Page 10 - 2023年第54卷第7期

为确保流域水沙模拟和预测的结果可信，需构建基于各类方法输入、参数、结构和输出等综合评
价的集合评估技术，科学确定输出值及其置信区间。如图 ５所示，为流域水沙变化趋势预测集合评估
技术路线。即，基于模型不确定性传递的评价，筛选影响模拟结果的可表征输入、参数和模型结构等
的不确定性指标与精度指标，构建综合评价矩阵，基于 ＴＯＰＳＩＳ模型或模糊决策理论等分析不同评估
指标的敏感性，并确定各类方法模拟精度与不确定性指标权重。围绕年尺度、不同降雨水平年、多评
价指标、多评估方法的多维度集合评估，提出既有方法模拟精度的概率函数与不确定性区间分布；基
于极大似然法思想对各类方法加权平均，利用 ＢＭＡ模型中反距离加权与贝叶斯加权，并根据既有方
法模拟精度和不确定性区间权重分布，搭建多元耦合的非线性水沙变化最优评价模型，集合预报典型
流域未来水沙变化，并针对水沙变化预测置信度识别体系，确定预测结果的置信度及置信区间。

图 ５ 水沙变化趋势预测集合评估技术路线

集合评估不同于集合预报，前者是在对各类预测结果综合评价基础上提出最接近真值的值，后者
是对同一系统分段模拟来集合输出一个结果，后者是前者的对象。水沙变化不同模拟和预测方法的集
合评估，有助于突破黄河水沙趋势预测难于达成一致共识的桎梏，为科学预测未来常态水沙情势提供
重要依据 ［８］ 。
３．２．２ 黄河流域典型水沙预测方法集合评估 现有流域水沙预测方法种类较多，如 ２．２节所列，ＭＦＤ －
ＷＥＳＰ只模拟预测黄河流域径流量，产沙指数模型只预测流域产沙量，ＨｙｄｒｏＴｒｅｎｄ输出结果为多年均
值。因此，考虑各类方法输入的数据格式标准一致，输出的结果为长序列年尺度径流量和输沙量，选
用 ＬＲ、ＭＬ、ＧＡＭＬＳＳ和 ＳＷＡＴ作为代表性模型，基于黄河流域潼关站水沙预测值和实测值（Ｏｂｓｅｒｖａ
ｔｉｏｎ ，简称 ＯＢＳ）比较，来集合评估各类方法的适用性。考虑到模拟流域的空间尺度限制和模拟结果的
精度，上述模型分别对皇甫川、延河以及无定河三支流的历史径流输沙给出预测。其中对于黄河全流域
推算，则通过非线性拟合建立 １９６０—２０１８年潼关水沙量与三支流水沙量的幂函数关系来求算。如图 ６所
示，由于黄河流域有 “水沙异源” 的特点，黄河上游为主要产流区，黄河中游为主要产沙区，皇甫川、
延河和无定河三支流流域均属于黄河中游主要产沙区，故三支流流域的年输沙量之和与潼关年输沙量相
关性显著，而径流量的相关关系则相对较弱，进而使得推算的径流量准确性低于输沙量。
如图 ７所示，为黄河潼关站不同模型水、沙模拟值与实测值比较。结果表明：各模型对年径流、
年输沙的模拟在 ２０００年前基准期表现较好，２０００年之后的变化期则差异分化，特别是年输沙的模拟
值存在较大差异；ＧＡＭＬＳＳ相对其他模型，年径流和年输沙的模拟效果均表现优异。

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