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水 利 学 报

２０２３年 ４月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ４期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０４ － ０４２６ － １４

考虑水文模型参数时变的水库水位多预见期实时预报

———以水布垭水库为例

张晓菁，刘 攀，周丽婷，谢 康，刘伟博
（武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２）

摘要：精准可靠的坝前水位预测可支撑水库的调度决策，保障流域防洪安全。传统水库水位实时预报方法均基于
降雨径流稳态假定，在变化环境下精度不高。为此，本研究提出了一种整合水文模型参数时变和实时校正的水库
水位多预见期实时预报方法：识别变化环境下水文模型参数的时变过程，构建时变参数与自然、社会经济因子的
函数关系；基于时变参数函数式构建预报调度集成模型，以预见期内多个时刻预报水位与观测水位的吻合程度为
目标函数率定水文模型的参数；采用基于反向拟合算法的实时校正技术进行误差校正，输出不同预见期的水库水
位预报。以水布垭水库流域为研究对象，结果表明，较传统水库水位预报方法，论文提出的方法在率定期和检验
期的平均绝对值误差分别下降了 ０．０５０和 ０．０４０ｍ，可为防洪减灾提供高精度、长预见期的水库水位预测。
关键词：新安江模型；时变参数；水库水位；实时预报；预见期
中图分类号：Ｐ３３８ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０４１６
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

随着气候环境的变化和人类活动的影响，全球径流量及其时空分布发生了巨大的改变，洪涝灾害
发生的频率和强度越来越高 ［１ － ２］ 。例如，２０２０年，长江流域在汛期发生数轮强降雨，引发仅次于 １９５４
和 １９９８年的流域性大洪水，造成全国多地人员伤亡和经济损失 ［３］ 。针对我国当前阶段水资源时空分
布不均的问题，水库大坝建设是一种将流域洪水由灾害转化为可利用水资源的重要枢纽工程。有必要
研究精准可靠的水库入流预报，据此进行合理的调度，实现防洪安全、经济社会和生态环境等系统的
最大效益 ［４ － ６］ 。
然而，可用于估计水库入流的监测数据非常有限，尤其在水文监测不发达的地区，水文测站仅分
布在干流，支流的监测数据较少 ［７］ 。在此情况下，可采用水量平衡方程根据水库水位变化与水位库容
关系反推入库径流，作为真实的入库径流过程用于率定模型 ［８］ 。但反推得到的入库径流往往呈 “锯齿
状” 波动，甚至出现负值 ［９］ ，为模型率定带来很大的不确定性。为了解决上述问题，Ｄｅｎｇ等 ［１０］ 结合
水文模型和调洪演算方程构建预报调度集成法，以观测水位为拟合目标率定水文模型的参数，以水布
垭水库流域为研究对象，结果表明，预报调度集成法的均方根误差远小于常规方法，为水库水位预报
提供了一种有效手段。但该方法在应用过程中未考虑多预见期预报和误差的实时校正，预报精度还有
较大的提升空间。Ｚｈａｎｇ等 ［１１］ 在预报调度集成法的基础上，整合了考虑预见期的预报方法和基于反向
拟合算法的实时校正技术，可实现水库水位不同预见期的高精度预测。
现有水库水位实时预报模型的率定和检验均基于 “稳态” 假定，即模型在不同的气候、下垫面条
件下保持稳定不变。在气候变化与人类活动的影响下，流域特性会发生改变，参数也会表现出随时间
演变的特性，考虑参数的时变特征，可以显著改善模型的模拟效果。近年来，考虑水文模型参数的时

收稿日期：２０２２ － ０５ － ２７；网络首发日期：２０２３ － ０４ － ０７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０４０６．１１１１．００２．ｈｔｍｌ
作者简介：张晓菁（１９９３ － ），博士，主要从事流域水文预报研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｉａｏｊｉｎｇ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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