现代洪水预报技术

内 容 提 要

本书以长江流域洪水预报的实践为主体，紧密跟踪国内外七八十年代以来洪水预报

技术进步的动向，总结了作者近20年来在推进长江洪水预报技术现代化方面的研究成

果，将现代系统理论、计算机技术与洪水预报有机地结合起来，以大量的仿真试验、实际

算例及生产上应用的新技术、新方法为素材，深入剖析了在洪水预报中使用的系统预测科

学和一系列新技术方法的实质及精髓，介绍了一大批在生产实践中成功应用的实例。主要

内容包括：洪水预报应用现代系统理论的基础知识，现代洪水预报基本技术，水情数据处

理方法，相关图及产汇流的现代预报技术，CRFPDP模型的研制和应用，以及洪水预报

系统的设计，书后附入了现代洪水预报技术常用的核心算法程序，是一部理论性、实用性

和可读性紧密结合的、学习和研究新预报技术方法的参考书。

本书可供从事洪水预报的工程技术及研究人员使用，亦可供相关专业的大专院校师

生参考。

目 录 序 一 序 二 第一章 绪论 第一节 现代洪水预报技术发展的回顾 一 长江流域传统洪水预报方法的变迁 二 系统理论创立简史 三 系统理论引入洪水预报的进程 四 国外洪水实时预报方法研究概况 五 国内现代洪水预报技术研究概况 六 洪水预报系统发展的概况 第二节 现代洪水预报技术的范畴 一 现代洪水预报技术的涵义 二 现代洪水预报技术的范畴 三 本书编写宗旨和选材原则 参考文献 第二章 系统理论的基础知识 第一节 基本概念 一 系统的定义 二 常用术语 三 系统研究的基本问题 四 关于“实时”的概念 第二节 系统的数学模型 一 概述 二 线性系统的三种数学模型 三 三种数学模型之间的转换关系 四 时间序列模型 五 多输入 多输出系统模型 第三节 系统建模理论简介 一 模型结构和参数识别的基本概念 二 系统识别的基本准则 三 系统识别信息的选择 四 系统识别的三种方式 五 系统参数的可识别性问题 六 参数识别的可靠性问题 七 参数识别算法综述 八 系统稳定性问题 第四节 系统理论在发展洪水预报技术上的意义 一 确立了洪水预报的方法论基础 二 实现了水文线性汇流模型的通用化 三 实现了水位的数学模型预报 四 开创了洪水预报动态化 实时化的新领域 参考文献 第三章 现代洪水预报基本技术 第一节 线性最小二乘估计 一 离线最小二乘估计 二 在线最小二乘估计 三 有限记忆最小二乘估计 四 衰减记忆最小二乘估计 第二节 最大似然估计 一 离线估计方法 二 在线估计方法 第三节 线性无偏最小方差估计 一 离线估计方法 二 在线估计方法 第四节 卡尔曼滤波 一 概述 二 正规卡尔曼滤波 三 几种常用的滤波处理技术 四 自适应滤波 第五节 实用最优化方法 一 网格逐步缩小法 二 模式搜索法 三 LM（麦夸特）法 四 惩罚函数法 第六节 逐步回归方法 一 n元线性回归方法及其推广 二 逐步回归的基本思想 三 方差贡献及显著性检验 四 逐步回归中的矩阵变换方法 第七节 计算机图形交互技术 一 概述 二 常用图形交互技术简介 参考文献 第四章 水情基本数据处理方法 第一节 数据查错 一 建模数据查错 二 作业预报数据查错 第二节 降雨量的时空插补 一 子流域降雨量时空联合插补法 二 网格雨量法 三 插补雨量的交互式校正 第三节 雨量分布及等值线图的绘制技术 一 绘雨量等值线图的不规则网格法 二 分级雨量分布图的绘制 第四节 泰森多边形权重交互计算技术 第五节 绳套关系水位流量的转换和预报 一 用单值化法进行绳套水位流量转换 二 绳套水位流量关系直接转换的差分模型 三 绳套水位流量转换的图形交互式处理 参考文献 第五章 相关图法的现代预报技术 第一节 概述 第二节 相关图的数学模型及建模 一 现行的相关图形式 二 洪峰相关图的建模 三 过程预报相关图的建模 第三节 相关图模型的实时预报技术 一 有限记忆递推最小二乘识别 二 衰减记忆递推最小二乘识别 三 卡尔曼滤波 四 实时预报方法的比较 第四节 相关图的交互式预报技术 一 概述 二 相关图的计算机查算 三 相关图的交互式预报 参考文献 第六章 产流预报技术 第一节 API产流模型参数的交互式率定技术 一 API产流模型概要 二 数据环境的建立 三 流域退水曲线 四 洪水样本的交互式选择 五 相关图交互式定线 六 水量平衡检验 七 软件包的应用 第二节 蓄满产流模型参数的率定技术 一 蓄满产流模型概要 二 二层水账蓄满产流模型参数率定 第三节 蓄满产流模型的卡尔曼滤波算法 一 基本原理 二 状态空间模型的建立 三 非线性状态空间方程的线性化处理 四 推广的卡尔曼滤波器 五 实测径流深值的采集 六 分布型蓄满产流模型的卡尔曼滤波 七 应用实例 第四节 下渗产流模型的卡尔曼滤波算法 一 下渗产流模型简介 二 下渗产流模型卡尔曼滤波算法 三 算例 四 讨论 参考文献 第七章 汇流预报技术 第一节 响应函数的识别和预报 一 响应函数离线识别方法研究的思路 二 几种基本的离线识别算法 三 二约束条件下离线识别 四 动态识别和实时预报 五 函数逼近识别法 六 阻尼最小二乘识别法 七 三约束条件的识别方法 第二节 差分模型的识别和预报 一 概述 二 基本的识别方法 三 一般线性汇流模型的实时预报 第三节 超前预报 一 方法原理 二 应用实例 三 简评 第四节 谢尔曼单位线的交互式率定 一 概述 二 暴雨中心位置的量化 三 流域等流时线的绘制 四 次洪单位线的交互式调整 五 单位线交互式分类 六 简评 参考文献 第八章 CRFPDP模型的研制和应用 第一节 基础试验和算法比较 一 产流预报实时校正算法的构思 二 汇流模型形式的选择 三 识别算法的比较 四 卡尔曼滤波器用于参数估计时与递推最小二乘法性能的比较 五 动态追踪参数算法的预报效果 六 参数动态预测 七 模糊聚类及模糊模式识别 八 关于卡尔曼滤波的一些试验 第二节 模型的算法和建模 一 模型的结构 二 模型的基本算法 三 模型参数的率定 第三节 模型的应用 一 建模情况 二 试运行情况 三 在江河分洪 截流预报中的应用 参考文献 第九章 洪水预报系统的设计 第一节 概述 第二节 洪水预报系统的功能设计 一 需求分析及功能目标的确定 二 数据处理及数据库设计 三 关于系统通用化的设计 第三节 长江中下游联机实时预报系统的设计 一 系统设计概要 二 问题讨论 第四节 长江专家交互式洪水预报系统的研究 一 开发专家交互式系统的必要性 二 长江专家交互式预报系统总体设计 三 水雨情检索功能设计 四 交互式预报处理模式的设计 五 讨论 第五节 陆水水库遥测预报系统的设计 一 开发环境的选择 二 功能设计 第六节 三峡工程截流交互式预报系统的设计 一 概述 二 系统组建和信息处理 三 来水流量的交互式预报 四 龙口断面的交互式预测 五 龙口堰流计算的交互式预报 六 实时跟踪技术的应用 参考文献 附录 现代洪水预报常用算法程序 一 正交分解法最小二乘离线估计程序 二 衰减记忆递推最小二乘法程序 三 有限记忆递推最小二乘法程序 四 正态白噪声生成程序 五 卡尔曼滤波器 六 模式搜索法程序 七 通用逐步回归程序 八 样条磨光加盈亏修正的曲线生成程序 后记