中長期水文統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法及應(yīng)用淺析

黃孝明 程永娟

【摘要】對水文環(huán)境而言，它所涵蓋的要素繁多且復(fù)雜，所以這就給中長期水文統(tǒng)計(jì)工作帶來了許多困難，本文希望采用多元化綜合性分析來合理取值，結(jié)合實(shí)際探討有關(guān)中長期水文預(yù)報(bào)的主要應(yīng)用方法，達(dá)到提高水文中長期統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)精度的的目的。

【關(guān)鍵詞】中長期水文統(tǒng)計(jì)；水文要素；預(yù)報(bào)方法；歷史演變法

客觀講，中長期水文預(yù)報(bào)是具有較長預(yù)見期的，它能夠解決防洪抗旱、蓄水棄水等工程問題，為水利企業(yè)獲得最大收益。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)與社會的高速發(fā)展，對水文預(yù)報(bào)所提出的要求也日益升高，所以如何做到準(zhǔn)確有效的、定性定量的中長期水文統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)是我國水文領(lǐng)域所必須面對的課題。

一、中長期水文統(tǒng)計(jì)方法——?dú)v史演變法

（一）基本思路探析

就目前技術(shù)來看，按照降雨、流量、水位等水文要素歷史演變規(guī)律來進(jìn)行中長期水文預(yù)測統(tǒng)計(jì)是比較常見的做法，其預(yù)見期可以長達(dá)幾年。它的基本預(yù)測起始點(diǎn)就是以某一個(gè)水文要素來在一段期間內(nèi)反映水文狀況的全面變化過程。如果將其反映到實(shí)際工作當(dāng)中，就是根據(jù)水文要素的實(shí)際歷史演變曲線來歸納水文規(guī)律。為此，本文總結(jié)歸納了歷史演變方法中的5點(diǎn)預(yù)測規(guī)律。

首先是持續(xù)性。持續(xù)性指代了水文要素在歷史變化中所呈現(xiàn)的升降規(guī)律和持久程度，本文以江西省景德鎮(zhèn)市為例，該區(qū)域1990-2015年主汛期雨量趨勢變化如圖1。

如圖1中的景德鎮(zhèn)市主汛期雨量變化趨勢所示，按照水文年雨量變化上升與下降趨勢，如果當(dāng)前雨量較前年雨量偏豐，一般后一年雨量會呈下降趨勢，而如果連續(xù)兩年上升，第三年則基本呈現(xiàn)下降趨勢。

其次是相似性。相似性指代了在歷時(shí)變化曲線中兩短時(shí)期的變化走勢存在相似之處，還以圖1為例，從2005～2010年間來看，它就與1992～1997年的演變趨勢是極其相似的，只是各年的量級均偏小，其表現(xiàn)規(guī)律可能為升—降—升—降—升，且表現(xiàn)為后一個(gè)峰值要高于前一個(gè)峰值。

第三是周期性，周期性在中長期的水文統(tǒng)計(jì)預(yù)測中并不嚴(yán)格，因?yàn)橹芷谛员旧碓跉v史變化中也是時(shí)刻變化的。但是在周期性中，這種變化應(yīng)該以某一段時(shí)期為節(jié)點(diǎn)而相互類似?；谥芷谛缘拈g隔期間規(guī)律應(yīng)該根據(jù)水文統(tǒng)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)和水文要素規(guī)律來適當(dāng)掌握，并作出有效的分析預(yù)報(bào)，所以圖1中也明確了這一點(diǎn)，那就是景德鎮(zhèn)地區(qū)每間隔12年左右地區(qū)水文變化都會出現(xiàn)一個(gè)峰谷值。

第四是最大值與最小值的可能性。在這一方面要明確任何水文要素在歷史中的具體變化趨勢。如果某一個(gè)水文要素其數(shù)值超出了其歷史變化的范圍，雖然其發(fā)生的可能性隨著年代的久遠(yuǎn)而越來越小，但依然不能忽略。所以這種在歷史變化中所出現(xiàn)的歷史變化范圍也被稱之為最大可能性。

最后是轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如果水文要素在整個(gè)歷史區(qū)間的變化在某一點(diǎn)非常明顯，那么在它其后的時(shí)期中就一定會出現(xiàn)新特征，它也被稱為是兩個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這里可以將這一轉(zhuǎn)折點(diǎn)視為是兩個(gè)歷史時(shí)期間的分割線。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，轉(zhuǎn)折點(diǎn)并不會經(jīng)常出現(xiàn)。圖1中景德鎮(zhèn)地區(qū)在2002～2005年間雨量起伏下降且在2005年達(dá)到極值后，2006年以后基本呈交替上升態(tài)勢，因此就該地區(qū)汛期雨量來看，2005年就是典型的水文周期轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

（二）分析預(yù)測應(yīng)用過程

客觀講，對水文要素歷史變化的分析最好經(jīng)過長期年份記錄，至少要在20年以上。這是因?yàn)橛行┧囊匾?guī)律變化是相當(dāng)不明顯的，只有通過中長期觀察預(yù)測才能提高預(yù)測結(jié)果的信度與效度。因此，本文給出了具體的分析預(yù)測過程。

第一，要進(jìn)行記錄整理。根據(jù)初始預(yù)測要求來制作曲線函數(shù)，其中橫坐標(biāo)表示年份，縱坐標(biāo)表示實(shí)測的水文要素?cái)?shù)值與歷史演變曲線平均值。在采用真實(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該計(jì)算出歷年平均的所需分析的水文要素，并將它們原本體現(xiàn)在歷史演變曲線上，這樣也能更直觀的看出各個(gè)要素值與均值之間的具體關(guān)系。

第二，要作出初步預(yù)測值。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)判斷出水文流量規(guī)律以后，就可以推算未來一年可能出現(xiàn)的變化數(shù)值。在實(shí)施這一過程中，一定要注意近些年歷史曲線的變化走勢，觀察哪兩個(gè)時(shí)期的曲線變化情況是相類似的，特別是對當(dāng)年的變化情況要格外注意。

第三，要作出校核預(yù)測值。相比與初步預(yù)測值，校核預(yù)測值所反映的是最近3～5年內(nèi)的水文演變趨勢及歷史曲線變化。而且校核預(yù)測值要求對比，發(fā)現(xiàn)曲線變化中的列外情況，最主要是看其相似區(qū)間是否較多，而且是否符合資料數(shù)據(jù)中所給出的歷史變化規(guī)律。

以上，歷史演變法所給出的要素分析演變曲線在對變化規(guī)律的分析上是相對較為全面的，而且它的分析原理簡單易懂，這也造成了其缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩繕?biāo)準(zhǔn)，所以預(yù)測可能會出現(xiàn)因人而異的情況。

二、中長期水文統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)的其它方法

除比較常見的歷史演變法之外，以周期均值疊加為基準(zhǔn)的預(yù)報(bào)方法同樣值得借鑒。它基于水文要素的時(shí)間疊加變化來判斷水文要素變化，并將其歸結(jié)為有限不同周期內(nèi)的周期波的重疊積累過程，它的主要數(shù)學(xué)模型如下：

在上述模型中， 表示水溫要素的基本序列， 表示第i個(gè)周期的周期波序列，而 表示數(shù)學(xué)模型中所存在的誤差項(xiàng)。依照此數(shù)學(xué)模型對水文要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測分析，識別其所含有的周期，就能根據(jù)周期預(yù)測區(qū)間來分析出具體的水文要素變化狀況。如果水文要素在周期預(yù)測期間內(nèi)保持不變，則可以將周期外延、疊加進(jìn)行新的預(yù)測分析，

這種方法就被稱為以周期均值疊加為基準(zhǔn)的預(yù)報(bào)方法。

總結(jié)：

本文所提出的兩種預(yù)測方法各有利弊，歷史演變法對于未來連續(xù)幾年水文要素的變化趨勢預(yù)測較為準(zhǔn)確，但單就某一年份預(yù)測則較難定性。模型預(yù)測中，由于誤差項(xiàng) 難以確定會對預(yù)報(bào)結(jié)果造成一定影響，水文要素的變化存在一定的規(guī)律，在日常中長期水文預(yù)報(bào)中，應(yīng)該基于地方水文要素歷史演變規(guī)律來實(shí)現(xiàn)預(yù)測過程，并對照變化規(guī)律來合理取值，同時(shí)做到對預(yù)測統(tǒng)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)的積累，才能使得中長期水文統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法更加科學(xué)，更精確。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鹿坤.淺談中長期水文預(yù)報(bào)方法[J].貴州水力發(fā)電，2004，18（2）：17-19.

[2] 寇軍.淺談中長期水文預(yù)報(bào)的方法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，（3）.

作者簡介：

黃孝明（1988年10月5），男，漢族，籍貫：江西都昌，本科學(xué)歷；研究方向：水文預(yù)報(bào)、水文勘測；任職江西省景德鎮(zhèn)市水文局。

程永娟（1988年9月10日），女，漢族，籍貫：山東海陽，本科學(xué)歷；研究方向：水文預(yù)報(bào)；任職江西省景德鎮(zhèn)市水文局。