1、第9章 水文預報內容簡介研究對象本章研究水文現象的客觀規律，利用現時已經掌握的水文、氣象資料，預報水文要素未來變化過程。研究內容1.短期洪水預報；2.枯水預報；3.施工水文預報； 4.水文實時預報方法。研究目的在防汛工作中，及時準確的水文預報，是防汛抗洪指揮決策的重要科學依據；在水能、水資源的合理調度、開發利用和保護以及航運等工作中，都需要有水文預報作指導。第9.1節 概 述內容提要1. 水文預報的重要作用；2. 水文預報的分類； 3. 水文預報工作的基本程序學習要求掌握預見期的定義及水文預報工作的基本程序。水文預報的重要作用可靠的洪水預報對防止洪水災害具有特別重要的作用。例如在河流防洪搶險中

2、，需要及時預報出防洪地點即將出現的洪峰水位、流量，以便在洪峰到來之前，迅速加高加固堤防、轉移可能受淹的群眾和物資，動用必要的防洪設施等，把洪水災害減小到最低限度。圖為1998年長江沙市水位預報與實測情況。圖9.1.1 1998年長江沙市水位預報與實測情況在水庫管理中，可以利用洪水預報，使上游來的洪水與區間洪水的高峰段彼此錯開（稱錯峰），即下游洪水很大時，水庫把上游來的洪水暫時蓄存起來，待下游洪峰過后，再加大水庫泄量，把上游來的洪水放出來，從而大大減低下游的洪峰和洪水災害，例如1998年8月長江中下游發生近百年一遇的特大洪水，由于及時準確的洪水預報，對葛洲壩水庫、隔河巖水庫和漳河水庫科學調度，使

3、三峽以上來的洪水和清江、沮漳河洪水的洪峰互相錯開，大大降低了荊江河段的洪峰水位，避免了荊江分洪損失，為戰勝該年發生的特大洪水做出了巨大貢獻。表為1998葛洲壩水庫、隔河巖水庫在錯峰、調峰中，降低沙市水位發揮作用的分析結果。表葛洲壩水庫、隔河巖水庫在錯峰調度對沙市水位的影響另外，洪水預報還可較好地解決水庫防洪與興利的矛盾，在預報的洪水未進庫之前，先打開泄洪閘門騰空一部分庫容，以便洪水來臨時能蓄存更多的水量；當洪水即將結束時，預知近期沒有很大的洪水入庫，則可超蓄洪水尾部的一些水量，用于多發電、多灌溉，使現有工程發揮更多的效益。水文預報的分類1.按預報的項目，水文預報可分為l 徑流預報：預報的要素主

4、要是水位和流量，水位預報指的是水位高程及其出現時間；流量預報則是流量的大小、漲落時間及其過程。徑流預報又可分洪水預報和枯水預報。l 冰情預報：冰情預報是利用影響河流冰情的前期氣象因子,預報流凌開始、封凍與開凍日期,冰厚、冰壩及凌汛最高水位等。l 沙情預報：沙情預報則是根據河流的水沙相關關系,結合流域下墊面因素,預報年、月和一次洪水的含沙量及其過程。l 水質預報：預測河流中污染物遷移轉化的時空變化過程。l 施工水文預報：在工程施工期間要進行的特殊預報項目。2. 按預見期的長短，水文預報可分為l 短期水文預報：主要由水文要素作出的預報l 中長期水文預報：包括氣象預報性質在內的水文預報預報的預見期是

5、指發布預報與預報要素出現的時間間距。在水文預報中，預見期的長與短并沒有明確的時間界限。9.1.3水文預報工作的基本程序水文預報工作大體上分為兩大步驟。(1) 制定預報方案：分析預報要素的形成規律，建立由過去的觀測資料推算水文預報要素大小和出現時間的一整套計算方法，即水文預報方案。制定的方案按國家水文情報預報規范要求的允許誤差進行評定和檢驗。只有質量優良和合格的方案才能付諸應用。圖為我國2000年6月30日開始實施的水文情報預報規范（SL250-2000）。圖 我國現行的水文情報預報規范（SL250-2000）(2) 進行作業預報:將現時發生的水文氣象信息，經過預報方案算出即將發生的水文預報要素

6、大小和出現時間，及時將信息發布出去，這個過程稱為作業預報。若現時水文氣象信息是通過自動化采集、自動傳送到預報中心的計算機內,由計算機直接按存儲的水文預報模型程序計算出預報結果。這樣的作業預報稱為聯機作業實時水文預報。復習思考題1.水文預報方案的評定和檢驗，是d a、都用制定預報方案時的全部實測資料進行b、都用作業預報過程中的時實測資料進行c、用以上兩種資料進行d、用制定預報方案中使用的資料來進行評定，而用沒有參加方案編制的預留資料進行檢驗。2. 洪水預報的預見期是c a、洪峰出現的時間b、洪水從開始到終止的時間c、從發布預報時刻到預報洪水出現時刻所隔的時間d、從收到報汛站資料開始到預報的洪水出

7、現所隔的時間第9.2節 短期洪水預報內容提要1. 河段中的洪水波運動；2. 相應水位(流量)法；3. 合成流量法；4. 流量演算法；5. 降雨徑流預報。學習要求掌握相應水位(流量)法、合成流量法和馬斯京根流量演算方法。河段中的洪水波運動1. 洪水波流域上大量降水后,產生的凈雨沿坡地迅速匯集,注入河槽, 由于降雨量時空分布不均勻、河網干支流和分布形狀的不同，以及水流匯集速度的快慢，河道接納的水量沿程不同，使河道沿程水面發生高低起伏的一種波動,稱為洪水波。i0ii圖9.2.1 河道洪水波水面比降示意圖2. 附加比降附加比降是洪水波的主要特征之一。附加比降是指洪水波水面比降與同水位穩定流水面比降之差

8、，即。圖為河道洪水波水面比降示意圖。l 當漲洪時： ；l 當落洪時： ；l 當水流穩定時： 。3.河段洪水波的傳播與變形由于河槽的調蓄作用，洪水波向下游傳播過程中,不斷發生變形，如圖（動畫）所示。在沿棱柱形河槽運動中其變形有兩種形態：圖河道洪水波傳播與變形過程示意圖l 洪水波展開：洪水波在傳播過程中,波長不斷加大,波高不斷減小的現象稱為洪水波的展開,即A2C2>A1C1,h2< h1。l 洪水波扭曲：洪水波在傳播過程中,波前水量不斷向波后轉移的現象稱為洪水波的扭曲。在自然河道中，河道斷面邊界的差異和河段區間入流等條件變化，都對洪水波變形有顯著的影響。 相應水位(流量)法根據河段洪水

9、波運動和變形規律,利用河段上斷面的實測水位(流量),預報河段下斷面未來水位(流量)的方法,稱為相應水位(流量)法。1.基本原理相應水位（流量）相應水位（流量）是指在河段同次洪水過程線上，處于同一位相點上、下站的水位（流量）稱為相應水位（流量）。如圖9-2-3所示某次洪水過程線上的各個特征點,例如上游2點洪峰水位經過河段傳播時間,在下游站2點的洪峰水位,就是同位相的水位。圖9-2-3 上、下游站相應水位過程線圖相應水位(流量)法的基本方程l 河段無區間入流：設河段上游站流量為Q上,t，經過時間的傳播,下游站的相應流量為Q下,t+,兩者的關系為：Q下,t+=Q上,t-QL (9-2-1)式中QL-

10、洪水波展開量,與附加比降有關。l 河段有區間入流q兩者的關系為：Q下,t+=Q上,t-QL + q (9-2-2)2.無支流河段的相應水位預報在制定相應水位法的預報方案時,一般采取水位過程線上的特征點,如洪峰等,作出該特征點的相應水位關系曲線與傳播時間曲線。簡單的相應水位法在無支流匯入的河段上,若影響洪水波傳播的因素比較單純,可用簡單的相應水位法。l 預報方案：根據上游站和下游站的實測水位過程線,摘錄相應的特征點即洪峰水位值及其出現時間(見表9-2-1),并繪制相應洪峰水位相關曲線及其傳播時間曲線(圖9-2-4)作為預報方案。l 作業預報：按t時上游出現的洪峰水位Z上,t，在Z上,tZ上,t+

11、曲線上查得Z下,t+,在Z上,t曲線上查得,從而預報出t+時下游將要出現的洪峰水位Z上,t+。表9-2-1 長江萬縣站三斗坪站相應洪峰水位及傳播時間 圖9-2-4 萬縣站三斗坪站相應洪峰水位及傳播時間關系曲線圖以下游站同時水位為參數的相應水位法下游站同時水位Z下,t就是上游站水位Z上,t出現時刻的下游水位,它與Z上,t一起能反映t時刻的水面比降變化,同時也間接地反映區間入流和斷面沖淤以及回水頂托等因素的影響。l 預報方案：制作預報方案時，以下游站同時水位Z下,t為參數作等值線,分別繪制Z上,t Z下,t Z下,t+和Z上,t Z下,t 相關曲線,如圖9-2-5所示。l 作業預報：按t時刻的水位

12、Z上,t及Z下,t，按圖9-2-5的箭頭方向查得Z下,t+和，從而預報出t+時下游將要出現的洪峰水位Z上,t+。圖9-2-5 以下游站同時水位為參數的水位及傳播時間關系曲線圖以上游站漲差為參數的水位相關法上述各種洪峰水位預報方案,可近似地用來預報下游站的洪水過程。但由于它們沒有反映洪水過程中附加比降的變化等因素,使預報的洪水過程常常有比較大的系統誤差。為克服這種缺點,可用以上游站水位漲差為參數的水位相關法。圖9-2-6 長江萬縣水文站宜昌水文站以上游站漲差為參數的水位預報方案洪水波通過某一斷面時,波前的附加比降為正,使漲水過程的漲率Z上/t為正;波后的附加比降為負,使落水過程的漲率為負。因此,

13、 水位(流量)過程線的漲(落)率在很大程度上反映了附加比降和水面比降的大小。l 預報方案：圖9-2-6是長江萬縣水文站宜昌水文站河段以Q上為參數的水位預報方案。l 作業預報：已知t時刻的Z上,t(或Z下,t)、Z上(或Q上)，在圖上查出預報的下游水位Z下,t+和預見期為。合成流量法在有支流匯入的河段，按照上游干、支流各站的傳播時間，把各站同時刻到達下游站的流量疊加起來得合成流量，然后建立合成流量與下游站相應流量的關系曲線，進行預報的方法稱為合成流量法。該法預報下游站流量的關系式為: (9-2-3)式中，為上游干、支流各站相應流量；i為上游干、支流各站到下游站的洪水傳播時間；n-上游干、支流的測

14、站數目。根據式(9-2-3)的關系該法的預見期取決于上游各站中傳播時間最短的一個。一般情況下,上游各站中以干流站的流量為最大,從預報精度的要求出發,常常用它的傳播時間作為預報方案的預見期。流量演算法流量演算法是在圣維南方程組簡化的基礎上,利用河槽的水量平衡方程替代連續性方程,用河段的蓄泄關系替代動力方程, 然后聯立求解,將河段的入流過程演算為出流過程的方法。1.基本原理河段流量演算是由以下兩個基本公式組成：l 河槽時段水量平衡方程 （9-2-4） 若當河段內有區間入流量q，將q值并入到上斷面的入流量中進行演算,即: l 河段蓄水量與泄流量方程 S=f(Q) （9-2-5） 式中S為河段內某一流

15、量所對應的蓄水量。 圖9-2-7 河段時段水量平衡示意圖2.馬斯京根法及其槽蓄曲線方程該方法由G.T.麥卡錫(G-T-McCarthy) 1938年應用于美國馬斯京根河流域而得名。該法主要是建立馬斯京根槽蓄曲線方程,并與水量平衡方程聯立求解,進行河段洪水演算。圖9-2-8 河段槽蓄量示意圖在馬斯京根槽蓄曲線方程中,河段槽蓄量由柱蓄和楔蓄兩部分組成，如圖9-2-8。令x為流量比重因素,SQ.上、SQ.下分別為上下斷面在穩定流情況下的蓄量,它們與河段內總蓄量S的關系為：（9-2-6）若將河道中的斷面流量與相應的槽蓄量近似地按穩定流處理時（SQ =KQ）,由式（9-2-6）可得到馬斯京根槽蓄曲線方程

16、：（9-2-7）式中,K為穩定流情況下的河段傳播時間，Q稱為示儲流量：。3.馬斯京根流量演算方程聯解水量平衡方程式（9-2-4）和馬斯京根槽蓄曲線方程式（9-2-7）,可得馬斯京根流量演算方程:（9-2-8）式中： （9-2-9）4. 試算法確定x、K值對某一次洪水,假定不同的x值計算Q,作出Sf(Q)關系曲線,其中能使二者關系成為單一直線的x值即為此次洪水所求的x值,而該直線的斜率即為所求的K值。取多次洪水作相同的計算和分析,就可以確定該河段的x、K值。【例9-2-1】根據某河段一次實測洪水資料(表9-2-2),用馬斯京根法進行河段洪水演算。表9-2-2 馬斯京根法S與Q值計算表根據河段和資

17、料情況,取時段長t=12h。將河段實測洪水資料列于表中的第(2)(4)欄。因區間無實測值,將河段入流總量與出流總量差值作為區間入流總量,其流量過程近似地按入流過程的比值分配到各時段中去。按水量平衡方程式,分別計算各時段槽蓄量S(表中第(7)欄),然后逐時段累加S得槽蓄量S(表中第(8)欄)。假定x值,按Q=xQ上+(1-x)Q下計算Q值。本例分別假設x=0.2和x=0.3,計算結果列于表中第(9)、(10)欄。按第(9)、(10)兩欄的數據,分別點繪兩條SQ關系線,其中以x=0.2的關系線近似于直線(見圖9-2-9),該x值即為所求。該直線的斜率K=S/Q=800×12/800=12

18、h。圖9-2-9 馬斯京根法SQ關系曲線圖假定本河段的K值已選定,即x=0.2,K=12h以及t=12h,代入式（9-2-9）得: Co=0.231,C1=0.538,C2=0.231，而且Co+C1+C2=1.0,計算無誤。因此,該河段的洪水演算方程為:Q下,2=0.231Q上,2+0.538Q上,1+0.231Q下,1根據本河段另一場洪水的上斷面流量資料(見表9-2-3中第(2)欄),用上述洪水演算方程,可算出河段下斷面的流量(見表9-2-3第(6)欄)。4.馬斯京根法中幾個問題的分析(1) K值的綜合l K具有時間的因次,它基本上反映河道穩定流時河段的傳播時間。l 在不穩定流情況下,按流

19、量分級,根據不同的流量取不同的K值。(2) x值的綜合l 流量比重因素x反映楔蓄對流量的作用外,還反映河段的調蓄能力。l 對于一定的河段,x在洪水漲落過程中基本穩定,但也有隨流量增加而減小的趨勢。l 流量比重因素x，一般從上游向下游逐漸減小,介于0.20.45之間,特殊情況下也有小于零的。(3) 計算時段t的選擇l t不能取得太長,以保證流量過程線在t內近于直線;l 為在計算中不漏掉洪峰,選取的t最好等于河段傳播時間。(4) 預見期問題l 馬斯京根法用于預報時是沒有預見期的。l 如果取t=2kx，則Co=0,有一個時段的預見期。表9-2-3 馬斯京根洪水演算表降雨徑流預報降雨徑流預報是利用流域

20、降雨量經過產流計算和匯流計算,預報出流域出口斷面的徑流過程。主要包括兩方面的內容:l 由降雨量推求凈雨量;l 由凈雨過程推求流域出口斷面的徑流過程。有關這兩個問題的計算原理和計算方法,見第七章的內容。在降雨徑流預報中，有以下主要工作內容：1.編制降雨徑流方案根據流域自然地理特征和實測資料條件,建立流域產、匯流計算方案,如降雨徑流相關圖、單位線等。并對方案的預報精度進行評定和檢驗。2.作業預報在作業預報中,如圖9-2-10所示 to時刻以前的降雨量是實測的； to之后的降雨量是預報的。預報雨量與預報方案的誤差,兩者都影響預報的精度。因此,在作業預報時,應根據實測時段降雨量或實測流量對預報的徑流進

21、行逐時段修正。圖9-2-10降雨徑流預報法預報洪水過程示意圖（動畫）復習思考題1.洪水波的波速時洪水波上b a、某一斷面的平均流速b、某一位相點的運動速度c、最大斷面平均流速d、某一水質點的運動速度2.對于一定的河段，附加比降影響洪水波變形，就洪峰而言，下述哪種說法是對的a a、附加比降愈大，洪水波變形愈大，傳播時間愈短b、附加比降愈大，洪水波變形愈大，傳播時間愈長c、附加比降愈大，洪水波變形愈大，對時間沒什么影響d、附加比降愈大，洪水波變形愈小，對時間沒什么影響3.引起河槽洪水波變形的原因是d a、附加比降 b、區間徑流 c、河網調蓄及斷面沖淤 d、以上因素都有影響4.存在附加比降是洪水波的

22、主要特征，在漲洪時ba、=0 b、>0 c、<0 d、不能肯定5.利用相應水位法作預報方案，加入下游站同時水位作參數的目的主要是c a、考慮洪水到來前的底水作用b、考慮上游降雨的影響c、考慮水面比降和底水的作用d、考慮河道坡降的作用6.相應水位法由上斷面洪峰水位預報下斷面洪峰水位的預見期為兩斷面間的b a、洪水上漲歷時 b、洪水傳播時間 c、整個洪水歷時 d、洪水退落歷時7.用馬斯京根法作洪水預報，當計算時段=（，為該法的兩上參數）時預見期為aa、 b、 c、零 d、+8.馬斯京根流量演算方程中的系數da、大于零 b、小于零 c、等于零 d、三種情況都可能存在9.馬斯京根法中的值，

23、從理論上說，應b a、隨流量的增大而增大b、隨流量的增大而減小c、不隨流量變化d、以上三種情況都有可能10.在有支流匯入的河段，采用合成流量法預報下游站時刻的流量，它的計算表達式（設為上游第個站的流量，為上游第個站到下游站的洪水傳播時間）為a a、= b、= c、= d、= 11.河段漲洪時，同時刻上游站洪峰流量與下游站洪峰流量（假設無區間入流）的關系是a a、> b、= c、< d、不能肯定第9.3節 枯水預報內容提要1. 基本原理；2. 退水曲線法；3. 前后期徑流量相關法。學習要求掌握退水曲線法和前后期徑流量相關法。9.3.1基本原理枯水期河中的流量主要是由滯留在流域中的蓄水

24、量消退形成，其次是來源于枯季 的降雨。流域蓄水量包括地面、地下蓄水量兩部分：l 地面蓄水量存在于地面洼地、河網、水庫、湖泊和沼澤之中；l 地下蓄水量存在于土壤孔隙、巖石裂隙、溶隙和層間含水帶之中。由于地下蓄水量的消退比地面蓄水量慢得多，故長期無雨后河中水量幾乎全由地下水補給，流域的水量平衡方程式和蓄量方程式分別為：（9-3-1）（9-3-2）式中Q(t)為枯水期中t時刻的流域出流量（m3/s）；W（t）為枯水期中t時刻的流域蓄水量（m3）；K為流域退水參數（s）。聯立求解式（9-3-1）和（9-3-2），得枯水期流量消退規律的表達式為（9-3-3）式中Q(0)為枯水期某一初始時刻的流域出流量（

25、m3/s）；為消退系數。因此，只要分析出流域Kr值，就可掌握該流域的退水規律。9.3.2 退水曲線法在枯水預報中常把退水曲線表示成相鄰時間t的流量的相關關系，由式（9-3-3），有（9-3-4）Kr隨所采用的時段長而變，當相鄰時間t取一固定時段時，相鄰流量的比值則為： （9-3-5）式中消退系數Kr，可通過建立相鄰時間流量的相關圖（如圖9-3-1）推求。圖9-3-1 清江搬魚咀站枯水期Qt+tQt關系圖【例9-3-1】表9-3-1為清江搬魚咀站1972年1月枯水期的流量摘錄，相鄰時間t為2d。點繪相鄰流量關系如圖9-3-1。由相關分析，得相關方程中a=0,則有表9-3-1 清江搬魚咀站1972

26、年1月枯水期流量資料9.3.3 前后期徑流相關法前后期徑流相關法是根據流域前期徑流量來預報未來的后期徑流量的。該法的預見期一般較長，如10天、1個月等，可以直接預報出時段枯水徑流量。圖9-3-2為滏陽河東武仕站11月平均流量與10月平均流量的關系線（一年一個點子），關系很好。圖9-3-2滏陽河東武仕站關系線復習思考題1.枯水徑流變化相當穩定，是因為它主要來源于ba、地表徑流 b、地下潛水 c、河網蓄水 d、融雪徑流2. 枯水預報中的退水曲線法與前后期徑流量相關法，預報的流量值是有差別的，預見期越長其差別越明顯。T第9.4節 施工水文預報內容提要1. 壩址處流量預報；2. 圍堰上、下游水位預報；

27、3. 截流期水情預報學習要求掌握圍堰水情預報和截流期水情預報方法。施工水文預報是指對水電工程施工期，受到施工回水影響河段的水文預報。按施工階段，施工水文預報主要分為圍堰水情預報和截流期水情預報。圍堰水情預報在修筑圍堰（圖9-4-1）及導流建筑物階段，要求預報圍堰前的水位或流量，以防止河水漫入施工區。圖9-4-1 施工圍堰平面示意圖 1預報壩址處的流量 采用馬斯京根流量演算法計算壩址處的流量，但此時要注意的是圍堰修建以后，天然河道情況下的馬斯京根槽蓄曲線已不適用了。具體計算方法步驟如下： 采用水力學方法計算各級穩定流量Qi相應的水面曲線； 計算出上游為入庫站，下游為壩址各級穩定流量Qi的槽蓄量W

28、i； 假定修筑圍堰后，原馬斯京根參數x值不變（修圍堰后x值最好以實測資料分析而得），計算出示儲流量Q，點繪WQ關系，推求出K值。求得修筑圍堰后的演算公式，由于圍堰上、下游兩端距離很短，推算的流量可作為圍堰上、下游的流量。 2. 圍堰上、下游水位預報 修筑圍堰后，圍堰上游天然情況下的水位流量關系發生了變化，此時應重新建立上游水位流量關系曲線。根據壩址流量，可用下列公式近似推求束窄河段水位的壅高值Z，（9-4-1）（9-4-2）（9-4-3）式中，Z上、Z下分別為上、下游斷面水位；V上、Vc分別為上游及束窄斷面平均流速；A上、Ac分別為上游及束窄處斷面面積；Q為穩定流量，為動能修正系數，取1.0

29、1.1。g為重力加速度。采用試算法計算Z，在計算時，要求具備有下游斷面的水位流量關系Qf(Z下),上游及束窄斷面的水位面積曲線A上f1(Z上)，Ac=f2(Z下)。具體計算方法步驟如下：擬定過水流量Q，查Qf(Z下)曲線得Z下；由Z下值查Ac=f2(Z下)曲線得Ac，由此計算出Vc，并算出；假定壅水高度Z，則得上游水位Z上=Z下+Z，由A上f1(Z上)曲線查得A上，計算出V上，并計算出； 按式（9-4-1）計算壅水高度Z，若計算出的Z與假定的Z相符，則試算完畢，否則重新計算。計算出各級流量的壅水高度，即可建立上游壅高后的水位流量關系曲線Qf(Z下+Z)= f(Z上)，見圖（9-4-2）。圍堰下

30、游的水位流量關系仍是天然情況下的，即Qf(Z下)。有了圍堰上、下游水位流量關系，便可利用前面預報的流量Q，推求出上游水位Z上、和Z下，完成圍堰上、下游的水位預報。圖9-4-2 圍堰上、下游的水位流量關系曲線 截流期水情預報水利水電工程施工的截流一般是在枯季進行，枯季河水流量小，流速慢給截流施工創造了有利條件。只有預先掌握了截流期河道流量的大小，采取相應措施，施工截流才能順利的進行 。因此，截流期水情預報是施工截流中不可缺少的工作。截流期水情預報方法可參見第9.3節的枯水預報。復習思考題1. 施工區河道流量演算中的馬斯京根參數x值與河道天然情況相同，不必以實測資料分析得到。F2. 施工區河道流量

31、演算中的馬斯京根參數k值與河道天然情況相同，可以不必重新分析得到。F3. 施工截流期河道流量預報，可以采用天然河道情況下枯水預報模型。 T第9.5節 水文實時預報方法內容提要1. 水文預報誤差的來源；2. 實時預報校正方法；3. 遞推最小二乘估計算法。學習要求了解水文預報誤差的來源及最小二乘估計的遞推算法。水文實時預報的意義水文現象受到自然界中眾多因素的影響,人們采用的各種方法或模型都不可能將復雜的水文現象模擬得十分確切,水文預報估計值與實際出現值的偏離,即預報誤差是不可避免的。實時預報就是利用在作業預報過程中，不斷得到的預報誤差信息,及時地校正、改善預報估計值或水文預報模型中的參數,使以后階

32、段的預報誤差盡可能減小。 水文實時預報方法分類1.水文預報誤差的來源水文預報誤差的來源大致有如下幾個方面： 模型結構誤差在對水文循環過程的模擬中，采用了不同程度簡化的模型或不完善的處理方法，由此引起的誤差稱為模型結構誤差。模型參數估計誤差水文模型中估計的模型參數對其真值來講,總是存在著誤差的。根據各場洪水優選的模型參數,它是綜合各場洪水的最優值,而對某一特定場次的洪水,它并非就是最合適的。模型的輸入誤差進行水文預報所輸入的資料通常是降雨、流量和流域蒸散發,這些資料或由實測獲得,或根據天氣預報估算得到。前者存在著測驗和時段統計平均誤差,后者則存在著相當大的預報誤差。2. 實時預報校正模型洪水實時

33、預報校正方法包含兩方面的內容：一是實時預報校正模型，二是實時校正方法。實時預報校正模型在很大程度上取決于水文模型的結構。“顯式”結構的水文模型當水文模型相對于模型的待定參數是線性關系模型時，稱為為“顯式”結構。一種處理方法是將水文系統視為動態系統，模型的動態參數“在線”識別和實時預報是關鍵。另一種處理方法是將水文預報模型改造成系統狀態方程和系統觀測方程，利用濾波的方法進行實時校正。“隱式”結構水文模型一般來講，流域概念性水文模型是較復雜的“隱式”結構。目前在處理這類模型時，一種方法是對模型進行“顯式”化處理；另一種方法是基于確定性流域水文模型的預報流量與實測流量的誤差序列，建立流量誤差預報的“

34、顯式”模型（如AR或ARMA模型），流域洪水預報即用預報的流量殘差疊加到模型的計算流量上，從而完成洪水實時校正預報。3.實時預報校正方法的分類根據不同預報誤差的來源,實時預報校正方法可分為以下三種。對模型參數實時校正若認為水文預報方法或模型的結構是有效的,只是由于存在數據的觀測誤差,導致率定的模型參數不準確,或是率定的模型參數對具體場次洪水并非最優，可以在實際作業預報過程中,根據實際的預報誤差不斷地修正模型參數。對模型參數進行實時校正的方法有最小二乘估計等方法。對模型預報誤差進行預測 對已出現的預報誤差時序過程,建立合適的預報誤差的模型。通過預報未來的誤差值以校正尚未出現的預報值,從而提高水文

35、預報的精度。對狀態變量進行估計一個預報模型中能控制當前及以后時刻系統狀態和行為的變量,稱為狀態變量。對狀態變量的估計是認為預報誤差來源于狀態估計的偏差和實際觀測的誤差,通過實時修正狀態變量來提高預報的精度。卡爾曼濾波就是對狀態變量進行實時校正的一種算法。 水文實時預報的最小二乘方法在水文預報模型參數的估計中，最小二乘法是一種常用的估計方法。通過最小二乘估計可以獲得一個在最小方差意義上與實測數據擬合最好的模型。1.最小二乘估計的基本算法設y(i)和為在i時刻（i=1,2,，m）所觀測得的數據，可以用m個方程表示這些數據的關系（9-5-1）式中y為系統觀測輸出值，X為系統觀測輸入值，V為誤差向量，是一個待定的參數向量。上式用矩陣形式表示為（9-5-2）式中： （9-5-3）在水文模型中，經常遇到測量次數m超過方程組所需的定解條件數n。最小二乘原理指出，最可信賴的參數值應在使殘余誤差平方和最小的條件下求出。 目標函數為： （9-5-4）將J對求偏微分，并令其等于零，則可求得使J趨于最小的估計值，有（9-5-5）2. 序貫遞推最小二乘算法它是基于最小二乘推導出的、利用新息來改進參數的遞推估計算法，使參數實現在線識別。參數向量的遞推算式： （9-5-6） （9-5-7） （9-5-8） 在遞推過程中，當計及數據量不多時，新