淮河洪水预报现状和展望

王 凯 徐时进 陈红雨 杜久芳

（淮河水利委员会水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

淮河洪水预报现状和展望

王 凯 徐时进 陈红雨 杜久芳

（淮河水利委员会水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

《淮河流域综合规划（2012-2030年）》指出，淮河流域洪涝灾害频繁发生，洪水预报是淮河防洪的重要非工程措施，对于防洪减灾具有重要决策支持作用。本文从洪水预报任务、预报模型方法、预报系统建设等几个方面介绍了淮河流域洪水预报现状及存在问题，展望了淮河洪水预报的发展前景和今后的工作重点。

淮河 洪水预报 现状 问题 展望

《淮河流域综合规划（2012-2030年）》指出，经过60年的治理，淮河流域初步形成了水库、堤防、行蓄洪区、闸坝、湖泊等组成的防洪工程体系。随着国民经济的发展，防洪非工程措施也得到了长足的发展，目前已经初步建成了集水文模型、水力学模型、校正模型、调度模型等多模型组成的淮河洪水预报调度体系非工程措施。工程措施与非工程措施的结合，基本实现了“拦、泄、蓄、分、行、排、算”相融合的防洪减灾措施，在淮河历年的大洪水中发挥了至关重要的作用。

洪水预报工作是防洪指挥、调度、决策的重要依据。针对淮河的特殊性，淮河几代水文工作者共同研制和引进了多种适用于淮河流域的预报模型方法和手段，并不断进行修正和改进。在历年淮河防洪调度和水资源管理中发挥了不可替代的作用。随着经济社会和水利事业的发展，对洪水预报提出了更新、更高的要求。

一、洪水预报现状

1.洪水预报任务

淮河洪水预报涉及整个淮河流域，包括淮河水系和沂沭泗河水系干支流主要控制站、大型水库、分滞洪区等，预报的重点区域是淮河上游王家坝、中游正阳关、吴家渡及下游洪泽湖、沂沭泗河水系沂河干流临沂、沭河干流大官庄、南四湖、骆马湖等。预报项目主要有洪峰流量、峰现时间、流量过程、洪峰水位。

2.洪水预报方法及模型

淮河实用洪水预报主要模型方法见表1。

（1）经验方案

淮河上、中、下游所使用的洪水预报方法具有一定的区域性差别，这与区域的水文气象特征、资料条件和区域防汛重要程度等有关。目前，淮河上游干支流主要控制站采用降雨经流关系、单位过程线等进行预报；中游正阳关以上根据上游来水过程，通过马法或槽蓄曲线进行洪水演算，预报各站流量过程及相应水位；干流正阳关以下，制作上、下游水位（流量）相关曲线进行洪水预报。干流行蓄洪区则根据行蓄洪区工程控制运用方案分析预报。上游水库用库容曲线演算预报蓄水位和出库流量过程，同时还进行淮河干流的退水预报。洪泽湖预报方案用降雨径流关系、洪水概化过程分别推算出入湖水量及流量过程，根据不同控制条件预报湖水位。或直接以上游站洪峰流量，根据退水曲线，通过河道流量演算，求得入湖过程。

表1 淮河实用洪水预报主要模型方法

（2）水文模型

新安江模型和水箱模型都是集总型水文模型，适用于湿润半湿润地区，目前已经应用于淮河上游大型水库、淮河干流及主要支流主要控制站、淮河下游洪泽湖，以及沂沭泗河水系的临沂、大官庄等主要控制站。

（3）实时校正模型

由于淮河流域特性和降雨分布的复杂性和多变性，用降雨径流或河道汇流作出的流量序列预报，有时误差很大，需进行实时校正。本流域采用的是自动反馈模拟实时校正模型。该模型是充分利用已获得的实测流量信息，并根据这些已出现的实测流量与原预报流量值的关系，对未来的预报流量值进行反馈模拟。

（4）专家经验与后验分析

模型是洪水预报系统的主要部分，但不是最后的一步。后验分析成为预报过程的一部分，包含了专家经验和对当前形式的理解判断，是目前洪水预报系统最后的和重要的一步。尽管模拟结果总的来说是好的，但在重要洪水事件期间是不够的。为了获得可靠的洪水预报，需要预报员考虑各种不确定因素对模型结果进行综合分析，最终确定预报值。后验分析一般有这几项工作：1）精度分析：结合由不同模型给出的预报值，确定可能最准确的预报；2）历史洪水相似性研究：与历史洪水进行比较，找出相似之处，如果必要，寻求合适的管理措施；3）气象假想案例研究：计算可能的暴雨时空组合产生的洪水；4）社会经济评估：在洪水期结束之后，对洪水预报系统的表现进行社会经济影响评估，找出当年系统中的不足之处，为下一个汛期改进提供借鉴。

3.预报系统建设情况

在“3S”（GIS、RS、GPS）技术、信息化技术支撑下，两台一库（数据汇集平台、应用支撑平台、数据库）框架结构设计下，基于经验模型、新安江模型、水力学模型（局部）、实时校正模型、调度模型、专家经验交互修正等多模型以及数据库、网络和计算机技术于一体，覆盖淮河流域重点防洪地区的淮河洪水预报调度体系基本建成。具体包括淮河洪水预报系统、沂沭泗洪水预报系统、淮河正阳关以上短历时洪水预报系统、淮河通用洪水预报平台等。

在建的洪水预报系统有：与荷兰三角洲研究院开发的开放洪水预报预警平台Huaihe-FEWS、与美国俄克拉荷马大学合作开放的分布式水文模型CREST、基于雷达格点雨量的中小河流山洪预警预报系统等。

待建的洪水预报系统有：基于DEM的分布式水文模型、水文气象耦合模型、水文水力学耦合模型系统。

4.先进技术的使用情况

淮河近年来引进了许多国外先进水文模型，如荷兰的开放洪水预报预警平台Deft-FEWS、美国的分布式水文模型CREST、英国的半分布式Topmodel水文模型等。

淮河流域在各个洪水预报系统和专家会商系统的建设和使用中大量应用各种先进的计算机手段，如各类计算机交互技术，网络技术，数据库技术等，开发出一些C/S或B/S架构的多功能交互式洪水预报系统，将预报员从烦琐的手工作业中解脱出来。

“3S”技术已经在淮河流域的广泛应用。GIS目前应用最多，各分布式水文预报系统都基于GIS平台。RS遥感和GPS全球定位技术目前应用相对较少，主要有利用雷达和卫星收集空间降水信息。

洪水预报中水文学与其他学科交叉应用技术是未来的发展方向，如与气象、地理、数学、力学、环境学等学科的交叉。因为我们所要预报的对象是一个流域或是一个河段，它们本身不是孤立的，与各种学科因素息息相关。淮河流域在多学科交叉研究方面一直在做着积极的探索。

二、洪水预报存在问题

近年来，淮河洪水预报工作在洪水预报模型方法制作、洪水预报系统建设、先进技术使用等方面取得了一定的成就，同时，淮河洪水预报也存在着许多问题：

1.洪水预报信息不足，影响洪水预报精度

降雨、水文报汛站网分布不均，一些地区设站稀少，导致信息量不足，报汛时间频次不够也会导致信息量不足，不能满足洪水预报的需要，影响洪水预报精度。淮河洪水测验难度大，预报作业中，很多预报因子无法实时获取很难及时、准确得到行蓄洪区进出水量、中小水库蓄水情况。

2.预报理论不完善

随着对预报工作的要求提高以及人类活动和下垫面条件的变化，特别是水利工程影响加剧，当前还有许多需要进一步研究和探讨解决的预报理论问题。如：水利工程的影响问题，无资料或资料缺乏地区的水文模拟问题，淮河中下游河道平缓地区的水位预报问题，水资源中长期径流预报技术，水文气象耦合技术，水利工程预报调度相结合以及山洪灾害、水环境预测预报等，理论不够成熟，需加强研究。

3.预报综合服务水平有待提高

目前淮河的洪水预报精度总体水平处于全国领先水平，但综合服务水平仍然有待提高：一是预报领域有待拓宽，一般比较重视洪水预报，对径流、旱情、山洪、水环境的预报开展不够；二是预报精度有待提高，特别是防洪重点地区的大江大河中下游水位预报精度，表现在流量精度较高，而通过水位流量转换后的水位预报却满足不了要求；三是预见期较短，未来气象预测信息利用程度不够，绝大部分预见期小于2天。

4.预报系统不尽完善

预报系统是预报人员的作业平台，可有效提高作业预报的质量和效率。淮委水文局先后建立了洪水预报系统，多年来为淮河的防汛决策部门提供了大量的预报成果。但是预报系统建设方面也存在些问题，主要表现在预报系统分散、预报方法单一、系统功能不全、人机界面图形功能不强、系统技术文档不全、系统开发因人而异、部分现有预报方案没有计算机作业等。特别是洪水预报系统各自分散问题，不利于系统之间的数据共享与传递，各系统预报结果的对比分析，相互修正，统一输出自动化程度不高，大大影响洪水预报作业速度和效率。应最有效集成各系统。

三、洪水预报展望

随着水文现化化的大力推进，各种先进技术的日益发展，多学科交叉技术的逐步成熟，水文业务队伍素质的不断提高，淮河洪水预报必然会迈上一个新的台阶，理论完善、实用可靠的具有淮河特色的洪水预报系统是未来发展的重要方向。下一步淮河洪水预报的工作重点具体包括：

1.加强和改进水文监测能力

随着水文现代化和流域社会经济的快速发展，淮河水情站网的逐步完善和自动雨量站的普及，以及各种信息采集、传输手段的现代化，报汛站点空间分布密度和报汛时间频次、精度将大幅提高，水文自动监测和数据传输技术将得到进一步加强，这必将为洪水预报的发展提高必要的基础信息支撑。

2.完善洪水预报理论和方法

随着对淮河流域产汇流特性、河道坡面洪水演进规律的进一步认识，更多适用于淮河流域复杂情况的洪水预报模型将被研制出来。随着计算机技术、“3S”技术、多学科交叉融合等技术的发展，洪水预报理论和方法将得到进一步完善。具体包括：

（1）多模型耦合的洪水预报

由于水文预报的高度复杂性，单一模型难以独自解决，因此，应将多种方法联合，扬长避短，以达到更高的预报精度。耦合方法研究在水文预报中的应用前景是广阔的、有意义的。

1）水文气象耦合

洪水预报的精度和预见期的长短，直接关系到防洪调度的决策，关系到人民生命财产的安全。为了有效地增长预见期，赢得科学决策的时间，非常有必要加强暴雨洪水的耦合预测。为提高降雨预测的精度，一是要研究区域数值预报为主的多源信息综合的预测技术，二是要研究特定区域暴雨的成因及气候特征，加强统计与动力结合的分析方法。针对不同的降雨模式、不同的工程运用方式以及不同的防洪调度方案，进行洪水模拟计算和水情预测分析，并作洪水预报的不确定性分析，为防洪调度的科学决策提供依据；研制和应用淮河流域主要江河洪水预测预估系统、大范围早期山洪预警预测系统、淮河旱情监测及预警预测系统等业务系统，满足新时期淮河防总对洪水预报新的业务需求。

2）水文水力学耦合

随着科学技术的发展和进步，水文气象的预报精度不断提高，特别是短期的天气预报，基于水文和水力学模型以及河流特性的洪水预报的预报精度逐步提高，洪水调度和水资源管理对水文气象预报的依赖作用明显增强，洪水预测预报已经成为科学调控洪水的重要依据和首要环节。当前将洪水预测预报和水库、行蓄洪区、闸坝等工程的调度措施以及未来降雨预测相结合，利用地理信息系统进行仿真模拟计算是世界上发展和提高洪水预测预报技术水平的主要趋势。如何将降雨预测成果、工程调度预案与洪水预测预报相结合，进行洪水风险评估，优化洪水调度方案，是国内当前迫切需要解决的技术问题。

3）通用洪水预报预警技术

目前流域内仍然没有一套业务部门统一采用的水文预报模型库，流域内大多数水文业务部门所用的洪水预报系统中水文模型大多是针对特定问题、特定区域研制开发，重复开发现象比较严重。为推动水文行业预报技术的进步，当务之急是加速研究建立产品化水文模型库，推广应用已经成熟了的常用水文预报模型技术。

（2）无资料地区和资料短缺地区的洪水预报

淮河现有的水文站网总体布局基本得当，但尚难以适应淮河现阶段经济发展水平的需要，存在大规模的资料短缺地区。《淮河流域综合规划》第四章明确指出，洼地、中小河流山洪及城市等地区水文资料缺乏，又不能利用常规的方法进行资料插补，因而无法满足水文预报、流域水资源规划、综合调度和管理的需要。

为此，有必要加强有物理基础的分布式水文模拟技术的应用研究。利用GIS技术，根DEM自动提取各种水文地形特征，自动生成河网，结合传统水文预报方法，进行流域产汇流和河道汇流计算；在天气雷达气象信息服务系统提供的预报单元或网格单元雨预报产品的基础上，利用分布式水文模型，进行洪水预报水文模拟计算。利用数字遥感数据提供基础性的流域下垫面信息，修正模型参数和状态变量值，提高洪水预报精度。

（3）考虑人类活动影响的洪水预报

在过去几十年间，淮河流域兴建了大量的水利灌溉或其他供水工程，淮河干流和支流特性发生了重大改变，水流特性受到影响。收集这些水利工程实时调度信息对洪水预报来说是重要的。为了获得准确和有效的洪水预报，收集和跟踪人类活动具有重有意义。

四、结语

水文预报是防汛抗旱工作的第一个重要环节，及时准确的水文预报是衡量水文服务质量的重要标志。水文预报作为淮河水文工作的一个重要组成部分，在过去的几十年取得很大进展，积累了丰富的经验。如今进入信息多元化的高科技时代，水文预报方法研究应致力于用观测资料来替换过去模型中的概念性经验处理方法。随着地理信息系统技术、测雨雷达和卫星云图技术应用能力的大幅度提高以及数值方法和水文学理论的不断进步，淮河洪水预报将步入立足于传统方法与基于下垫面地理信息的分布式流域水文模拟相结合，水文学与水力学相结合，水文气象预报耦合的水文预报阶段