第1章　绪论

1.1　研究意义

全世界范围内，洪水灾害正逐步加剧，就伤亡人数和经济损失而言，洪水灾害已位于自然灾害的前列[1]。同样，洪水灾害也是威胁我国人民生命财产的最大自然灾害之一，据统计，我国由洪水造成的年平均损失居于自然灾害的首位。1998年长江与东北大洪水给国民经济和人民生命财产带来了巨大的损失[2]。近些年来，随着生态问题的不断加剧，极端天气的频次也与日俱增，洪水问题已成为制约我国经济发展的重要因素之一[3]。为了减少洪旱灾害和提高水资源的利用率，一方面进行了大规模的水利基本建设；另一方面从非工程措施角度防治和减轻灾害损失，提高水资源利用率。非工程措施中流域实时洪水预报技术的应用对减少人员伤亡、保护财产安全、降低国民经济损失功不可没[4]。因此为解决人类社会经济发展导致的水资源和水灾害问题，需要我们对流域水文机理有深入的研究和了解，才能对水资源短缺、水灾害和水环境恶化问题采取相应的措施，以科学发展的方式解决水资源和水灾害问题[5]。因此，流域水文机理研究是解决水资源和水环境问题的理论基础。

洪水预报作为解决防洪减灾问题的重要非工程措施日益受到人们的重视[6]。洪水预报技术是一项预防洪水灾害、提高洪水资源利用率、降低洪水风险[7，8]、将洪水资源化的非常有效的非工程措施[9]。在实际生产应用中实时洪水预报的精度对于防洪安全和兴利都会有非常大的影响[10-12]。实时洪水预报是指对将发生的未来洪水在实际时间通过水文模型进行预报，就目前预报方法而言，实际时间是指观测降雨即时进入数据库的时间[13]。现今，洪水预报大都采用水文模型[14]，应用范围最广泛、应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]、陕北模型[21，22]。流域水文模型主要研究的是时不变的离线系统，习惯上基本都是采用观测到的历史水文资料，先确定好模型参数，然后用于未来的洪水预报中[23]。由于水文模型是对流域产汇流特征的符号化表达，在流域使用水文模型进行模拟的过程中存在诸多的简化和假设，因此应用水文模型进行流域洪水预报往往存在误差，而且误差来源于各个环节，比如由于对水文规律概化简化引起的模型结构误差、由于设备故障引起的数据输入误差等[6，24]。流域水文系统是一个非常复杂的系统，这在模型外延中会带来较大的误差。在模型参数确定中，由于历史水文资料的代表性不够，也会带来误差。实时洪水的预测与估计系统中误差更多，这样的预报方案在实时在线洪水预报系统中，常得不到满意的结果[25，26]。这就需要实时洪水预报误差修正技术来提高水文模型在实时洪水预报中的精度。

近年来，实时洪水预报误差修正技术得到了很大的发展，在实际流域洪水预报中也得到了广泛应用，并取得了一定的效果[27-32]。但由于传统水文技术和实验手段获取的流域水文信息量不足，使得有效信息获取困难，利用的实时信息量有限，误差修正效果往往不太理想，这在很大程度上影响了洪水预报精度，使预报误差往往超出限制范围，难以达到防洪要求[33，34]。

因此，为进一步提高洪水预报精度，更好地为社会生产和人民生活服务，一种有效的实时修正方法是非常重要的。本书通过把水文模型进行系统概化，提出水文模型的系统微分响应理论，通过利用模型计算系列与实测系列之间的差值这一重要信息，对模型需要修正的变量进行逆向反馈修正，建立了一种基于系统微分响应理论的实时洪水预报误差修正方法，并将此方法应用到实时洪水预报中，为流域水资源和水环境管理提供技术支撑。