基于信息熵理論的水文站網(wǎng)評價(jià)優(yōu)化研究.pdf

1、水文站網(wǎng)作為流域水文信息提供的載體，布局合理與否直接影響其所獲取的水文數(shù)據(jù)對于流域內(nèi)在規(guī)律及特征分析的代表性及研究價(jià)值。然而目前出現(xiàn)的“數(shù)據(jù)充分而信息缺乏”的問題卻導(dǎo)致投入了大量人力財(cái)力及資源的水文站網(wǎng)獲取的數(shù)據(jù)存在冗余性，反而為研究和應(yīng)用帶來了不便和干擾。因此針對站網(wǎng)布設(shè)中的信息冗余進(jìn)行優(yōu)化，得到信息提供量最大的站網(wǎng)，不僅能夠?yàn)樗慕ㄔO(shè)工作節(jié)約資源及投入，更能為水文水資源研究工作提供科學(xué)系統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)。
　　傳統(tǒng)的站網(wǎng)優(yōu)化方法存

2、在一定的限制及不足，而本文引進(jìn)的信息熵是系統(tǒng)不確定性或信息量的度量。信息熵方法與傳統(tǒng)的站網(wǎng)優(yōu)化方法不同的是，這種方法是建立在信息論的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)性和整體性的角度對站點(diǎn)所能提供的信息量大小及站點(diǎn)之間的信息傳遞能力進(jìn)行量化。通過建立站網(wǎng)評價(jià)模型和優(yōu)化模型對站網(wǎng)的布設(shè)進(jìn)行優(yōu)化評價(jià)。本文結(jié)合實(shí)例對基于信息熵的站網(wǎng)評價(jià)與優(yōu)化模型方法進(jìn)行研究與分析，試圖為流域站網(wǎng)優(yōu)化提供一種新的可行方法。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)本文從信息熵的相

3、關(guān)基礎(chǔ)理論出發(fā)，針對流域水文站網(wǎng)及數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，即水文站點(diǎn)之間存在信息的可傳遞性、相關(guān)性及衰減性，對引用信息熵方法進(jìn)行水文站網(wǎng)評價(jià)和優(yōu)化的合理性及可行性進(jìn)行了論證，為進(jìn)一步的探索奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)在已有的描述站點(diǎn)間信息傳輸規(guī)律的兩種模型，互信息距離模型和相關(guān)系數(shù)距離模型的基礎(chǔ)上，提出了互信息沿線距離模型和相關(guān)系數(shù)沿線距離模型。利用四個模型對三個實(shí)驗(yàn)子流域的站點(diǎn)之間流量信息和水位信息的傳輸規(guī)律進(jìn)行模擬，對比發(fā)現(xiàn)最佳模型為互信

4、息距離模型。因此利用互信息距離模型在不同的信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)下，對水文站點(diǎn)空間控制范圍進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明對于兩種水文信息而言，站點(diǎn)間均存在一定的冗余性，可以進(jìn)行站點(diǎn)約簡。
　　(3)從空間上對站點(diǎn)組合進(jìn)行優(yōu)選，引進(jìn)兩種基于信息熵理論的站點(diǎn)優(yōu)選模型:MaxT模型和ti模型，對三個實(shí)驗(yàn)子流域的站點(diǎn)進(jìn)行空間優(yōu)選。通過對比兩種模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出基于信息熵的方法更適用于約減站網(wǎng)中的冗余站點(diǎn)。通過對比基于兩種監(jiān)測數(shù)據(jù)的站點(diǎn)優(yōu)選結(jié)果可以得出不同的

5、水文信息在空間上的傳輸特征是有差異的。在實(shí)際設(shè)站時，應(yīng)該綜合考慮該站點(diǎn)對不同水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息提供能力。
　　(4)從時間上對站點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，即站點(diǎn)監(jiān)測頻率的優(yōu)化。選用站網(wǎng)中信息熵值最大和最小的站點(diǎn)分別進(jìn)行監(jiān)測頻率優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，信息熵方法可以很好的用于監(jiān)測頻率優(yōu)化，因?yàn)樵摲椒梢远慷攘坎煌O(jiān)測頻率下，新監(jiān)測序列所能提供的信息量大小，根據(jù)不同的監(jiān)測精度要求可以確定相應(yīng)的監(jiān)測頻率。
　　本文創(chuàng)新點(diǎn)在于引進(jìn)信息熵理論對站網(wǎng)評