無資料流域水文預報（PUB計劃）研究進展

摘 要 文章首先對無資料流域水文預報、PUB計劃進行了分析，重點探討了PUB計劃的研究進展，并對PUB計劃研究發展進行展望，對今后水文學的發展具有一定的參考價值。

關鍵詞 無資料流域水文預報；PUB計劃；分析；研究

中圖分類號：P338 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0154-01

1 無資料流域水文預報的概述

水文預報研究方法一直在發生改變，從最早的經驗公式到集總模型，到現階段的分布式模型，水文預報研究變化中最大的共同點是對有資料流域進行研究，這些研究都是基于有資料、有經驗的情況，建立模型來開展水文預報工作。而在世界上還有較多無資料、無經驗的流域，甚至隨著環境、地質等條件的變化，原本有資料的流域因其歷史資料的無效性，逐漸變成無資料流域，同時也提高了水文學家的研究難度。如何解決無資料流域的水文預報也是現階段水文學家需要思考的問題，1965年首次提出國際水文十年計劃，直到2003年由國際水文科學協會正式啟動了第二次國際水文十年計劃，此計劃又叫做PUB計劃，是指在今后十年間大力開展無資料流域的水文預報，對水文學的發展具有深遠的意義。下面重點講述了PUB計劃的內容，結合以往PUB研究經驗與進展，對PUB計劃研究進行展望，這對水文學今后的發展有重要作用。

2 PUB計劃

以往常用的水文預報方法首先是了解到輸出量、輸入量資料，輸出量包括河流流量、工農業用水、下游斷面的污染物排放量等，輸入量包括降雨、人類活動、上游斷面的污染物排放量等，然后通過已知的輸出量、輸入量建立模型，運用較多的模型是降雨徑流模型、水資源模型、水質模型等。根據輸入來預報輸出從而完成一整套水文預報，流域輸入、輸出、模型缺一不可，一旦這三者有任一環節存在未知，將無法實現水文預報。PUB計劃就是基于無資料的情況下展開的水文預報計劃，剛開始由于對水文系統、水文規律不太了解，主要還是依靠模型率定進行預報，隨著水文模擬系統的不斷完善和發展，模型率定使用度越來越低，可將現了解的水文規律運用到無資料流域中去，為解決無資料流域水文預報打下基礎。為全面實現PUB計劃目標，未來十年內對世界各種有資料的水文流域，并在野外對其進行觀測，通過制定詳細的科學研究方案，能夠反映PUB計劃的有效性。根據無資料示范流域，充分展示了資料、預報的不確定性，但二者間又存在密切的關聯，氣候、地表等特征可控制水文過程，借此提升無資料流域預報的能力。

PUB計劃任務如下，通過研究豐富現存的水文資料檔案以及描述水文過程變異性的理論知識，提高水文模型模擬水文過程的技術能力，完善資料收集方法，建立更多功能、系統復雜、規范的水文模型。

3 PUB計劃的研究進展

3.1 國內PUB計劃的狀況

我國于20世紀60年代首次開展PUB，根據河川徑流年內動態差異，對國內河流水文動態類型進行分類，將我國河流分為8大類，29個類型，38個亞型。后來我國又展開了大規模的水文調查，繪制了具有水文特征值的等值線圖，為大多數無資料地區的水文預報打下了基礎，同時也為我國資料較少的中、小型流域的設計洪水工作提供了便利。

我國還有大量的PUB理論研究資料，1958年由國內原水利科學院水文研究所提出PUB推理公式，具有重要的指導作用。隨后由中國科學院及地方院陸續推出了小流域暴雨洪峰流量計算、單位線地區的綜合性研究等，1980年由王廣德提出了單位線峰量、單位線滯時和凈雨量間存在的非線性聯系，同年研究出了地區單位線綜合，使任一河流都有公式、數據可參考，國內各省都有符合自身特色的單位線參數，將它們集中收錄到水文手冊中，使相關水文預報資料得到豐富。

3.2 國際PUB計劃的狀況

現階段國際水文科學協會已成立PUB計劃的科學顧問委員會、執行委員會，明確了協會主席，由一位美國水文學家與澳大利亞教授共同擔任。目前世界上較多的水文研究小組均屬國際水文科學協會征集，法國有研究以多尺度水文學和空間遙感的工作小組，美國有其地球物理學會共同發起的PUB計劃工作小組，加拿大有專注研究Mackenzie河無資料流域預報問題的工作小組，德國無資料流域水文響應小組，中國現已成立7個相關水文研究的工作小組。

常見的無資料流域預報研究方法有分解法，它是我國地區綜合法中的一種，分解法是綜合水文變量本身和流域下墊面特性間的聯系，其原理建立在無資料流域上，找出一個無流域資料卻又有著水文資料的大流域，假設大流域是該流域的比面積、地形指數等，分解法比較不適用于地表徑流少的徑流預報。還有一種方法是參數平均法，但其模擬的水文參數、率定參數確定性系數并沒有太大的差異。

3.3 PUB計劃的前沿研究

PUB計劃的研究方向是降低預報的不確定性，這個不確定性包括模型、輸入空間的變異性等，同樣也是PUB計劃研究的重點。由于對模型結構的不確定性研究比較少，以往的思維模式使人們在研究模型的不確定性會比較局限，現在運用較多的研究方法有GLUE方法、貝葉斯統計推理模型等，前者基于模糊數學、熱力學的熵焓概念，易于建立科學有效的水文模型不確定性評價體系，后者做出一系列主觀的假設，是用于分析模型結構及其不確定性的重要手段?，F階段許多的無資料流域水文預報研究都是以參考變量、流量的特征值為依據，例如設計洪水、峰現時間等，但水文循環過程中還存在較多與之相關的重要元素，例如地表水、地下水、植被水、土壤水等，PUB十年計劃有利于完善無資料流域的水文預報，找出各項水文特征值間的變化過程。隨著氣候變化、土地利用變化、土地植被變化等，隨著生態環境的改變，水文過程也在改變當中，無資料流域水文過程的預報也顯得極為迫切，是人們制定有效防御措施的必要手段。

4 結束語

綜上所述，現階段PUB計劃是一個挑戰與機遇并存的機會，為提高無資料地區水循環變量的預報水平，大力推進模型預報不確定性的研究有著積極的作用，對人類水文學的發展提供了重要的參考依據。

參考文獻

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[2]李紅霞，張新華，張永強，黎小東，敖天其.缺資料流域水文模型參數區域化研究進展[J].水文，2011（3）.

[3]劉蘇峽，劉昌明，趙衛民.無測站流域水文預測（PUB）的研究方法[J].地理科學進展，2010（11）.

作者簡介

野大君（1978-），男，吉林伊通人，工程師，2004年畢業于長春理工學院計算機科學與技術專業。endprint