洪水预报中的不确定性研究

输入 ， 这就 意味着 有期望 改变 误差 的分 布 。很 显然 ， 不 合适 的误差 假设会 导 致不合 适 的结果 。 如 果有 多 种模 型结 构 ， 同 的模 型运 行 时 的 同 不
一
的应 用都 要求模 型 能 以合适 的方 式 代 表水 文 过 程 ， 或者 以合 适 的原 因获 得正 确 的水 文 预报值 。这 可能 会带 来一 些 问题 。 即使在 流 域 研究 中 ， 常会 发 生 也
识别 ” 的现象 。研 究 人员用 “ 殊途 同归 ” 一术 语 暗 这 示其 不仅是 在很 多 解 决方 法 中择 优 ， 时 也表 明所 同
本 文仅 仅 是 研究 洪 水 预报 ， 点 是 预报 中的不 重 确定 性 ， 出了一种 使用 “ 途 同归 ” 提 殊 的方 法来 解 决 问题 及确 定有 效参数 值 。
研究 的 问题 具有 普遍性 。很 多模 型都 可产 生合理 的
收 稿 日期 ：０ ０ １— ８ ２ １—２ １
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［ 英国］ Ｓ布莱兹科瓦 等 ．
洪水 预报 中的不确定性研究
１ 洪 水 预 报 中 的 不确 定 性
在实 时 预 报 模 型 中 ， 则 上是 可 以使 用 任何 功 原 能 完备 的降雨 产流 模 型 ， 念性 或 者 是 基 于物 理 的 概 分 布式 模 型 。实 时预 报 模 型有 很 多 种 同作用 的方 法是根 据基 于优 化 的模 型率定 所遇 到 的问题而 采取 的解决 方式 。这 种解决
方 式 当然很 自然 地 将 重 点 置 于 流域 系 统 的模 拟 方 面， 尤其 是模 型 显 示 出某 些 “ 好 ” 统 计 特 征 ， 最 的 例
如最 小 的误差 变化 等 。然 而 ， 验 表 明 ， 的模 型可 经 好 能会 有很 大 的变 幅 ， 这取 决于所 使用 数据 的系列 ， 而 结果 残差 用常规 的统计 结 构却难 以表 达 。这并不 奇 怪 ， 文 系统 的 自然 过 程模 拟 受 制 于 每 一个 事 件 的 水
方式 运 行 时 ） 这 种 情 况还 会 更 复 杂 。尺 度 问 题 也 ，
可能意味着合适 的模型参数值可能会与实际测量值 不 同。而模 型需 要 的有 效参 数值 是 由模 型 的结构 决
定 的。
“ 途 同归 ” 象 ， 称为 “ 糊 ” “ 唯一 ” “ 可 殊 现 或 模 、非 、不
的情况下 ， 通常是均 匀地取值。这些参数设置又被 用于模 型的输 出， 然后 又使 用一定 的标 准进 行检测和评
估． 以提供每个参数的权重。这里的可能性 涵义比统计范畴里 的要 宽范。在模型模拟 以前 ， 果能够 限定 如
观 测误 差 的 范 围 ， 么超 出误 差 范 围 的 那 些模 型 预 测 结 果 就 可 舍 弃 。 因 此 ， 何 这 种 类 型 的 模 型 评 估 ， 那 任 都 需要 仔 细考 虑 模 型误 差 的不 同 来源 。用 实例展 示 了“ 用 不 确 定 性 评 估 ” 过 程 ， 时 列 出 了 实 际 问 题 的 通 的 同
解 决 方 法和 未 来发 展 。 关 键 词 ： 水预 报 ； 拟 研 究 ；不确 定性 研 究 洪 模
中 图 法 分 类 号 ：３８ Ｐ ３
文献标志码 ： Ａ
洪水 预报 中不确定 性处 理 的方法 在很大 程度 上
结果 ， 以认为 是 有很 多 关 于 系统 过 程 的 假设 在 起 可
作用 ， 这些 假设如 果 在有 足够 多的数 据 的情 况下 ， 有
些可 能得 到验证 ， 有些 则被 拒绝 。
取决 于洪水 的预 报 目的 ， 例如 ， 用于 实时预 报还是 是
用于洪 水风 险评 估 方 面 的模 拟 等 。在 实 时 预 报 中 ， 主要 目标 是 在利用 事 件 中可 以获 得 的任何 数 据 ， 使 得 预见期 精度 最大 化 ， 且 预测 变量 的变 化 范 围最 并 小化 。因此 ， 种方 法 应 该 是 自适 应 的并且 能充 分 这 利用 同化 数据 。这种 对 于预报 问题 的 自适应 性 意味
程 中， 为全 局 最优 ， 究人 员偏 向 用 不 同 的 方 法得 到相 同 的 结果 ， “ 途 同归 ” ， 多模 型 能 产 生合 理 的 研 即 殊 法 很
模拟结果 ， 可以认为是 多种假设共 同作用的结果 ， 如果有足 够数 据 ， 些假 设有 的可能会得到验证 ， 的则 这 有
被拒绝。在 “ 通用不确定性评估” Ｇ Ｕ ） 参数是基 于物理 原 因而随机设置 的， 没有太 多参数值信 息 （ Ｌ Ｅ 中， 在
２ １ 年 ４月 ０１ 文章编号 ：０ ６０ ８ （０ １ ０ －０ ０３ １０ －０ １ ２ １ ）４０ ２ ４ ４
水 利 水 电 快 报 Ｅ Ｈ ＷＲ Ｉ
第３ ２卷第 ４期
洪 水 预 报 中 的 不 确 定 性 研 究
［ 国］ Ｓ 布莱 兹科瓦 英 ． Ｋ． 贝文
摘要 ： 洪水预报 （ 包括 洪水实时预报 和洪水风险预估 在 内） 中存在 着诸 多的不确 定性 。在 模拟研 究过
着 能用 简 单模型来 代 表 系统 ， 且 能 超强 适 应 不 可 并
避免 的误 差 。如 下 文所 述 ， 以用 历 史数 据 来 建 立 可 这样 的模 型 。 模 型模 拟 的问题是 各不 相 同的 。在 寻求 最大 的 精 确度 和最小 的预 测 不 确定 性 的 同时 ， 不 同类 型 对
这样 的情 况 ： 没有 足 够 的信 息 来 确 定 不 明确 的 自然 过程 。实 际上 ， 得 流 域 出 口的合 理 的流 量 模 拟 可 获 以有很 多 不 同 的方 式 ， 究 人 员 把 这 种 现 象 称 为 研
参数 可能会 有不 同的值 （ 或者 是 同一 模 型 的不 同