Page 5 - 《水文》2023年第4期

2 水 文 第43卷

术平均法 、就地外延法 、相似流域分区法 、流量历 择、嵌套选择等方法 ；所采用的流域特征因子与属性
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时曲线法 等，其中前三种区域化方法应用最广泛。 相似法中采用的因子类别基本一致 [5，9] ；回归关系中多
[12]
空间邻近法（或称空间近似法、空间距离法等）通 以线性回归为主 ，非线性回归的研究较少 。随着
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常根据有资料流域和无资料流域之间的距离（形心或 数据驱动模型的发展，回归关系已不限于传统回归关
测站）选择参证流域进行参数移植或参数计算。该方 系，未来还可包括更复杂的非线性映射关系，如各类
法假定水文响应特征具有空间连续性 、邻近流域具 机器学习等智能方法构建的复杂映射关系 。
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有相似的水文响应特征 ，具体又可分为空间距离平 1.2 区域化方法的适用性
[9]
均法、反距离权重插值法和克里金插值法。空间距离 正如三种区域化方法基于不同的假定一样，它们
平均法选择邻近流域（通常气候类型相似）作为参证 的适用性与局限性也各不相同。从表 1 不难看出，每
流域，对参证流域的参数进行平均，或移用参证流域 种方法的适用性特点与参证流域或流域特征因子的
的参数后对预测结果进行平均 ，其中直接移用邻近 选择方法及参数的计算方法密切相关。在研究中应
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流域参数法为空间距离平均法的特例 。反距离权重 全面考虑目标流域与备选参证流域的实际情况，结合
[14]
插值法和克里金插值法通常用于参证流域个数较多 各种方法的特点灵活应用，如程艳等 、李红霞等 基
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的情形 ，即将多个流域率定好的参数插值到目标流 于距离相近法和属性相似法提出综合相似法，徐文馨
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域。无论是空间距离平均法、反距离权重插值法还是 等 将验证期的径流模拟 Nash 效率系数不低于 0.65
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克里金插值法，三种距离的处理方式本身就包含了对 设为筛选备选参证流域的条件之一，这些方法均取得
参数空间分布规律的假定，然而参数空间连续性假 了较好的参数区域化应用效果。考虑到各种区域化
定、各种参数空间分布特征假定尚缺乏科学依据，还 方法所依托的假定不同，已有的研究通常将选定的区
需要在不同气候与下垫面条件下进一步检验。 域化方法应用于全部水文模型参数 [11-12] ，这可能忽略
属性相似法（或称物理相似法）同空间邻近法类 了区域化方法对每个参数的适用性差异。在参数移
似，不同之处在于属性相似法中参证流域的选择依据 植中，各水文模型参数的地理分布规律不尽相同，不
是流域特征属性相似。该方法假定流域形状、下垫 同的参数计算方法（平均或回归）对各参数的适用性
面、气候等物理特征相似的流域具有相似的水文响 尚缺乏依据。参数的可移植性可能也会因不同水文
应 ，常用的流域特征属性有水文、气候、地形、地貌、 模型而存在差异，应用时需充分考虑水文模型的物理
[9]
植被、土壤等类别。在确定参证流域后，参数的计算 机制及参数的物理意义，从而了解参数的地理分布规
方法主要包含平均法和物理权重法，其中平均法同空 律及适用的区域化方法。
间距离平均法（参数平均和结果平均），物理权重法依 表1 三种主要区域化方法的适用性与局限性 [10]
据参证流域和目标流域的流域特征因子之间的相似 Table1 Applicability and limitations of three main
regionalization methods
性（如相关性）计算权重，具体计算方法可见 BAO
区域化方法 适用性 局限性
等 。在选择参证流域时，还可以采用水文分区的方
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适用于地形地貌和气候 当流域特征变化较大时效
法进行辅助，即先将资料缺乏流域和备选参证流域一 条 件 变 化 较 小 的 区 域 。 果较差。参数平均法需参
空间邻近法 反距离权重法和克里金 数间相关性较小。反距离
起作为样本，利用聚类等方法进行分组 ，然后从资料
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法适用于参证流域均匀 权重法对流域间的空间方
缺乏流域的同组流域中选择有资料流域作为参证流 分布地区。 位缺乏考虑。
域。属性相似法基于水文相似理论，因而该方法的可 适用于流域物理特征类 流域特征因子的选择主观
属性相似法 性较强。不需回归法的线
靠性依赖于水文相似理论 ，如水文相似的定义及水 似的区域。 性假设。
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文相似评价等。 须满足流域特征与模型参
数的相关性假设和流域特
回归法是指先在有资料的流域中构建流域特征 征因子的水文相关假设。
因子和参数之间的统计回归关系，然后代入无资料流 回归法 适用于多参证流域且流 易出现“异参同效”现象。
域物理特征相似的地区。
流域特征因子的选择主观
域的流域特征因子求得参数 。该方法假定模型参数 性较强。不适用于参证流
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域小样本情形。
与流域特征之间存在回归关系且回归关系在空间上
可移植 。在回归法中，参证流域的选择方法除了参 环境变化和尺度问题是当前区域化方法适用性
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考空间邻近法和属性相似法以外，还有诸如随机选 面临的主要挑战。环境变化（如气候变化和人类活动