中小河流洪水預報的難點與解決方案

張凡

摘 要：中小河流與大江大河有著明顯的差異，因此，其洪水預報也有所不同。因此，本文對我國中小河流洪水預報的難點以及相應的解決方案進行了深入的探索和研究。首先，本文對中小河流洪水預報的鮮明特征進行了概述；其次，對于中小河流洪水預報過程中面臨的難點和困難進行了深入的分析；最后，從加大對數(shù)據(jù)資料收集、構(gòu)建監(jiān)測點以及建立完善的分布式水文模型3個方面提出了中小河流洪水預報的有效策略，以希望能夠有效解決中小河流洪水預報過程中面臨的難點，并對水文預報工作起到積極的推動作用。

關(guān)鍵詞：中小河流 洪水預報 難點 解決方案

中圖分類號：TV122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（c）-0-03

我國的疆土非常遼闊，各個地區(qū)在地形地貌水質(zhì)以及氣候條件等各方面均存在著非常大的差異性。因此，截止到目前為止，我國對于中小河流還尚未形成明確的、統(tǒng)一的定義和標準。在本文中我們引用了《江河流域規(guī)劃編制規(guī)范》中的相關(guān)定義和標準，認為流域面積在3000km2以下的河流被定義為中小河流。所以，據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計顯示，我國的中小河流數(shù)量非常多，其中大部分中小河流的流域面積均處于100～1000km2這個區(qū)間內(nèi)。長時間以來，我國中小河流發(fā)生洪水災害的現(xiàn)象非常普遍，造成的損失高達70%以上，對于人民群眾的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴重的威脅。

在我國開展防洪減災工作過程中，中小河流洪水預報是其中一項不可或缺的重要組成工作內(nèi)容，實施過程中也面臨著諸多的困難和挑戰(zhàn)。與大江大河流相比較而言，中小河流構(gòu)建的防洪體系缺乏完善性和科學性。更為嚴重的是，部分中小河流甚至尚未設立防洪標準。現(xiàn)階段，隨著全球溫室效應日益趨于嚴重化，全球氣溫處于不斷上升的趨勢中，極端天氣發(fā)生的概率逐漸增加，我國各個地方中小河流洪災頻繁發(fā)生。因此，在如此嚴峻的形式背景下，對于我國中小河流洪水的分布特點、形成的機制等方面內(nèi)容進行有效的調(diào)控和研究，構(gòu)建完善的、科學的中小河流洪水預報體系具有至關(guān)重要的意義所在，這也將會對我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，使得國家和人民的生命和財產(chǎn)安全得到重要保障的重大舉措之一。

1 中小河流洪水特征分析

我國的中小河流的特征主要體現(xiàn)在以下幾個方面，主要包括中小河流的形成過程、形成的原因以及空間分布等方面，以下將對中小河流這幾方面的特征進行詳細的分析。

1.1 空間分布

從中小河流空間分布的角度來看，我國中小河流分布的范圍非常廣泛，覆蓋范圍龐大，中小河流的數(shù)量非常多，各個地域的氣候條件、地形地貌等存在著明顯的差異性，從而導致不同地區(qū)中小河流的水文氣象也存在著各自鮮明的特征。

1.2 時間分布

通過實踐調(diào)查后，可將我國中小河流洪水的特征概括歸納為以下3項，即突發(fā)性、季節(jié)性以及頻發(fā)性。在我國，中小河流發(fā)生的季節(jié)主要集中于夏季，一般情況下，如果某個地區(qū)出現(xiàn)強降水的情況，那么其突發(fā)性發(fā)生洪水的概率將會得到顯著地提升；同時，受到各個地區(qū)季節(jié)差異性的影響，當某些流域處于春季末尾或者秋季初始階段時也將會出現(xiàn)洪水的可能性。

1.3 成因方面

我國中小河流發(fā)生洪水的原因主要可以歸結(jié)為人為因素和自然因素兩大方面。第一，當某個流域出現(xiàn)強降雨時，同時如果該地地形地貌具有陡峻的特征，那么將會極大可能導致該地區(qū)出現(xiàn)中小河流洪水突發(fā)；第二，現(xiàn)階段，人們對于自然環(huán)境的開發(fā)和利用呈現(xiàn)出缺乏科學性和合理性的趨勢，從而導致我國大部分地區(qū)的森林覆蓋率出現(xiàn)了明顯的下降，自然環(huán)境遭到了嚴重的破壞，在這種情形下，各類生態(tài)環(huán)境問題開始逐漸顯現(xiàn)出來，如水土流失、土壤破壞等，更為嚴重的導致中小河流河道開始被侵占，從而導致河道開始逐漸縮小，這些都成為中小河流洪水頻發(fā)的主要誘因。

1.4 過程方面

一般情況下，中小河流洪水持續(xù)的時間往往在6h以內(nèi)，流速往往較快，洪水的強度極大，帶來的危害和影響非常深遠。同時，在洪水發(fā)生過程中，往往會伴隨著強降雨，在某些山丘的地區(qū)，甚至會可能發(fā)生泥石流和山體滑坡，這對于人民的生命和財產(chǎn)將會帶來嚴重的威脅。

正是由于我國中小河流洪水具有以上幾方面鮮明的特征，因此，這也就充分表明了中小河流預防洪水工作的重要性是無可替代的。通過對我國目前總體的中小河流防洪工作的情況進行分析，可知各項工作在實施開展過程中仍然存在著諸多的困難和挑戰(zhàn)，這對于中小河流防洪工作的順利實施和開展帶來了嚴重的威脅。

2 中小河流洪水預報的難點分析

目前，我國的水文預報的方法非常繁多，但是這些方法普遍缺乏實用性特征，從而導致中小河流洪水預報無法達到預期的效果。例如，尚未構(gòu)建健全的、完善的洪水預報方案，中小河流洪水預報缺乏精確度等，這些是中小河流洪水預報過程中普遍存在的問題。同時，截止到目前為止，我國還尚未出臺有關(guān)于水文預報的統(tǒng)一標準，這些問題和難點導致中小河流洪水預報面臨著一個較大的瓶頸。由于中小河流與大江大河存在著明顯的差異性，從而導致其洪水預報與大江大河洪水預報的思路存在著明顯而言?？傊?，中小河流洪水預報過程中的難點主要可以歸納為以下幾個方面。

2.1 中小河流洪水預報嚴重缺乏數(shù)據(jù)信息和監(jiān)管測試點

從目前的實際情況來看，在我國中小河流洪水預報方面，我國嚴重缺乏有效的數(shù)據(jù)信息等相關(guān)資料，這就導致我國中小河流洪水預報系統(tǒng)缺乏必要的、有效的參考依據(jù)，導致構(gòu)建的洪水預報監(jiān)測系統(tǒng)缺乏完善性和科學性。除此之外，我國嚴重缺少中小河流監(jiān)管測試點，并且精確度往往處于較低的水平，這就導致監(jiān)管測試點在對降雨進行監(jiān)測的過程中會呈現(xiàn)出某些嚴重的問題，如無法準確、有效地把握降雨的等級和降雨量，導致構(gòu)建的洪水預報系統(tǒng)的精密度較低。

2.2 雨洪與洪水預報兩者之間缺乏平衡性

目前，在中小河流洪水預報過程中，最主要的方法是采取統(tǒng)計學中的相關(guān)圖以及統(tǒng)計模型進行監(jiān)測。在這種預報方式下，洪水預報的效果與預報員自身的經(jīng)驗之間有著密不可分的聯(lián)系，并且在技術(shù)上也會存在著較大的難度，從而在實際推廣過程中將會面臨著極大的困難和挑戰(zhàn)。同時，在中小河流洪水預報過程中應用統(tǒng)計模型，導致該預報方式缺乏針對性和有效性，并沒有真正的考慮到中小河流洪水的實際特征，從而預報的精度無法滿足實際的要求。

2.3 暴雨時空分布存在著不平衡性

通過實踐調(diào)查可知，一般情況下，中小河流洪水主要發(fā)生于流域的小支流中，而發(fā)生在流域出口位置的可能性較小。因此，這就導致預測中小河流洪水的預測難度大大提升。同時，由于中小河流發(fā)生洪水具有時間段短的特征，水文預報無法及時的進行預報，這對于洪水應急措施制定帶來了嚴重的影響，提高了中小河流發(fā)生洪水的概率。

2.4 中小河流洪水預報的范圍有限

目前，大部分的中小河流洪水預報主要針對的是對重要支流的主要斷面洪峰流量以及峰現(xiàn)的時間進行預報，但是對于其他支流往往無法通過洪水預報的方式進行。在這種情形下，這就導致洪水預報的峰值往往較小，與實際的洪水峰值流量存在著嚴重的不符，從而無法達到洪水預防的目的。

2.5 中小型水庫無法滿足洪水預報的實際需求

目前，在中小河流上建立的水庫大部分為中小型水庫，中小型水庫泄洪的能力往往有限。在這種情形下，如果中小河流發(fā)生洪水的情況下，中小型水庫將無法滿足洪水預報的實際需求，從而對于中小河流洪水預報帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

3 解決中小河流洪水預報中難點的有效策略

3.1 構(gòu)建分布式的水文模型

一般情況下，常規(guī)的文氣象模型主要是用來預報中小河流洪水的主要方式，但是，由于在實際中小河流洪水預報過程中，其有異于大江大河的特點以及采用常規(guī)預報方法過程中存在著諸多問題和難點，在這種情形下，在實際中小河流洪水預報過程中積極開發(fā)新的技術(shù)和新的模型進行預測勢在必行，從而促進洪水預報的精確度可以顯著提升，這也是未來中小河流洪水預報的未來發(fā)展方向。因此，為了能夠有效解決中小河流預報過程中面臨的問題和難點，促進洪水預報精確度的顯著提升，預報人員應該積極深入研究和分析新的技術(shù)和新的模型，將其運用于中小河流洪水預報中，充分、全面地考慮中小河流洪水預報的實際需求，構(gòu)建新的水文氣象分布式模型。在模型構(gòu)建過程中，主要可以分為以下兩個步驟實施：第一，需要準確、深入地了解中小河流的實際特征，充分掌握中小河流水循環(huán)的過程中，收集完整的資料和數(shù)據(jù)作為模型構(gòu)建的基礎和前提。第二，根據(jù)分析所得的結(jié)論，選擇合適的模型進行設計和分析。

在深入、全面地掌握中小河流自身的實際特點的前提下，預報人員根據(jù)需要分析的中小河流的實際數(shù)據(jù)對于模型中各項參數(shù)進行相應的調(diào)整，從而盡最大限度發(fā)揮其在洪水預報過程中的作用。分布式的水文預報模型是建立在數(shù)據(jù)庫的基礎上的，并且將GIS/RS、集成資源管理以及決策等方面功能進行有效的整合和統(tǒng)一，充分發(fā)揮該模型的優(yōu)勢和作用，該模型最為鮮明的特征在于其具有較好的專業(yè)型、擴展性以及較高的模擬能力水平，能夠?qū)χ行『恿鞯暮樗M行仿真模擬，具有較高的靈活性特征，這就大大提高了中小河流洪水預報的實用性和簡單性等特征。

以下將對分布式水文模型的構(gòu)建方法、參數(shù)確定等方面內(nèi)容進行詳細的分析：第一，分布式水文模型構(gòu)建的方法方面，模型構(gòu)建方法主要可以分為數(shù)值分析和網(wǎng)格單元兩種方式。數(shù)值方法主要是指在相鄰的網(wǎng)格單元間構(gòu)建相應的聯(lián)系，例如：SHE模型就是其中非常典型的模型之一，但是數(shù)值分析模型最大的缺陷在于其運算的環(huán)節(jié)和步驟較為繁雜。另一種方法就是在單個網(wǎng)格中使用概念性的水文模型來對凈雨量進行相應的推算，然后再采取匯流鹽酸的方式計算得到中小河流出口位置上的面流量，其中SWAT模型就是基于該原理的，該模型的最大特征在于其模型的架構(gòu)較為簡單，并且運算過程較為簡便。第二，模型參數(shù)的確定。分布式水文模型中的參數(shù)的最大作用在于其能夠充分展示河流區(qū)域斷面量以及氣候環(huán)境變化的相應數(shù)集。在對分布式水文模型中的參數(shù)進行確定過程中，主要采取以下3種方式：一是對于原來模型中的參數(shù)以及架構(gòu)等不作更改，根據(jù)實際情況下的空間變換對于模型中的參數(shù)進行相應的改變，并且按照空間信息圖來實現(xiàn)相應的計算過程。二是對于分布式水文模型的架構(gòu)以及相應的參數(shù)進行重新的設置，使得其能夠充分體現(xiàn)出空間的實際情況。三是將原來模型中的參數(shù)與實際獲得相關(guān)數(shù)據(jù)搭建起聯(lián)系，從而得到分布式水文模型參數(shù)相應的計算方法。

3.2 做好中小河流洪水預報等相關(guān)數(shù)據(jù)的收集和整理工作

通過上面的分析可知，中小河流洪水預報過程中面臨著非常嚴重的缺乏有效數(shù)據(jù)的問題，這就導致在中小河流洪水預報過程中嚴重缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐，從而對于中小河流洪水預報工作的順利實施和開展帶來了嚴重的影響。因此，針對該問題，在今后實際工作開展過程中，必須要加大對數(shù)據(jù)收集和整體工作的重視程度，充分發(fā)揮計算機科學等技術(shù)的優(yōu)勢和作用，建立完善的洪水預報數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用來儲存中小河流洪水的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，為模型構(gòu)建過程中提供有力的支撐。另一方面，為了使得數(shù)據(jù)的精確度可以得到有效的保障，針對當前大部分監(jiān)測站點的設備較為落后、精確度較低這一現(xiàn)象，必須及時更新相應的機器和設備，提高監(jiān)測設備的精確度實時對中小河流水文變化的實際情況進行監(jiān)測和分析。

由于中小河流洪水具有時間持續(xù)性較短的特征，因此，在對中小河流洪水進行實際監(jiān)測過程中，必須要保證監(jiān)測工作的動態(tài)性特征，保證其中各個環(huán)節(jié)能夠穩(wěn)定的、正常的實施，對于存在的危險要及時排查并采取有效的應急措施加以改正。

4 結(jié)語

在我國中小河流洪水預報系統(tǒng)構(gòu)建過程中，通過采用科學的、合理的模型方法，緊密結(jié)合中小河流的實際特點，選定相應的計算方式，構(gòu)建與實際情況相吻合的水文模型，同時，通過對水文模型進行深入的、全面的研究分析，從而將原本復雜的中小河流洪水預報工作變得簡單化，廣泛推廣到實際的中小河流洪水預報工作中，提高中小河流洪水預報的精確度，有效解決洪水預報過程中遇到的各種難點和問題，在保障人民生命財產(chǎn)安全的同時，促使我國水文預報工作朝著更明確的方向發(fā)展。

參考文獻

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