应用混合门限自回归法预测大伙房入库径流量

1、应用混合门限自回归法预测大伙房入库径流量 摘要 本文是对大伙房水库流域内，1990-1996年的入库流量、降雨量进行数据分析。针对不同的降雨等级和入库径流量的等级。采用混合门限自回归(TARSO)模型在充分注重水文要素自身演变规律和主要前期影响因子的作用。该模型中，前期降雨量选取6个因子分别为前5-15天累积降雨量、前第1、2、3、4天和当天降雨量，前期入库量选取4个因子，分别为前期第1、2、3天入库量。作为中长期预报，有一定参考价值。关键词：入库径流量 降雨量 混合门限自回归 大伙房水库位于辽宁省浑河干流上, 是一座防洪、供水、灌溉、发电、养鱼等综合利用多年调节大型水利枢纽工程，总库容218

2、7亿m3。流域面积5 437 km2,径流系数较大.多年平均降雨量800mm左右,雨量年内分配不均,降雨集中在7、8月。7月下旬至8月上殉为暴雨集中期。水文过程的变化不仅受前期影响因子的支配，同时又有其自身的演变规律，因此，过去在中长期水文预报中主要有两类方法，即多元分析法和时间序列分析法。多元分析法是通过预报对象与前期预报因子之间的统计关系，用前期预报因子来预报未来水文要素的值，但没有利用待预报的水文要素自身变化的统计规律；时间序列分析是把水文要素本身的历史变化作为随机序列，利用水文要素的历史变化规律作外推预报，没有利用其它相关因子对水文要素的统计依赖关系。事实上，水文要素的变化既受外因(影

3、响因子)又受内因(自身演变规律)的影响，两者的作用都不可忽视。本文选取混合门限自回归(TARSO)模型在充分注重水文要素自身演变规律的同时，适当考虑了主要前期影响因子的作用，并且通过逐段线性化手段处理水文系统的非线性影响，是描述复杂水文过程的一种比较理想也较为有效的模型。本文是前期降雨量和入库径流量作为预报因子和前期入库径流量，依托天气预报和洪水出现的规律，结合水文气象等预报信息，建立水文气象耦合数值天气预报，在不改变现有防洪标准的前提下研究预报调度方式，实现防洪效益与兴利效益的转换。2、材料与方法2.1 资料来源资料来源于中国气象局沈阳气科所。抚顺、新宾、清源站的降雨、温度资料，大伙房水库入

4、库量。2.2 混合门限自回归方程简介：在洪水预报中，经常处理多输入单输出的系统。该系统的特点是没一个输出都受全部输入函数的影响，但每个输出之间都相对独立。对于洪水预报上常用的多输入单输出并带有系统滞时的模型，这里给出其有衰减记忆的在线识别计算表达式。采用延迟多项式，可简洁地表达多输入，单输出有滞时系统的差分方程。 （1）公式1中表示前期入库量的时间变化规律， 表示前期不同时期降雨量因子。为N维噪音向量。3、结果与分析选取1990-1996年的入库径流量大于500 m3/s的资料，共44个样本。数据的预处理前期降雨量单位为mm，3个测量取平均值，代替流域平均点的降雨量。流域面积为5 437 km

5、3，入库径流量除以5437*103，入库量为瞬时值，在换算成24小时降雨量，在乘以24*3600。 表1 1990-1996年各站降雨暴雨，大暴雨，特大暴雨次数暴雨次数 抚 顺 新 宾 清 源各月份 暴雨 大暴雨 特大暴雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨 暴雨 大暴雨 特大暴雨6月 1 0 0 0 0 0 1 0 07月 4 0 0 2 0 0 4 1 08月 1 0 0 2 0 0 2 0 09月 1 0 0 0 0 0 0 0 0表1中抚顺、新宾、清源暴雨多集中在6至9月，特别是7、8月份，其它月份月份没有暴雨。图1图1中显示温度与降雨量是正相关，降雨量与入库径流量也是正相关，温度升高，蒸散量必然

6、增加，相应流域植被变化，含水量增加，温度与入库量成负相关，但从图中来看表现不明显。前期降雨量是影响入库径流量的主要因子。3.1 因子选取3.1.1 前期降雨量因子选取用前5天各天的降雨量与入库流量建立的逐步回归方程如下： （2）公式2中调整后的相关系数Ra= 0.876 决定系数=0.797 剩余通径系数=0.45。前第5天与入库径流量相关性差，故不选用。采用前5至15天累积降雨量。选取6个因子前5至15天累积降雨量、前第4天降雨量、前第3天降雨量、前第2天降雨量、前第1天降雨量、当天降雨量。3.1.2 前期入库径流量因子选取用前7天的入库径流量与当天的入库径流量建立的逐步回归方程如下： （3

7、）公式3中调整后的相关系数Ra= 0.497 决定系数=0.317 剩余通径系数=0.826。结果显示前第1、2天入库量与当天入库量相关性强，前第3天、第6天有一定相关性，其余相关性差。选取4个因子，为前期第1、2、3、6天入库量。3.2建立方程 基于上面的分析，模拟方程选取10个因子，选取1990-1995年的洪峰大于500 m3/s的洪水资料，共30个样本。用前期降雨量，前期入库径流量作为参数，共10个参数。1996年的资料（14个样本）作检测。经模拟，前第6天入库量因子不显著，舍去，得到方程如下： （4）调整后的相关系数Ra=0.915 决定系数=0.894 3.3 精度评定令= (观测

8、值预测值)/观测值,当| 100 为不合格。图2 图2是模拟样本，其中95年在其峰处，模拟值比实际值底，其它值基本符合预测要求。95年，正是辽宁千年一遇的大洪水，模拟趋势与实际大致吻合。拟合样本中9个样本达到优级，15个样本是良级，4个样本是合格，2个样本是不合格，拟合样本80%达到良级；检测样本中2个样本达到优级，5个样本是良级，4个样本是合格，3个样本是不合格，50%是良级。 4讨论本研究是用抚顺、新宾、清源3站降雨资料平均值代替流域点降雨量存在误差。特别是流域内的某一个或某几个局部地区的雨量很大，只是由于其笼罩面积较小，经流域平均后，雨量显得不大。没有考虑到流域内的暴雨日数、暴雨面积、暴

9、雨中心位置变化等信息。从未来发展方向看，以网格雨量代替单点雨量的方法应成为大范围降雨量处理的主要手段。它可以利用一切可获得的降雨观测信息，包括雷达观测信息，使面雨量更加准确。本研究对短时、局部暴雨模拟较差，提高因子的时效性。例如每6小时取一个降雨、入库量作为预报因子，有更好的模拟效果。总之，本研究只是作为中长期预报，有一定参考价值。作为短期模拟，还需进一步研究。1、葛守西 著.现代洪水预报技术M.中国水利水电出版社,1999.2、王国安 著.可能最大暴雨和洪水计算原理与方法M，中国水利水电出版社,1999.3、杨立文、石清峰、李昌哲等，北京西山灌木林小流域暴雨径流研究J。 林业科学研究。1994,10，506511。 4第二次中美水文情报预报研讨会论文集