區劃方法在無資料地區水文預報中的應用

◎ 石紅云

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區劃方法在無資料地區水文預報中的應用

◎ 石紅云

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

當前水資源問題成為了國內外人士關注的重要問題，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合型缺水。只有掌握了本流域水資源的詳細監測數據，且在充分了解了水資源時空變化規律的基礎上，才能對該流域水資源做出科學的水資源管理。但是，現存的水資源數據遠遠不能滿足我們當前對水資源管理的需求，受限于各種因素還有很多地區的水文數據根本無法取得，所以，當前的水資源管理受到了嚴峻的挑戰。根據WMO數據可知，最近20多年全球水文站點的數目正在以不斷減少的趨勢發展。同時，隨著當前國內外經濟水平、科學技術的不斷發展，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重的影響，因而，很多地區水文站點曾經掌握的數據無法滿足現實條件。雖然我國國內的國家級水文站點數目有3400多個，但是由于我國國土面積較大，所以相對而言，水文站點數目嚴重不足，且水文站點分布不均勻。所以，為了改變當前這種供需嚴重不平衡的狀態，改善水文資料嚴重缺乏的狀況，水文學家不斷嘗試進行無資料地區的水文模擬研究。

區劃方法的分類

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

區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為空間距離，這種區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的基礎上。臨流域替代法又分為空間臨近法和插值法。空間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行為受到該流域結構特征和氣候特征的影響，例如該流域的景觀、地形、降雨量、蒸發量等情況。水文相似流域替代法的概念是通過無資料地區水文狀況相似地區的數據資料，從而進行數據傳遞來解決PUB問題。而回歸法則是在解決PUB問題當中比較常用的一種方法，該方法是通過降雨—徑流模型參數同流域特征值建立起回歸關系，進而對無資料地區連續徑流模型參數值進行估計的一種方法。

對比分析區劃方法

各種方法都存在自身的優勢和不足，下面我們針對這三種區劃方法作以下分析。臨近流域替代法的優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Mclntyre對英國國內流域的研究可以發現，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性較好。這是由于多個區域的平均在很大程度上降低了空間鄰近法的隨機性。插值法當然也存在著其自身的局限性，臨近流域和目標流域的差異會對結果產生一定的影響，并且這種方法缺乏相應的水文解釋。回歸區劃分析方法在建立回歸關系的時候由于模型參數具有不確定性，且參數和特征值缺乏相應的關系，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都建立在回歸方程當中去。

雖然基于水文相似性的區劃方法是目前國內外比較常用的一種解決無資料地區水文問題的方法，但是，受限于現存的各種因素仍然存在著一些值得注意的問題。首先，區劃方法缺乏相對統一的流域特征選擇的規范標準，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，為結果帶來誤差來源；其次，針對流域特征相似（水文響應相似）沒有科學的評判依據來證明，同時，有些學者對此還提出了異議；再次，當前對于流域的適用尺度規定不明確，相關方面的規定仍舊需要水文工作者在實踐工作當中結合模型分析和實際研究進行不斷地探討；最后，各種參數對模型參數傳遞效果的影響相關研究比較匱乏，由于實際參數復雜多變，研究起來工作量巨大且比較繁瑣，因襲相關工作研究并沒有開展起來。

我國地域面積比較廣，不同地區的氣候特征和地理特征也各不相同，因此，針對區劃方法在無資料地區水文預報工作當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和溫帶地區資料數據的獲取，而高寒帶地區無資料問題的研究比較適合采取回歸分析的方法，這是由于寒帶地區的溫度比較嚴寒，除此以外，積雪、凍土和內部水分運動規律不穩定。目前，區劃方法在國內外無資料地區水文預報研究工作當中取得了廣泛的應用，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）