科技论文发表无资料流域水文预报研究进展

所属栏目:智能科学技术论文 发布日期:2014-05-13 09:54 热度:

  水文预报研究方法一直在发生改变,从最早的经验公式到集总模型,到现阶段的分布式模型,水文预报研究变化中最大的共同点是对有资料流域进行研究,这些研究都是基于有资料、有经验的情况,建立模型来开展水文预报工作。

  摘要:文章首先对无资料流域水文预报、PUB计划进行了分析,重点探讨了PUB计划的研究进展,并对PUB计划研究发展进行展望,对今后水文学的发展具有一定的参考价值。

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  1无资料流域水文预报的概述

  在世界上还有较多无资料、无经验的流域,甚至随着环境、地质等条件的变化,原本有资料的流域因其历史资料的无效性,逐渐变成无资料流域,同时也提高了水文学家的研究难度。如何解决无资料流域的水文预报也是现阶段水文学家需要思考的问题,1965年首次提出国际水文十年计划,直到2003年由国际水文科学协会正式启动了第二次国际水文十年计划,此计划又叫做PUB计划,是指在今后十年间大力开展无资料流域的水文预报,对水文学的发展具有深远的意义。下面重点讲述了PUB计划的内容,结合以往PUB研究经验与进展,对PUB计划研究进行展望,这对水文学今后的发展有重要作用。

  2PUB计划

  以往常用的水文预报方法首先是了解到输出量、输入量资料,输出量包括河流流量、工农业用水、下游断面的污染物排放量等,输入量包括降雨、人类活动、上游断面的污染物排放量等,然后通过已知的输出量、输入量建立模型,运用较多的模型是降雨径流模型、水资源模型、水质模型等。根据输入来预报输出从而完成一整套水文预报,流域输入、输出、模型缺一不可,一旦这三者有任一环节存在未知,将无法实现水文预报。PUB计划就是基于无资料的情况下展开的水文预报计划,刚开始由于对水文系统、水文规律不太了解,主要还是依靠模型率定进行预报,随着水文模拟系统的不断完善和发展,模型率定使用度越来越低,可将现了解的水文规律运用到无资料流域中去,为解决无资料流域水文预报打下基础。为全面实现PUB计划目标,未来十年内对世界各种有资料的水文流域,并在野外对其进行观测,通过制定详细的科学研究方案,能够反映PUB计划的有效性。根据无资料示范流域,充分展示了资料、预报的不确定性,但二者间又存在密切的关联,气候、地表等特征可控制水文过程,借此提升无资料流域预报的能力。

  PUB计划任务如下,通过研究丰富现存的水文资料档案以及描述水文过程变异性的理论知识,提高水文模型模拟水文过程的技术能力,完善资料收集方法,建立更多功能、系统复杂、规范的水文模型。

  3PUB计划的研究进展

  3.1国内PUB计划的状况

  我国于20世纪60年代首次开展PUB,根据河川径流年内动态差异,对国内河流水文动态类型进行分类,将我国河流分为8大类,29个类型,38个亚型。后来我国又展开了大规模的水文调查,绘制了具有水文特征值的等值线图,为大多数无资料地区的水文预报打下了基础,同时也为我国资料较少的中、小型流域的设计洪水工作提供了便利。

  我国还有大量的PUB理论研究资料,1958年由国内原水利科学院水文研究所提出PUB推理公式,具有重要的指导作用。随后由中国科学院及地方院陆续推出了小流域暴雨洪峰流量计算、单位线地区的综合性研究等,1980年由王广德提出了单位线峰量、单位线滞时和净雨量间存在的非线性联系,同年研究出了地区单位线综合,使任一河流都有公式、数据可参考,国内各省都有符合自身特色的单位线参数,将它们集中收录到水文手册中,使相关水文预报资料得到丰富。

  3.2国际PUB计划的状况

  现阶段国际水文科学协会已成立PUB计划的科学顾问委员会、执行委员会,明确了协会主席,由一位美国水文学家与澳大利亚教授共同担任。目前世界上较多的水文研究小组均属国际水文科学协会征集,法国有研究以多尺度水文学和空间遥感的工作小组,美国有其地球物理学会共同发起的PUB计划工作小组,加拿大有专注研究Mackenzie河无资料流域预报问题的工作小组,德国无资料流域水文响应小组,中国现已成立7个相关水文研究的工作小组。

  常见的无资料流域预报研究方法有分解法,它是我国地区综合法中的一种,分解法是综合水文变量本身和流域下垫面特性间的联系,其原理建立在无资料流域上,找出一个无流域资料却又有着水文资料的大流域,假设大流域是该流域的比面积、地形指数等,分解法比较不适用于地表径流少的径流预报。还有一种方法是参数平均法,但其模拟的水文参数、率定参数确定性系数并没有太大的差异。

  3.3PUB计划的前沿研究

  PUB计划的研究方向是降低预报的不确定性,这个不确定性包括模型、输入空间的变异性等,同样也是PUB计划研究的重点。由于对模型结构的不确定性研究比较少,以往的思维模式使人们在研究模型的不确定性会比较局限,现在运用较多的研究方法有GLUE方法、贝叶斯统计推理模型等,前者基于模糊数学、热力学的熵焓概念,易于建立科学有效的水文模型不确定性评价体系,后者做出一系列主观的假设,是用于分析模型结构及其不确定性的重要手段。现阶段许多的无资料流域水文预报研究都是以参考变量、流量的特征值为依据,例如设计洪水、峰现时间等,但水文循环过程中还存在较多与之相关的重要元素,例如地表水、地下水、植被水、土壤水等,PUB十年计划有利于完善无资料流域的水文预报,找出各项水文特征值间的变化过程。随着气候变化、土地利用变化、土地植被变化等,随着生态环境的改变,水文过程也在改变当中,无资料流域水文过程的预报也显得极为迫切,是人们制定有效防御措施的必要手段。

  4结束语

  综上所述,现阶段PUB计划是一个挑战与机遇并存的机会,为提高无资料地区水循环变量的预报水平,大力推进模型预报不确定性的研究有着积极的作用,对人类水文学的发展提供了重要的参考依据。

  参考文献

  [1]李红霞.无径流资料流域的水文预报研究[D].大连理工大学,2009.

  [2]李红霞,张新华,张永强,黎小东,敖天其.缺资料流域水文模型参数区域化研究进展[J].水文,2011(3).

  [3]刘苏峡,刘昌明,赵卫民.无测站流域水文预测(PUB)的研究方法[J].地理科学进展,2010(11).

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