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本人河海水文研，曾经接触过一年洪水预报课题的学习，粗略估计一年多时间写过两万余行代码，算是勉强入了洪水预报的门。虽然比不上长期工作于水文预报的同僚，但自认对这个话题也有些认识与体会。
目前的众多回答从专业性角度对洪水预报已经进行了详细的解答，但毕竟本问题受众难免有大量非专业人士，那我就从通俗性角度做一些补充，好让答案完整一些。
Part 1 ：洪水预报基础常识
主要内容之前，为方便理解，对水文预报工作中一些基础知识先作一下通俗易懂的介绍：
洪水预报：通过技术手段对某些指定的地点将要发生的 洪水过程 进行预测的一种方式，特定的地点一般是水文观测站所在的河段处 、 水库的进水口 或者 重要的水利设施所在的位置。 洪水预报首要关注的是 洪水的径流深 、峰现时间 和 洪峰流量这三个要素 ，然后是整个洪水的过程。
径流量和径流深：径流量通俗而言是指一场洪水的总水量，即累积洪水的体积；径流深指的是将洪水的体积除以整个流域的面积后，计算得到的累积洪水水深，水利上规定径流深的单位为mm。
降水：降水是降雨和降雪的统称。洪水预报中通常涉及的是降雨，部分地区额外考虑降雪。降雨深和径流深一样，采用mm为单位。
峰现时间：指的是洪水最大流量发生的具体时刻
预见期：指可以提前多久对 未来的洪水情况 进行预测。 一个流域的洪水从产生，到进入上游河道 进而进入 下游河道 中间是有一个时间的，过去人们倾向于使用实时观测的降雨结合上游河道流量进行预报，这种方式下洪水的预见期不会长于洪水从上游传到下游的时间，好处是实测数据准确性偏高，坏处是主要适用于大流域，流域面积较小的情况下，洪水传播速度极快，从预报到发出预警通知疏散人员的时间不足（尤其是山洪区域，目前山洪区采用的已经不是预报机制，而是预警机制来应对了）。现在人们通过引入模拟降雨数据、天气预报数据等方式，正在不断试图延长预见期，不过如何提高模拟的降雨和天气预报数据的准确性仍然是一个重大的研究课题。
历史洪水模拟：目前在校的学生以及非水文预报的实际工作者，接触到的洪水预报知识主要都是历史洪水模拟。
就是在 整场洪水期间 的所有降雨、预报断面的流量 数据都已知的情况下进行的模拟，虽然与实时洪水预报的核心部分是一样的，但在代码实现方面可以进行了极为的简化。只经过历史洪水模拟的人士 在 进行洪水预报相关研究时 经常出现众多问题，仅仅举最常见的一个情况：提出一种应用于实际洪水预报工作的新方法，但该方法应用的某些要素是整场洪水结束后经过统计才能得到的数据，就是说 拿着未来的数据 进行当前时刻的 洪水预报。这样的论文 如果内容写的是探究一些要素的相关性，水文特性等，该工作都是值得肯定的，但如果文章的重点在于实际预报的应用 的话，则是不恰当的。分不清历史洪水模拟和实时洪水预报的差别，并进而指导洪水预报工作或开展相关业务，会显得不专业。
实时洪水预报：顾名思义指的是利用当前时刻的实测降雨等资料 对 指定的地点 的洪水情况进行预报的一种方式。 可以利用的只有当前时刻的资料，预报的是包含当前以及未来时刻的洪水情况，当前时刻的预报是否准确，通过对比当前时刻的实测值就可以知道（在有实测值的地区，当前预报结果相对重要性较低，但可以对未来预报准确与否做一个参考），关键在于对未来时刻的预报结果。
此时的预报是在缺失未来降雨等情况下对未来洪水的一种预报，未来降雨通常会考虑不同量级下的模拟情况，主要依然是用作参考。理论上水文预报研究方向的在校生或水利工作者都应该进行实时洪水预报方面的训练，但实际上国内的水文资料管理较为严格，从业者通常无法取得多年连续的水文资料，只能依赖于个别洪水摘录的水文年鉴，这样就会导致大量的学习与实际引用脱节的情况，比较明显的是：历史模拟下单场洪水模拟时，模型的初始值可以任意调整来提高精度，但到了实时洪水模拟时初始值是计算得到的，预报的精度相较报告中得到的结果明显下降。或者采用日模计算的初始值代替单场洪水的初始值，但因为日模开始时间的不同以及日模较少涉及对整个过程单个时段尤其是洪峰所在日的模拟精度的针对性校准，依旧效果寥寥。当然水文预报中还有众多方法减少因为这方面引起的误差，这里就不细说了。
Part 2 洪水预报方法
基础常识说明结束，可以进入正文了。要谈洪水预报的方法，就不得不从水文学者对洪水预报的认知谈起。
依据文献记载，人们对于洪水特性的认知最早可以追溯到1674年，法国人Perreault在塞纳河流域依据多年的观测情况，总结出一个规律，该流域的多年径流量（洪水的体积）与降雨量间存在的比例关系约为1/6。也就是说如果看到今天降雨的体积是6个立方米，那么洪水就应该有1个立方米的体积。
但是流域这么大，整个流域降雨的体积是难以知道的，这个时候降雨深的重要作用就体现出来了。在一些特定的地方设置观测降雨深度的仪器，整合各个仪器测量的降雨深数据，估算整个流域的降雨深情况，这样降雨的水量问题就解决了，然后便可以估算当前的洪水的水量了。
但实际上每个流域降雨和洪水的比例并不是一个固定值，洪水的水量还与土壤的干湿程度等情况有关。正因为如此，一些有经验的老水利工作者，可以依旧经验，在看到最近的土壤植被情况，结合上游的降雨和水位，就可以直接估计出下游大概会达到多少的水位。如果你问他为什么，他们也说不出原因，但就是认为应该是如此。这就是洪水预报的最初阶段，纯经验预报法。
但洪水预报是一项非常专业的工作，完全依赖经验可不行，于是水文工作者试着将各种情况记录下来，希望通过大数据分析的方式得到蕴含其中的规律。这时候就出现了大量的带数据的经验预报方法。
1、相应水文流量法：通过记录上游河道的水位，以及历史上该水位传播到下游所需的时间T，构建经验公式，即可大概率推算到下游T小时后应该达到的水文。流域越大，这种经验方法推求的准确度一般越高。
水文研究当然不会局限于只考虑水位，还会将前期的土壤干湿情况（因为土壤干湿程度不好判断，部分研究采用前期降雨情况代替）、蒸发情况、季节、降雨的中心位置、降雨的大小等一系列因素纳入考虑，当地依据自身需求，选用其中的几个要素构建自己的相应相关方法，又称为多变量相关图法。
2、降雨径流相关图法
在众多的多变量相关图法中，得到进一步发展的是降雨径流相关图法，该方法不从水位出发，而是直接从降雨的层面出发，虽然各地应用的种类多少有些差异，但核心是类似的。
通俗而言，该方法认为一个流域可以容纳的总水量是固定的，之所以每次洪水情况不一样是因为整个流域土壤的干湿深度不一样，土壤的干湿程度可以用前期的降雨情况代替。当土壤完全达到饱和（达到土壤吸收水分的最大值）之后，降雨的量应该等于增加的洪水量。
已知前期的累积降雨深PA，和当前时刻降雨深P，两者相加之和查图就可以知道
当前时刻的累积径流深R（洪水的累积深度），与上一个时刻的值相减就可以得到当前时刻增加的径流深。有了当前时刻增加的径流深，就可以应用例如相应水位流量法或者后来水利学者研究而来的各种计算洪水的方法来预报未来 目标河段的洪水了。
一般情况下，降雨径流相关图法通常用于和单位线法 相结合，计算指定河段的流量。
3、单位线法
通俗而言：单位线法用于结合当前时刻的径流深（计算可得），来计算该部分洪水对流域出口未来各个时刻流量的影响。比如现在时刻整个流域降雨100个立方，计算后发现整个流域产生了60个立方的洪水，但这60个立方的洪水并不是一瞬间从整个流域突然达到流域出口的，正常而言，距离流域出口近的洪水会先达到出口，距离流域出口远的会晚到达出口。而单位线法就是用于实现这一洪水达到出口时间差异的径流再分配过程，这一过程水文上称之为汇流过程。
传统的单位线一般用于计算地表径流的汇流过程，称之为地表径流单位线，在一些考虑计算工程量的情况下也有用于将完整径流成分（包含地下径流和壤中流等）直接计算为最终出流的单位线。随着研究深入，目前应用的单位线类型和计算方法极为多样，例如本文附图的单位线，便是应用多元回归方程拟合得到的用于完整径流成分计算的单位线，该单位线在有必要的情况下（考虑美观的情况下）可以进一步进行人工修匀。
单位线法作为一种较为传统的方法，应用于实际洪水预报中效果如图所示。
可以说，在初始径流深较为准确的情况下，单位线法预报的精度还是可以的，但难点之一就是初始的径流深难以准确估计，影响到了该方法应用于实际实时预报中的前景，当然该方法还存在一些其他劣势，例如图中后续模拟径流中出现了两个200个流量的小洪峰，但实测值却很平稳。这是因为洪水汇流的快慢以及洪水涨落的程度其实是与降雨的强度、降雨的位置等多方面要素有关联的，因为采用一条固定的单位线就难以都取得满意的效果。但采用多条单位线又难以保证每次都选用了最合适的单位线，存在错选的风险。所以实际中更多情况是选用具有代表性的主要考虑大雨强，降雨高发区域对应的单位线来作为实际应用的，来满足对洪峰预报的目的，毕竟洪水的峰值才是危害最大，最为关注的。
考虑到单位线法计算存在的种种问题，水文学者进一步研究，开发出了预报更为准确的洪水预报方法，称之为概念性水文模型。相较于之前的经验性洪水预报方法，概念性水文模型对水文现象进行了种种假设，并引入了一部分水文特性的概念，在实际应用中取得了更为好的预报效果。
以国内水文领域概念性水文模型的翘楚新安江模型为例，该模型提出于上世纪七十年代，并在八十年代中期发展完善，是第一个跨出国门的流域水文模型。
该模型将洪水预报的计算过程划分为四层结构，分别为蒸散发模块，产流模块，水源划分模块和汇流模块。
新安江模型本身是一个集总式水文模型，但考虑到集总式水文模型在应对大流域模拟时的效果不佳，通过与马斯京根河道汇流演算方法相结合构成半分布式新安江预报系统。以雨量站为依据将大流域划分为大量子流域，分块计算各个子流域的出口流量，然后沿主河道汇流形成最终整个流域出口的流量。
目前，新安江模型仍然是国内应用最为广泛的水文模型，没有之一。新安江模型的当今地位一方面来自于国内自主研发，历史悠久，另一方面在于其参数众多，具有强大的容错性。
曾经在一个中小型流域的历史模拟过程中，一个雨量站的资料因为疏忽整体没有输入进系统，导致水量本身并不平衡，一般情况下水量不平衡意味着不可能得到满意的预报结果。
然而在没有发现这一资料漏输的情况下，依靠长期水文预报积累的经验，经过调节参数，愣是把模拟结果给调好了。虽然事后发现这一问题后，重新调整了整套参数，但这段历程给我等亲历者留下了深刻的印象。
以后周边听闻水利同僚诉说新安江模型预报效果不佳时，不免想到究竟是真的在该流域应用效果不好（模型都有适用范围），还是同僚学艺不精忽略了编程时的细节（新安江的核心代码虽然不超过千行，但目前从可以找到的代码书上直接抄下来的新安江代码，在一些细节处通常都不会提醒，容易导致能计算出结果，但在部分洪水场次下洪峰上不去，适应性不佳等。当然也有一些同僚在大流域预报时都不划分子流域等），再或者问题不是出在新安江模型上，而是各个模型普遍如此（因为缺少准确的未来降雨数据）。
曾经和同学细聊时，大家笑说，要是完全没学过预报，也没有懂细节或者有实际经验的前辈指导，照抄代码也能做出很好的结果，那大家预报工作者就一大半要失业了。不过话说回来，随着水利信息化的兴起，完善成型的水利信息化预报系统早晚会形成，目前的这些技术壁垒大抵也就只能延缓一些年数吧，究竟是延缓十年还是几十年，就让我们这代人拭目以待吧。
当国内概念性水文模型进展的如火如荼时，国外具有物理性质的水文模型正悄悄崛起，虽然目前并没有足够依据认为物理性质的水文模型的预报效果优于概念性水文模型，但具有物理性质这一条就足够具有说服力让人们去使用它们，尤其是一些将概念性和物理性质相结合的水文模型更是走得非常广阔，而国内的水文模型要得到世界各地的广泛认可和应用，仍有较长的路要走。
最近的数十年，分布式水文模型的浪潮也逐渐袭来，所有模型似乎都要摇身一变，加入分布式水文模型的架构之中。所谓分布式水文模型，通俗而言就是将整个流域划分为众多子流域，然后依据每个子流域不同的
土地利用类型、土壤、植被、坡度等条件，针对每个子流域采用不同的参数或计算方法的一种洪水预报方法。该方法在国内由于难以获取足够数据，应用仍并不广泛，当分布式建模的方法在模拟结果的分块展示，报告宣传等方面具有较大的优势，同时也是目前主流的研究方向之一。
Part 3 洪水预报精确性：
洪水预报的准确性下回再具体写写吧，大概顺带会谈谈洪水预报编程时不涉及技术方面，但要关注的一些地方吧。虽然答这题的初衷是因为看到准确性这个话题，让我想起了以前与好友的一次闲聊。
大体是说原本万事具备，洪水预报系统很完善，模拟理应很好。结果模拟当天，上游水库突然多排了些水没有通知，中游老爷爷种地偷偷占掉了部分河道，市里的自动化监测维护人员对坏掉的个别雨量站忘记了维护，而下游的洪水预报人员看着模拟结果没有洪水风险，正吃着火锅唱着歌，然后就没有然后了。
此处水文预报工作者请微笑。
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来源：知乎 www.zhihu.com
作者：秋荻
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