陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中的应用与改进

王皓玮1 晁洋2

2.陕西省水旱灾害防御中心     陕西西安   710000

摘要：通过优化观测站点布设和提高水文数据的质量和时空分辨率，可以提高模型的输出结果。使用参数优化方法得到更精确的参数值可以提高模型的拟合效果。同时，随着科学研究的进展，不断改进模型结构可以使其更准确地模拟泾河流域的水文过程。通过持续改进水文模型，可以提高洪水预测的准确性和可靠性，为防洪抗灾工作和水资源管理决策提供有效支持。与相关领域的研究人员和专家合作，共同推进水文模型的完善和优化，以适应不断变化的自然环境和社会需求。

关键词：泾河流域；水文模型；洪水预测

陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中具有重要的应用价值和改进空间。这个模型能够模拟泾河流域的降雨、径流、蓄水量等水文过程，用于预测洪水发生时间、洪峰流量以及对周边地区的影响评估[1]。在应用上，可以提供关于洪水发生时间、洪峰流量、洪水演进过程等的预测信息陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中具有重要的应用价值，并且可以通过不断改进来提高预测的准确性和可靠性。

1.陕西段泾河流域的水文特征

陕西段泾河流域属于黄河的第一大支流，该支流发源于宁夏六盘山东麓，上有两源，南源出于泾源县老龙潭以上，北源出于固原大湾镇，至平凉八里桥汇合，东流经平凉、泾川于杨家坪进入陕西长武县，再经彬县、泾阳等，最终于西安市高陵区陈家滩注入渭河。整个陕西段泾河流域全长455.1公里，流域面积45421平方公里，由于泾河干流河谷开阔，一般在1公里以上，平凉至泾川间，谷宽2~3公里，川地平坦完整，具有良好的灌溉条件，如图1所示。

在中华五千年的历史中，从秦代开始，陕西段泾河流域就是秦代农业灌溉的主要河流，也是孕育八百里秦川的生命之河。但随着现代社会的快速发展，人们为了自身的经济利益，乱砍滥伐树木，导致秦川森林遭到了较为严重的破坏，以至于陕西段泾河流域水土流失严重，从而逐渐成为黄河水系输沙量最大的二级支流。相比于陕西省其他河流段而言，陕西段泾河流域历史悠久，文化底蕴深厚，泾川河谷自古就是穿越六盘山区的交通要道，而秦有鸡头道，近代有西兰公路，作为古代社会经济发展较快的地区，陕西段泾河流域也有着源远流长的神话故事，如泾河龙王、柳毅传说的故事流传深远。

图1 陕西泾河示意图

陕西省属于北风区域，当地农作物以小麦为主，而陕西段泾河流域土地肥沃，农业发展比较充裕。除过小麦、玉米、大豆等农作物外，同时也种植水果、蔬菜等经济作物。此外，泾河还是重要的灌溉水源，为周边地区的农田提供了充足的水资源[2]。陕西段泾河流域的水文特征主要包括以下几个方面：

1.1降水分布

陕西段泾河流域位于中国西北地区，属于半干旱气候，降水主要集中在每年的8~9月份，占全年降水量的大部分。由于受到秦岭地里位置的影响，陕西关中地段高海拔山区较多降水，而河谷地带相对较少，这也导致陕西关中地区的降水量存在明显的空间分布差异，这对陕西段泾河流的水流量有着极为严重的影响。

1.2水量变化

泾河流域是一个季节性河流，受到冬季冰雪融水和夏季降水的影响，河流水量呈现明显的季节性变化。通常在春季和夏季河水量较大，而在秋季和冬季，由于降水减少和地表蒸发增加，河水量会显著减少。

1.3土壤类型

泾河流域的土壤类型主要有黄土、山地草甸土、棕壤和茏绿土等，其中，黄土分布广泛，是该区域主要的土壤类型之一，不同土壤类型在储水能力、透水性和保水能力等方面存在差异，对水文过程有一定影响。

1.4河流水质

陕西段泾河流域最终于西安市高陵区陈家滩注入渭河，但由于西安市的工业发展重心逐渐向高陵区域发展，导致陕西段泾河流域受到工农业活动和人口密集度增加的影响，泾河流域的水质问题比较突出。主要污染源包括农田面源污染、生活污水排放和工业废水排放等。河流水质的恶化对当地生态环境和人民生活造成了一定影响。

1.5水资源利用

泾河流域是陕西省的重要水资源区域，供养了大量的农田灌溉和城市供水，随着经济社会的快速发展，对水资源的需求逐渐增加，水资源的合理利用和保护成为当地政府和相关部门重点关注的问题。

2.陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中的应用

陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中起着重要的应用作用。洪水预测是对未来一段时间内可能发生的洪水进行预测和预警，以便采取相应的措施来减轻洪水造成的损失。而对应的水文模型是一种数学模型，用于模拟地表水和地下水的运动和变化过程，洪水预测模型可以帮助人们了解流域内的降雨、径流、蓄水量等水文过程，并对未来的水资源利用、防洪调度等进行预测和规划。在对陕西段泾河流域的应用中，水文模型可以通过收集和处理该地区的气象数据、土壤特性数据、地形数据等，建立一个反映泾河流域水文过程的数学模型[3]。通过模拟降雨和蒸发过程，计算地面径流和地下径流的生成过程，以及湖泊、河流和水库等水体的水位和蓄水量的变化情况，从而分析泾河流域的水文特征。具体来说，水文模型通常如表1所示。

项目	内容
输入数据	包括降雨量、蒸发量、土地利用类型、土壤类型、高程等
模型参数	模型中设定的一些参数，比如河流的断面形状系数、土壤渗透能力等

表1 水文模型构成

根据这些输入数据和模型参数，水文模型可以模拟出流域内各个环节的水文特征，通过模型输出结果，我们可以了解流域内的水文循环过程、水量分配情况以及水资源的自然变化规律，如图2所示。

图2 基本水文模型

此外，可以预测洪水发生及其影响，基于模型对泾河流域的水文过程进行模拟，可以提供关于洪水发生时间、洪峰流量、洪水演进过程等的预测信息，以及对洪水对周边地区的影响评估。

2.1数据采集和监测

水文模型通过对流域内雨量、水位、径流等参数的实时监测和数据采集，提供了洪水预测所需的基础数据，这些数据可以用来分析流域的水动力特性，为洪水预测提供依据。

2.2水文模拟和预测

水文模型可以模拟流域内的水循环过程，包括降雨入渗、地表径流、地下径流等过程，从而计算出陕西段泾河流域内的径流量。通过结合实时监测数据和历史数据，水文模型可以进行洪水预测，并预测未来一段时间内陕西段泾河流域可能发生的洪水情况。

2.3洪水预警系统建设

基于水文模型，可以建立洪水预警系统，实现对陕西段泾河流域洪水的实时预警和监测。当水位或流量超过预定的阈值时，系统可以及时发出预警信息，提醒相关部门和人民采取防洪措施，减少洪水对人民生命财产的影响。

2.4灾害风险评估

水文模型可以通过模拟不同洪水事件对流域内部分区域或特定建筑物的威胁程度，基于洪水预测模型的分析，能够更好地实现对风险灾害的正确评估，有助于制定相应的防洪应急预案和准备工作。

3陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中的改进方向

水文模型的准确性受到输入数据的影响，因此，改进观测站点布设、提高水文数据的质量和时空分辨率等，能够有效提高模型的输出结果。

3.1数据优化和丰富

为了更好地提高对陕西段泾河流域洪水预测的准确性需要充分的数据支持，可以通过更新气象观测网络、增加雨量站点密度、引入卫星遥感数据等方式，获取陕西段泾河流域更全面、精确的降雨数据。此外，还加强水位、流量等实时监测设备的建设，提高数据收集和传输效率，优化和丰富数据可以有效提高水文模型的参数估计和预测能力。

3.2模型参数优化

水文模型中的参数估计对洪水预测结果影响很大，目前可以采用自动参数优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对模型参数进行优化，从而提高模型的适应性和模拟精度[4]。此外，根据流域特点，结合实测数据，对模型的初始条件和边界条件进行校正和修正，进一步提高模型的准确性。

3.3模型结构改进

针对陕西段泾河流域的特点和水文过程，可以对水文模型的结构进行改进。例如，将降雨径流模型和水动力模型相结合，考虑不同土壤类型和地形特征对洪水形成过程的影响。另外，引入地表覆盖变化和土地利用变化等因素，可以改进模型对流域内水循环过程的模拟和预测能力。

3.4不确定性分析

洪水预测中存在很多不确定性因素，如降雨预报误差、模型参数估计误差等。对这些不确定性进行全面分析和评估，可以提供更可靠的洪水预测结果。可以采用蒙特卡洛模拟、贝叶斯统计等方法，对不确定性进行量化和处理，给出概率型洪水预测结果和相应的置信区间。

3.5系统集成与智能化

将水文模型与其他相关模型（如降雨预报模型、水库调度优化模型等）进行集成，建立一个完整的洪水预测系统。通过采用人工智能、机器学习等技术辅助模型的优化和运行，可以提高预测的效率和准确性。

4结论

通过数据优化、模型参数优化、模型结构改进、不确定性分析以及系统集成与智能化等方面的改进，可以进一步提升陕西段泾河流域水文模型在洪水预测中的准确性和可靠性，以更好地对洪灾进行预测和应对。

参考文献

[1]管清花,汪玉静,刘海娇等.基于MIKE水文模型的流域地表水资源利用[J].人民黄河,2023,45(S1):28-29.

[2]刘昱,于坤霞,李鹏等.黄河中游典型流域水文统计模型精度集合评价[J].人民黄河,2023,45(04):20-27.

[3]张楠,张曼胤,王贺年等.水文模型在湿地景观规划设计中的应用研究[J].世界林业研究,2023,36(02):32-37.

[4]段生月,王长坤,张柳艳.基于正则化GRU模型的洪水预测[J].计算机系统应用,2019,28(05):196-201.