摘要：目前中小河流的洪水预报工作受站点、资料等多方面影响，预报精度普遍不高，已成为水文预报工作发展的一个瓶颈，也是其成长关键点。本文对云南省中小河流区域洪水预报工作的特点和难点进行剖析，梳理了中小河流洪水预报工作的思路、模型以及措施，在部分中小河流流域进行了分布水文模型洪水预警预报的相关实验研究，并对今后云南省中小河流洪水预报工作提出了自己的想法。
关键词：分布式水文模型；云南省；中小河流；洪水预报
云南省地处云贵高原，山地高原占全省总面积的94%，众多河流遍布其间。受地形地势、气候更替和人类活动影响，山丘地区经常会发生暴雨导致的洪水灾害，从而造成严重的经济人员损失，尤其是中小河流区域内暴雨导致的洪水更容易发生。近年来中小河流暴雨导致的洪水灾害已经成为人员伤亡的首要灾害类型，严重制约了云南省社会经济的可持续发展。因此，及时进行科学的中小河流暴雨洪水预警预报，对帮助山丘地区的人民保证其生命、财产安全有着极为重要并且不可替代的意义，更是目前中小河流区域最现实、可行的避免灾害非工程办法之一。
一、云南省中小河流洪水预报工作的现状与难点分析
随着云南省中小河流水文监测系统项目的建设完成，各水文、水位以及雨量站已逐步投入运行。为切实发挥这些中小河流水文站点的洪水预警预报功能，云南省水文水资源局组织编制了210条重点中小河流217个断面的洪水预报预警工作方案，依托《中国洪水预报系统》分别建立了每个断面对应的洪水预报模型。目前采用的主要是三水源新安江模型、BP神经网络以及VIC分布式产流+ UH_B地貌单位线汇流三种方法。受限于雨量站点的代表性、资料年限以及水利工程的调蓄影响，预报精度普遍不高，尤其是人类社会活动对自然产汇流的影响逐年加大，导致洪峰洪量的拟合效果也较差，所以在定量预报不易完成的情况下，如何最大性质的发挥定性预报的作用也是我们需要研究的。
目前有关中小河流的洪水预报工作已成为水文预报工作发展的某种瓶颈，也是其成长关键点。中小河流洪水的数量多、突发性强、成灾快、预见期短等特点注定了其洪水预报不能简单的照搬大江大河相关洪水预报的方法措施。云南省中小河流洪水预报的技术难点可概括为以下几个方面。
（1）受历史站网密度不足影响，中小河流流域内几乎没有相应的水文站点，无系列可用的水文资料，多属无资料地区，对各类预报模型的参数定制，尤其是传统集总式水文模型如新安江模型的建立有着致命影响。
（2）中小河流一般地处山丘区，受地形地势限制，站网密度不均。即使目前雨量站点的布设已较密集，但其在中小河流区域内的代表性和面雨量的计算方面也存在各种问题。尤其是近年来单点暴雨频发，而对于这些单点暴雨的相应气象预报无法满足水文预报的实际要求。
（3）中小河流洪水与降水对应关系极为明显。受降水不均影响，中小河流洪水发生地点变化无常，经常会出现某个小支流或某一段区域内局部洪水而非主流的出口或入口，加之中小河流洪水多呈陡涨陡落的山区性洪水特性，其产汇流历时极短，几个小时甚至一个小时内就完成一次洪水涨落过程，因此很难被预知，惯例水文六小时报汛的方法是无法有效及时对洪水灾害进行科学有用的预报的[1]。
（4）目前的预报工作中，无论使用哪种方法，都离不开预报人员对预报对象的熟悉掌握和丰富的工作经验。这就导致中小河流洪水预报工作无法形成一个统一的技术要求和预报方法，而对人员固定的要求较高，一旦出现人员变动就会对预报工作的连续性产生极大影响。同时，因没有专用于中小河流的洪水预报方法，在预报工作中都是将现有通用的水文模型或者是集总模型直接作用在这些中小河流的洪水预报中，缺少针对性，其模型参数多为移用甚至套用经验参数，不能够有效适应中小河流的洪水特征，故其预见期和预报精度均难以满足实际需求。
由上可知，虽然现在的水文预报方法很多，但在中小河流流域洪水的预报应用中却难以取得良好的效果。随着计算机、3S技术的发展成熟，流域网格内的下垫面信息逐渐可通过计算机自动获取，结合建立分布式的水文模型，将会有效解决中小河流洪水预报工作中存在的各项问题。
二、分布式水文模型的定义简介
分布式流域水文模型主要思路是将流域逐步分开，分为几条网格，针对各个网格输入对应的不同降雨，根据每个网格中的土壤、植被以及高程等不同形式，也就是不同的下垫面条件，对各个网格选择不一样的产流计算参数来进行核算，从而知道其产流量；经过和相邻网格的高程进行比较从而断定每个网格的流向。再依据每个网格的糙率、比降以及土壤状况等来计算其相应的汇流参数，将其径流推演至流域出口断面，从而了解到流域出口断面径流的整个过程。分布式流域水文模型的参数需要根据很多实际情况来制定，例如地貌数据、地势数据以及历史洪水实际数据资料等等。
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三、建立分布式水文模型的方法探究
分布式水文模型的建立是一项系统工程。主要应包括流域网格划分、下垫面信息自动获取、计算机程序编写、水文过程模拟、参数定制、模型验证及评价等几个步骤及模块。建立过程中一定要注意各个节点连接之间的统筹规划，做好各项前期准备工作。
（一）建立分布式水文模型的具体流程
在建立模型之前，其实分布式水文模型也同其他水文模型一样，一般都是遵循着水文模型的建模步骤。但在建之前，一定要对流域水文循环的过程有一个明确的了解和判断，就比如说如果是在头脑中勾画出模型的蓝图，首先就必须要确定这个模型中要包括哪些主要的水文过程，在确定了之后，就要知道这些过程要以什么样的方式来表达，比如在这个模型当中到底要不要加入融雪模块？流域的产流模式是蓄满产流还是超渗产流？因此，勾画模型的蓝图就一定需要建模者对其有足够的认识，包括经验、数据资料的整合情况以及对研究区的确切认识，也就是说建模者一定要能熟悉掌握整个水文循环过程，否则就会影响到模型模拟水文过程的拟合程度以及合理性。
要实现对水文过程进行定量模拟的目的，就需要确定各个关于水文过程的控制方案，并且还要实现模型从自然语言到数学语言的转换。但是，在这里有一点需要注意，就是在表达水文过程的数学方程时，首先就要知道其相关的假设与前提，然后再确定这个模型的适用范围[2]。在明确对水文过程的方案以后，就要把数学语言转换为计算机语言，也就是进行计算机程序编写和模型开发。
（二）分布式水文模型的建立方式
分布式水文模型一般采用2类建立的方法：
（1）运用数据分析帮助建立相邻网格模块单元间的时空关系，就好比SHE类型的模型等。不过其中的结构往往相对复杂，有着很繁琐的计算量。
（2）第二种方法是在每个网格模块（或者是中小河流的子流域）中运用以往的概念性的模型来推求净雨，然后再把它们都汇流在一起进行演算，最后求得出口断面流量，如SWAT、TOPMODEL模型，也被称做半分布式水文模型，它们没有繁琐的计算数量，其结构也相对简单。
（三）分布式水文模型的模块开发
中小河流区域分布差异变化巨大，而水文实测数据需年限累积，这就对分布式模型在中小河流的通用性上提出了较高的要求。如何有效处理分布式模型以适应大多数的中小河流是重点问题；其次，针对中小河流流域的分布式水文模型，其海量的模型输入数据也很难管理，其获取、输入、处理问题也是我们无法忽略的。分布式水文模型的拓展性、应用性，直接影响到该模型能否有效展开、开发成功，也直接影响到该模型的实用价值[3]。因此，只有结合先进的计算机技术，将模型分为多个不同的水文模拟过程模块进行系统开发，达到灵活组合、优化配置的目的，才能适应不同中小河流的模型运用。
四、云南省分布式水文模型的应用现状
受经济、技术手段落后、整体预报水平不高等多方面的影响，基于分布式水文模型的中小河流洪水预报方法在云南尚处于起步应用阶段。目前使用较多的主要是基于数学统计的BP神经网络模型、基于空间分布网格化的VIC分布式产流模型和基于DEM网格水文单元的UH_B地貌单位线汇流模型。在预报手段上，逐步采用规范的数据通信方式和水情信息交换系统，尝试与气象预报、雷达技术、网络和卫星数据传输、GIS、数字模型等高新技术相结合；在预报成果上，由单场次洪水作业预报向实时滚动预报发展；在预报模型和方法上，以传统预报方法为基础，尝试应用分布式水文模型预报；在洪水预报系统建设上，依托《中国洪水预报系统》，构建开发适合云南的相应组件或模块，以期不断提升中小河流洪水预报能力。
五、结语
云南地处云贵高原，山地占全省总面积的94%，众多的溪沟、河流分布于期间。由于山区坡度和河道比降均较大，山洪灾害频发，严重制约了社会经济的发展。自2011年全国中小河流水文监测系统建设项目实施以来，目前已完成了全省210条重点中小河流217个预报预警断面的方案编制工作，但受模型方法、资料欠缺、工程调蓄等问题影响，预报精度无法满足实际需求。随着水文信息化、自动化的程度越来越高，基于分布式水文模型的中小河流洪水预报技术也将不断发展完善，中小河流的洪水预报工作将会变的更容易、快捷、实用。
参考文献：
[1]杨邦，只德国，杨学军，温立成. 海河流域中小河流洪水预报系统设计与实现[J].中国西部科技，2012，[8]：10-12.
[2]亚力昆·马合木提. 探析中小河流洪水预报的难点与解决方案[J]. 黑龙江水利科技，2014，[3]：70-71.
[3]刘志雨，杨大文，胡健伟. 基于动态临界雨量的中小河流山洪预警方法及其应用[A]. 中国水利学会.中国水利学会2010学术年会论文集（上册）[C].中国水利学会：，2010：8.
[4]水利部水文局水文信息中心. 中小河流山洪监测与预警预测技术研究[M]. 北京：科学出版社，2010.
论文作者:董超
论文发表刊物:《基层建设》2015年第35期
论文发表时间:2016/12/5
标签：水文论文; 模型论文; 洪水论文; 河流论文; 分布式论文; 云南省论文; 流域论文; 《基层建设》2015年第35期论文;