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区划方法在无资料地区水文预报中的应用
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目前,无资料地区的水文研究已经成为了国际水文学界水资源水环境研究的热点问题之一。当前国际上解决无资料地区水文预报问题的常用方法有区划方法、单位线地区综合法、地貌瞬时单位线法和推理公式法等方法。本文针对区划方法,对无资料地区水文预报中的应用研究作了相关探讨。首先介绍了当今国际上区划方法在无资料地区水文预报工作中的研究现状,然后针对现存的问题,以及区划方法在无资料地区水文预报中的应用前景作出了相关阐述,为我国无资料地区的水文相关工作提供了可参考性建议,最后,本文结合当前国内和国际对无资料地区的水文预报研究相关工作总结,为我国无资料地区水文预报研究工作提出了未来的研究方向。

 


     石红云

 

当前水资源问题成为了国内外人士关注的重要问题,很多地方的缺水问题不仅仅是资源型缺水,有很多地方是管理型缺水或资源管理复合型缺水。只有掌握了本流域水资源的详细监测数据,且在充分了解了水资源时空变化规律的基础上,才能对该流域水资源做出科学的水资源管理。但是,现存的水资源数据远远不能满足我们当前对水资源管理的需求,受限于各种因素还有很多地区的水文数据根本无法取得,所以,当前的水资源管理受到了严峻的挑战。根据WMO数据可知,最近20多年全球水文站点的数目正在以不断减少的趋势发展。同时,随着当前国内外经济水平、科学技术的不断发展,以及人类各种盲目的社会活动,使得很多流域的水文过程受到了严重的影响,因而,很多地区水文站点曾经掌握的数据无法满足现实条件。虽然我国国内的国家级水文站点数目有3400多个,但是由于我国国土面积较大,所以相对而言,水文站点数目严重不足,且水文站点分布不均匀。所以,为了改变当前这种供需严重不平衡的状态,改善水文资料严重缺乏的状况,水文学家不断尝试进行无资料地区的水文模拟研究。

 

区划方法的分类

针对无资料地区的水文预报目前比较常用的水文模拟方法是区划方法。水文区划指的是结合水文模型、遥感技术等方法,通过寻找流域间水文相似性和加强对稳模型与流域联系,进而解决水文模拟中无资料问题的方法。

区划方法可以分为临近流域替代法、水文相似流域替代法和回归法三种方法。水文相似最直接的特征表现为空间距离,这种区划分析需要建立在流域间水文行为在空间上变化比较平稳的基础上。临流域替代法又分为空间临近法和插值法。空间临近法直接移用了临近流域的水文信息,而插值法则是通过临近的几个流域进行线性插值、格里格插值等。一个流域的水文响应行为受到该流域结构特征和气候特征的影响,例如该流域的景观、地形、降雨量、蒸发量等情况。水文相似流域替代法的概念是通过无资料地区水文状况相似地区的数据资料,从而进行数据传递来解决PUB问题。而回归法则是在解决PUB问题当中比较常用的一种方法,该方法是通过降雨—径流模型参数同流域特征值建立起回归关系,进而对无资料地区连续径流模型参数值进行估计的一种方法。

 

对比分析区划方法

各种方法都存在自身的优势和不足,下面我们针对这三种区划方法作以下分析。临近流域替代法的优势是计算方法简单方便,计算过程不那么繁琐,除此之外,临近流域替代法也存在自身的不足之处。这种方法存在比较大的随机不确定性。根据Mclntyre对英国国内流域的研究可以发现,空间临近法的限制性在于,该方法所建立的流域之间的各种状况必须非常相似,例如两个流域之间的气候条件、地形变化状况需要变化不大,同时还要求该流域存在临近流域。相比而言,插值法对流域之间地形和气候等条件的要求相对较低,因此,这种方法对不同流域的适应性较好。这是由于多个区域的平均在很大程度上降低了空间邻近法的随机性。插值法当然也存在着其自身的局限性,临近流域和目标流域的差异会对结果产生一定的影响,并且这种方法缺乏相应的水文解释。回归区划分析方法在建立回归关系的时候由于模型参数具有不确定性,且参数和特征值缺乏相应的关系,因而,在建立回归方程的时候往往会面临很多问题以致于很难将所有的参数都建立在回归方程当中去。

虽然基于水文相似性的区划方法是目前国内外比较常用的一种解决无资料地区水文问题的方法,但是,受限于现存的各种因素仍然存在着一些值得注意的问题。首先,区划方法缺乏相对统一的流域特征选择的规范标准,这就造成在选择流域的时候夹带个人的感情色彩从而造成一定的盲目性,为结果带来误差来源;其次,针对流域特征相似(水文响应相似)没有科学的评判依据来证明,同时,有些学者对此还提出了异议;再次,当前对于流域的适用尺度规定不明确,相关方面的规定仍旧需要水文工作者在实践工作当中结合模型分析和实际研究进行不断地探讨;最后,各种参数对模型参数传递效果的影响相关研究比较匮乏,由于实际参数复杂多变,研究起来工作量巨大且比较繁琐,因袭相关工作研究并没有开展起来。

    我国地域面积比较广,不同地区的气候特征和地理特征也各不相同,因此,针对区划方法在无资料地区水文预报工作当中如何做到因地制宜显得尤为重要。从气候分布情况来考虑,临近流域替代法和水文相似流域替代法比较适用于热带地区和温带地区资料数据的获取,而高寒带地区无资料问题的研究比较适合采取回归分析的方法,这是由于寒带地区的温度比较严寒,除此以外,积雪、冻土和内部水分运动规律不稳定。目前,区划方法在国内外无资料地区水文预报研究工作当中取得了广泛的应用,本文通过对各种方法的分析,为我国的水文研究工作提供了参考和借鉴。

(作者单位:江西省赣州市水文局坝上水文站)

2016-01-16 13:15:59 - www.ems86.com
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