淮河洪水預報現狀和展望

王 凱 徐時進 陳紅雨 杜久芳

（淮河水利委員會水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

淮河洪水預報現狀和展望

王 凱 徐時進 陳紅雨 杜久芳

（淮河水利委員會水文局（信息中心） 蚌埠 233001）

《淮河流域綜合規劃（2012-2030年）》指出，淮河流域洪澇災害頻繁發生，洪水預報是淮河防洪的重要非工程措施，對于防洪減災具有重要決策支持作用。本文從洪水預報任務、預報模型方法、預報系統建設等幾個方面介紹了淮河流域洪水預報現狀及存在問題，展望了淮河洪水預報的發展前景和今后的工作重點。

淮河 洪水預報 現狀 問題 展望

《淮河流域綜合規劃（2012-2030年）》指出，經過60年的治理，淮河流域初步形成了水庫、堤防、行蓄洪區、閘壩、湖泊等組成的防洪工程體系。隨著國民經濟的發展，防洪非工程措施也得到了長足的發展，目前已經初步建成了集水文模型、水力學模型、校正模型、調度模型等多模型組成的淮河洪水預報調度體系非工程措施。工程措施與非工程措施的結合，基本實現了“攔、泄、蓄、分、行、排、算”相融合的防洪減災措施，在淮河歷年的大洪水中發揮了至關重要的作用。

洪水預報工作是防洪指揮、調度、決策的重要依據。針對淮河的特殊性，淮河幾代水文工作者共同研制和引進了多種適用于淮河流域的預報模型方法和手段，并不斷進行修正和改進。在歷年淮河防洪調度和水資源管理中發揮了不可替代的作用。隨著經濟社會和水利事業的發展，對洪水預報提出了更新、更高的要求。

一、洪水預報現狀

1.洪水預報任務

淮河洪水預報涉及整個淮河流域，包括淮河水系和沂沭泗河水系干支流主要控制站、大型水庫、分滯洪區等，預報的重點區域是淮河上游王家壩、中游正陽關、吳家渡及下游洪澤湖、沂沭泗河水系沂河干流臨沂、沭河干流大官莊、南四湖、駱馬湖等。預報項目主要有洪峰流量、峰現時間、流量過程、洪峰水位。

2.洪水預報方法及模型

淮河實用洪水預報主要模型方法見表1。

（1）經驗方案

淮河上、中、下游所使用的洪水預報方法具有一定的區域性差別，這與區域的水文氣象特征、資料條件和區域防汛重要程度等有關。目前，淮河上游干支流主要控制站采用降雨經流關系、單位過程線等進行預報；中游正陽關以上根據上游來水過程，通過馬法或槽蓄曲線進行洪水演算，預報各站流量過程及相應水位；干流正陽關以下，制作上、下游水位（流量）相關曲線進行洪水預報。干流行蓄洪區則根據行蓄洪區工程控制運用方案分析預報。上游水庫用庫容曲線演算預報蓄水位和出庫流量過程，同時還進行淮河干流的退水預報。洪澤湖預報方案用降雨徑流關系、洪水概化過程分別推算出入湖水量及流量過程，根據不同控制條件預報湖水位。或直接以上游站洪峰流量，根據退水曲線，通過河道流量演算，求得入湖過程。

表1 淮河實用洪水預報主要模型方法

（2）水文模型

新安江模型和水箱模型都是集總型水文模型，適用于濕潤半濕潤地區，目前已經應用于淮河上游大型水庫、淮河干流及主要支流主要控制站、淮河下游洪澤湖，以及沂沭泗河水系的臨沂、大官莊等主要控制站。

（3）實時校正模型

由于淮河流域特性和降雨分布的復雜性和多變性，用降雨徑流或河道匯流作出的流量序列預報，有時誤差很大，需進行實時校正。本流域采用的是自動反饋模擬實時校正模型。該模型是充分利用已獲得的實測流量信息，并根據這些已出現的實測流量與原預報流量值的關系，對未來的預報流量值進行反饋模擬。

（4）專家經驗與后驗分析

模型是洪水預報系統的主要部分，但不是最后的一步。后驗分析成為預報過程的一部分，包含了專家經驗和對當前形式的理解判斷，是目前洪水預報系統最后的和重要的一步。盡管模擬結果總的來說是好的，但在重要洪水事件期間是不夠的。為了獲得可靠的洪水預報，需要預報員考慮各種不確定因素對模型結果進行綜合分析，最終確定預報值。后驗分析一般有這幾項工作：1）精度分析：結合由不同模型給出的預報值，確定可能最準確的預報；2）歷史洪水相似性研究：與歷史洪水進行比較，找出相似之處，如果必要，尋求合適的管理措施；3）氣象假想案例研究：計算可能的暴雨時空組合產生的洪水；4）社會經濟評估：在洪水期結束之后，對洪水預報系統的表現進行社會經濟影響評估，找出當年系統中的不足之處，為下一個汛期改進提供借鑒。

3.預報系統建設情況

在“3S”（GIS、RS、GPS）技術、信息化技術支撐下，兩臺一庫（數據匯集平臺、應用支撐平臺、數據庫）框架結構設計下，基于經驗模型、新安江模型、水力學模型（局部）、實時校正模型、調度模型、專家經驗交互修正等多模型以及數據庫、網絡和計算機技術于一體，覆蓋淮河流域重點防洪地區的淮河洪水預報調度體系基本建成。具體包括淮河洪水預報系統、沂沭泗洪水預報系統、淮河正陽關以上短歷時洪水預報系統、淮河通用洪水預報平臺等。

在建的洪水預報系統有：與荷蘭三角洲研究院開發的開放洪水預報預警平臺Huaihe-FEWS、與美國俄克拉荷馬大學合作開放的分布式水文模型CREST、基于雷達格點雨量的中小河流山洪預警預報系統等。

待建的洪水預報系統有：基于DEM的分布式水文模型、水文氣象耦合模型、水文水力學耦合模型系統。

4.先進技術的使用情況

淮河近年來引進了許多國外先進水文模型，如荷蘭的開放洪水預報預警平臺Deft-FEWS、美國的分布式水文模型CREST、英國的半分布式Topmodel水文模型等。

淮河流域在各個洪水預報系統和專家會商系統的建設和使用中大量應用各種先進的計算機手段，如各類計算機交互技術，網絡技術，數據庫技術等，開發出一些C/S或B/S架構的多功能交互式洪水預報系統，將預報員從煩瑣的手工作業中解脫出來。

“3S”技術已經在淮河流域的廣泛應用。GIS目前應用最多，各分布式水文預報系統都基于GIS平臺。RS遙感和GPS全球定位技術目前應用相對較少，主要有利用雷達和衛星收集空間降水信息。

洪水預報中水文學與其他學科交叉應用技術是未來的發展方向，如與氣象、地理、數學、力學、環境學等學科的交叉。因為我們所要預報的對象是一個流域或是一個河段，它們本身不是孤立的，與各種學科因素息息相關。淮河流域在多學科交叉研究方面一直在做著積極的探索。

二、洪水預報存在問題

近年來，淮河洪水預報工作在洪水預報模型方法制作、洪水預報系統建設、先進技術使用等方面取得了一定的成就，同時，淮河洪水預報也存在著許多問題：

1.洪水預報信息不足，影響洪水預報精度

降雨、水文報汛站網分布不均，一些地區設站稀少，導致信息量不足，報汛時間頻次不夠也會導致信息量不足，不能滿足洪水預報的需要，影響洪水預報精度。淮河洪水測驗難度大，預報作業中，很多預報因子無法實時獲取很難及時、準確得到行蓄洪區進出水量、中小水庫蓄水情況。

2.預報理論不完善

隨著對預報工作的要求提高以及人類活動和下墊面條件的變化，特別是水利工程影響加劇，當前還有許多需要進一步研究和探討解決的預報理論問題。如：水利工程的影響問題，無資料或資料缺乏地區的水文模擬問題，淮河中下游河道平緩地區的水位預報問題，水資源中長期徑流預報技術，水文氣象耦合技術，水利工程預報調度相結合以及山洪災害、水環境預測預報等，理論不夠成熟，需加強研究。

3.預報綜合服務水平有待提高

目前淮河的洪水預報精度總體水平處于全國領先水平，但綜合服務水平仍然有待提高：一是預報領域有待拓寬，一般比較重視洪水預報，對徑流、旱情、山洪、水環境的預報開展不夠；二是預報精度有待提高，特別是防洪重點地區的大江大河中下游水位預報精度，表現在流量精度較高，而通過水位流量轉換后的水位預報卻滿足不了要求；三是預見期較短，未來氣象預測信息利用程度不夠，絕大部分預見期小于2天。

4.預報系統不盡完善

預報系統是預報人員的作業平臺，可有效提高作業預報的質量和效率。淮委水文局先后建立了洪水預報系統，多年來為淮河的防汛決策部門提供了大量的預報成果。但是預報系統建設方面也存在些問題，主要表現在預報系統分散、預報方法單一、系統功能不全、人機界面圖形功能不強、系統技術文檔不全、系統開發因人而異、部分現有預報方案沒有計算機作業等。特別是洪水預報系統各自分散問題，不利于系統之間的數據共享與傳遞，各系統預報結果的對比分析，相互修正，統一輸出自動化程度不高，大大影響洪水預報作業速度和效率。應最有效集成各系統。

三、洪水預報展望

隨著水文現化化的大力推進，各種先進技術的日益發展，多學科交叉技術的逐步成熟，水文業務隊伍素質的不斷提高，淮河洪水預報必然會邁上一個新的臺階，理論完善、實用可靠的具有淮河特色的洪水預報系統是未來發展的重要方向。下一步淮河洪水預報的工作重點具體包括：

1.加強和改進水文監測能力

隨著水文現代化和流域社會經濟的快速發展，淮河水情站網的逐步完善和自動雨量站的普及，以及各種信息采集、傳輸手段的現代化，報汛站點空間分布密度和報汛時間頻次、精度將大幅提高，水文自動監測和數據傳輸技術將得到進一步加強，這必將為洪水預報的發展提高必要的基礎信息支撐。

2.完善洪水預報理論和方法

隨著對淮河流域產匯流特性、河道坡面洪水演進規律的進一步認識，更多適用于淮河流域復雜情況的洪水預報模型將被研制出來。隨著計算機技術、“3S”技術、多學科交叉融合等技術的發展，洪水預報理論和方法將得到進一步完善。具體包括：

（1）多模型耦合的洪水預報

由于水文預報的高度復雜性，單一模型難以獨自解決，因此，應將多種方法聯合，揚長避短，以達到更高的預報精度。耦合方法研究在水文預報中的應用前景是廣闊的、有意義的。

1）水文氣象耦合

洪水預報的精度和預見期的長短，直接關系到防洪調度的決策，關系到人民生命財產的安全。為了有效地增長預見期，贏得科學決策的時間，非常有必要加強暴雨洪水的耦合預測。為提高降雨預測的精度，一是要研究區域數值預報為主的多源信息綜合的預測技術，二是要研究特定區域暴雨的成因及氣候特征，加強統計與動力結合的分析方法。針對不同的降雨模式、不同的工程運用方式以及不同的防洪調度方案，進行洪水模擬計算和水情預測分析，并作洪水預報的不確定性分析，為防洪調度的科學決策提供依據；研制和應用淮河流域主要江河洪水預測預估系統、大范圍早期山洪預警預測系統、淮河旱情監測及預警預測系統等業務系統，滿足新時期淮河防總對洪水預報新的業務需求。

2）水文水力學耦合

隨著科學技術的發展和進步，水文氣象的預報精度不斷提高，特別是短期的天氣預報，基于水文和水力學模型以及河流特性的洪水預報的預報精度逐步提高，洪水調度和水資源管理對水文氣象預報的依賴作用明顯增強，洪水預測預報已經成為科學調控洪水的重要依據和首要環節。當前將洪水預測預報和水庫、行蓄洪區、閘壩等工程的調度措施以及未來降雨預測相結合，利用地理信息系統進行仿真模擬計算是世界上發展和提高洪水預測預報技術水平的主要趨勢。如何將降雨預測成果、工程調度預案與洪水預測預報相結合，進行洪水風險評估，優化洪水調度方案，是國內當前迫切需要解決的技術問題。

3）通用洪水預報預警技術

目前流域內仍然沒有一套業務部門統一采用的水文預報模型庫，流域內大多數水文業務部門所用的洪水預報系統中水文模型大多是針對特定問題、特定區域研制開發，重復開發現象比較嚴重。為推動水文行業預報技術的進步，當務之急是加速研究建立產品化水文模型庫，推廣應用已經成熟了的常用水文預報模型技術。

（2）無資料地區和資料短缺地區的洪水預報

淮河現有的水文站網總體布局基本得當，但尚難以適應淮河現階段經濟發展水平的需要，存在大規模的資料短缺地區。《淮河流域綜合規劃》第四章明確指出，洼地、中小河流山洪及城市等地區水文資料缺乏，又不能利用常規的方法進行資料插補，因而無法滿足水文預報、流域水資源規劃、綜合調度和管理的需要。

為此，有必要加強有物理基礎的分布式水文模擬技術的應用研究。利用GIS技術，根DEM自動提取各種水文地形特征，自動生成河網，結合傳統水文預報方法，進行流域產匯流和河道匯流計算；在天氣雷達氣象信息服務系統提供的預報單元或網格單元雨預報產品的基礎上，利用分布式水文模型，進行洪水預報水文模擬計算。利用數字遙感數據提供基礎性的流域下墊面信息，修正模型參數和狀態變量值，提高洪水預報精度。

（3）考慮人類活動影響的洪水預報

在過去幾十年間，淮河流域興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發生了重大改變，水流特性受到影響。收集這些水利工程實時調度信息對洪水預報來說是重要的。為了獲得準確和有效的洪水預報，收集和跟蹤人類活動具有重有意義。

四、結語

水文預報是防汛抗旱工作的第一個重要環節，及時準確的水文預報是衡量水文服務質量的重要標志。水文預報作為淮河水文工作的一個重要組成部分，在過去的幾十年取得很大進展，積累了豐富的經驗。如今進入信息多元化的高科技時代，水文預報方法研究應致力于用觀測資料來替換過去模型中的概念性經驗處理方法。隨著地理信息系統技術、測雨雷達和衛星云圖技術應用能力的大幅度提高以及數值方法和水文學理論的不斷進步，淮河洪水預報將步入立足于傳統方法與基于下墊面地理信息的分布式流域水文模擬相結合，水文學與水力學相結合，水文氣象預報耦合的水文預報階段