◎ 石紅云

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區(qū)劃方法在無資料地區(qū)水文預(yù)報中的應(yīng)用

◎ 石紅云

目前，無資料地區(qū)的水文研究已經(jīng)成為了國際水文學(xué)界水資源水環(huán)境研究的熱點問題之一。當(dāng)前國際上解決無資料地區(qū)水文預(yù)報問題的常用方法有區(qū)劃方法、單位線地區(qū)綜合法、地貌瞬時單位線法和推理公式法等方法。本文針對區(qū)劃方法，對無資料地區(qū)水文預(yù)報中的應(yīng)用研究作了相關(guān)探討。首先介紹了當(dāng)今國際上區(qū)劃方法在無資料地區(qū)水文預(yù)報工作中的研究現(xiàn)狀，然后針對現(xiàn)存的問題，以及區(qū)劃方法在無資料地區(qū)水文預(yù)報中的應(yīng)用前景作出了相關(guān)闡述，為我國無資料地區(qū)的水文相關(guān)工作提供了可參考性建議，最后，本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)和國際對無資料地區(qū)的水文預(yù)報研究相關(guān)工作總結(jié)，為我國無資料地區(qū)水文預(yù)報研究工作提出了未來的研究方向。

當(dāng)前水資源問題成為了國內(nèi)外人士關(guān)注的重要問題，很多地方的缺水問題不僅僅是資源型缺水，有很多地方是管理型缺水或資源管理復(fù)合型缺水。只有掌握了本流域水資源的詳細監(jiān)測數(shù)據(jù)，且在充分了解了水資源時空變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能對該流域水資源做出科學(xué)的水資源管理。但是，現(xiàn)存的水資源數(shù)據(jù)遠遠不能滿足我們當(dāng)前對水資源管理的需求，受限于各種因素還有很多地區(qū)的水文數(shù)據(jù)根本無法取得，所以，當(dāng)前的水資源管理受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)WMO數(shù)據(jù)可知，最近20多年全球水文站點的數(shù)目正在以不斷減少的趨勢發(fā)展。同時，隨著當(dāng)前國內(nèi)外經(jīng)濟水平、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人類各種盲目的社會活動，使得很多流域的水文過程受到了嚴(yán)重的影響，因而，很多地區(qū)水文站點曾經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)無法滿足現(xiàn)實條件。雖然我國國內(nèi)的國家級水文站點數(shù)目有3400多個，但是由于我國國土面積較大，所以相對而言，水文站點數(shù)目嚴(yán)重不足，且水文站點分布不均勻。所以，為了改變當(dāng)前這種供需嚴(yán)重不平衡的狀態(tài)，改善水文資料嚴(yán)重缺乏的狀況，水文學(xué)家不斷嘗試進行無資料地區(qū)的水文模擬研究。

區(qū)劃方法的分類

針對無資料地區(qū)的水文預(yù)報目前比較常用的水文模擬方法是區(qū)劃方法。水文區(qū)劃指的是結(jié)合水文模型、遙感技術(shù)等方法，通過尋找流域間水文相似性和加強對穩(wěn)模型與流域聯(lián)系，進而解決水文模擬中無資料問題的方法。

區(qū)劃方法可以分為臨近流域替代法、水文相似流域替代法和回歸法三種方法。水文相似最直接的特征表現(xiàn)為空間距離，這種區(qū)劃分析需要建立在流域間水文行為在空間上變化比較平穩(wěn)的基礎(chǔ)上。臨流域替代法又分為空間臨近法和插值法?？臻g臨近法直接移用了臨近流域的水文信息，而插值法則是通過臨近的幾個流域進行線性插值、格里格插值等。一個流域的水文響應(yīng)行為受到該流域結(jié)構(gòu)特征和氣候特征的影響，例如該流域的景觀、地形、降雨量、蒸發(fā)量等情況。水文相似流域替代法的概念是通過無資料地區(qū)水文狀況相似地區(qū)的數(shù)據(jù)資料，從而進行數(shù)據(jù)傳遞來解決PUB問題。而回歸法則是在解決PUB問題當(dāng)中比較常用的一種方法，該方法是通過降雨—徑流模型參數(shù)同流域特征值建立起回歸關(guān)系，進而對無資料地區(qū)連續(xù)徑流模型參數(shù)值進行估計的一種方法。

對比分析區(qū)劃方法

各種方法都存在自身的優(yōu)勢和不足，下面我們針對這三種區(qū)劃方法作以下分析。臨近流域替代法的優(yōu)勢是計算方法簡單方便，計算過程不那么繁瑣，除此之外，臨近流域替代法也存在自身的不足之處。這種方法存在比較大的隨機不確定性。根據(jù)Mclntyre對英國國內(nèi)流域的研究可以發(fā)現(xiàn)，空間臨近法的限制性在于，該方法所建立的流域之間的各種狀況必須非常相似，例如兩個流域之間的氣候條件、地形變化狀況需要變化不大，同時還要求該流域存在臨近流域。相比而言，插值法對流域之間地形和氣候等條件的要求相對較低，因此，這種方法對不同流域的適應(yīng)性較好。這是由于多個區(qū)域的平均在很大程度上降低了空間鄰近法的隨機性。插值法當(dāng)然也存在著其自身的局限性，臨近流域和目標(biāo)流域的差異會對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，并且這種方法缺乏相應(yīng)的水文解釋。回歸區(qū)劃分析方法在建立回歸關(guān)系的時候由于模型參數(shù)具有不確定性，且參數(shù)和特征值缺乏相應(yīng)的關(guān)系，因而，在建立回歸方程的時候往往會面臨很多問題以致于很難將所有的參數(shù)都建立在回歸方程當(dāng)中去。

雖然基于水文相似性的區(qū)劃方法是目前國內(nèi)外比較常用的一種解決無資料地區(qū)水文問題的方法，但是，受限于現(xiàn)存的各種因素仍然存在著一些值得注意的問題。首先，區(qū)劃方法缺乏相對統(tǒng)一的流域特征選擇的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這就造成在選擇流域的時候夾帶個人的感情色彩從而造成一定的盲目性，為結(jié)果帶來誤差來源；其次，針對流域特征相似（水文響應(yīng)相似）沒有科學(xué)的評判依據(jù)來證明，同時，有些學(xué)者對此還提出了異議；再次，當(dāng)前對于流域的適用尺度規(guī)定不明確，相關(guān)方面的規(guī)定仍舊需要水文工作者在實踐工作當(dāng)中結(jié)合模型分析和實際研究進行不斷地探討；最后，各種參數(shù)對模型參數(shù)傳遞效果的影響相關(guān)研究比較匱乏，由于實際參數(shù)復(fù)雜多變，研究起來工作量巨大且比較繁瑣，因襲相關(guān)工作研究并沒有開展起來。

我國地域面積比較廣，不同地區(qū)的氣候特征和地理特征也各不相同，因此，針對區(qū)劃方法在無資料地區(qū)水文預(yù)報工作當(dāng)中如何做到因地制宜顯得尤為重要。從氣候分布情況來考慮，臨近流域替代法和水文相似流域替代法比較適用于熱帶地區(qū)和溫帶地區(qū)資料數(shù)據(jù)的獲取，而高寒帶地區(qū)無資料問題的研究比較適合采取回歸分析的方法，這是由于寒帶地區(qū)的溫度比較嚴(yán)寒，除此以外，積雪、凍土和內(nèi)部水分運動規(guī)律不穩(wěn)定。目前，區(qū)劃方法在國內(nèi)外無資料地區(qū)水文預(yù)報研究工作當(dāng)中取得了廣泛的應(yīng)用，本文通過對各種方法的分析，為我國的水文研究工作提供了參考和借鑒。

（作者單位：江西省贛州市水文局壩上水文站）