新安江水文模型之父

发布时间:2016-09-22

翻开国家科委1990年出版的《中华人民共和国重大科技成果》一书,河海大学博士生导师赵人俊教授的学术专著《流域水文模拟——新安江模型与陕北模型》榜上有名,这是建国40年全国100项重大科技成果之一。

赵人俊教授,浙江金华人,1924年生,1945年毕业于中央大学水利系,毕业后留校任教;1949—1952年在南京大学水利系任讲师;1952年全国高等学校院系调整,成立华东水利学院,赵人俊教授是学院最早的创办者之一;1954年学院组建中国高校第一个正规的水文系,开办第一届陆地水文本科专业时,由于缺乏专业教师,他主动请缨,边学边教,开始涉足水文预报教学科研工作,并为此贡献了毕生的智慧和力量。

赵人俊教授潜心钻研业务,取得了一个又一个重大成就,学术水平跻身国际先进行列,他研制的新安江流域水文模型不仅在中国广泛使用,创造了巨大的社会效益和经济效益,而且被联合国教科文组织向世界数十个国家和地区推荐使用,在国际流域水文模拟和水文预报专业领域享有极高的知名度。为此,他获得了“新安江先生”“新安江模型之父”的美誉。时至今日,“新安江模型”依然一枝独秀,是国内应用最为普遍的流域水文模型,水文界尚未出现同类重大成果可以与其比肩。

20世纪60年代初,华东水利学院便开始了流域产汇流理论的研究。赵人俊教授从总结我国大量产汇流计算的经验和分析很多水文实际资料入手,对一些经验性的规律加以物理解释,并经反复验证,研制出了一些适合中国特点的产汇流计算方法,于1964年提出了适合我国湿润地区产流计算的蓄满产流概念和理论。这是流域产流领域的原创性研究成果,是理论上的重大突破,是对过去超渗产流概念的拓展和完善。在河道汇流模拟方面,他对美国马斯京根方法进行了完整的理论解析,明确了参数的物理意义与函数的表达形式,提出了连续计算的公式,后来又做出了非线性解。在此基础上,他把各个水文过程综合起来考虑,把流域的降雨径流过程作为一个完整的系统加以研究,对各个环节的计算方法用严密的数学方式进行表示。1973年在编制新安江水库入库径流预报方案时,他率先提出了一个基于蓄满产流概念的降雨径流模型——新安江流域水文模型(简称新安江模型)。随后,他在实际应用过程中又在模型结构、分层蒸散发计算和划分水源等方面加以完善与发展,逐步形成了一个比较完整的、适合我国湿润和半湿润地区的降雨径流模型。这个模型具有中国特色,符合我国水情,在国内得到广泛的应用,在历年防洪减灾斗争中发挥了巨大的作用,同时也得到国际上的认可,陆续在数十个国家和地区推广应用。这是赵人俊所做的第一个阶段的工作。

第二个阶段的工作,是在中国广大地区和不同自然条件(如融雪径流、岩溶径流、沼泽排水、平原地下水、牧区径流等),广泛应用新安江模型,对模型参数的区域规律和参数优化进行研究。赵人俊教授认为研究参数的区域规律是检验模型是否合理和提高模型精度的一个重要方面,同时认为掌握了参数的区域规律,就解决了短缺水文资料的问题,并能以此评估人类活动对水文动态的影响。赵人俊教授认为,参数的唯一性和稳定性存在于物理成因和水文规律之中,他将新安江模型的15个参数按水文规律分成蒸散发、产流量、分水源、汇流四个层次。第一层次最稳定,第四层次最敏感,层次之间独立性较好,不独立性主要存在于层次之内,各层可按不同的目标函数分别进行优化,不敏感的参数可以按经验定下来,不参加优化,或者在敏感参数优化后做些单因子调整。他还发现分水源参数的不独立性来自模型的结构,采用结构性约束方法可以较好地解决这一问题。他在模型参数优化研究中进行了大量的工作和反复探索,提出了很独特的优化方法,并得出了很多重要的结论,这在世界上同类问题研究中是不多见的,具有独创性和实用性。

第三个阶段的工作,是洪水演算的水力学方法研究。赵人俊教授将水文学和水力学方法结合起来,各取其长,以水力学公式替换传统洪水演算方法中的槽蓄方程,建立了一维和二维洪水演算方法,较好地解决了水位预报、回水影响和非线性问题。这个方法适用于一维的河道洪水演算和二维的行蓄洪、湖泊水库水流和分汊河道洪水演算等问题,方法简单易用,取得了很好的实用效果。

众所周知,新安江模型被广泛应用于我国各流域实时洪水预报和大中型水库的实时洪水预报中,取得了巨大的经济效益和社会效益。例如,1981年7月长江葛洲坝工程建设期间,利用模型提前三天预报洪峰流量71 000立方米每秒,19日8时出现最大洪峰流量70 800立方米每秒,数值极为接近,赵先生因此成为1985年获得国家科技进步特等奖的成员之一;2003年6月,闽江暴发特大洪水,以新安江模型为基础的洪水预报系统成功预报洪水过程,由于预报及时、准确,上级决策部门从容应对,提前将上游水库泄洪,使下游城镇淹没水位降低1米,减少洪灾损失10多亿元。

1982年9月至1988年12月,我十分荣幸地拜读于赵人俊教授门下,攻读了硕士、博士学位,也正是在学校求学深造的六年里,我与先生有了更加深入的接触与交流,时至今日,先生春风化雨般的教导,对知识孜孜不倦的追求、对科学一丝不苟的态度、对生活淡泊名利的作风,犹如浮在海面上的一盏灯塔,为我指明前进的方向。先生思维敏捷,学术思想活跃,具有极强的开拓性。他不但专业思维先进,还具有很高的哲学理论水平,善于用哲学思想来指导专业研究,如在水文模拟中要“粗账粗算、细账细算”等富有哲理的思想,对我们学生的科学研究起到了巨大的指导作用。一直记得,先生在给我们讲授“水文预报”这门课程时,十分强调两个观点:“一是在水文学中,水文预报最能直接体现减免人民生命财产损失的作用;二是水文预报是最能直接检验其结果是否正确的水文科学。”先生的这两个观点也成为了我这么多年一直从事水文研究工作的最高标准。

(张行南,1982年毕业于华东水利学院水文专业,现为河海大学水文水资源学院教授。)

来源:话说河海   编辑:李海峰   责任人:万国彤    字体:[] [] []   打印

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