中長期水文預報及其在平原洪水資源利用中的應用研究.pdf

1、中長期水文預報不僅在水庫調(diào)度、防洪減災等工作中有重要的作用，而且在洪水資源利用、水權管理等方面也有很重要的意義，因此，中長期水文預報一直是水文工作者深入探討的課題。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展和新的數(shù)學方法的不斷涌現(xiàn)，中長期水文預報得到了較快的發(fā)展。但是，由于其復雜性和數(shù)據(jù)資料等因素的制約，中長期水文預報研究仍處在發(fā)展階段，相對于短期水文預報來說，滯后于生產(chǎn)實際的要求。在預報理論研究上，更多注重的是水文系列的統(tǒng)計相關特性，而對物理成因關

2、系關注的相對較少；在預報方法上，對各種方法的有效性研究不夠，使現(xiàn)有的方法很難在實踐中推廣應用；在預報結果的實際應用上，中長期水文預報目前主要是對水資源的宏觀調(diào)控起一些參考性作用。基于此，本文探討了基于物理因子分析的中長期水文預報方法，并將預報成果用于指導平原河流洪水資源利用工作。主要研究內(nèi)容和成果概述如下： (1)從水文循環(huán)的機理出發(fā)，綜合分析影響區(qū)域水文情勢的物理因素，主要包括天文因素、海表溫度、以及大氣環(huán)流等。詳細分析了太陽

3、黑子活動情況、日月地三球位置關系、北太平洋海溫冷暖變化、ENSO事件以及大氣環(huán)流因子等物理因素對區(qū)域水文情勢的影響，為進行基于物理因子分析的中長期水文預報方法研究提供資料準備和理論支持。 (2)針對現(xiàn)有水旱災害趨勢預測方法無法體現(xiàn)未來洪水發(fā)生可能性和量級的缺陷，根據(jù)氣象因素與水旱災害的關系，引入隨機過程的概念，提出了區(qū)域水旱趨勢預測的轉移概率、太陽活動相位、厄爾尼諾事件等三種方法，推導了相應的計算公式，綜合三種方法預測結果得出最

4、終結論。結合東北區(qū)水旱災害史料，分析了其多年來的水旱災害特征，并對該區(qū)2001～2010年水旱趨勢進行了預測，不僅為水旱災害時域特性的研究探索了一條新的途徑，也可在一定程度上為區(qū)域洪水資源利用長期規(guī)劃的制定、洪水風險管理等工作提供有益參考。 (3)針對中長期水文預報數(shù)據(jù)資料的數(shù)量和種類繁多，數(shù)據(jù)間關系復雜，難于檢索有用信息并組織用于預報的問題，將關聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘分析方法引入到中長期水文預報研究中，研究了中長期徑流關聯(lián)規(guī)則模式的提

5、取及預測方法。首先，結合中長期水文預報的特殊性，根據(jù)預報目標初選物理影響因子。然后，根據(jù)關聯(lián)規(guī)則挖掘算法的要求對數(shù)掘進行清洗和預處理，構成預報事務數(shù)據(jù)集。最后，面對預報事務數(shù)據(jù)集進行關聯(lián)規(guī)則挖掘，提取滿足事先設定的最小支持度和最小置信度的強關聯(lián)規(guī)則，解釋規(guī)則并建立模型進行預測。實例分析證明，該方法在保證一定精度的情況下大大減小了工作量，有助于從海量數(shù)據(jù)中提取對預報目標有意義的關聯(lián)規(guī)則和模式。 (4)針對水文中長期預報中單一的定量

6、預報方法精度偏低，穩(wěn)定性差，不能滿足實際生產(chǎn)活動的要求這一情況，提出了定性定量嵌套的多因子神經(jīng)網(wǎng)絡預報模型。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡靈活多變的拓撲結構和強大的非線性逼近能力，基于前期物理影響因子分析作為輸入量，通過改變輸出節(jié)點的個數(shù)，先建立定性預報模型，然后在定性預報的基礎上建立定量預報模型，最后綜合定性預報和定量預報的結果得出結論。實例分析證明，定性定量嵌套的多因子神經(jīng)網(wǎng)絡預報模型不但有一定的物理成因基礎，而且可以較好地克服傳統(tǒng)使用單一定量預

7、報模型進行預報的盲目性，提高了預報的精度和可靠性。 (5)在洪水資源利用中，存在的各種未來信息的不確定性是風險的重要來源。中長期預報可以在不同程度上對洪水資源利用系統(tǒng)中各類因素的未來狀態(tài)進行界定，從而確定面向整個時期引蓄洪水的時機及其后期安全性。本章以白城為例，研究了中長期水文預報在平原河流洪水資源利用中的應用?；谥虚L期預報成果，并結合考慮時間因素與蓄水狀態(tài)的河流洪水資源利用二維風險分析模型，以改變各蓄水單元蓄水狀態(tài)可能帶來的

8、后期損失作為主要的風險損失，兼顧時間與蓄水狀態(tài)兩維特性，對洪水資源利用效益和風險損失進行計算，從而得到考慮中長期預報信息的汛期不同時段各蓄水單元引蓄不同洪量的風險率，為洪水資源利用預案制定和實施提供依據(jù)。2005、2006年的洪水資源利用實例證明，較高精度的中長期預報成果對該地區(qū)洪水資源利用預案制定和實施起到了積極的作用，可最大限度的避減洪水資源利用中的風險和損失，實現(xiàn)最大效益。 最后，對全文進行了總結，并對有待進一步研究的問題