無資料流域水文預報（PUB計劃）研究進展

摘 要 文章首先對無資料流域水文預報、PUB計劃進行了分析，重點探討了PUB計劃的研究進展，并對PUB計劃研究發(fā)展進行展望，對今后水文學的發(fā)展具有一定的參考價值。

關鍵詞 無資料流域水文預報；PUB計劃；分析；研究

中圖分類號：P338 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0154-01

1 無資料流域水文預報的概述

水文預報研究方法一直在發(fā)生改變，從最早的經(jīng)驗公式到集總模型，到現(xiàn)階段的分布式模型，水文預報研究變化中最大的共同點是對有資料流域進行研究，這些研究都是基于有資料、有經(jīng)驗的情況，建立模型來開展水文預報工作。而在世界上還有較多無資料、無經(jīng)驗的流域，甚至隨著環(huán)境、地質(zhì)等條件的變化，原本有資料的流域因其歷史資料的無效性，逐漸變成無資料流域，同時也提高了水文學家的研究難度。如何解決無資料流域的水文預報也是現(xiàn)階段水文學家需要思考的問題，1965年首次提出國際水文十年計劃，直到2003年由國際水文科學協(xié)會正式啟動了第二次國際水文十年計劃，此計劃又叫做PUB計劃，是指在今后十年間大力開展無資料流域的水文預報，對水文學的發(fā)展具有深遠的意義。下面重點講述了PUB計劃的內(nèi)容，結(jié)合以往PUB研究經(jīng)驗與進展，對PUB計劃研究進行展望，這對水文學今后的發(fā)展有重要作用。

2 PUB計劃

以往常用的水文預報方法首先是了解到輸出量、輸入量資料，輸出量包括河流流量、工農(nóng)業(yè)用水、下游斷面的污染物排放量等，輸入量包括降雨、人類活動、上游斷面的污染物排放量等，然后通過已知的輸出量、輸入量建立模型，運用較多的模型是降雨徑流模型、水資源模型、水質(zhì)模型等。根據(jù)輸入來預報輸出從而完成一整套水文預報，流域輸入、輸出、模型缺一不可，一旦這三者有任一環(huán)節(jié)存在未知，將無法實現(xiàn)水文預報。PUB計劃就是基于無資料的情況下展開的水文預報計劃，剛開始由于對水文系統(tǒng)、水文規(guī)律不太了解，主要還是依靠模型率定進行預報，隨著水文模擬系統(tǒng)的不斷完善和發(fā)展，模型率定使用度越來越低，可將現(xiàn)了解的水文規(guī)律運用到無資料流域中去，為解決無資料流域水文預報打下基礎。為全面實現(xiàn)PUB計劃目標，未來十年內(nèi)對世界各種有資料的水文流域，并在野外對其進行觀測，通過制定詳細的科學研究方案，能夠反映PUB計劃的有效性。根據(jù)無資料示范流域，充分展示了資料、預報的不確定性，但二者間又存在密切的關聯(lián)，氣候、地表等特征可控制水文過程，借此提升無資料流域預報的能力。

PUB計劃任務如下，通過研究豐富現(xiàn)存的水文資料檔案以及描述水文過程變異性的理論知識，提高水文模型模擬水文過程的技術(shù)能力，完善資料收集方法，建立更多功能、系統(tǒng)復雜、規(guī)范的水文模型。

3 PUB計劃的研究進展

3.1 國內(nèi)PUB計劃的狀況

我國于20世紀60年代首次開展PUB，根據(jù)河川徑流年內(nèi)動態(tài)差異，對國內(nèi)河流水文動態(tài)類型進行分類，將我國河流分為8大類，29個類型，38個亞型。后來我國又展開了大規(guī)模的水文調(diào)查，繪制了具有水文特征值的等值線圖，為大多數(shù)無資料地區(qū)的水文預報打下了基礎，同時也為我國資料較少的中、小型流域的設計洪水工作提供了便利。

我國還有大量的PUB理論研究資料，1958年由國內(nèi)原水利科學院水文研究所提出PUB推理公式，具有重要的指導作用。隨后由中國科學院及地方院陸續(xù)推出了小流域暴雨洪峰流量計算、單位線地區(qū)的綜合性研究等，1980年由王廣德提出了單位線峰量、單位線滯時和凈雨量間存在的非線性聯(lián)系，同年研究出了地區(qū)單位線綜合，使任一河流都有公式、數(shù)據(jù)可參考，國內(nèi)各省都有符合自身特色的單位線參數(shù)，將它們集中收錄到水文手冊中，使相關水文預報資料得到豐富。

3.2 國際PUB計劃的狀況

現(xiàn)階段國際水文科學協(xié)會已成立PUB計劃的科學顧問委員會、執(zhí)行委員會，明確了協(xié)會主席，由一位美國水文學家與澳大利亞教授共同擔任。目前世界上較多的水文研究小組均屬國際水文科學協(xié)會征集，法國有研究以多尺度水文學和空間遙感的工作小組，美國有其地球物理學會共同發(fā)起的PUB計劃工作小組，加拿大有專注研究Mackenzie河無資料流域預報問題的工作小組，德國無資料流域水文響應小組，中國現(xiàn)已成立7個相關水文研究的工作小組。

常見的無資料流域預報研究方法有分解法，它是我國地區(qū)綜合法中的一種，分解法是綜合水文變量本身和流域下墊面特性間的聯(lián)系，其原理建立在無資料流域上，找出一個無流域資料卻又有著水文資料的大流域，假設大流域是該流域的比面積、地形指數(shù)等，分解法比較不適用于地表徑流少的徑流預報。還有一種方法是參數(shù)平均法，但其模擬的水文參數(shù)、率定參數(shù)確定性系數(shù)并沒有太大的差異。

3.3 PUB計劃的前沿研究

PUB計劃的研究方向是降低預報的不確定性，這個不確定性包括模型、輸入空間的變異性等，同樣也是PUB計劃研究的重點。由于對模型結(jié)構(gòu)的不確定性研究比較少，以往的思維模式使人們在研究模型的不確定性會比較局限，現(xiàn)在運用較多的研究方法有GLUE方法、貝葉斯統(tǒng)計推理模型等，前者基于模糊數(shù)學、熱力學的熵焓概念，易于建立科學有效的水文模型不確定性評價體系，后者做出一系列主觀的假設，是用于分析模型結(jié)構(gòu)及其不確定性的重要手段?，F(xiàn)階段許多的無資料流域水文預報研究都是以參考變量、流量的特征值為依據(jù)，例如設計洪水、峰現(xiàn)時間等，但水文循環(huán)過程中還存在較多與之相關的重要元素，例如地表水、地下水、植被水、土壤水等，PUB十年計劃有利于完善無資料流域的水文預報，找出各項水文特征值間的變化過程。隨著氣候變化、土地利用變化、土地植被變化等，隨著生態(tài)環(huán)境的改變，水文過程也在改變當中，無資料流域水文過程的預報也顯得極為迫切，是人們制定有效防御措施的必要手段。

4 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段PUB計劃是一個挑戰(zhàn)與機遇并存的機會，為提高無資料地區(qū)水循環(huán)變量的預報水平，大力推進模型預報不確定性的研究有著積極的作用，對人類水文學的發(fā)展提供了重要的參考依據(jù)。

參考文獻

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作者簡介

野大君（1978-），男，吉林伊通人，工程師，2004年畢業(yè)于長春理工學院計算機科學與技術(shù)專業(yè)。endprint