水文预报论文题目

HBV水文预报模型及与之集成系统介绍1. 1 背景70 年 代 ，为了水电厂的洪水预报，瑞典国家水文气象局（SMHI)开发了HBV水文预报模型。当时开发该模型的目的是通过输人合理的预报参数来进行洪水预报，并对预报结果进行校验。事实证明，HBV模型在解决水资源问题上具有易用性和灵活性的特点，所以该模型被瑞典及北欧国家广泛使用。目前，该模型在瑞典已成为一个标准的洪水预报工具，在近40个流域中，大多数无控制站的小河流都使用该模型进行洪水预报；另外，大约在60个流域范围内，该模型被用于水电厂的洪水预报。世界上大约有40个国家使用或了解HBV模型。如今 ， H BV模型已发展成为一个集成的水文预报模型系统，它是一个现代化的，经过良好测试的易操作的预报工具。它可以与实时气象信息及预报系统相集成，可运行在独立的计算机上，也可运行在网络环境下。1.2 结构HB V模 型 可以被贴切地描述成一个半分布式的概念模型。多年来，模型的基础结构很少改变，要求输人的参数也被尽可能地简化（通常只需要输人日平均气温值和降雨量值)。尽管如此，它的模拟性能还是很好，而且，原来该模型只用于水文预报，现在它的应用范围已扩展到其它领域，如:被测量的时间序列的插补、无控制站河流的流量模拟、设计洪水计算以及水质研究。1993年，对SMHI模型的结构作了很大的改动，实现了以下目标:（1） 进 一 步发展了分布式的径流模型，使其能够增加新的输人参数（如气象雷达和卫星图像数据)，以满足空间解决方案的需要。（2） 利 用 当前最新的水文和气象知识，使模型的物理结构更加准确和先进。（3） 除 了 评估降雨和温度两个参数以外，使用其它的输人参数进行校准，以保证模拟和预报的可行性和准确性。（4） 在 保 持原有HBV模型灵活、易用的前提下，确保新老版本的相互兼容性。经过 三 年 的开发研究，SMHI于19%年开始推广使用经过改进的HBV模型（简称HBV一%模型)。集成 的 水 文模型系统（IHMS系统)是以HBV模型为基础开发出的一套应用系统软件。在该系统中，只需要输人少量的参数即可进行预报。HBV/IHMS系统在作预报时，可以按照不同气候、土质条件以及水文气象网络的分布密度等因素，把一个大流域划分成若干个子流域，先对各个子流域进行预报，然后综合各子流域的预报结果，形成整个大流域的洪水预报。目前，该系统已被应用在瑞典的200多个子流域的有控制站的洪水预报中，而且，它可与水电站的溢洪道设计研究相结合。HB V/ IH MS模型结构示意图（降雨/雪在上层、土壤含水量在中层、响应在底层)见图to 2.1 数据存贮为了 缩 短 计算时间，HBV模型所需的输人参数（如降雨、温度、流量等)被存放在基于二进制文件的内部数据库中，这样很容易实现把数据从确定的文件格式转人已存在的数据库中。2.2 数据校验在校 验 模 型之前，可以先用公式（如二次样条公式)把不正确和不同类型的数据（降雨、径流、温度)水利水文自动化2004.22.3 降雪量计算降雪 量 计 算模块用于计算降雪量。降雪量与温度的修正因子密切相关。计算降雨量和降雪量可使用不同的修正因子。该模型可以计算冰河和田间积雪区的降雪量。新版 的 H BV模型（HBV一%版)可以很好的预报世界各地的积雪量和融雪量。目前，瑞典国家气象局又在对HBV一%模型进行修正，修正后的HBV模型可以处理发生在特殊条件下的温度倒置的情况。2.4 径流预报土壤 含 水 量计算模块用于计算不同的降雨、融雪和蒸发等条件下的田间土壤含水量，以及模拟土壤含水量的变化过程。然后，径流生成模块把土壤中的水（以土壤含水量表示)转化为径流。径流生成模块由一个上层、非线性、一个下层、线性以及产流五部分组成。算出的径流成果是绘制水文曲线图的原始数据。标准 的 H BV模型通过马斯京根法（Muskingum)与其它的汇流公式相结合生成径流预报，同时，径流预报过程也可得到校验（在非常复杂的水库运行调度情况下，径流预报过程必须校验)。第2期掀；HBV水文预报模型及与之集成的水文模型系统介绍当一 个 河 流的集水区被划分成几个子流域时，HBV模型可以先预报每个子流域的径流，然后，再把各个子流域产生的从上游到下游的出流累加起来，形成全流域的出流。通过 把 H D水文预报模型（由波兰水文气象局研制开发)与IHMS系统相结合，可以进行河流动力学的研究（虽然这不属于标准的模块)。目前，该成果已有几个应用实例，例如:该成果已用于波兰境内的Vistula河的河流动力学研究。2.5 入流、出流计算在应 用 H BV模型时，如将大流域划分为若干个子流域，大型水库应位于子流域的出口处。HBV模型先计算水库的人流（包括降落在库区的雨量以及水库水面自身的蒸发量)，然后，根据调度规则或频率曲线得到水库的出流。调度规则与水库出流、水库水位以及时间序列有关，同时，它也与水库的用水量有关。 3.1 校验模型 所 用 到的各参数必须先经过率定，率定一般由校准过程来完成。当模拟出的径流曲线和人工观测出的径流曲线的一致性较好时，说明参数选择合理。一般来说，校验需要10年以上的水文数据，率定需要5年以上的水文数据，但实际上通常没有这么长的径流记录，所以在径流记录较短的条件下，模型也应能做预报。校验时，所选用的径流记录必须包含一个完整的水文事件的变化过程（即应包括峰谷、洪峰)，这一点非常重要。校验 时 ， 从气象站测得的温度数据、河流区间的降雨数据，从水电厂、大坝以及观测站得来的流量数据、水位数据，必须存人模型数据库中。预报 精 度 可以通过以下两种方式来判定:（1） 统 计 法:通常使用由Nash和Sutcliffe于1970年提出的R2值法（代表模型的可用性);（2） 模 拟 流量和实测流量的累计误差曲线图:这种方法通常用于检验的初始阶段，如对降雪参数的评估。HB V 模 型预报的预见期可以是1 -24h。通常，合理的预见期为3,6和12 h（不能为7h或13h)。大多数应用程序使用的预见期为1h或24h。使用经验表明，可以使用24h前的历史日平均数据作为输人参数，然后稍作修整即可用于时段预报和模型的校验。3.2 模拟模型 经 过 校验后，可以用于基于水文时间序列的各种模拟应用程序。如果历史水文资料时间序列太短，则应对历史水文资料进行插补及延伸。对数 据 质 量的评估也是模型应用的另一个方面。模型的输出结果可用来判断融雪和降雨的合理性、所观测的水位值的正确性、预报的融雪量的正确性，同时，模型也适于判定径流记录的多相性。3.3 洪水和入流预报3.3.1 短期洪水预报对于 小 流 域和本地人流，根据气象预报的结果和要求，预报的预见期一般设为1h。通常情况下，这种预见期应用于由梯级水库组成的水电厂的实时洪水预报及优化调度系统中。3.3.2 人流预报（洪水的中长期预报)HB V模 型 使用历史统计值来进行季节性水库的多年调度或洪水风险评估（即洪水的中长期预报)。这种服务不但提高了社会效益，而且可以向社会提供有用的信息，减少洪水造成的危害。3.4 无控制站流域的洪水预报使用 概 念 水文模型的传统方法是:首先对模型进行校准，确定经验系数的优化值，然后再进行洪水预报。实践证明，经过优化的经验系数的变化范围很小。对于缺少历史径流资料，从而无法对模型进行校验的流域，通常应用具有较长历史资料的水化学资料来推断水文资料，找到优化的经验系数，从而进行洪水预报。如今，这种方法已广泛应用于瑞典的400个无控制站流域的洪水预报。3.5 设计洪水计算HB V/ IH MS系统软件中的“洪水设计”模块应用于具有多个水库的河流系统。它的基础是通过迭代的方法，对最重要的洪水过程的临界值进行反复迭代，从而优化出所需要的结果。该模块是以1990年瑞典颁布实施的《大坝溢洪道设计开发规则》为基础开发的。因此，如果其它国家想使用这一功能，则溢洪道的水文设计规则必须与瑞典相似。当然，也可以通过修改模块本身来适应不同的溢洪道设计规则，但必须对方方面面进行仔细研究。3.6 水质监测HB V模 型 如要用于水质监测（即模拟浅表地下水过程)，首先必须对模型进行改动，在这基础上，产42 水利水文自动化2004.2生了一个新的模型一PULSE模型。PULSE模型的大部分结构与HBV模型非常相似，只是它可以更好地模拟浅表地下水的过程，从而进行水化学状况的模拟。这一模型主要研究水质酸度的短期变化，模拟无点源污染的传输，同时，它也被广泛地用来模拟已知模型参数条件下的无观测站流域的径流预报。3.7 气候变化研究气候 变 化 与人类活动密切相关已是当今最流行的科学论点。虽然，地域性气候变化存在不确定性，但早在90年代，水文模型就被用于气候变化对水资源影响的研究中。1998年，北欧的一份研究表明了气候变化对发电存在影响，这一研究就是以HBV模型及地域性气候变化规律为基础的。 SM HI 于 1990年开始开发集成的水文模型系统（简称IHMS)的用户界面部分，当时的系统运行环境为Windows3 .x。目前，它运行在WindowsN T环境下，程序稍作配置即可运行在Windows的其它环境下（如:Windows 98,Windows 2000等操作系统)。模拟HBV模型的核心代码用FORTRAN语言编写，其它用户界面部分用C++语言编写。到目前为止，IHMS系统已广泛应用于瑞典的水库人流预报和洪水预报，以及大坝的设计洪水计算（最高级别的风险计算)。HB V/ IH MS系统软件可以运行在与Windows/Intel兼容的PC处理器或工作站上。根据不同的需要，系统可以运行在单独的计算机上，也可以运行在基于客户/服务器的网络环境下。系统的最低配置要求为:CPU-}:,Pe ntium3；内存)32M；安装IHMS需要硬盘有)20M的空间，程序可以通过光驱(CD)或软盘安装；系统加密使用软件狗加密方法。

3、 国内外水资源管理学研究进展 3.1 国际水资源管理学研究进展 到目前为止，明确提出水资源管理学的文献极为有限。根据人类开发利用水资源面临的新的问题和挑战以及实际水资源管理活动的特点，国际上也对新形势下的水资源管理理论和体系进行了一系列的探讨和研究，并就一些问题达成了某种程度的共识。他们主要围绕着“可持续发展条件下水资源可持续利用目标对水资源管理活动的要求”而展开。这些研究活动为水资源管理学作为一门新兴学科的诞生和发展起到了十分重要的推动作用。 在1992年爱尔兰召开的“国际水和环境大会—21世纪的发展与展望”上提出了水资源系统及可持续研究的问题。1993年“第二届国际实验与网络资料水流情势学术大会”上探讨了水资源管理的水文学基础和信息资料问题。1994年，联合国教科文主持，国际水资源协会与国际水文科学协办召开了“变化世界中的水资源管理研究规划国际学术研讨会”，探讨了可持续发展水资源管理研究展望、水资源开发中的风险和不确定性、水资源可持续管理的决策支持系统和水资源开发与环境保护协调四个专题。 1996年在日本京都召开了“国际水资源及环境研究大会：面向21世纪新的挑战”，讨论了流域尺度的可持续水资源系统管理的应用实例等问题。联合国教科文组织（UNESCO）国际水文计划工作组1996年将“可持续水资源管理”其定义为“支承从现在到未来社会及其福利要求，而不破坏他们赖以生存的水文循环及生态系统完整性的水的管理和使用”。[1][1]水资源可持续管理要求在水资源规划、开发和管理中，寻求经济发展、环境保护和人类社会福利之间的最佳联系与协调。与传统的水资源管理相比，可持续水资源强调了未来变化、社会福利、水文循环、生态系统保护这样完整性的水的管理，使“未来遗憾可能性达到最小的水的管理决策”。世界银行将水资源管理定义为一系列水资源相关领域（如水电、水资源供给与供给设施，灌溉与排水等）一体化管理。综合水资源管理的观点应该在水资源管理和利用方面确保考虑社会、经济、环境和技术等多方面因素[2][2]。 1997年召开的第5届“不确定性增加下的水资源可持续管理学术大会”，洪水与干旱管理、水资源开发对环境的影响、水文与生态模拟和环境风险评价等成为重要议题。 1998年在武汉召开了“98年国际水资源量与质的可持续研讨会”，探讨了流域水量与水质的统一管理问题。1998年国际水文学会在荷兰召开了“区域水资源管理研讨会”，探讨了水资源管理的经验和教训、面对挑战的区域可持续水资源管理、水资源管理的研究方法。 2000国际水文科学学会（IAHS）年在美国召开了“水资源综合管理研讨会”。这次研讨会主要探讨了可持续发展条件下的水资源综合管理的内容和目标，以及交流水资源综合管理的经验。此次研讨会达成一个共识：未来水资源管理的一个基本原则就是流域的统一管理。流域统一管理是流域内土地资源和水资源的统一协作管理，其目的是防止土地退化、保护淡水资源、保护生物多样性、实现水资源可持续利用。流域水资源统一管理的基本框架是政府和社区公众的共同管理。会议认为，为了实现流域统一管理的目标，必须做到以下几点：①复杂的水资源管理活动必须建立在有效的科学规划基础之上；②必须显著提高预测各项管理活动结果的能力；③为了达到水资源管理的目的，持续的检测和评估工作十分必要；④水资源管理活动的管理过程必须是透明的和公开的。（Miguel A. Marino 等，2001）2001年，国际水文科学学会在荷兰召开了“区域水资源管理研讨会”，会议针对区域范围内水资源管理的有关问题进行了研讨，包括：以往水资源管理活动的经验和教训；面对新挑战的区域可持续水资源管理；水资源管理的研究方法。 伴随着国际学术界对现代水资源管理活动的研究和讨论，近年来，国际学术界相继出版了多部论述“水资源管理活动”的专著，这些专著大多以论文集的形式出版，很少从学科的角度对水资源管理的理论体系进行系统的论述和研究。尽管如此，这些专著还是探讨和研究了大量有关现代水资源管理活动的主要内容，使我们能够大致了解目前国际学术界关于水资源活动的主要理论和具体内容。并且通过编著者对一些论述水资源管理活动的论文的整理和归类，我们可以从中基本上了解到当前国际学术界对水资源管理理论体系的划分。 Miguel A. Marino和Slobodan P. Simonovic在2001编著出版的《水资源综合管理》收录了国际水文科学学会（IAHS）2000年在美国召开的“水资源综合管理研讨会”的文章。Miguel A. Marino和Slobodan P. Simonovic认为，从20世纪80年代开始，人类从事水资源管理活动的目标和内容发生了根本性的变化。传统的不可持续的水资源管理方式已经不再适应新形势的要求，而新的管理方式仍在摸索中，水资源管理活动正处在探索过程中。作者认为，在传统的水资源管理活动中，僵化的管理体制（包括法律、政策和管理机构）是实现水资源有效管理的最大障碍。管理体制的官僚作风、不负责任以及缺乏战略性指导原则导致水管理体系效率低下，缺乏远见，并且拒绝与水资源利益相关者就水资源管理问题进行公开的交流和探讨。新的水资源管理最大的挑战是如何寻求实现长期可持续利用水资源的水资源管理方式，为此，他们认为体制改革和制度创新将是水资源管理活动改革的一个重要方面。新的水资源管理活动必须包含水环境治理和保护问题、水资源的可持续利用问题、水资源利益相关者之间的利益分配问题以及水资源管理决策中的公众参与问题。

第一次降雨的径流系数α1＝R1/P1＝0.45第二次降雨的径流系数α2＝R2/P2＝0.85原因:第一次降雨形成净雨的过程中扣损量大，产流量小；第二次降雨之前由于有了第一次降雨补充土壤缺水，流域土壤含水量大，扣损少，产流量大

摘要：由于水资源是与人类生存和国民经济发展密切相关的自然资源，特别是近年来由于水资源短缺引发的各种问题，长期以来对有关专家学者对水资源管理极为关注，积累了大量的文献资料，水资源管理学产生与发展具有深厚的基础.积极推进和发展水资源管理学，对于水资源可持续利用与管理具有深远的历史和现实意义。 关键词：水资源 管理 进展 我国水资源存在主要问题是短缺、污染和灾害，水资源管理在解决这些问题中具有举足轻重的地位。建立水资源管理学具有重要的理论和实践意义。水资源管理学是管理水资源知识体系，以水资源为管理对象，探讨水资源高效利用保护的各种措施规律，实现水资源可持续利用。水资源管理学研究内容包括水资源数量管理、质量管理、法律管理、权属管理、行政管理、规划管理、配置管理、经济管理、投资管理、风险管理、技术管理、工程管理、数字化管理、国际水资源管理、安全管理等等。 1、 水资源管理学内涵 加强水资源管理成为有关水资源领域出现最为频繁的词汇。但究竟什么是水资源管理，目前学术界尚未统一，《中国大百科全书》在不同的卷中，对水资源管理有不同的解释。综观传统的水资源管理概念，有以下特点：首先，从整体上来看，他们都是以水资源开发作为主线，“保护”处于被动的地位；其次，视野相对狭窄，大多数概念只局限于水资源本身，缺乏复合系统下对水资源的综合认识，以水论水；第三，缺乏生态环境的和水资源高效利用的内涵。基于此，作者认为，水资源管理就是为了满足人类水资源需求及维护良好的生态环境所采取的一系列措施的总和。 水资源管理学是从学科角度对水资源管理进行系统研究的科学，是水资源管理知识体系，是建立在水文学、水资源学、管理学等诸多学科基础之上的新的交叉性综合性学科。通过水资源管理学的研究，可以为提高水资源利用率和利用效率，保障水资源安全，通过水资源可持续利用支撑国民经济健康发展提供理论和实践基础。 2、水资源管理学研究内容 水资源管理学研究对象很明确，就是围绕水资源持续高效利用的而展开的一系列管理活动。目前，水资源危机在世界范围内蔓延，水资源危机的出现和加剧与人类在经济活动中缺乏对水资源的有效保护和管理有着重要的关系。水资源是社会经济发展的重要自然资源，人类的绝大多数经济活动都要涉及水资源。可持续发展是当前和未来人类社会与经济发展的基本战略目标。关于可持续发展的定义和解释多种多样，但都基本围绕着 “满足目前需要但不破坏未来发展需求的能力”这一核心思想。实现社会的可持续发展的一个重要内容就是实现水资源等自然资源的可持续利用。在人类追求可持续发展目标的前提下，实现水资源的可持续利用要求人类必须正视干旱洪涝灾害、水资源短缺、水环境污染等诸多与水资源相关的问题，这给水资源管理学提出了新挑战和难得的机遇。传统的水资源管理活动无法应对挑战。实现可持续的水资源利用目标必须改变传统的水资源管理活动，必须以可持续发展的、系统的和综合的观点构建全新的现代水资源管理体系，这成为水资源管理学研究的主要研究内容。 具体地说，水资源管理学的研究内容至少应包括以下几个方面： 水资源数量管理和质量管理、水资源法律管理、水资源权属管理、水资源行政管理、 水资源规划管理、 水资源配置管理、 水资源经济管理、 水资源投资管理、 水资源风险管理、 水资源利用技术管理、水资源工程管理、 水资源数字化管理、 国际水资源管理、水资源综合管理、水资源安全管理和水资源数字化管理等等。