第1章　緒論

1.1　研究意義

全世界范圍內(nèi)，洪水災害正逐步加劇，就傷亡人數(shù)和經(jīng)濟損失而言，洪水災害已位于自然災害的前列[1]。同樣，洪水災害也是威脅我國人民生命財產(chǎn)的最大自然災害之一，據(jù)統(tǒng)計，我國由洪水造成的年平均損失居于自然災害的首位。1998年長江與東北大洪水給國民經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失[2]。近些年來，隨著生態(tài)問題的不斷加劇，極端天氣的頻次也與日俱增，洪水問題已成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一[3]。為了減少洪旱災害和提高水資源的利用率，一方面進行了大規(guī)模的水利基本建設(shè)；另一方面從非工程措施角度防治和減輕災害損失，提高水資源利用率。非工程措施中流域?qū)崟r洪水預報技術(shù)的應用對減少人員傷亡、保護財產(chǎn)安全、降低國民經(jīng)濟損失功不可沒[4]。因此為解決人類社會經(jīng)濟發(fā)展導致的水資源和水災害問題，需要我們對流域水文機理有深入的研究和了解，才能對水資源短缺、水災害和水環(huán)境惡化問題采取相應的措施，以科學發(fā)展的方式解決水資源和水災害問題[5]。因此，流域水文機理研究是解決水資源和水環(huán)境問題的理論基礎(chǔ)。

洪水預報作為解決防洪減災問題的重要非工程措施日益受到人們的重視[6]。洪水預報技術(shù)是一項預防洪水災害、提高洪水資源利用率、降低洪水風險[7，8]、將洪水資源化的非常有效的非工程措施[9]。在實際生產(chǎn)應用中實時洪水預報的精度對于防洪安全和興利都會有非常大的影響[10-12]。實時洪水預報是指對將發(fā)生的未來洪水在實際時間通過水文模型進行預報，就目前預報方法而言，實際時間是指觀測降雨即時進入數(shù)據(jù)庫的時間[13]。現(xiàn)今，洪水預報大都采用水文模型[14]，應用范圍最廣泛、應用效果最好的是概念性水文模型[15，16]，如新安江模型[17-19]、坦克模型[20]、陜北模型[21，22]。流域水文模型主要研究的是時不變的離線系統(tǒng)，習慣上基本都是采用觀測到的歷史水文資料，先確定好模型參數(shù)，然后用于未來的洪水預報中[23]。由于水文模型是對流域產(chǎn)匯流特征的符號化表達，在流域使用水文模型進行模擬的過程中存在諸多的簡化和假設(shè)，因此應用水文模型進行流域洪水預報往往存在誤差，而且誤差來源于各個環(huán)節(jié)，比如由于對水文規(guī)律概化簡化引起的模型結(jié)構(gòu)誤差、由于設(shè)備故障引起的數(shù)據(jù)輸入誤差等[6，24]。流域水文系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)，這在模型外延中會帶來較大的誤差。在模型參數(shù)確定中，由于歷史水文資料的代表性不夠，也會帶來誤差。實時洪水的預測與估計系統(tǒng)中誤差更多，這樣的預報方案在實時在線洪水預報系統(tǒng)中，常得不到滿意的結(jié)果[25，26]。這就需要實時洪水預報誤差修正技術(shù)來提高水文模型在實時洪水預報中的精度。

近年來，實時洪水預報誤差修正技術(shù)得到了很大的發(fā)展，在實際流域洪水預報中也得到了廣泛應用，并取得了一定的效果[27-32]。但由于傳統(tǒng)水文技術(shù)和實驗手段獲取的流域水文信息量不足，使得有效信息獲取困難，利用的實時信息量有限，誤差修正效果往往不太理想，這在很大程度上影響了洪水預報精度，使預報誤差往往超出限制范圍，難以達到防洪要求[33，34]。

因此，為進一步提高洪水預報精度，更好地為社會生產(chǎn)和人民生活服務(wù)，一種有效的實時修正方法是非常重要的。本書通過把水文模型進行系統(tǒng)概化，提出水文模型的系統(tǒng)微分響應理論，通過利用模型計算系列與實測系列之間的差值這一重要信息，對模型需要修正的變量進行逆向反饋修正，建立了一種基于系統(tǒng)微分響應理論的實時洪水預報誤差修正方法，并將此方法應用到實時洪水預報中，為流域水資源和水環(huán)境管理提供技術(shù)支撐。