Page 5 - 2023年第54卷第7期

水 利 学 报

２０２３年 ７月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ７期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０７ － ０７６３ － １２

黄河流域水沙变化趋势多模型预测及其集合评估

１
３
２
１
胡春宏 ，张晓明 ，于坤霞 ，徐梦珍 ，赵 阳 １
（１．中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 １０００４８；
２．西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 ７１００４８；
３．清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京 １０００８４）

摘要：黄河水沙变化情势深刻影响着黄河流域水沙调控工程布局、流域内外水资源配置和跨流域调水工程建设等
黄河保护与治理开发重大问题的决策。但受研究时段、方法及其边界条件等影响，黄河水沙变化预测成果差异
大，难形成共识。本研究基于水沙变化归因和预测结果的不确定性解析，构建了多模型预测成果集合评估技术，
预测了黄河流域未来 ５０ａ水沙量。结果表明：既有流域水沙变化归因与预测成果差异大，原因在于不同方法因数
据输入、变量构成及精度评价方法差异带来的不确定性；提出了基于输入－ 结构－ 输出的模型适用性判别准则和评
价技术，并基于标准化的数据输入，从数据需求、物理基础、应用效率、输出尺度和预测精度等五个维度，集合
评价了现有水沙变化预测模型的适用性；构建了流域水沙变 化 多 模 型 集 合 评 价 － 多 结 果 加 权 融 合 － ＢＭＡ集 合 预
３
测的集合评估技术，根据 ９类模型预测成果，集合预测了黄河流域未来 ５０ａ年径流量为 ２４０亿ｍ ，年均输沙量
为 ２．５亿ｔ。
关键词：黄河水沙变化；归因分析；不确定性；水沙模型；集合评估
中图分类号：ＴＶ１４３ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０７１７
文献标识码：Ａ
１ 前言

水沙变化情势深刻影响着水资源的开发利用与社会可持续发展。近几十年来，随着水利水保工程
的兴建并发挥作用、资源开发和城镇化进程的持续推进，以及气候变化影响，全球主要大江大河的
水、沙量均发生了明显变化 ［１ － ３］ 。据统计，全球主要江河 １９９０年代以来 １２６亿 ｔ的 入 海沙 量 减少了
３０％，其中，４７％的河流输沙量减少、２２％的河流径流量减少、１９％的河流两者都减少 ［４］ 。水沙变化
如此之大、如此之快，主导因素是什么，未来趋势如何，一直是科学界和工程实践关注的重点。水文
模型是研究流域水 文过程 的重 要工 具，其 主要是基 于数学 或 物 理 方 程 对 复 杂 水 文 过 程 进 行 概 化 表
达 ［５］ ，具有化繁为简的优点 ［６］ ，但水文过程的简化处理不可避免地使得模拟和预测结果存在不确定
性。因此，尽管关于水文模型预测的研究成果很多，但由于各类模型结构的差异而导致模型输入数据
的类型、格式与分辨率以及结构参数各异，模拟结果 “百家争鸣” ［７ － ８］ 。如何提高水沙变化归因分析
和趋势预测的可靠性，降低结果的不确定性，是当前研究亟需解决的问题。
目前，利用多模式集合技术提高评估结果的精度并降低其不确定性，受到国内外研究者高度重
视。１９９９年，Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉ等 ［９］ 首次提出了超级集合预报模式，该方法利用集合预报的多个参与模式
的表现效果来确定其权重系数，进而对预报结果进行修正，以获得最佳的预报性能。Ｃａｒｔｗｒｉｇｈｔ等 ［１０］
基于 ９个模式参与降水量集合预报，发现超级集合预报方法的预报效果优于任意单一模式。Ｋｒｉｓｈｎａｍｕｒｔｉ

收稿日期：２０２２ － ０９ － ０９；网络首发日期：２０２３ － ０５ － ３０
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ２?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０５２９．１４２０．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０４０２４０７）；水利部重大科研项目（ＳＫＳ － ２０２２０８６）；中国水利水电科学研究院基本科研
业务费专项项目（ ＳＥ０１４５Ｂ０２２０２２）
作者简介：胡春宏（１９６２ － ），中国工程院院士，主要从事江河治理领域研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｈｕｃｈ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
— ７ ６ ３ —