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      中長期洪水預(yù)報(bào)分析

      2018-10-14 08:42:47祁芯
      水能經(jīng)濟(jì) 2018年1期
      關(guān)鍵詞:展望分析

      祁芯

      【摘要】長期水文預(yù)報(bào)是介于水文學(xué)、氣象學(xué)、氣候?qū)W等多學(xué)科之間的一門邊緣學(xué)科,由于影響因素的復(fù)雜性與目前科學(xué)水平的限制,長期水文預(yù)報(bào)精度還不高。如何提高預(yù)報(bào)精度是水文學(xué)家關(guān)注的問題本文著重從物理成因和預(yù)報(bào)的數(shù)學(xué)方法兩方面對長期水文預(yù)報(bào)現(xiàn)狀進(jìn)行了研究,指出了現(xiàn)狀條件下水文預(yù)報(bào)的不足并對其進(jìn)行展望。

      【關(guān)鍵詞】中長期水文預(yù)報(bào);分析;展望

      一、當(dāng)前水文預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀

      應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),使得洪水預(yù)報(bào)在水情信息收集、水情情況處理的環(huán)節(jié)更加的方便和迅速,60年代末,計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使運(yùn)用遙測水文信息直接預(yù)報(bào)洪水水情成為了可能;80年代,預(yù)報(bào)系統(tǒng)中應(yīng)用了自動控制理論來對洪水預(yù)報(bào)進(jìn)行實(shí)時(shí)校正;而美國在90年代初期運(yùn)用交互式預(yù)報(bào)程序,揭開了洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)最新一代的篇章。這些研究統(tǒng)稱為確定性洪水預(yù)報(bào),應(yīng)用也最為廣泛,但是不足之處就是對不確定性信息不能充分利用,因此不能得出最令人滿意的最優(yōu)決策,有時(shí)運(yùn)用不當(dāng),更可能造成更嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。各國又在此研究的基礎(chǔ)上探究新的方法,90年代末,美國率先研制成功一套用分析量化來預(yù)報(bào)水文預(yù)報(bào)中不確定性的概率水文預(yù)報(bào)系統(tǒng),這使得水文預(yù)報(bào)研究又上了一個新的臺階。

      二、中長期水文預(yù)報(bào)的作用

      中長期水文預(yù)報(bào)最大的作用是可以對水災(zāi)進(jìn)行防治隨著社會的不斷發(fā)展科技信息技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣水文預(yù)報(bào)的技術(shù)在不斷改進(jìn)的同時(shí)池加入了計(jì)算機(jī)技術(shù)這既簡化了水文預(yù)報(bào)的工作流程池使預(yù)報(bào)的結(jié)果更加精確與權(quán)威。通過中長期水文預(yù)報(bào)河以使各部門水資源的分配更加科學(xué)與合理從而創(chuàng)造更大的社會效益。水文預(yù)報(bào)的結(jié)果越來越準(zhǔn)確這也為緩解洪水災(zāi)情起到了幫助作用根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果可以及時(shí)調(diào)整防洪設(shè)施、安排抗洪工作,爭取更多的防洪救災(zāi)時(shí)間從而降低人力、物力、財(cái)力的損失。

      三、關(guān)于中長期水文預(yù)報(bào)方法的分析

      1、傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方法分析原因法

      (1)主要的方法是根據(jù)前期大氣環(huán)流的狀態(tài)對后期的水文進(jìn)行預(yù)測。大氣環(huán)流有一個顯著的特點(diǎn),全球性。同時(shí),在地氣系統(tǒng)開展能量、熱量的轉(zhuǎn)換和水量轉(zhuǎn)換的過程都需要借助大氣環(huán)流。大氣環(huán)流對一個區(qū)域內(nèi)的氣候變化、天氣特點(diǎn)成因、水文情況等方面都具有決定性的作用。人們也是借助這些變量之間的聯(lián)系,在掌握了大氣環(huán)流的有關(guān)數(shù)據(jù)后,對后期的水文進(jìn)行預(yù)測。

      (2)根據(jù)前期海洋溫度的特點(diǎn)來開展預(yù)報(bào)工作。地球表面大概有 71%的面積都是海洋,海洋是大氣運(yùn)動中水汽與能量的重要源頭。海洋作為地球氣候體系中最關(guān)鍵的一部分,其對于氣候變化所帶來的影響是不容忽視的,海洋溫度是影響氣候變化的重要因素。很多相關(guān)的資料表明,全球的海洋溫度與大氣環(huán)流都具有年代際改變的特點(diǎn)。大氣環(huán)流發(fā)生變化的前兆是海洋溫度的變化。

      (3)根據(jù)太陽活動中的相關(guān)信息開展預(yù)報(bào)工作。太陽活動的變化是存在周期性的。其周期性的變化會導(dǎo)致溫度、氣候或者水文等方面出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象。當(dāng)前,我國的很多研究資料顯示,太陽果凍與溫度、氣候和水文之間存在著異常的關(guān)系。根據(jù)對每年平均降水量,以及平均相對黑子數(shù)量的分析,可知?dú)庀蠛退囊蛩赜写蟾?11 年的變化周期規(guī)律。

      2、水文統(tǒng)計(jì)法

      (1)回歸分析模型

      常見的回歸分析是做一元線性回歸。假設(shè)自變量與因變量之間存在線性關(guān)系,即存在 Y=a+b X 函數(shù)關(guān)系,然后通過最小一乘估計(jì)分別計(jì)算a與b的取值。求出a和b之后帶入線性關(guān)系,便可得到自變量與因變量之間的函數(shù)關(guān)系。然后已知任何一個自變量的取值,便可測算出應(yīng)變量的值。

      (2)時(shí)間序列模型。主要有移動平均法、指數(shù)平滑法等。移動平均法是在算術(shù)平均法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該方法需要大量的歷史數(shù)據(jù),而且未考慮到觀測期最新因素的影響。為了克服這些缺陷,可以采用指數(shù)平滑法,但是指數(shù)平滑法中平滑因子是測算人員主觀估計(jì)的量,其科學(xué)性和合理性很難保證。

      3、新方法

      (1)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

      人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是基于連接學(xué)說構(gòu)造的智能仿生模型,是由大量神經(jīng)元組成的非線性動力學(xué)系統(tǒng)。先求得輸入向量與權(quán)向量的內(nèi)積,之后通過神經(jīng)元便可經(jīng)過一個非線性傳遞函數(shù)得到一個標(biāo)量結(jié)果。其中每個神經(jīng)元都發(fā)揮這樣的作用,即把一個維向量空間用一個超平而分割成兩部分,給定一個輸入向量,神經(jīng)元便可判斷出這個向量在超平而所處位置。

      (2)灰色系統(tǒng)理論

      灰色系統(tǒng)理論是關(guān)于如何控制信息不完全或不確定系統(tǒng)的理論,具體操作的時(shí)候,是將原始數(shù)據(jù)累加生成可獲得灰指數(shù)(區(qū)間性的)函數(shù),在這類函數(shù)的基礎(chǔ)上便可定義微分方程的背景值和平射性,有限與無限的相對性,并可定義指標(biāo)拓?fù)淇臻g的導(dǎo)數(shù)(即灰導(dǎo)數(shù)),從而可建立功能較強(qiáng)的微分方程模型。

      四、長期水文預(yù)報(bào)研究的不足和展望

      《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》指出:“中長期預(yù)報(bào)方法目前尚不夠成熟,應(yīng)積極開展研究,為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展需要,有條件的水情單位,可以發(fā)布中長期水情展望,只提供領(lǐng)導(dǎo)掌握參考,不作為采取具體措施的依據(jù),并注意結(jié)合實(shí)際變化,隨時(shí)對展望進(jìn)行補(bǔ)充修正”。造成這種狀況的根本原因有主客觀方面。主要是對于長期水文預(yù)報(bào)認(rèn)識不足,視程度也不夠。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對自然資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),流域內(nèi)各部門對防洪和供水預(yù)見期的要求越來越高。生產(chǎn)的需求必然會推動科技的發(fā)展,所以,長期水文預(yù)報(bào)的研究將會愈來愈引起科研人員的重視。

      結(jié)束語

      水文系統(tǒng)是一個龐大的非線性體系,它涵蓋著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間與空間的變換關(guān)系。就系統(tǒng)的水文現(xiàn)象而言,運(yùn)用物理探測模式是相對困難的,因此數(shù)理統(tǒng)計(jì)是一種較為普遍的方式。近年來,由于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的出現(xiàn),促進(jìn)了我國水文預(yù)報(bào)工作的深入發(fā)展。對此,本文有針對性地對 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在水文預(yù)報(bào)工作中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究,對暴雨天氣、河流水文、河道徑流以及水資源配置進(jìn)行了系統(tǒng)分析,以期在未來的日子里促進(jìn)我國水文預(yù)報(bào)工作更加有序的開展。在中長期水文預(yù)報(bào)方法這個問題上,我們?nèi)匀恍枰龀龈钊氲难芯颗c探索,以期為新時(shí)期的水文預(yù)報(bào)工作做出貢獻(xiàn)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]湯成友,官學(xué)文,張世明現(xiàn)代中長期水文預(yù)報(bào)方法及應(yīng)用北京:中國水利水電出版社,2008

      [2]丁晶,黃偉軍,鄧育仁.水文水資源人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的研究水資源研究,1996

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