水文預報指是指根據(jù)前期或現(xiàn)時的水文氣象資料,對某一水體、某一地區(qū)或某一水文站在未來一定時間內(nèi)的水文情況作出定性或定量的預測,為防汛抗旱、水庫的施工調(diào)度、水資源的有效利用等提供依據(jù)。目前水文預報主要以水文模型為基礎(chǔ)。流域水文模型的研究大約始于本世紀50年代,70年代至80年代中期開始蓬勃發(fā)展,按照建模原理來分類,流域水文模型可以分為概念性水文模型和系統(tǒng)理論水文模型,而對于概念性水文模型,根據(jù)對流域空間的離散程度,又可細分為集總式概念性水文模型和分布式水文模型。
水文實時預報系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)輸入模塊、模型庫和數(shù)據(jù)輸出模塊,模型庫包括柵格單元的產(chǎn)流模塊、子流域內(nèi)的匯流模塊、流域的河道匯流模塊、實時校正模塊。可利用預報過程中得到的最新信息,恰當?shù)卣{(diào)整下一步預報中推算采用的數(shù)值或參數(shù),即每次進行預報時,考慮包括現(xiàn)時段在內(nèi)的以前一系列預報誤差信息,根據(jù)自動控制理論的跟蹤技術(shù),對未來預報值進行校正,提高了水文預報精度。另外,采用基于柵格的分布式模型為基礎(chǔ),相比于傳統(tǒng)模型,可以在數(shù)據(jù)量較少的流域運行。同時,具有可視化界面,操作實用性更強。

傳統(tǒng)的模型為集總式物理水文模型,這類模型的基本特征是在模擬其徑流的形成過程時將流域作為一個整體,一般通過將模型中的變量和參數(shù)取為平均值,簡化整個流域。這樣導致模型忽略了水文過程的空間分布差異,不能反映下墊面特性對降雨徑流過程的影響。過去由于技術(shù)的限制,許多流域信息、特征不能及時準確地獲得,雖然隨著數(shù)字高程模型(DEM)、3S技術(shù)和雷達測雨技術(shù)的不斷發(fā)展,降雨、地形數(shù)據(jù)等可以更方便地獲得,但由于這類數(shù)據(jù)多基于數(shù)字高程模型,為特定大小的柵格形式,采用傳統(tǒng)水文模型不能充分利用這些新技術(shù)提供的大量數(shù)據(jù),使得模型運行缺乏實用性。水文模型主要采用觀測到的歷史水文實測資料等構(gòu)建,其確定好的模型參數(shù)以及相關(guān)曲線等,反映的是以往情況下的相對最優(yōu)取值或關(guān)系,用于未來的洪水預報時,實際狀況大多與過去方案偏離,主要原因是在實際應用中,水文預報受到雨量資料、水文資料、設(shè)備、模型等帶來的誤差影響,并非一般性規(guī)律所能涵蓋,實際應用中模型參數(shù)并非固定參數(shù),而應是時變參數(shù)。用固定參數(shù)的水文模型進行水文預報時,預報結(jié)果必然發(fā)生偏差。同時,由于我國地域遼闊、河流眾多、地形復雜,洪水災害頻繁發(fā)生且復雜多變,其造成的損失巨大,傳統(tǒng)水文預報難以達到預報調(diào)度快速、準確的要求,因此,將"實時"的概念引入水文預報當中對水文預報模型進行校正,能夠提高洪水預報的精度,其意義巨大。水文預報系統(tǒng)應以實用性為主,而無可視化界面的系統(tǒng)對操作人員技術(shù)要求較高的同時不易于錄入及讀取數(shù)據(jù),實用性較弱。
采用模型的蓄滿產(chǎn)流原理與三層蒸發(fā)模型,先將流域劃分為透水面積和不透水面積,不透水面積雨水直接產(chǎn)流,透水的區(qū)域按照蓄水容量曲線進行劃分,將雨水劃分為產(chǎn)流與土壤蒸發(fā)用水;蒸發(fā)計算采用三層蒸發(fā)模型,即上層、下層和深層;蒸發(fā)規(guī)則是:在上層土壤的水分蒸發(fā)完后,下層的土壤水分開始蒸發(fā);當下層土壤水分蒸發(fā)完后,深層水分開始蒸發(fā)。子流域內(nèi)的匯流模塊用于計算各個子流域的地面徑流、壤中流和地下水的出流情況;地面徑流采用等流時線的方法進行匯流,其由許多條線組成,每條線上的柵格產(chǎn)流都會在同一時間到達子流域的出口斷面;壤中流計算則是將所有子流域內(nèi)的壤中流加總后,按照一個固定的消退系數(shù)進行規(guī)律地出流,以壤中流消退系數(shù)控制壤中流的出流的速度;地下水計算與壤中流的類似,采用地下水消退系數(shù)。查詢選定時間段的降雨、徑流、水位、模擬徑流、實時模擬徑流數(shù)據(jù),也可添加新數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還包括洪水預報功能界面,在洪水預報功能界面設(shè)置好降雨開始與結(jié)束時間以及土壤含水量,即可進行洪水實時預報。在每塊單元流域內(nèi)至少有一個雨量站;單元流域大小要適當,使得每塊單元流域上的降雨分布相對比較均勾,并盡可能使單元流域與自然流域的地形、地貌和水系相一致,以便于能充分利用小流域的實測水文資料以及對某些問題的分析處理。采用計算原理的蒸散發(fā)模型、蓄滿產(chǎn)流模型分別進行蒸散發(fā)計算、產(chǎn)流計算及分水源計算,水源劃分,計算出每個柵格上的蓄水容量,得到柵格單元的產(chǎn)流量和地表徑流、壤中流、地下徑流三種水源,再進行匯流計算。確保實時降雨等數(shù)據(jù)的充分應用,并能夠提取水系、流向、流域形狀,地形坡度分布和其他地貌參數(shù)等,協(xié)助考慮水文要素和各種參數(shù)空間變化。實時水文預報系統(tǒng),具有可視化界面,易于工作人員管理運行,且方便進行數(shù)據(jù)讀取及輸入,更具實際應用性。