熵在区域水文站网规划中的应用

摘要

水文工作同时为社会、经济、环境、生态等领域中的水问题提供信息服务，而水文站网是整个水文工作的基础。随着社会发展和水利化现代化进程的加快，许多水文站网受到人为影响需要进行调整，如何经济、合理的配置现有水文站网就显得尤为重要。水利工程决策的准确性依赖于研究区域有多少可用的水文信息。信息熵可以度量水文站提供信息的多少，因此，本文将信息熵理论应用到水文站网规划中。
　　本文首先详细介绍了信息熵在水文站网规划中的研究进展，然后介绍了熵的概念、重要性质、最大熵原理以及信息熵的计算方法。水文站点被看作是传输水文信息的重要信息源。基于信息熵理论和信息传输原理，本文改进了原有的信息有向传输指数，提出了一个度量水文站点间信息传递能力强度的新概念--信息传输能力，然后给出了基于信息熵规划水文站网的一般步骤。将该步骤应用到黄河流域河南省境内的流量站网中，对收集到的径流数据按照丰枯等级指数进行降维处理，可以得到它们的分布律。根据各站点的经纬度坐标，在ARCGIS软件下描绘出它们的位置。在Matlab中进行计算求得所要的联合熵、传递熵、信息传输能力矩阵。根据信息传输能力矩阵对现有的水文站网进行分组，得出一个理论上合理的站点规划方案。同时，与实际情况相结合，得到一个切实可行的规划方案：分别添加一个新的站点在黄河干流的花园口水文站和夹河滩水文站之间、在伊洛河的黑石关水文站和山路平水文站之间、在洛河的卢氏水文站和长水水文站之间、伊河的龙门镇水文站和东湾水文站中间。
　　本文只是初步探讨了信息熵在水文站网规划中应用，在水文学领域还有很多细致的工作要做，比如可以考虑多个水文站点的联合信息熵，以及将多年的离散数据连续化，从一个完整的流域考虑水文站网的规划等。探求水文水资源过程和熵之间的某些联系，以便更好地揭示和解释水文水资源规律。关于站网规划本文提出了如下建议：与功能强大的ARCGIS软件相结合，实现对水文站网的信息化管理；布站时可以考虑一站多用等。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文研究重点

2 熵的概念及计算方法

2.1 熵的概念

2.2 熵的主要性质

2.3 最大熵原理

2.4 信息熵的计算方法

2.4.1 信息熵的直接估计办法

2.4.2 基于最大熵原理确定概率分布

2.5 基于信息熵规划水文站网的一般步骤

3 流量站网规划的信息熵模型

3.1 流量站网规划的信息熵模型

3.2 模型的应用

3.2.1 模型的计算

3.2.2 结果的分析

4 总结与建议

4.1 主要内容

4.2 建议

攻读硕士学位期间参加的科研实践及发表的论文

致谢

参考文献