無資料地區水文分析與計算研究

李蘭蘭

（新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉 453000）

無資料地區水文分析與計算研究

李蘭蘭

（新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉 453000）

結合以往我國在設計洪水計算和流域洪水預報中對于無資源區相關研究得到的成果，借助遙感技術和計算機方法，于水文數值模仿上找出無資料區水文預報的新方法。一定要從實測資料流域開始，去掉一部分站點的實測數據，主要靠檢驗局部參數來構建水文模型的適用性與精度，并對無資源區的計算方法進行分析。

無資料地區；水文研究；計算方法

1 無資源區水文研究的重要性

目前，很多國家都有一個共同的問題，那就是水資源的貧缺。另外，在水資源管理與配置上不夠科學，有著很多主觀行為，導致水資源遭到大量浪費，進而造成水資源壓力越來越大。要想改變水資源貧缺的狀況，通常從開源、節流兩方面著手來解決。所謂開源，是解決水資源短缺的主要途徑。對于水資源管理，科學的“節流”管理是最重要的手段。但現在，區域水資源短缺不僅是一個水資源短缺的數量問題，而是資源管理復合型缺水與管理型缺水。對水資源做到科學合理的管理，需要在對區域水資源實際情況充分了解的前提下，熟悉水資源的變動規律。現在很多國家與地區水文站的實際分布情況與其數據掌握和信息不能夠達到相應的精度標準來構建水文模型，或者因為受到各類自然因素和人為因素的局限，甚至導致連基本的水文資料都沒有，也就更難以掌握該流域的水資源現狀，這給科學管理水資源帶來了很大的不便。

全世界的水文氣象站基本都分布于歐美等少數的發達國家和發達地區，而在中國只布建了很少的水文站與氣象站。依照世界氣象組織的相關信息可以看出，現在全世界所有水文站的面積為150～1萬km2，但是參照最新信息，特別是最近幾十年，全球的水文站數量在快速縮減，比如前蘇聯及發展中國家就縮減了40%左右。因此，需要水文學家務必要對無資料地方開展水文模型的研究，以滿足水資源管理的需要。

2 無資源地區水文研究計算方法

我國是全球最大的發展中國家，現有3 400個水文站點。但我國面積遼闊，造成水文站點數量明顯不足，有些站點的分布也不恰當，在發達地區與人口稠密處較多，而人煙稀少、交通不便的地區，站點相對很少。以至于在水文站較少的區域不能很好地掌握降水分布狀況，不能構建準確的水文模型對這些區域流量的變化進行預測。基于這些原因，我國應當加強對水文模擬的重視。20世紀80年代，為了處理我國無資源流域洪水預報狀況，針對我國各省自治區等進行水文探索工作，針對1 500多個流域分析了2萬多次暴雨洪水預報，最終獲得不少有效成果。現

對具體的無資料地區的水文計算方法進行分析。

2.1 關于相關分析方法

依照水文現象間的相互關系，應用觀測較長的水文數據，以達到對觀測系列短的水文數據進行延長，就如依照徑流與降雨的關系，經過對系列較長的降雨參數進行觀測，來做到對徑流量資料的延長，之后根據有資料地區的水文計算方式進行計算［1］。

2.2 關于等值線圖方法

各類水文的等值線圖呈現的是此地區水文統計參數和水文特征的分布規律，通常會先依照歷史觀測較長的觀測站的數據，來制出相應的水文等值線圖，之后經過內插，最終得到此區域的水文設計數據。

2.3 關于經驗公式方法

首先要構建出將要計算的水文特征數值與其他的水文特征數值、相關的地理參數間的經驗關系，來對工程設計所需的有關水文特征數值的設計進行推求。

2.4 關于水文比擬方法

指的是在此流域的水文氣象條件與下墊面狀況基本一致的基礎上，將流域的統計參數、水文特征數值及典型時空分布直接運用在無資料區域流域中，作為其設計根據。

2.5 關于水文調查方法

比如對無資料區域歷史暴雨洪水狀況進行調查，作為設計參照等，由于水文資料條件間沒有一定界限，對于頻率分析的標準目前長度還不夠，因而即便有長時間實測水文資料，也要進行全面綜合性考慮，才能得出有效的結果。

3 分析無資料流域水文

當前地球科學研究的信息主要來源于遙感信息，現在水文學對無資料區域進行水文預報研究就要合理應用遙感手段和計算機技術，來顯露時空分布特性和地表信息流的動力學機制，以實現模擬流域水文性狀的數值。

3.1 基礎思路

當前有很多流域水文數值模型，如時間較早的陜北模型和新安江模型，當前的SHE模型等。這些模型應用的關鍵是對數學模型進行優選，來判斷哪種數值模型在無資料地區最適合。首先要從資料充足的流域進行研究，這些流域要有足夠的空間站點分布和充分資料，而且站點的布置要合理，可以精確地顯示流域水文的空間變化，資料有較長的時間序列，可以展示出水文過程對于流域下墊面變化的反應。在研究時，先隱藏站點的大部分實測數據，選用數學模型依照少數站點的資料對隱藏站點的數值進行計算，找出與實測值相差最少的模型作為能運用到與模擬流域性質一樣的區域的模型。

3.2 分布式水文模型

研究流域分布式水文模型是當代流域水水文學的重點，其能夠與地球現有各個流域的遙感信息相互配合，模擬出準確的所有單元格內的水文進程，而后通過單元格之間的水力關系最終做到模擬全部流域的參數。因而，這是開展無資料流域水文分析的最有效方法。而分布式水文模型具體講的是依照流域表層分布的水文參數與變量將水文時空變化特點，用數學模型進行闡述，其構建于GIS/RS前提之下，首先根據GIS/DTM建立了更先進的流域水系模型，使流域模型與匯流模型有效結合在一起。分布式水文模型是運用物理上的原理，而不是經驗模型和統計模型，可以對流域中水文循環變化過程進行描述，確保其精準度。另外，其構建在DEM前提之下，對于沒有水文測站資料的區域來講是最合適的方法。

3.3 空間插值

研究無資料區域不能少了空間插值，其針對觀測臺站較少同時站點分布又不合理的區域有著很重要的作用。空間插值方法包括幾何方法、統計方法、空間統計方法、函數方法與隨機生成等，但現在還未有最適當的空間內插方法。因而，務必要依照數據的內在性質，依照研究數據的空間，再經過反復試驗與比較，來選擇一個于數據空間分布上最恰當的內插方式，而內插的結果一定要做到細致檢測，在空間插值方法的分析上一定要讓其具有優良的接口，而且要與GIS平臺相互融合。

3.4 四維同化

四維同化也被稱為數據同化系統，指的是在對數據時空分布的前提下，于數值模型的動態過程內結合新型數據的方法。其概念、方法與理論來自海洋科學和大氣，在數學上通常借用估計理論、優化方法、控制論和誤差估計理論，現在數據同化系統已經逐漸成熟。研究陸面與水文數據同化系統的要比研究海洋科學和大氣中的數據同化晚一些，其是在20世紀90年代才開始研究的，運用“離線”陸面模型同化的微波遙感觀測數據漸漸成為陸面數據同化系統的主要特征，陸面數據同化系統彰顯了觀測與模型的集成。所以，對陸面數據同化系統進行研究，對研究觀測較少同時流域相對復雜的區域進行水文分析是很有必要的。構建陸面數據同化系統，從理論上講，能夠對陸面過程模型、土壤水分、模型和觀測誤差估計、水文模型及積雪中微波遙感觀測等相關的生態科學和環境問題進行探討，能夠給無資料流域水循環研究供應更高的分辨率，而且可以收集物理與時空相似的土壤水分、溫度及積雪等信息。

4 結語

針對無資料地區的水文研究，要與傳統水文學相結合，同時采用現在新型水文學的方法與理論，以做到解決傳統水文學的難題，確保無資料地區的水文資料更加準確。

［1］徐沖.有關地表徑流過程的數學模擬［J］.水力電力發展，2013（7）：35-36.

Hydrological Analysis and Calculation Research of Un-Gauged Basins

Li Lanlan
（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

In combination with the results obtained from the previous studies on the design flood calculation and river basin flood forecasting,using remote sensing technology and computer method,a new method for hydrologic predic?tion in the un-gauged basins of hydrological numerical simulationwas was found out.We must be sure to start from the measured data,remove a part of the site's measured data,the applicability and accuracy of the hydrological model were constructed by checking the local parameters,and the calculation method of un-gauged basins was analyzed.

un-gauged basins；hydrological research；calculation method

P333

A

1003-5168（2016）10-0059-02

2016-09-20

李蘭蘭（1986-），女，本科，助理工程師，研究方向：水文水資源。