防洪減災(zāi)工作對(duì)風(fēng)險(xiǎn)信息的要求。水文預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的原因有很多：理論不足，水文模型有缺陷、計(jì)算不準(zhǔn)確等。洪水災(zāi)害的發(fā)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，氣象因素與地理因素都是其發(fā)生的誘導(dǎo)因素，水文的預(yù)報(bào)中融合了水文、氣象等多方面的因素，還運(yùn)用了很多概念意義上水文模型及參數(shù)，需要水文專家對(duì)輸入信息和輸入信息等進(jìn)行分析、判斷，這些復(fù)雜的因素都使水文預(yù)報(bào)具有不準(zhǔn)確性，并且一直制約著防洪決策工作的正確性。實(shí)踐證明，水文預(yù)報(bào)對(duì)于防洪減災(zāi)的工作決策有重要意義。第一代洪水預(yù)測系統(tǒng)出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)六十年代，該預(yù)報(bào)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī)洪水作業(yè)預(yù)報(bào)的功能；在上個(gè)世紀(jì)八十年代，洪水預(yù)測領(lǐng)域提高了一個(gè)層次，將自動(dòng)控制理論實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)技術(shù)引入進(jìn)來并且進(jìn)行了融合，實(shí)現(xiàn)了洪水預(yù)報(bào)的自動(dòng)實(shí)時(shí)校正。水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)一直在變革、創(chuàng)新，由此可見加強(qiáng)水文預(yù)報(bào)不確定研究以實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)與決策耦合的重要性。作者將在下文中結(jié)合自己幾年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)加強(qiáng)水文預(yù)測不確定性研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行探究，有不足之處，還請(qǐng)指教。

1 對(duì)水文預(yù)報(bào)不確定性的來源及分類進(jìn)行分析

1.1 水文現(xiàn)象具有模糊性和不確定性

水文現(xiàn)象的形成是一個(gè)漫長而復(fù)雜的過程，在形成的過程中會(huì)受到初始條件、噪聲干擾以及其他不可預(yù)見的的因素所影響，因此，或多或少都會(huì)呈現(xiàn)出一定的模糊性和不確定性，這也是水文預(yù)報(bào)不確定性的根本原因之一。

1.2 水文模型的結(jié)構(gòu)存在問題

水文模式在水文研究和預(yù)報(bào)中起到重要的作用，是研究自然規(guī)律和解決水文問題的重要工具，一般分為三類：系統(tǒng)模型、概念模型以及物理模型。每種模型的作用都是為了對(duì)復(fù)雜的水文物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和研究，通過新理論和的新方法指導(dǎo)，最終達(dá)到消除水文預(yù)報(bào)誤差的目的。然而，實(shí)際情況時(shí)無論哪種水文模型在結(jié)構(gòu)上都會(huì)有一定的誤差，其精度與實(shí)際防洪要的差距仍然很大。

1.3 模型參數(shù)的優(yōu)選誤差

水文研究中的模型既有一定的物理意義又有其推理化的成分，因此，很多模型都需要由實(shí)測資料通過參數(shù)優(yōu)選得到。在挑選的過程中涉及到優(yōu)選方法的選擇、目標(biāo)函數(shù)的確定等，這也就增加了模型參數(shù)的優(yōu)選誤差。

1.4 模型不確定性輸入的誤差

水文預(yù)測的精度受到預(yù)見期內(nèi)的降水的影響，并且影響的程度隨著預(yù)見期的增長而變大。自上個(gè)世紀(jì)七十年代美國氣象局最早提出概率降水至今，很多水文科研工作者對(duì)定量降水預(yù)報(bào)進(jìn)行了深入的研究，提出了雷達(dá)測雨、云降水模型等方法。然而由于中小尺度降水的資料有限，很多研究還停留在提出假設(shè)的層面，并沒有全面的認(rèn)識(shí)降水形成的物理過程，這就導(dǎo)致定量降水預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性不高，以此為輸入的水文預(yù)報(bào)結(jié)果必然也就不準(zhǔn)。

2 水文預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確性的來源

2.1 水文現(xiàn)象自身具有不確定性

水文現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜而漫長的形成過程，在該過程中會(huì)受到很多因素的影響，因此，水文現(xiàn)象一直都處于模糊、不確定的狀態(tài)，按照水文現(xiàn)象的形態(tài)可以將其分為隨機(jī)不確定性和模糊不確定性。

2.2 水文模型具有不確定性

水文模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)是相輔相成、缺一不可的，分別對(duì)水文模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的誤差進(jìn)行量化是不可能實(shí)現(xiàn)的，也是沒有意義的，因此，將水文模型結(jié)構(gòu)的誤差和參數(shù)優(yōu)選的誤差統(tǒng)稱為水文模型的不確定性。

2.3 輸入信息的不確定性

水文模型的輸入分為兩種類型：確定性輸入和不確定性輸入，確定性的輸入在水文預(yù)報(bào)時(shí)是時(shí)刻被我們所掌握的，不確定輸入指的就是指定量降水預(yù)報(bào)，由此導(dǎo)致的水文預(yù)報(bào)不確定性稱之為定量降水預(yù)報(bào)不確定性。

3 對(duì)水文預(yù)報(bào)不確定性的進(jìn)展進(jìn)行研究

3.1 水文現(xiàn)象不確定性的研究進(jìn)展

目前對(duì)水文現(xiàn)象不確定性的研究方法主要分為隨機(jī)水文學(xué)和模糊水文學(xué)兩種。對(duì)文學(xué)現(xiàn)象的不確定性研究主要是為了了解水文現(xiàn)象的變化規(guī)律以研制更準(zhǔn)確的模型用來研究水文現(xiàn)象的隨機(jī)性、模糊性以及確定性，進(jìn)而從根本上解決水文現(xiàn)象確定性、隨機(jī)性以及模糊性之間的問題。水文現(xiàn)象是一種自然現(xiàn)象，是極為復(fù)雜的，要想精確的研究出其規(guī)律，對(duì)其現(xiàn)象解釋是非常難的，因此，隨機(jī)水文學(xué)就是巧妙的將隨機(jī)數(shù)學(xué)理論與實(shí)際的水文物理現(xiàn)象進(jìn)行融合，這就是所謂的水文現(xiàn)象的不確定性；目前很多水文水資源系統(tǒng)中的概念還沒有確定，對(duì)立的概念之間存在一定的過渡階段，這些問題都體現(xiàn)出了水文現(xiàn)象的模糊性。

3.2 概率水文預(yù)報(bào)的研究進(jìn)展

概率水文預(yù)報(bào)指的是利用一切可以利用的資源對(duì)水文預(yù)報(bào)的不確定性以概率分布的形式定量表達(dá)。隨著二十一世紀(jì)以來計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，水文預(yù)報(bào)領(lǐng)域也充分對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和新方法進(jìn)行應(yīng)用，使得概率水文預(yù)報(bào)有很好的發(fā)展空間和前景。概率水文預(yù)報(bào)的形式是水文預(yù)報(bào)發(fā)展的必然結(jié)果，該預(yù)報(bào)形式靈活多樣，可以很好的解決水文模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)優(yōu)化方面的問題，還可以利用卡爾曼濾波法等對(duì)模型輸出的結(jié)果進(jìn)行后續(xù)處理。

3.3 概率水文預(yù)報(bào)的潛在優(yōu)點(diǎn)

隨著我國科技水平不斷發(fā)展，概率水文預(yù)報(bào)必將成為水文預(yù)報(bào)的主要形式以及水文決策的重要依據(jù)，對(duì)我國防洪救災(zāi)工作有重要的意義。其潛在優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，概率水文預(yù)報(bào)與確定性的水文預(yù)報(bào)更加真實(shí)、科學(xué)、可靠，它將水文現(xiàn)象的不確定性融入其中并且對(duì)其進(jìn)行了描述；其次，概率水文預(yù)報(bào)可以對(duì)洪水觀測的調(diào)整、洪水預(yù)報(bào)以及警報(bào)的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整起到一定的作用；再次，概率水文預(yù)報(bào)可以為有關(guān)部門的防洪減災(zāi)工作決策提供必要的信息，使決策部門可以將可能存在的風(fēng)險(xiǎn)提前把握；最后就是概率水文決策能夠?qū)崿F(xiàn)水文預(yù)報(bào)與決策過程的耦合，將最終的決策權(quán)交給決策者。

4 結(jié)束語

通過上文的論述，我們可以清晰的認(rèn)識(shí)到當(dāng)前我國的水文預(yù)報(bào)工作存在的問題以及加快水文預(yù)報(bào)不確定研究以實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)與決策耦合的重要性。近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也逐漸提高，對(duì)防洪決策風(fēng)險(xiǎn)信息的需求也不斷增強(qiáng)，這使我國的水文預(yù)報(bào)工作承受巨大的壓力、面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一系列的問題，我們廣大水文預(yù)報(bào)研究工作者一定要加強(qiáng)對(duì)水文機(jī)理的研究，盡可能的減少水文模型及參數(shù)的不確定性，此外，還要充分的利用天氣預(yù)報(bào)、雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行定量降水預(yù)報(bào)。我們完全有理由相信，天道酬勤，只要我們廣大水文預(yù)報(bào)工作者恪盡職守、無私奉獻(xiàn)，對(duì)加快水文預(yù)報(bào)不確定性進(jìn)行研究，促進(jìn)水文預(yù)報(bào)與決策耦合，一定能夠在最大程度上促進(jìn)我國防洪減災(zāi)工作的進(jìn)行。

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