Page 6 - 2023年第54卷第7期

等 ［１１］ 对降水日变化的研究也印证了多模式超级集合方法能有效降低评估结果的不确定性，并且预报效
果较单个模型更好。伍清等 ［１２］ 基于 １１个气候模式对中国西南地区的气温进行了集合预报，并证明集
合预报可以有效降低模拟误差。Ｌｉ等 ［１３］ 的研究表明多模型集合可以有效提高径流月变化的估测精度，
具有良好的开发前景。可见，多模型集合预报在提高模拟结果科学性和可信度方面具有显著优势。近
年来，不断发展和完善的区间预报方法 ［１４ － １５］ ，成为水文学领域评估水文事件不确定性的重要手段。
借鉴以往研究者的集合预报思想，结合区间预报方法，本文试图在识别各类模拟方法适用性和剖
析研究成果不确定性来源的基础上，提出针对流域水沙变化归因分析和趋势预测的集合评估方法，并
围绕黄河流域水沙预测现有方法的预测结果开展集合评估，以期科学评价未来气候和下垫面变化下黄
河流域水沙量，进而推动水沙过程集合预报技术的发展。

２ 研究区概况与研究方法

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２．１ 研究区概况 黄河干流全长 ５４６４ｋｍ，流域面积 ７９．５万ｋｍ （包括内流区），内蒙古河口镇（水文
控制站为头道拐）以上为上游，河口镇至郑州桃花峪（水文控制站为花园口）为中游，桃花峪以下为下
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游。黄土高原水土流失面积 ４５．４万ｋｍ ，占黄河流域水土流失总面积 ４６．５万ｋｍ 的 ９８％。黄土高原向
黄河贡献了 ９７％的泥沙。黄土高原与黄河流域位置图及干流主要水文站分布如图 １所示。黄河中游流
域以半干旱大陆性季风气候为主，年均降水量由西北部的 ２５０ｍｍ递增至东南部的 ６５０ｍｍ。由于黄河
中游大部分支流流经水土流失严重的黄土高原地区，是黄河粗泥沙的主要来源。自 １９８０年代以来，
国内外学者围绕黄河中游开展了大量水沙变化机理与水沙模型构建及预测的研究 ［８，１６］ ，本研究以黄河
流域潼关以上区域为对象，开展典型流域水沙变化归因不确定性分析与水沙预测集合评估研究。

图 １ 研究区域

２．２ 黄河流域水沙预测方法 黄河水沙变化预测成果直接关系到黄河治理开发方略制定，因此，１９８０
年代至今一直有国家计划课题资助开展相关研究，并取得了相应条件下的预测结果。其中，由水利部
主导的黄河水沙变化研究基金第一期提出 “水文法” 和 “水保法” ［１７］ ，这类方法选取的变量较少，是
一种典型的基于历史观测数据的回归模型。１９５０年代以来，随着对下渗理论、土壤水运动理论以及河
道水力学理论等方面认识的不断加深，开始发展了概念性模型 ［１８］ 和分布式水文模型 ［１９ － ２０］ 。随着信息
技术的发展，机器学习方法成为挖掘不同特征之间复杂关系的有效方法，可真实的对自然规律做出预
测，也成为流域水沙预测的重要方法 ［２１］ 。本研究选用流域水沙变化归因和预测应用较广的方法作为集
合评估对象开展研究。
（ １）经验模型。包括水文法（ＬＲ）和双累积曲线法（ＤＭＣ）等，通过基准期和人类活动影响期建立降
雨－ 径流（输沙）关系或降雨－ 径流（输沙）连续累计值关系，来分离人类活动与气候变化对水文过程的
影响，预测流域水沙量。该方法计算简单，但物理意义缺失，在数据精度受限下是大尺度流域水沙变

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