石头河水库年径流预报模型研究

摘要

随着社会发展和人类进步，人们对水资源安全问题日益重视，同时对水资源高效利用及其合理配置具有更高的要求，开展中长期径流预报具有重要的现实意义和应用价值，不仅能够在水库调度、抗旱、供水、发电及灌溉等方面发挥重要作用，而且可以有效的缓解各部门之间的用水矛盾，使有限水资源发挥最大的综合效益。论文以陕西省石头河水库为研究对象，根据流域内水文站和雨量站1954～2014年长系列实测资料，在对水库入库径流和流域降水年际年内变化特征分析的基础上，选取前期径流、前期降水和同期降水为预报因子，分别建立了多元回归年径流预报模型、BP网络年径流预报模型和支持向量机(SVM)年径流预报模型，以模型精度为标准，初步确定了石头河水库入库年径流预报模型。主要研究成果如下:
　　(1)石头河水库多年平均入库流量为13.8m3/s，多年平均入库年径流量4.36×108m3，年径流的变差系数Cv=0.41，径流年际变化较大;径流年内分配极不均匀，不均匀系数达0.32，径流主要集中在4月～10月，集中度为0.48，对应集中月份为7月。
　　(2)石头河水库1954-2014年长系列入库年径流在1990年发生突变，突变后径流较突变前明显减少。但长系列流域降水未检验出突变，同时突变后流域降水径流双累积曲线基本表现为一条直线。基于此论文以1990年以后的实测降水径流资料研究该水库的年径流预报模型。
　　(3)依据1990年以后实测年径流6a和12a两个变化周期，选取1990～2007年作为年径流预报模型的率定期，2008～2014年作为模型的验证期。以当年降水量、前一年径流量、前一年降水量为当年径流的主要预报因子。
　　(4)ARIMA(3，1，4)年径流预报模型率定期合格率为41.18％，验证期合格率为57.14％，该模型精度等级低于丙级，不能用于预报。
　　(5)降水径流线性预报模型率定期合格率为66.67％，精度等级为丙级;验证期合格率仅为42.86％，精度等级低于丙级，该模型不能用于预报。多元回归径流预报模型率定期合格率为66.67％，验证期合格率为71.42％，精度等级分别为丙级、乙级，可用于参考预报。
　　(6)BP(2)年径流预报模型率定期合格率为94.44％，精度等级为甲级;验证期合格率为57.14％，精度等级低于丙级，该模型不能用于预报。BP(3)年径流预报模型率定期合格率为94.44％，验证期合格率为71.42％，精度等级分别为甲级、乙级，可用于作业预报。
　　(7)SVM(2)年径流预报模型率定期合格率为61.11％，精度等级为丙级，验证期合格率仅为57.14％，精度等级低于丙级，模型可用于参考预报;SVM(3)年径流预报模型率定期合格率为83.33％，精度等级为乙级，验证期合格率71.42％，精度等级为乙级，该模型可用于作业预报。
　　(8)综合分析论文各模型，推荐以当年降水、前一年径流、前一年降水为预报因子的BP(3)年径流预报模型作为石头河水库入库年径流预报模型。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 流特性研究进展

1．2．2 径流预报因子研究进展

1．2．3 径流预报方法研究进展

1．2．4 存在问题及发展趋势

1．3 研究内容

1．4 研究方法

1．5 技术路线

2．1 水库概况

2．1．1 流域自然地理及特征

2．1．2 工程概况

2．2 水文资料

2．2．1 降水资料

2．2．2 径流资料

2．3 径流变化特性

2．3．1 年际变化

2．3．2 年内变化

2．4 径流预报因子识别

2．5 本章小结

3．1．1 随机过程

3．1．2 平稳随机过程

3．2 基于时间序列分析的径流预报模型

3．2．1 时间序列模型

3．2．2 模型识别与建立

3．2．3 模型预报结果及分析

3．3 本章小结

第四章 基于多元回归的年径流预报模型

4．1 多元线性回归

4．1．1 基本原理

4．1．2 数学模型

4．2 模型建立与预报

4．2．1 基于降水—径流相关的年径流预报模型

4．2．2 多元回归模型建立

4．3 本章小结

第五章 基于BP神经网络的年径流预报模型

5．1 人工神经网络概述

5．1．1 人工神经网络拓扑结构

5．1．2 神经网络的学习

5．2 BP网络

5．3 基于BP神经网络的预报模型建立

5．3．1 建模步骤

5．3．2 模型应用及评价

5．4 本章小结

第六章 基于支持向量机的年径流预报模型

6．1 SVM基本原理

6．1．1 SVM基本思想

6．1．2 SVM算法

6．2 SVM的径流预报模型建立

6．2．1 模型参数

6．2．2 模型建立与评价

6．3 本章小结

7．1 模型特点

7．2 模型精度对比

8．1 结论

8．2 建议

参考文献

致谢

作者简介