中长期水文统计预报方法及应用浅析

黄孝明 程永娟

【摘要】对水文环境而言，它所涵盖的要素繁多且复杂，所以这就给中长期水文统计工作带来了许多困难，本文希望采用多元化综合性分析来合理取值，结合实际探讨有关中长期水文预报的主要应用方法，达到提高水文中长期统计预报精度的的目的。

【关键词】中长期水文统计；水文要素；预报方法；历史演变法

客观讲，中长期水文预报是具有较长预见期的，它能够解决防洪抗旱、蓄水弃水等工程问题，为水利企业获得最大收益。随着我国国民经济与社会的高速发展，对水文预报所提出的要求也日益升高，所以如何做到准确有效的、定性定量的中長期水文统计预报是我国水文领域所必须面对的课题。

一、中长期水文统计方法——历史演变法

（一）基本思路探析

就目前技术来看，按照降雨、流量、水位等水文要素历史演变规律来进行中长期水文预测统计是比较常见的做法，其预见期可以长达几年。它的基本预测起始点就是以某一个水文要素来在一段期间内反映水文状况的全面变化过程。如果将其反映到实际工作当中，就是根据水文要素的实际历史演变曲线来归纳水文规律。为此，本文总结归纳了历史演变方法中的5点预测规律。

首先是持续性。持续性指代了水文要素在历史变化中所呈现的升降规律和持久程度，本文以江西省景德镇市为例，该区域1990-2015年主汛期雨量趋势变化如图1。

如图1中的景德镇市主汛期雨量变化趋势所示，按照水文年雨量变化上升与下降趋势，如果当前雨量较前年雨量偏丰，一般后一年雨量会呈下降趋势，而如果连续两年上升，第三年则基本呈现下降趋势。

其次是相似性。相似性指代了在历时变化曲线中两短时期的变化走势存在相似之处，还以图1为例，从2005～2010年间来看，它就与1992～1997年的演变趋势是极其相似的，只是各年的量级均偏小，其表现规律可能为升—降—升—降—升，且表现为后一个峰值要高于前一个峰值。

第三是周期性，周期性在中长期的水文统计预测中并不严格，因为周期性本身在历史变化中也是时刻变化的。但是在周期性中，这种变化应该以某一段时期为节点而相互类似。基于周期性的间隔期间规律应该根据水文统计的工作经验和水文要素规律来适当掌握，并作出有效的分析预报，所以图1中也明确了这一点，那就是景德镇地区每间隔12年左右地区水文变化都会出现一个峰谷值。

第四是最大值与最小值的可能性。在这一方面要明确任何水文要素在历史中的具体变化趋势。如果某一个水文要素其数值超出了其历史变化的范围，虽然其发生的可能性随着年代的久远而越来越小，但依然不能忽略。所以这种在历史变化中所出现的历史变化范围也被称之为最大可能性。

最后是转折点，如果水文要素在整个历史区间的变化在某一点非常明显，那么在它其后的时期中就一定会出现新特征，它也被称为是两个转折时期的转折点，这里可以将这一转折点视为是两个历史时期间的分割线。从实践经验来看，转折点并不会经常出现。图1中景德镇地区在2002～2005年间雨量起伏下降且在2005年达到极值后，2006年以后基本呈交替上升态势，因此就该地区汛期雨量来看，2005年就是典型的水文周期转折点。

（二）分析预测应用过程

客观讲，对水文要素历史变化的分析最好经过长期年份记录，至少要在20年以上。这是因为有些水文要素规律变化是相当不明显的，只有通过中长期观察预测才能提高预测结果的信度与效度。因此，本文给出了具体的分析预测过程。

第一，要进行记录整理。根据初始预测要求来制作曲线函数，其中横坐标表示年份，纵坐标表示实测的水文要素数值与历史演变曲线平均值。在采用真实数据时，应该计算出历年平均的所需分析的水文要素，并将它们原本体现在历史演变曲线上，这样也能更直观的看出各个要素值与均值之间的具体关系。

第二，要作出初步预测值。根据记录数据判断出水文流量规律以后，就可以推算未来一年可能出现的变化数值。在实施这一过程中，一定要注意近些年历史曲线的变化走势，观察哪两个时期的曲线变化情况是相类似的，特别是对当年的变化情况要格外注意。

第三，要作出校核预测值。相比与初步预测值，校核预测值所反映的是最近3～5年内的水文演变趋势及历史曲线变化。而且校核预测值要求对比，发现曲线变化中的列外情况，最主要是看其相似区间是否较多，而且是否符合资料数据中所给出的历史变化规律。

以上，历史演变法所给出的要素分析演变曲线在对变化规律的分析上是相对较为全面的，而且它的分析原理简单易懂，这也造成了其缺乏严谨的定量标准，所以预测可能会出现因人而异的情况。

二、中长期水文统计预报的其它方法

除比较常见的历史演变法之外，以周期均值叠加为基准的预报方法同样值得借鉴。它基于水文要素的时间叠加变化来判断水文要素变化，并将其归结为有限不同周期内的周期波的重叠积累过程，它的主要数学模型如下：

在上述模型中， 表示水温要素的基本序列， 表示第i个周期的周期波序列，而 表示数学模型中所存在的误差项。依照此数学模型对水文要素数据进行实测分析，识别其所含有的周期，就能根据周期预测区间来分析出具体的水文要素变化状况。如果水文要素在周期预测期间内保持不变，则可以将周期外延、叠加进行新的预测分析，

这种方法就被称为以周期均值叠加为基准的预报方法。

总结：

本文所提出的两种预测方法各有利弊，历史演变法对于未来连续几年水文要素的变化趋势预测较为准确，但单就某一年份预测则较难定性。模型预测中，由于误差项 难以确定会对预报结果造成一定影响，水文要素的变化存在一定的规律，在日常中长期水文预报中，应该基于地方水文要素历史演变规律来实现预测过程，并对照变化规律来合理取值，同时做到对预测统计工作经验的积累，才能使得中长期水文统计预报方法更加科学，更精确。

参考文献：

[1] 鹿坤.浅谈中长期水文预报方法[J].贵州水力发电，2004，18（2）：17-19.

[2] 寇军.浅谈中长期水文预报的方法[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（3）.

作者简介：

黄孝明（1988年10月5），男，汉族，籍贯：江西都昌，本科学历；研究方向：水文预报、水文勘测；任职江西省景德镇市水文局。

程永娟（1988年9月10日），女，汉族，籍贯：山东海阳，本科学历；研究方向：水文预报；任职江西省景德镇市水文局。