中長期水文統計預報方法及應用淺析

黃孝明 程永娟

【摘要】對水文環境而言，它所涵蓋的要素繁多且復雜，所以這就給中長期水文統計工作帶來了許多困難，本文希望采用多元化綜合性分析來合理取值，結合實際探討有關中長期水文預報的主要應用方法，達到提高水文中長期統計預報精度的的目的。

【關鍵詞】中長期水文統計；水文要素；預報方法；歷史演變法

客觀講，中長期水文預報是具有較長預見期的，它能夠解決防洪抗旱、蓄水棄水等工程問題，為水利企業獲得最大收益。隨著我國國民經濟與社會的高速發展，對水文預報所提出的要求也日益升高，所以如何做到準確有效的、定性定量的中長期水文統計預報是我國水文領域所必須面對的課題。

一、中長期水文統計方法——歷史演變法

（一）基本思路探析

就目前技術來看，按照降雨、流量、水位等水文要素歷史演變規律來進行中長期水文預測統計是比較常見的做法，其預見期可以長達幾年。它的基本預測起始點就是以某一個水文要素來在一段期間內反映水文狀況的全面變化過程。如果將其反映到實際工作當中，就是根據水文要素的實際歷史演變曲線來歸納水文規律。為此，本文總結歸納了歷史演變方法中的5點預測規律。

首先是持續性。持續性指代了水文要素在歷史變化中所呈現的升降規律和持久程度，本文以江西省景德鎮市為例，該區域1990-2015年主汛期雨量趨勢變化如圖1。

如圖1中的景德鎮市主汛期雨量變化趨勢所示，按照水文年雨量變化上升與下降趨勢，如果當前雨量較前年雨量偏豐，一般后一年雨量會呈下降趨勢，而如果連續兩年上升，第三年則基本呈現下降趨勢。

其次是相似性。相似性指代了在歷時變化曲線中兩短時期的變化走勢存在相似之處，還以圖1為例，從2005～2010年間來看，它就與1992～1997年的演變趨勢是極其相似的，只是各年的量級均偏小，其表現規律可能為升—降—升—降—升，且表現為后一個峰值要高于前一個峰值。

第三是周期性，周期性在中長期的水文統計預測中并不嚴格，因為周期性本身在歷史變化中也是時刻變化的。但是在周期性中，這種變化應該以某一段時期為節點而相互類似。基于周期性的間隔期間規律應該根據水文統計的工作經驗和水文要素規律來適當掌握，并作出有效的分析預報，所以圖1中也明確了這一點，那就是景德鎮地區每間隔12年左右地區水文變化都會出現一個峰谷值。

第四是最大值與最小值的可能性。在這一方面要明確任何水文要素在歷史中的具體變化趨勢。如果某一個水文要素其數值超出了其歷史變化的范圍，雖然其發生的可能性隨著年代的久遠而越來越小，但依然不能忽略。所以這種在歷史變化中所出現的歷史變化范圍也被稱之為最大可能性。

最后是轉折點，如果水文要素在整個歷史區間的變化在某一點非常明顯，那么在它其后的時期中就一定會出現新特征，它也被稱為是兩個轉折時期的轉折點，這里可以將這一轉折點視為是兩個歷史時期間的分割線。從實踐經驗來看，轉折點并不會經常出現。圖1中景德鎮地區在2002～2005年間雨量起伏下降且在2005年達到極值后，2006年以后基本呈交替上升態勢，因此就該地區汛期雨量來看，2005年就是典型的水文周期轉折點。

（二）分析預測應用過程

客觀講，對水文要素歷史變化的分析最好經過長期年份記錄，至少要在20年以上。這是因為有些水文要素規律變化是相當不明顯的，只有通過中長期觀察預測才能提高預測結果的信度與效度。因此，本文給出了具體的分析預測過程。

第一，要進行記錄整理。根據初始預測要求來制作曲線函數，其中橫坐標表示年份，縱坐標表示實測的水文要素數值與歷史演變曲線平均值。在采用真實數據時，應該計算出歷年平均的所需分析的水文要素，并將它們原本體現在歷史演變曲線上，這樣也能更直觀的看出各個要素值與均值之間的具體關系。

第二，要作出初步預測值。根據記錄數據判斷出水文流量規律以后，就可以推算未來一年可能出現的變化數值。在實施這一過程中，一定要注意近些年歷史曲線的變化走勢，觀察哪兩個時期的曲線變化情況是相類似的，特別是對當年的變化情況要格外注意。

第三，要作出校核預測值。相比與初步預測值，校核預測值所反映的是最近3～5年內的水文演變趨勢及歷史曲線變化。而且校核預測值要求對比，發現曲線變化中的列外情況，最主要是看其相似區間是否較多，而且是否符合資料數據中所給出的歷史變化規律。

以上，歷史演變法所給出的要素分析演變曲線在對變化規律的分析上是相對較為全面的，而且它的分析原理簡單易懂，這也造成了其缺乏嚴謹的定量標準，所以預測可能會出現因人而異的情況。

二、中長期水文統計預報的其它方法

除比較常見的歷史演變法之外，以周期均值疊加為基準的預報方法同樣值得借鑒。它基于水文要素的時間疊加變化來判斷水文要素變化，并將其歸結為有限不同周期內的周期波的重疊積累過程，它的主要數學模型如下：

在上述模型中， 表示水溫要素的基本序列， 表示第i個周期的周期波序列，而 表示數學模型中所存在的誤差項。依照此數學模型對水文要素數據進行實測分析，識別其所含有的周期，就能根據周期預測區間來分析出具體的水文要素變化狀況。如果水文要素在周期預測期間內保持不變，則可以將周期外延、疊加進行新的預測分析，

這種方法就被稱為以周期均值疊加為基準的預報方法。

總結：

本文所提出的兩種預測方法各有利弊，歷史演變法對于未來連續幾年水文要素的變化趨勢預測較為準確，但單就某一年份預測則較難定性。模型預測中，由于誤差項 難以確定會對預報結果造成一定影響，水文要素的變化存在一定的規律，在日常中長期水文預報中，應該基于地方水文要素歷史演變規律來實現預測過程，并對照變化規律來合理取值，同時做到對預測統計工作經驗的積累，才能使得中長期水文統計預報方法更加科學，更精確。

參考文獻：

[1] 鹿坤.淺談中長期水文預報方法[J].貴州水力發電，2004，18（2）：17-19.

[2] 寇軍.淺談中長期水文預報的方法[J].城市建設理論研究（電子版），2014，（3）.

作者簡介：

黃孝明（1988年10月5），男，漢族，籍貫：江西都昌，本科學歷；研究方向：水文預報、水文勘測；任職江西省景德鎮市水文局。

程永娟（1988年9月10日），女，漢族，籍貫：山東海陽，本科學歷；研究方向：水文預報；任職江西省景德鎮市水文局。