径流预报主要方法的探究
降雨径流型洪水预报方法实例分析
降雨径流型洪水预报方法实例分析作者：杨婧来源：《科技创新与应用》2016年第07期摘要：降雨径流型洪水预报是目前中小河流普遍采用的预报方法，该方法受流域下垫面影响较大，流域下垫面种类、分布都对雨水下渗、蒸发产生直接影响。
文章在传统流域汇流单位线理论基础上利用相关图和回归方程提出了部分产流复杂流域降雨径流预报方法。
该方法基于洪水主要影响因素，实现手段简便，物理成因明确，手段符合理论要求，为提高流域洪水预报精度有一定参考借鉴作用。
关键词：中小流域；下垫面；产汇流影响；相关图；预报模型1 降雨径流预报介绍针对某一流域，降雨须经过蒸发、下渗、坡地产流和河槽汇流几个阶段才能形成一次洪水过程，见图1。
图1 降雨产流过程简图一次降雨形成径流可分为地面径流（图2中1、2部分）和地下径流（图2中3、4部分），地下径流分浅层和深层地下径流，深层地下径流由前期降雨形成。
降雨径流预报法就是根据已知降雨情况来推求其产生的洪水过程。
2 降雨径流预报影响因素自然地理、气象和土壤湿润程度是影响降雨在地面形成径流的主要因素。
气象因素包括降雨量级、强度、降雨在时间和空间上的分布等；流域自然地理特性包括流域面积、植被覆盖率、土壤结构等；流域降雨前期土壤湿润情况是影响降雨产流的重要因素，因为其直接决定着下渗损失雨量的大小。
上述影响因素成因复杂，均难以定量掌握。
3 示例流域介绍永翠河流域位于伊春市带岭区，流域面积约677km2，河长67km。
流域地貌属小兴安岭山地，植被良好，地下水丰富。
流域为黑龙江省暴雨中心之一。
流域位于黑龙江省多年冻土分区南部边缘，年内土壤11月结冻，第二年4月解冻。
一些山地阴坡或塔头地带，年内始终存在小兴安岭岛状冻土，最大冻土深约2.5m，冻土总体分布自上游至下游面积、深度逐渐减小。
流域冻土导致降雨下渗异常，透水较差，冻土融冻时吸收热量，抑制蒸发，实际蒸发小于正常蒸发，土壤含水量大于无冻土区。
该区域因冻土存在使降雨下渗情况更加区域复杂化，难以用单一方法来预报其降雨产流过程。
[水文,方法]水文预报方法分析
![[水文,方法]水文预报方法分析](https://img.taocdn.com/s3/m/ad5ef20080eb6294dc886c25.png)
水文预报方法分析在水利水电工作中，水文预报具有重要的意义，通过水文预报可以获知流域的实际状况以及未来一段时间的发展状态。
水文预报方式相对较多，通过驱动方式的差异可以将其分为过程驱动和数据驱动两种模型方式。
过程驱动也属于数学模型，是对径流以及河道的产流、演进等过程进行模拟的一种模型，从而对流域流量进行预报。
而与过程驱动模型不同的数据模型则属于物理机制，几乎不受水文过程影响，通过将获取数据之间的关系，获取模型的黑箱子方式。
其中回归模型是使用最为广泛的数据驱动模型，但是随着水文预测技术的发展近年来我国还产生了更多新型的水文预测方式，不但提升了水文预测效率，同时也提高了水文预测精度。
加之水文数据获取能力的提升，在水文预测工作中越来越多的开始使用数据驱动模型进行水文状况的预测。
1 过程驱动模型分析依照应用领域的不同可以将过程驱动模型分为两类，一类为枯季径流退水模型，另一类为概念性流域降雨径流模型。
前者主要用于慢反应水源以及地下水作为水源的流域；后者应用范围相对较广，可以在不同径流中的流量过程。
1.1 枯季径流退水模型通过退水曲线可以反应出自然流域在不同时节的水文状况，尤其是枯季径流退税过程。
通过枯季径流退水曲线法可以总结出枯季径流的退水规律，从而将其应用到径流量以及过程的预报中。
另外需要注意该种方式仅仅适用在没有显著降水的情况下，若降水对径流状态有明显影响，则该方式无法使用。
该种模型主要结合了经验公式以及物理学公式，通过二者的结合，针对径流河道的演进过程进行模拟，并将径流同降雨之间的转换描述出来。
概念性模型在短期水文预报中预报时间较短，其预报时间间隔大多为日或小时。
而在中长期水文预报中会适当调整输入、输出量时间，将其变化为旬或月，通过这种改变调整该种预报方式的适用范围。
在降雨径流模型中，降水输入是必不可少的，所以需要将降水预报结合到中长期的水文预报中，以此提高水文预报精度。
而在时间尺度相对较大的水文预报中，若使用概念性模型，需要适当对模型结构进行调整，从而保证模型预报精度。
年径流的特征及预测研究进展
年径流的特征及预测研究进展作者：陈汇林朱凯来源：《农业与技术》2014年第01期摘要：年径流是流域水文循环的重要组成因素。
年径流变化受降水量、蒸发量、温度、下垫面状况和人类活动的影响，气候因子影响最为明显。
我国的年径流主要表现为南多北少的地区性变化，但年径流的年际变化则是北方大于南方。
年径流预测主要采用统计预测、天气学和数值天气预测等3大类方法，没有一种模型能够适用于所有的径流序列，需要进一步加强研究预测模型的适用性及预测精度。
关键词：年径流；径流变化；预测模型中图分类号：TV124 文献标识码：A引言水资源是维持自然界一切生命不可缺少的自然资源，是社会经济发展所必需的不可替代的资源。
我国多年平均水资源量28000×108m3，相当于世界水资源总量的6%，人均水资源占有量仅2200m3，约占世界人均水平的25%。
我国水资源时空分布极不均衡，南方地区水资源量占全国水资源总量的81%，而北方地区水资源量仅占全国水资源总量的19%（中国数字科技馆2006）。
由于我国河川径流年际变化大，导致旱涝灾害频繁发生。
年径流是水资源系统中流域水文循环的重要组成因素。
1 年径流的影响因素1.1 气候因素气候因素是影响流域年径流量的主要因素，其中以降水量、蒸发量和温度3个因子对年径流影响最显著。
在年降水量较多湿润地区，自然降水在形成径流的过程中土壤湿度高，渗漏量少，蒸发量损耗小，湿润地区年降水量是其年径流量的决定性因素。
在年降水量少的干旱地区，自然降水在形成径流的过程中土壤湿度低，渗漏量多，蒸发量损耗大，干旱地区年径流量是由降水量、温度和蒸发量等3个因子共同决定的。
温度是以融雪为补给的流域中的主要影响因素，温度高的年份其年径流量大。
1.2 下垫面因素下垫面因素中的地形地貌和植被对年径流地区分布有较大的影响，直接影响着流域的蓄水能力，对流域的年径流量影响较大。
下垫面因素通过该区域内影响气候的变化，间接影响年径流量。
第二章 降雨径流相关预报
第二章 降雨径流相关预报在现代水文预报中，虽然大量使用流域水文模型，例如新安江模型、萨克门托模型、水箱模型和陕北模型等进行流域降雨径流预报。
但是，不少生产单位，尤其是一些大型水库的管理单位，他们在长期的工作实践中已建立了一套适合于当地实际情况的经验性降雨径流预报方案。
2.1 降雨径流相关图的形式降雨径流经验关系曲线有各种形式，一般有产流量(f R =次雨量P ，前期影响雨量a P ，季节，温度)、)(0Q P f R a ，洪水起涨流量前期影响雨量=和考虑雨强的超渗式关系曲线形式。
这里介绍国内普遍使用的产流量与降雨量和前期影响雨量三者的关系，即R P P a ~~相关图。
图2-1 降雨径流相关图使用R P P a ~~关系曲线进行净雨量计算一般有两种处理途径：一种是根据洪水初期的a P 值，把时段雨量序列变成累积雨量序列，用累积雨量查出累积净雨，由累积净雨再转化成时段净雨量序列；另一种方法是根据时段降雨序列资料直接推求时段净雨序列。
第一种方法的缺点是在整个洪水过程中，使用一条R P ~曲线，没有考虑洪水期中a P 的变化。
而后者的不足是，当时段取的过小时，一般时段雨量不大，推求净雨时的查线计算易集中在曲线的下段。
两种方法的结果存在差别，至于何者更接近实际也很难断言。
2.2 前期影响雨量a P 的计算A P 由前期雨量计算，也称前期影响雨量，是反映土壤湿度的参数。
其计算公式为若前一个时段有降雨量，即01>-t P 时，则)(11,,--+=t t a t a P P K P (2-1)若前一个时段无降雨时，即01=-t P ，则1,,-=t a t a KP P (2-2)式中：K 为土壤含水量衰减系数，对于日模型而言，一般地取85.0≈K ；1,-t a P 和t a P ,分别为前一个时段和本时段的前期影响雨量；1-t P 为前一个时段降雨量。
式(2-1)和(2-2)为连续计算式。
由于⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+=+=--+---------)()()()(,1,33,2,22,1,11,,n t n t a n t a t t a t a t t a t a t t a t a P P K P P P K P P P K P P P K P (2-3)将式(2-3)各行逐一代入得到)(,33221,n t n t a n t t t t a P P K P K P K KP P -----+++++= (2-4)式(2-4)为向前倒数n 天的一次计算式。
利用径流系数法做好中小水库的水文预报
利用径流系数法做好中小水库的水文预报中小水库水文预报工作是防汛抗旱的耳目，是遇见未来水情变化的一项科研情报工作。
它不仅是水库进行科学管理，搞好水库调度运行的重要依据，而且可以在防汛抗旱斗争中做到心中有数，取得主动权，对确保水库及下游安全、充分发挥工程效益、战胜洪涝灾害起着重要作用。
水库短期洪水预报中，雨情水情和降雨径流则是其重要的科学数据。
近几年来，我们充分运用劲松水库的水文观测成果，较准确的进行了短期洪水预报和水库调度。
三年干旱仍蓄足水，保证了灌溉与渔业所需。
遭受较大洪灾时也能安全度汛，做到了泄洪不淹地，使下游群众安心、领导放心，有力地保证了各项工作生产的正常进行。
1 小汇水面积径流系数的核定劲松水库是1975 年建立的一座山区水库，位于完达山麓，流域面积31 平方千米，总库容273万立方米，防洪库容240万立方米。
自1977 年开始，水库管理人员进行了多项水文观测，包括降雨、蒸发、入库流量实测、水位库容、出流量观测等项目。
到1981 年，整理分析了五年的水文观测资料，编制了大量的相关图，取得了本地区各个时期径流系数的参考值。
(1)一般年份的年径流系数为0.29〜0.36。
1981年大涝年径流系数达0.48。
（2）大地开化一般在3月8 日左右。
而山区由于郁密度大，开化较晚，桃花汛时间一般在4月9 日至17日，且大都为雨融雪，个别为短期高温化雪。
春化期（4、5 月份）的径流系数一般为0.58〜0.9。
前期由于山区蒸发量小，地表未解冻，初损值很小，径流系数一般在0.8〜0.9 ;后期可选小些，桃花汛多为雨融雪，洪水过程短，三小时洪峰即达库区，汛急而猛，安全度汛不可忽视。
（3）雨洪期（夏秋季）径流系数一般为0.06〜0.26 。
1981 年大涝，其径流系数为0.49（7、8 月份）。
对于降雨历时短（7 小时〜20 小时）且强大的（50 毫米〜100 毫米）暴雨，前期多雨的径流系数可达0.28 左右;如果前期少雨或无雨可选0.14 〜0.18 ，降雨20 毫米左右;如果前期多雨，径流系数可选0.11 左右;前期无雨或少雨，可选0.03 左右，降雨5 毫米左右;前期多雨，可选0.06 左右。
流域径流特性分析及预报的先进理论与方法
第一篇 流域径流特性分析及预报的先进理论与方法水文系统是一个复杂的高度非线性系统，其中，径流的变化对整个系统的演 化起主导作用，并会对资源环境和区域经济产生重大影响。
由于受气象、自然地 理、流域特性等多因素的综合影响，流域径流的变化具有多种不确定性，表现出 非线性、多时间尺度性和混沌等特性，而受流域水文过程观测资料的限制以及对 水文过程认识程度的局限，目前还难以完全用数学和物理方法来准确地描述和刻 画其完整的演化过程。
以前主要用传统研究方法和手段，或基于单个水文站对流 域径流的演化规律进行分析和预测，从线性角度或近似为线性问题去研究本质上 是非线性的水文时空变化问题，这必将引发许多无法妥善解决的困难。
为了摆脱 这种困境，需要不断将新的理论和方法引入到水科学研究中，通过各种方法的有 机结合，从流域可变时空尺度的角度来对系统进行分析和研究。
近年来，随着计算机技术的进一步完善和普及，使得复杂理论和方法的实现 成为现实，这大大加速了各种特性分析方法在水文领域中的应用。
在此基础上， 大量新颖的理论和方法被不断引入到水科学中， 促进了特性分析研究的迅猛发展。
考虑到水文水资源具有多方面的特性，对其进行全面系统的分析和研究是相当复 杂的。
因此，国内外的学者们在努力把握各种特性分析方法的特点和使用范围的 基础上，通过取舍耦合，将合适的理论和方法引入到水文水资源的特性分析中， 以推动水文特性分析研究的发展，为水资源规划与管理提供了科学的决策依据。
本篇在总结吸收前人研究成果的基础上，运用小波、混沌、支持向量机等现 代分析及预测理论，并结合传统的理论分析方法，对流域径流的周期、趋势和混 沌性等演化特性进行了深入研究，在此基础上建立了基于小波分析和支持向量回 归的径流多尺度耦合预测模型，构建了一种中长期径流区间预测的混沌时间序列 方法，以便为今后水资源管理的政策制定者、研究人员以及公众提供未来径流变 化的背景。
第 1章 径流演化过程复杂特性分析方法1.1 径流过程多尺度特性分析受气象、地理、人类活动等多种因素的综合影响，径流的变化过程通常具有 一定的不确定性，且往往包含有多种时间尺度变化和局部运动，是一个复杂的非 线性系统。
丰满水库汛期径流预报方法初探
水 库水 来 源 主 要 有 上 游 河 水 人 流 和 直 接 降 水 。水 库水 份 流失 主要有 放流 、 蒸发 ， 出 。对 于 渗 来源 ， 不管 来 自上游 还是直 接 降水 ， 归根 到底都 是
日降水 与平 均降水 ８ｄ日降水 量 以及 某几 日降水 量 的总 和 ， 与水位 日变 化做成 一个 大 的统计 样本 ， 对 统计 样本 进行 分 类 ， 水 位变 化 由小 到 大进 行 对
・
１６ ・ ２
气 象 水 文 海 洋 仪 器
１ 降水 资料 分 析 处 理 及 因子 选 取
１ １ 资料 分析 处理 ．
日 数到底相关多少。 通过整理降 水资料并检验后
发 现水位 与 当天 以及前 ８ｄ共 ９ｄ的 日降 水量 有 关 。为 了尽 量扩 大 降 水 因子 可 选 范 围 ， 单 站 当 将
从 表 １中可 以看 出 水位 负 增 涨 时 ， 水 位 下 即 降时 流域 中平均 降水 量 并 不 等于 零 ， 当水 位 无 变 化 时 ， 明水 库水 补 充 与 流 失持 平 。从 每 阶段 的 说 水 位 增涨 的降水 时空 平 均 值 上看 ， 水位 增 涨 与 降 水 时空平均 值基 本成 正 比关系 。 从 详 细 的降水 时间分 布表 上看降 水个 时段 的 分 布是不 均 匀 的 ， 有 一 定 的 规律 。各 个 时 间 段 没 的 降水共 同作 用影 响整个 水库 的水位 变 化 。基 于
（ ． ｍｏ ｐ ｅ ｉ ｉｎ ｅ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｌａ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０ ２ Ｊｉｉ ｔｏ ｏｏ ｉａ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｖｃ １ Ａｔ ｓ ｈ ｒｃＳｃｅ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｎ ｈ ｕ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ， ｎ ｈ ｕ ７ ０ ０ ； ． ｌｎＭｅｅ ｒ ｌｇ ｃ ｌ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｓ ｒ ｉｅ ｔ
降雨径流型洪水预报方法实例分析
×
．
积 、深 度逐 渐 减 小 。流 域 冻 土导 致 降雨 下 渗 １９９２
异 常 ，透 水 较 差 ，冻土 融 冻 时 吸收 热 量 ，抑 制 蒸发 ，实 际蒸发小 于正 常蒸发 ，土壤含水量 ＿ １９９４
Ｏ．５ １．Ｏ
２００ ２００
４９ ２ ７１．８
４２ ２ ７０ ８
５０
１２７．６ ５４．６ １８２．２ １７５ ０ １４ｌ ８ ３３．５
３５ ０
√
积约 ６７７ｋｍ２，河长 ６７ｋｍ。流域地貌属小兴安 １９６９ ０．５
岭 山地 ，植 被 良好 ，地 下 水 丰 富 。流 域 为黑 龙 —
２００
ｌ７５．７ ６９．５ ２４５．２ ｌ８Ｏ．０
ｌ７９ ８
０ ０ ．
３６．Ｏ
√
江省 暴 雨 中 心之 一 。流域 位 于 黑龙 江 省 多年 Ｉ９６９ ３ ｌ
２００
５５．８
６９．５
１２６．３ １２３ ０ １７３ ８ 源自４６ １ ２４ ６
×
．
—
冻土分 区南部边缘 ，年 内土壤 １１月结冻 ，第 １９７０ Ｏ．４
二 年 ４月解 冻 。一些 山地 阴 坡或 塔 头 地 带 ，
１３６．０
１７ ３ ．
２９．６
√
土壤湿润情况是影响降雨产流的重要 因素 ， １９６５ １．２
ｌ００
５９．４
６９．３ 】１８ ７ ９０．８
９９ ２
５ Ｏ
ｌ８ ２
√
．
因为其直接决定着下渗损失雨量 的大小。上
述 影 响 因素 成 因 复杂 ，均 难 以定 量 掌握 。
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径流预报主要方法的探究
径流预报在水电站、水库的优化调度中有重要作用。
本文介绍了现阶段径流预报的主要方法，并分析了各方法的优缺点，为径流预报的分析和研究提供了理论依据。
标签：径流预报；方法；依据
引言
水库的优化调度问题已经被人们研究了半个世纪以上，涌现出的优化调度理论越来越多，不过人们发现很难将这些理论应用到实际应用上来。
径流预报的准确度过低是造成这种情况的主要原因之一。
径流预报可以分成短期的预报和中长期的预报两种方式，本文主要阐述中长期预报的方法。
中长期预报通常指的是3天以上、1年之内的预报，主要的预报方法有成因分析法、水文统计法等。
1、成因分析法
降水是山川大河径流的主要来源，大气环流是造成某一个地区发生干旱或者水涝的因素之一。
成因分析法研究了大气环流和水温因素存在的联系，根据大气环流的演变规律来对水文因素进行中长期预报。
大气环流和水文因素之间存在何种关系一直是学者们开展研究的重要课题。
有的学者通过对海洋与高原的热变化对下游流域的旱涝以及汛期产生的影响，解释了大气环流和水文因素之间的某些关联。
还有的学者利用水文气象学有关方法，阐述了最近以来我国对雨水的中长期报告发展进展，并探索了如何提高中期预报的准确度问题。
成因分析法的分析基础是物理学，这也是水文中长期预报的发展方向所在。
2、水文统计法
2.1 模糊分析
模糊分析预报产生于上世纪80年代。
水文气象等因素因为受到复杂的形成机制的影响，传统的准确性描述不能很好的对径流进行预报，在水文领域中应使用不同的模糊概念来代替准确性描述，比如“旱涝”、“丰枯”等，这就是模糊理论的精髓。
根据模糊控制的有关理论，模糊分析法使用模糊的语言来描述预报的结果，把径流自身的演变规律作为已知条件，通过已经知道的甚至是未知的模糊关系对未来可能出现的情况进行预报。
使用该方法对径流进行预报时不需要任何的成因资料，这是值得注意的一个地方。
模糊分析法在上世纪末得到更新和发展，研究者通过与水文成因、统计分析的有机结合，提出了更加严谨和准确的模糊分析法，在一定程度上提高了中长期预报的精度。
模糊分析法使得中长期预报理论更为丰富和多样化，不过也正因为该方法的模糊性和主观性，使得该法没有得到广泛的推广和使用。
2.2 灰色系统理论
该理论产生于上世纪80年代，到现在为止一直保持着较快的发展。
该理论认为，虽然客观事物之间有复杂的现象和混乱的数据，但是它们总是有一定的顺序，它们之间也必然存在着某种内在的关联，问题的关键就是如何认识并挖掘这些关联，并最终利用起来。
灰色系统理论将所有的随机数据都当成变化着的灰色量，经过一定的数据处理之后，这些随即数据之间的内在关联或者因果关系就会显现出来。
到现在为止，该理论已经形成了灰色关联空间为主的数据分析体系，进而发展出预测、建模、决策、评估、控制等系统分析技术，其也在径流预报中得到了一定的应用。
不过由于该理论本身的模型特色，它更适合分析具有增长趋势的问题，而对于径流预报等变化趋势不稳定的问题来说，拟合出的灰度太大，准确度得不到保证，因此在中长期预报中还在探索阶段。
2.3 类比合成方法
类比合成法由劳伦斯（Lorence）于1969年提出，该方法属于多维搜索法的范畴之内。
该方法的基本原理通过对时间序列中的隐含信息进行挖掘并进而预测，目前在气象学预报中已经成功得到应用。
使用该方法进行预测时，首先要进行如下的假设，那就是：在时间序列当中会有一个某种特定的模式重复出现，也就是在多维的时间进程里只要能呈现出连续的状态模式，其在历史进程中也会存在。
如果研究者在过去的时间序列里找到了和参考模式非常类似的类比模式，那么用类比模式就可以对未来的趋势进行预测。
类比合成法的优势在于适用范围广泛、允许因人为因素产生的误差存在、对历史观测资料要求较低等，不过另一方面，该方法运用到径流预报中时还要考虑到其他的一些问题，比如如何进行合成预报、模式长度的意义等，这些还有待于进一步分析。
2.4 人工神经网络法
该方法是一种新兴的方法，目前已经在多个领域得到了广泛的应用，除了可以进行自动控制、语言识别等，还可以进行预测、评价等，并且预测的准确性高于回归模型。
人工神经网络中能够应用到径流预报的算法为BP（Back-Propagation）神经网络，该网络的组成结构一般有输入层、隐含层以及输出层，每一层都包含了若干个结点，每一个结点均代表了一个神经元，处于同一层的不同结点之间不存在
联系，而在兩层结点之间其连接作用的叫做权。
图1为BP神经网络算法模型。
BP神经网络的优点是结构简单、操作简便、模拟性强，缺点是学习时的收敛速度偏慢，容易陷入微观计算而忽略宏观计算，并且其预测的能力也偏弱。
结语
目前来看，径流预报的主要问题为预报期太短、预报准确度低，这对矛盾的说法对径流预报提出了很难均能满足的情况。
通过对上述方法的阐述，读者可以根据不同方法的优缺点进行针对性的学习和参考。
参考文献：
[1]原文林. 水电站水库优化调度模型研究[D].郑州大学，2012.
[2]章淹. 致洪暴雨中期预报进展[J]. 水科学进展，2013，02：162-168.
[3]陈守煜. 中长期水文预报综合分析理论模式与方法[J]. 水利学报，2014，08：16-22.
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