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两次著名的水文模型效果检验

已有 5346 次阅读 2012-6-26 15:26 |个人分类:科学杂谈|系统分类:科研笔记| 水文模型

   上世纪50年代以来,伴随着计算机计算的发展,世界各地的水文模型犹如雨后春笋般出现。为了将水文模型更好的应用于水文预报工作,1968年至1974年,世界气象组织(WH0)开展了对作业水文预报的概念性模型进行检验和对比。以期通过模型见的相互比较,提供有关模型的特性、适用条件和模型精度等情况提供说明和指南。
    模型要求:必须是实时预报模型的降雨径流模型,而非频率计算模型。最后,组织者从7个国家选出10个模型进行对比。模型资料来源与6个代表不同气候和自然地理条件的的大中流域。6个流域中,最小的流域面积的1445km2,最大的流域面积为131500km2。半干旱流域1个,其他大多都比较湿润。10个模型分别为:澳大利亚的CBM模型;发过巴黎大气研究厅的Girard I模型;日本的tank I和tank II模型。美国的NWSH(修正斯坦福模型),SRFCH(萨拉门托模型)和SSARR(有可能的现在美国工兵团的HEC-HMS前身)。还有意大利的CLS和苏联的HMC。(很遗憾,我们引以为豪的新安江没有参加,当时新安江模型两水源模型刚被提出来,还没有改为三水源模型,在国内外的影响力还不够。)
     每个流域提供8年的资料,率定期为6年,检验期为2年。经过不同模型检验好,主要结论如下:
(1)湿润地区,不必刻意挑选模型,无论是简单模型还是复杂模型都可以得到很好的模拟效果。;
(2)对于干旱半干旱地区,各模型模拟精度要小于湿润地区,且显式计算土壤含水量的模型(比如:萨拉门托)要比隐式模型(tank)效果好。但tank这种不直接计算土壤含水量的模型,在不同的气候和地理条件下有更好的适应力和弹性。
(3)如果资料条件不好,则隐式计算土壤含水量的模型,特别是系统模型(比如:CLS)有更好的处理这种缺陷的能力。
    负责模型检验工作的Naef表达了自己的观点:
 (1)相比与复杂的概念模型,简单的模型往往能够取得更好的效果。(类似于目前比较火的分布式模型模拟结果往往低于概念性模型一样。模型越复杂,参数率定越困难。)
(2)无论什么模型,总能找出若干次模拟误差很大的洪水。
(3)在小流域,绝对误差与相对误差并不一定大于大流域。(本人对这个观点打一个问号?对应流域面积特别小的流域,比如几平方公里的流域,流域径流对降雨的响应特别敏感,洪水过程对各影响因素的反应十分敏感,因而模拟出来的误差在一般都大于大中流域。)
  这次WHO组织的工作和结果对国家水文学界产生了深远的影响。对当时兴起是水文模拟工作提供了方向指导和借鉴。
或许是受这次活动的影响,1997年,我国水利部水文司等部门也组织了一次类似的水文预报技术竞赛。在这次竞赛中,共有10个流域水文模型参赛,从我国半干旱、半湿润和湿润地区选择了6个流域进行模型检验和对比。流域面积集中在1500-5000km2之间。
检验结果有许多地方类似于WHO得到结论。主要结果如下:
(1)6个竞赛流域中有5个流域确定性系数达到0.6以上的有2个参赛队;4个流域达到0.6以上的有9个队,3个流域达到0.6以上的有9个队。分别占参赛队综述的5.2%,32%,32%。
(2)模型的复杂程度和模拟精度直接没有必然联系,有时简单模型反而比复杂模型精度更高。
(3)对应干旱半干旱地区,几乎没有一个模型能取得满意的效果。


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