水文站洪水预报的不确定性来源分析

徐峰

摘 要：近年来，各国更加注重对洪水的预报理论和预报方法的研究，但鲜少有学者对洪水预报不确定性的来源进行分析。众所周知，水文预测中的不确定性包括自然环境变幻莫测、引用资料不准确、模型参数及其结构的不准确性三个方面。分析水文站洪水预报中的不确定性来源，可有效指导和改进洪水预报理论的應用，提高预报的准确性。

关键词：不确定性；不确定性来源；水文模型

中图分类号：P338 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0124-02

Analysis of the Uncertainty Sources of flood

Forecasting in Hydrological Stations

Xu Feng

（Xinyang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinyang Henan 464000）

Abstract： In recent years， countries have paid more attention to the study of flood forecasting theories and methods， but few scholars have analyzed the sources of flood forecasting uncertainty. It is well known that the uncertainties in hydrological forecasting include three aspects： the unpredictable nature environment， inaccurate reference data， and inaccurate model parameters and their structure. Analysis of the uncertainty sources in flood forecasting of hydrological stations can effectively guide and improve the application of flood forecasting theory and improve the accuracy of prediction.

Keywords： uncertainty；uncertainty sources；hydrological model

在对洪水的预测中，不管是输入部分的数据，还是水文系统中预测的数据都存在不确定性。各种水文预报中的数据是混在一起处理的，所以存在一定的误差，从而出现数据的不确定性。现在的实时预报确实提高了预报的精确度，但仍不能忽略预报中的不确定性。

1 水文站洪水预报不确定性分析

水文预测中的不确定性包括自然环境变幻莫测、引用资料不准确、模型参数及其结构的不准确性三方面[1]。

1.1 自然现场本身的随机性

大自然是变化多端的，而水文的变化与自然变化雷同。水文现象是一种概化的自然现象，自然环境的变化同时会影响水文的变化。在水文站预测洪水情况时，自然环境不断变化会给检测带来误差，即使模型参数已准确，也不能完全避免预测误差。重要预报发布前都要组织会商，根据几种方法推算的预报数据，进行成果的综合分析比较，查找历史上类似的暴雨洪水档案，分析比较将要出现的洪水趋势，然后再发布。

1.2 数据资料的不准确

在水文预报中，需收集和传输很多资料，如雨量资料、流量资料、蒸散发和土壤湿度资料等，但这些资料在收集获取过程中，往往存在不确定和误差。此外，水文站的检测设备使用不合理也会造成数据资料存在较大误差。

1.2.1 雨量资料的不准确。导致检测雨量资料误差的原因有许多。比如，在实际检测过程中，选用当地不同的地点作为站点来进行观测收集雨量资料，选用站点数量的不同（可以是2个、3个或4个）可能会造成误差。而被选做检测点的地点差异也将直接导致预测结果不准确。此外，雨量计制造精度也会影响检测结果，如仪器本身就或多或少地存在测量方面的误差，不能百分之百确定降雨量；监测点的分布与检测点周围的环境也会对雨量计的测量结果产生影响。此外，降雨时时空的变化，水文站的站网测得的平均降雨量与实际平均雨量在数值上会有一定差异；雨量计的时钟与水文站的时钟时间不同步，这些因素也会对检测结果产生影响。

1.2.2 流量资料的不准确。对水文模型产生影响的因素有两大方面：一是雨量资料的不准确；二是水流量资料的不准确。其中，水流量资料的不准确对水文模型准确性的影响相对较小。流量资料的收集是一个比较简单的过程，出现的误差较小；但在雨量资料收集过程中，由于能提供的资料较少，且收集过程较复杂，对水文检测的结果影响较大。

1.2.3 土壤湿度和蒸发对检测的影响。土壤的含水量和蒸发能力会直接影响对水文预测的检测结果。土壤含水量即土壤湿度，前期土壤的含水量是影响洪水形成的重要物理因素，而蒸散发能力的强弱则直接决定土壤的含水量。土壤含水量和蒸散发能力这两者相辅相成，相互影响。水文站站网布设是否合理与水文站仪器设备性能的好坏是导致蒸散发及土壤湿度误差的主要原因。

2 预测不确定性的来源

2.1 水文模型参数的不确定性

在对水文的预测过程中，对于不确定的模型参数，无论是参考的历史资料，还是通过物理方法进行的实地调查，都存在不准确性。而对于已确定的模型，参数的不确定性表现出两方面的问题：一是对某次洪水预测的参数的不确定性；二是在检测过程引用的资料的不确定性[2]。各参数的均值和标准差是通过函数计算出的，根据一定的目标函数计算出多个洪水参数，从而得到结果，确定出相对来说最准确的一组参数。然而，对于非线性降雨来说，利用上述模型得出的结果存在偏差，但最终结果相差不大。

2.2 不确定的水文结构模型

自然的抽象化就是我们所说的模型，而水文模型就是对水文现象的概化，是符号的综合体，是数字模型用数学语言将自然现象符号化的水文学应用。为了模拟水文现象而建立的试题结构、数学结构与和逻辑结构，模型即使足够完美，也不能准确无误地完全模拟洪水的过程线，不能真正反映流域降雨径流的物理过程。以概念模型为例，如若模型只简单地具有物理意义，没有严格的物理定律基础，那么我们通常称其为概念模型，而概念性是汇流过程的简化，有多个环节，而每个环节又包含多个子环节，因为细节过多，所以偏差较大。所有的概念模型都有多个环节，所以存在误差和不确定性。

2.3 可预测的不确定因素

说到关于水文预报可预测的不确定因素，人们可能都会想到克日什托夫维奇，他曾经向水文工作者们阐述过关于可预测的不确定因素的真正含义。而他所提到的内容，我们并不难理解，但如果深入探究，又无从下手，存在解不开的地方，现从以下两点说明为什么大家都不太清楚克日什托夫维奇提出的导致水文预报可预测不确定性的因素。

2.3.1 预测数值的不确定性。预测的目标不是描述那些由水文预测模型生成的不定因素，而是要提供对未来降雨、出流及损失方面的数值的不确定因素[3]。这一数值对水文预测是至关重要的，对天文学家研究水文极为有用。

2.3.2 水文模型预测的不确定性。水文模型是对自然的抽象概括，是对现实世界的虚化，是一种象征性的符号。水文模型可以使人们将获得有关未来的知识，人们虽然将这一预测的结果看作不确定的结果，但还是有参考价值的。

3 水文站洪水预报不确定性控制的发展分析

我国自建国以来，已经有几十年的历史了。新中国的水文检测预报，是从无到有，从少到多一点点积累、慢慢摸索着发展起来的。从那时起，我国开始选派相关技术人员进行深入研究，最终使水文监测预报成功发展。希望可以通過对水文预报在现实生活中的研究，对水文预报行业的发展进行展望，使水文预报在防灾中为人们提供更好的服务。

4 结语

分析洪水预报中的不确定因素，对预报理论和预报方法具有重要的理论和指导意义。根据实际情况制定合理、科学的预测方法，建立合适的预测模型。此外，这些不确定因素对防洪系统的调整和风险分析也有重要意义。

参考文献：

[1]丛立林，战伟.水文站短期洪水预报方法分析[J].东北水利水电，2011（6）：35-36.

[2]张政，薛小龙，张玉芹.洪水预报中不确定性分析[J].山西水利，2012（5）：16-17.

[3]秦占荣.浅析洪水预报中的不确定性来源[J].内蒙古科技与经济，2014（5）：231-232.