山区性河流洪水预报模型研究及运用

胡志伟 胡小平

【摘 要】洪水预报是预防洪灾的一个非常关键的途径。由于我国的河流水系多，洪涝等灾害频发，对于洪水预报也必须给予相当的重视。对于山区性河流来说，由于受到地势、环境等多方面因素的影响，其突发的洪水灾害相对来说更为频繁，因此，如何能够建立起合理有效的山区性河流洪水预报模型，是防洪抗灾工作当中需要高度关注的问题。本文将对我国目前的山区性河流洪水预报模型进行浅要的分析与研究。

【关键词】山区性河流 洪水预报 模型 研究

在我国的国土面积当中，山丘区的面积占据了近百分之七十。由于山丘区的地形更为复杂、气候条件更加恶劣等因素，导致各种山洪灾害频繁发生。其中，因强降水造成的泥石流、山洪、滑坡等灾害引起的损失最为严重。山洪灾害在带来了巨大经济损失的同时，还严重影响了山区人民的生活及安全。对于山区性河流洪水预报系统的建立与完善刻不容缓。目前，我国在大江大河洪水治理工作上面取得了越来越好的成效，相比较之下，对于山区性河流洪水预报模型的研究相对还比较落后。

1概况

江西地形以丘陵山地为主，属于江南丘陵的主要组成部分。省内除了北部比较平坦之外，其东西南部三面环山，中部丘陵起伏，全省盆地、谷地广布。同时，江西江湖众多，全境有大小河流有两千余条，总长度达1.84万公里，包括赣江、抚河、信江、修河和饶河等，在其南高北低的地形有利于水源的汇聚，形成了以鄱阳湖为中心呈向心水系。由于水网稠密，又处于北回归线附件，江西全省气候温暖，雨量充沛，年均降水量1341mm到1940mm。在汛期时河水暴涨，极容易泛滥成灾，具有夏季丰水、冬季枯水、春秋过渡的特点。由于其径流的年内分配主要集中在4月到6月之间，这段时间内降水非常集中，并且大多以暴雨形式出现，容易造成洪涝灾害，严重制约了江西省的经济发展。而目前，山区的经济发展比较缓慢，技术条件不足，导致山区性河流洪水预报的系统还不够完善，根本达不到防御洪灾的要求。在这种情况下，对于山区性河流洪水防御模型的研究是当下非常迫切的问题。

2山区性河流洪水预报模型的参数优选

洪水预报系统是利用计算机来达成洪水预报工作的联机作业，它通过对水情或雨情的准确快速收集及储存，借助多种专业的数学模型来进行洪水预报以及河道洪水演进。在洪水预报模型当中包含模型结构、模型参数。模型结构，指的是模型的相关计算步骤和方式；模型参数能够表现水域的相关水文特征，包括过程参数和地理参数。在对洪水预报模型率定参数进行确定时要综合利用历史资料和实时资料对参数进行率定、补充以及修正，从而最终确定预报模型的参数。在进行模型参数优选时，我们可以从参数优选和参数评定两个方面入手。

进行山区性河流洪水预报模型的参数优选时，要在选定目标函数之后利用优化算法来进行求解，一般比较常用到的优化方法包括人工试错法、交互式优选法以及自动优选法。人工试错法，即先假设一组参数，在计算机上通过模拟、比较等方法反复循环地对参数进行调整，在重复多次的计算下选出最优的方案；自动优选法，是在不进行人工调试的情况下让计算机按特定规律进行自动优选；交互式优选法，即以上两种优选方法交互使用。参数评定是对优选出来的模型参数进行判断来确定其是否达到最佳拟合，一般可以通过图形显示法和目标最佳拟合法来进行。图形显示法，即在用一张图形对模拟值、实测值后通过目估来进行判断；目标最佳拟合法中对洪水预报误差有绝对误差、相对误差、确定性系数三种目标。其中确定性系数的计算公式为如下（其中 是计算值， 是实测值， 是实测值均值，n表示资料序列长度）：

在对洪水预报模型参数优选时用的的优化算法很多，最常用到的包括粒子群算法、遗传算法、单纯性算法等，可以根据山区性洪水预报的具体模型来进行合理的优化算法选择。

3产流汇流的相关分析以及预报方案的建立

3.1产流汇流的相关分析

在进行产流和汇流数据的分析时，要对流域内的平均雨量和流域蒸发量进行计算。在对流域平均雨量进行研究时，需要根据具体山区性河流水系实际情况和流域洪水特征进行综合的分析来确定计算的具体时段长度，计算平均雨量时可运用森泰多边形法等计算方法。流域蒸发量的计算公式为：EPt=K·Et（其中EPt表示流域蒸发量，Et表示流域时段水面蒸发量，单位均为mm；K表示蒸发折算系数）同时要针对山区性河流当中具有代表意义的部分场次洪水退水段进行综合退水曲线、前后时段流量的相关曲线的制作，在此基础上运用直线斜割法等来对场次洪水的基流进行切割。

3.2预报方案的建立

预报方案可以通过多种方法来进行建立，针对山区性河流洪水主要可以采用水箱模型法，降雨径流相关法，产、汇流模型法等方法。

（1）水箱模型法。水箱模型，又称坦克模型或者黑箱模型，它是一种通过降雨的过程来计算径流过程的降雨径流模型。目前水箱模型法是流域水文模型当中被运用得比较广泛的一种模型。在山区性河流洪水预报模型的建立当中，由于山区的地形复杂，小河流众多，使用水箱模型法可以把山区复杂的降水径流过程简单地慨化成流域的蓄水和出流关系，并在此基础上进行模拟，针对山区小流域的降水、水循环、径流等等水文特性来建立串联水箱模型，通过串联水箱模型来对流域的降水径流过程进行模拟并计算流域的径流量，同时结合河流水质模型来综合模拟河流流量及主要水质指标变化。水箱模型用于小流域的径流模拟比较准确，它可以与水质模型结合起来使用。在使用水箱模型法进行预报时，要采用前后时段流量相关法等方式并结合后期的降雨等，对预报洪水的退水段进行相应的修改。

（2）降雨径流相关法。运用降雨径流相关法时，要根据山区性河流具体的次洪降雨径流来建立起上层出流系数与洪峰数量、造峰雨量和洪峰流量等降雨径流的相关关系，利用这些相关关系来对该河流的次洪径流量进行直接的预报，同时也能够对其他的预报结果做出检验。这种方法可以综合反映出山区性河流流域的降雨径流与前期土壤当中的含水量间的关系。在进行降雨径流相关图的制作时要将前期的影响雨量作为参数，使误差降低到最小。

（3）产、汇流模型法。根据山区性河流的多场洪水的相关数值来分析初损IO值，计算稳定入渗率、净雨量、起涨流量、上层蓄泄系数和下层蓄泄系数。其中上层蓄泄系数还受到流域内多年平均降雨量、流域面积以及河道坡度等方面的综合影响。在对相同时刻的河流上层流量与下层流量进行相加后便可以实现预报洪水的过程，预报洪峰的流量就是其最大流量值。

在进行山区性河流洪水预报模型的建立过程中，要对各种方案进行反复的比较与筛选，根据方案具体的评定结果来选择出首选方案，并将其他有一定效果的方案作为辅助方案。

4结语

综上所述，山区性河流洪水预报模型的建立与完善是目前洪水预报工作中刻不容缓的一项工作。通过对山区性河流洪水预报模型的研究可以将众多无资料的小流域单位线以及河段洪水的演算模型参数估算的方法运用到洪水的过程模拟当中，从而对以往的只能对有资料的地区河流进行洪水预报的缺陷进行弥补。在建立山区性河流洪水预报模型时，要对多种洪水预报模型进行充分的了解与掌握，根据山区性河流的实际情况选择适当、合理的方案来完善模型，从而实现对山区性河流洪水灾害的准确及时的预报，减少因洪灾而产生的社会、经济损失，为山区居民的生活与安全提供良好的保障。

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