我国中小河流洪水预报的难点与解决方案探讨_欧阳如琳

我国中小河流洪水预报的难点与解决方案探讨

欧阳如琳

（北京金水信息技术发展有限公司，北京,100053）

摘要: 从时空分布、成因、过程、后果等方面分析了我国中小河流洪水的特点，归纳了我国中小河流洪水预报有别于大江大河的洪水预报的难点，提出了基于分布式水文模型解决我国中小河流洪水预报问题的方案，探讨了在中小河流建立分布式水文模型的过程、建模方式以及模型的结构和参数，重点讨论了基于模块化的分布式水文模型在中小河流洪水预报系统开发中的可行性与必要性。

关键词: 中小河流洪水预报分布式水文模型模块化

1引言

我国幅员辽阔，各地地形、水文、气象条件差异较大，关于大、中、小河流的定义，至今尚没有明确的规定。考虑到国务院批复的《全国山洪灾害防治规划》中山洪治理主要针对200km2以下的小流域，而《江河流域规划编制规范》（SL201-97）使用范围为流域面积大于3000 km2的河流，从这一意义上讲，可以认为流域面积小于3000 km2的河流为中小河流。我国中小河流众多，流域面积为100~1000 km2的河流有5万多条，覆盖了85%的城镇及广大农村地区。由于我国中小河流防洪标准普遍偏低，洪灾损失极为严重。据统计，一般年份中

小河流的水灾损失占全国水灾总损失的70%~80%，近十年水灾造成的人员死亡中有2/3以上发生在中小河流[1]。

长期以来，中小流域洪水预报一直是我国防洪减灾工作中的难点。相比我国大江大河的防洪体系，当前我国中小河流的防洪建设仍然是一个薄弱环节，许多中小河流防洪标准仅3~5年一遇，有的甚至没有设防，多数中小河流仍处于“大雨大灾、小雨小灾”的局面。特别是近年来全球气候变暖，极端天气事件增多，局地强降水造成中小流域突发性洪水频繁发生，加之人类活动对中小流域的开发进一步助长了山洪灾害的威胁。因此，开展我国中小河流洪水分布特征、形成机理、演进规律及预报调控研究，建立我国中小河流洪水预报体系，是确保我国社会经济可持续发展、保障国家公共安全和人民生命安全的重大需求，同时也是我国水文情报事业科技现化代发展的迫切要求。2011年，全国中小河流水文监测系统建设项目全面实施，计划到2013年，实现有防洪任务的5186条重点中小河流发生洪水时能及时预警[2]，因此，我国中小河流的洪水预报工作任务艰巨，面临巨大的挑战。

2中小河流洪水特点及预报难点

2.1中小河流洪水的特点

与大江大河的洪水相比，我国中小河流的洪水在时空分布、成因、形成过程等方面有着显著的不同，归纳起来具有以下几个方面的特

点：

1)从空间分布上看，中小河流分布广、数量多，各种流域的自

然地理、气候特征复杂多样，水文气象条件也各不相同。

2)从时间分布上看，中小河流的洪水具有季节性、频发性和突

发性：洪水主要集中在夏季，雨季的局地强降水往往造成中

小河流的突发性洪水灾害；不同区域还存在季节差异，有些

流域在春末或秋初也常有洪水发生。

3)从成因上看，中小河流发生洪水的原因可分为自然因素和人

为因素[3]：一方面，强降雨和流域陡峻地形是中小河流洪水

骤发的主要诱因；另一方面，人类对中小流域不合理的开发

利用，造成森林植被覆盖率下降、水土流失、土壤侵蚀、生

态环境恶化，以及河道侵占、拦河设障等使河道严重萎缩，

都进一步引发或加剧了洪水的灾害。

4)从过程上看，洪水强度大、流速快、历时短，汇流时间一般

在6小时以内。

5)从后果上看，中小流域的洪水破坏性强、危害性大、“大雨大

灾，小雨小灾”，特别是山丘区洪水（山洪）常伴有泥石流、

滑坡等山地灾害发生。

2.2中小河流洪水预报的难点

尽管当今的水文预报和方法浩如烟海，但将其应用于中小河流洪水的实用预报时，却往往难以取得好的效果。预报方案不健全、预报

精度不高是目前我国中小河流洪水预报面临的普遍问题，因此，中小河流的洪水预报已经成为水文预报业务发展的一个瓶颈，以至于水文情报预报规范中至今尚未制定出其精度评价标准[4]。中小河流洪水的特点决定了中小河流的洪水预报与大江大河的洪水预报思路不同，其洪水预报的难点可以归纳为以下几个方面：

1)中小河流的水文资料一般较为缺乏，多属无资料缺资料地区。

2)监测站点不足，站网密度不够，即使对雨量站布设较密集的

流域，站点的代表性以及面雨量的计算也存在问题，点状暴

雨、局地暴雨时间、落区、强度、量级等预测达不到要求，

气象预报的精度还不够。

3)由于暴雨的时空分布极不均匀，中小河流洪水灾害发生在流

域内某个小支流而非流域出口，难以被测知。而且，中小河

流的洪水发生时间较短，常规水文6小时的报汛方法很难对

其进行有效的预报。

4)雨洪响应的复杂性和作业预报要求的简单性难以兼顾。采用

简易相关图或统计模型作预报，其效果多依赖于预报员的经

验，在技术上难以取得进一步突破，不易推广。而将集总模

型或现有通用的水文模型直接应用于中小河流的洪水预报

中，则往往缺乏针对性，无法适应洪水的特征，预见期和预

报精度难以满足需求。

3中小河流洪水预报的解决方案

中小河流的洪水预报可以采用常规的水文气象模型，但针对上述中小河流洪水的特点及其预报的难点，采用新技术、新模型进行中小河流洪水过程模拟，以提高预报精度及预见期，是中小河流洪水预报发展的必然趋势。分布式水文模型考虑了水源或来水（产汇流）的空间变异，按流域各处土壤、植被、土地利用和降水等的不同，将流域划分为若干个水文模拟单元，在每一个单元上以一组参数表示该部分流域的各种自然地理特征，然后通过径流演算得到全流的总输出。随着计算机技术、GIS技术、RS技术、信息技术和通信技术的发展和普及，获取流域下垫面空间分布信息的技术日臻完善，分布式水文模型与这些技术相结合，不仅是解决中小河流洪水预报的问题必然选择，也是中小河流洪水预报的发展方向。

3.1分布式水文模型的建模过程

分布式水文模型同其它水文模型一样，其建立遵循一般水文模型的建模步骤（图1）[5]。