探討水情預報系統多方案綜合預測

賈鯤

摘 要：水情預報系統具有一定的復雜性且其會受到多種因素的影響，多方案的水情預報系統是當前探索水情預報預測的新思路，本文主要從理論和時間兩方面對多方案水情預報系統進行綜合分析和探討。

關鍵詞：水情預報系統；多方案；綜合預測

1 前言

我國幅員遼闊，河流水系眾多，由于受到季風氣候和地理位置的影響，我國的降水時空分布不均勻導致洪澇災害常發。我國每年因為洪澇災害造成的直接經濟損失高達數百億特別是進入20世紀90年代以來，隨著國民經濟的快速發展，洪澇災害的損失也日益嚴重，洪澇災害已經成為制約我國經濟發展的重要因素之一。水情預報系統涉及水文、氣象、地理、環境、經濟以及人類生產活動等是一項十分復雜且巨大的系統，由于水情預報系統內部因素和外部因素之間存在較為復雜的交互作用關系和因果關系；以及各物理量的運行機理的不確定性造成了水情預報系統的復雜性。

2 多方案綜合預測理論分析

假設我們使用n個預測方案對水情預報系統開展實時預測，那么其綜合預測模型為：

Y=W1Y1+W2Y2+…+WnYn

其中Y表示多方案水情預測系統綜合協調預測解

Yi表示第i個方案的單獨的預測值，Wi則表示為第i個預測方案的權重，多方案水情預測值應該滿ΣWi=1。為了簡化對數據的分析，首先選擇兩個方案進行綜合性預測，其預測值表示為：Yo=W1Yo1+W2Yo2；根據綜合預測的權重定義存在W1+W2=1因此可以將=W1+W2改寫成=+（1-），可以根據預測方案的方差公式D（e）=W21D（e1）+（1-W1）?D（e2）對W1（也就是權重求導）并將其設置為零，使其方差最小最終就會求得W1權重。假設方案1和方案2之間不存在關系是相互獨立的，他們各自的殘差，服從獨立的正態分布并且和之間并沒有偏估計值，根據綜合預測的殘差顯示多方案綜合預測方法可以改善其預測效果且多方案的綜合預測值要明顯高于各構成方面的單個預測值。根據最小二乘法公式：

可以求得假設方案1和方案2的偏差范圍為13%，在在預報誤差20%以內。

3 多方案綜合預測的實際應用

湘潭水文站是干流的總控制站，該水文站在長期的水情預測預報對沿岸乃至湖區的防洪防汛決策工作起到了重要作用。 湘水是湖南省境內的第一大河流，也是長江七大支流之一，發源于廣西臨桂縣海洋山，湘水為南北走向，與我國雨帶分布垂直。 湘潭水文站設立于1936年1月，為湘水流域總控制站，是國家重要水文站，距河口約90km，集水面積81638km2，實測多年平均流量2060m3/s，多年平均徑流量650億m3。

對該水文站1994年最高洪水水位進行長期預測預報設置了4種方案。根據相關規定，長期水位預報誤差不超過水位要素變化幅度的20%即為合格，該水文站每年最高的洪水水位實施預測變化幅度為7.44m，當預測誤差在1.49m內即為預報合格，在1994年實際出現的年最高洪水水位是41.94m，上述幾套預報方案的誤差都在2m以上和實際水位變幅存在較大區別都被視為不合格預報。

根據表格可以看出，2014年該水文站的長期預報年最高洪水水位并不準確，對不同的方案進行比較分析，其結果均大于規定的1，49m，以此其預報均為不合格。如果選擇不同的預測方案并對其進行組合之后，綜合預測的預報精度會發生改變，如果單純選擇一種預報方案對年最高洪水水位預測其預報誤差值高達3.02，4種方案中預測效果最好的方案也存在2.02的誤差值都是不合格的預報，如果選擇四中方案進行綜合預報就會提高其預報的準確率，降低預報洪水水位和實際洪水水位之間的誤差值。使用一種預報方案對年最高洪水水位進行預測時，預報的風險較大，如果利用多種預報方案綜合預報，預測結果會隨著方案個數的增加其風險性會降低，這一結論和實際理論分析保持一致。

4 水情預報系統的研究內容及實際應用

4.1 水情預報系統在汛期的應用

在汛期首先應該對汛期降水量進行分析之后還要對雨水狀況的規律進行總結，之后還要不斷加強對汛期的監控。在汛期要時刻關注汛情的變化，還要不斷加強對水情預測的管理工作。在不斷關注天氣變化的同時及時和氣象部門進行溝通交流，保障水情預報的周期性，同時還要針對汛情預報進行詳細的研究討論。水情預報工作要針對小范圍內的天氣變化進行跟蹤分析，由于汛期汛情的變化較快且不容易掌握其變化規模因此需要進行全方位的觀察和監督跟蹤預報工作，才能做好汛期的水情預報工作。汛期的水情觀察以及報告，相關氣象預報人員以及工作人員應該不斷的對天氣變化情況進行更新還要不斷的改善天氣預報的模型。由于氣象模型建立條件的不同就會導致汛期水情預測結果的不同，因此在對水情預報模型的建立時，要嚴密的觀察天氣變化及時對模型進行調整，要最大程度保證汛期水情預報模型的準確性。日常生活中一定要對水情預報進行詳實的記錄，在汛期時要及時更新并監控水情預報，實時根據天氣變化及時調整水情預報。在汛期要對突發天氣進行及時的預報和處理，天氣變化具有不穩定性尤其是在汛期天氣變化并未規律可言，很多狀況會超出天氣預報模型的預報范圍，因此要對天氣狀況進行詳細的研究及時的進行匯總分析，才能有針對性的去處理突發天氣的水情預報，另外如果水情預報模型出現失誤應該及時對錯誤進行糾正，在糾正過程中要吸收經驗總結錯誤并根據其天氣變化以及汛情制定出相應的防汛措施。

4.2 水情預報系統預報的研究內容

在水情預報上應該加強對水文監測、通訊傳輸以及數據處理和決策支持等系統的建設，增強現代化設備科學技術含量提高水情預測系統的自動化水平。根據水文站使用洪水預報系統將現代化的洪水預報理論以及專家經驗和智慧和人類活動的影響實際結合起來，實現具有現代化特征的數字一體化的洪水預報，以此來提高洪水預報的精度，增長對洪水的預見性，另外就是要優化水文站所在水庫、河道并將其聯合洪水調度系統將防洪工程的效能發揮到最大。

4.3 水情預報系統的研究成果

當前水情預報系統對水文變化監測的常用軟件就是GPS、GIS、ADCP、超聲波以及遙感測試和雷達等先進的技術。多方案的水情預報系統實現了對水情信息的全開放式的共享且還保證了水情信息的時效性，其成本較低且容易安裝；業務覆蓋面廣，不僅可以實現對水情信息的采集和接受還可以對水情進行實時監控，在發生險情時會及時進行預警。多方案綜合水情預測系統實現了對水情信息的高度整合，可以對常年收集到的水位、降水量、蒸發以及地下水和水庫儲水以及氣溫等相關水情信息進行綜合整理后，總結其規律，建立龐大的雨情水情實時信息庫以及歷史數據庫。多方案綜合水情預測系統不僅會提高信息的共享還可以對流域內暴雨中心進行控制最終還會提高水文站網的覆蓋率。

5 結語

水情預報系統多方案綜合預測是局域信息論中，盡可能多的利用信息觀點而提出來的。但是實際上，不同的方案往往會由于其建立信息量技術的不同，對水情預報系統的模擬和預測也會存在不同。每個方案不容易且不可能會包含系統全面的水情信息。采用多方案綜合對水情預測時，就可以產生一個基于預測系統全部或者是大部分的信息較好的預測還會實現信息的共享，提高信息的利用率，在多方案綜合預測上，當引進的方案越多所包含的信息量就會相應的增加，因此水情預測系統的綜合預測精度也會隨之越高其風險性成反比降低。

參考文獻

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[2]劉相峰，趙常兵.遠距離水文遙測終端在通信中存在的問題及解決途徑[J].山東水利，2002，（3）：46.

（作者單位：四川省南充水文水資源勘測局）