徑流還原計算技術(shù)方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、由于水文循環(huán)過程及其空間變化的復(fù)雜關(guān)系和作用關(guān)系的非唯一性,水文系統(tǒng)一般具有非線性、時變、空間分布不均勻和不確定性的特點。水文復(fù)雜性所表現(xiàn)的非線性特點反映了自然界不斷變化的水循環(huán)系統(tǒng)的本質(zhì)規(guī)律,人們已開始注意研究水文系統(tǒng)的非線性問題。水文現(xiàn)象的非線性問題研究是探索水文復(fù)雜性最為重要的理論問題,應(yīng)用非線性理論及方法解決環(huán)境變化下徑流還原計算問題可能是未來一段時間的熱點。我國是一個水資源相對貧乏的國家,按2004年人口計算,人均水資源占有量

2、為2185m3,僅占世界人均占有量的1/4,預(yù)計到2030年,我國人口將增至16億,人均占有量將不足1760m3。水資源短缺是我國必將面對的嚴(yán)峻考驗,因此怎樣合理配置、調(diào)度有限的水資源,使水資源在經(jīng)濟發(fā)展中充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用是十分必要的。準(zhǔn)確的水資源評價是有效利用水資源,保證水資源可持續(xù)發(fā)展的前提之一,而水資源評價的重要內(nèi)容之一就是對水資源量的計算。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,大量水利工程的修建,改變了河川徑流的天然狀況,使得斷面實測徑流

3、不能真實反映天然徑流狀況,因此要想得到正確的水資源量就必須對河川徑流進行還原計算,其準(zhǔn)確性將直接影響到水資源工程的合理規(guī)劃和水資源的合理利用。目前在國內(nèi)的水資源評價過程中,對河川徑流進行還原計算時,所采用的大多都是傳統(tǒng)的計算方法,這些傳統(tǒng)的方法在理論上簡單易懂,為眾多專家學(xué)者所青睞,但是隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化的加快以及人類活動影響因素的增加,對水資源而言,流域的條件變得日益復(fù)雜,上述傳統(tǒng)的水量還原計算方法難以適應(yīng)快速發(fā)展的國民經(jīng)

4、濟對水資源還原計算技術(shù)的要求。為此,探索新形勢、新情況下的河川徑流還原計算的新技術(shù)和新方法,是當(dāng)前水資源評價中的一項需要迫切解決的新課題。本文以山西省坪上水庫流域徑流的還原計算為研究對象,利用水量平衡法和降雨徑流模型對該流域進行了徑流的還原計算,針對降雨徑流模型不能有效模擬徑流與各影響因子間非線性關(guān)系的特點,建立了基于GA(Genetic Algotithms)優(yōu)化的BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型——遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)

5、絡(luò)；在基于對徑流還原計算原理深刻認識的基礎(chǔ)上,為深層次挖掘用水資料中隱含的信息,本論文還引入了基于小波分解的分項預(yù)測模型,以期提高河川徑流還原計算的精度。本論文在收集大量的實測資料前提下,通過對相關(guān)資料的可靠性、一致性檢查后,在此基礎(chǔ)上展開河川徑流還原計算技術(shù)方法及其應(yīng)用研究。研究成果表明,水量平衡法原理簡單,但涉及到的用水部門較多,資料收集困難,常常導(dǎo)致計算精度較差；降雨徑流模型是一種理論概化模型,有著深厚的水文學(xué)的背景和理論基礎(chǔ),但

6、由于是線性模型,不能準(zhǔn)確描述各影響因子與天然徑流間的非線性關(guān)系,有時還原計算結(jié)果出現(xiàn)“失真”現(xiàn)象；基于遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與降雨徑流模型相比,具有非線性特性,這與水文系統(tǒng)的本質(zhì)規(guī)律一致,因此具有較強的適用性,計算精度有所提高；為深層次挖掘用水資料中隱含的信息,針對流域的特點而建立的基于小波分解的分項預(yù)測模型,能夠分尺度、深層次的把握現(xiàn)象的發(fā)展趨勢,并將總體預(yù)測可能帶來的不確定性分散到各個分支上,物理概念清楚,徑流還原計算精度較

7、上述模型高。在各種研究方法的基礎(chǔ)上,開發(fā)了徑流還原計算的計算機軟件,應(yīng)用簡潔方便,該系統(tǒng)對于提高水文工作者的工作效率,降低勞動強度,縮短水資源評價的時間,實現(xiàn)各種徑流還原計算結(jié)果的比較,具有較強的實用價值和現(xiàn)實意義。本課題的研究豐富了徑流還原計算的技術(shù)方法,并以山西省坪上水庫流域為依托進行了應(yīng)用研究,對合理評價水資源、合理確定水利工程的建設(shè)規(guī)模,具有重要的參考價值?？傊?將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及小波函數(shù)及預(yù)測模型應(yīng)用到水庫流域的水量還原計算