基于灰色系统理论的钱塘江潮汐预报技术研究

摘要

钱塘江大潮闻名天下，然而汹涌的大潮对两岸人民的生命财产安全及沿江工程设施构成严重的威胁。准确地预测出钱塘江大潮的高潮位、到潮时间和年极值高潮位对钱塘江水资源优化管理和防潮减灾管理进行科学地决策具有十分重要的意义。由于钱塘江大潮受到水文、气象等随机不确定性因素的影响，导致其水文资料表现出一些随机性和非线性的特征，因而增加了钱塘江潮汐预报的难度。对于非线性系统研究，灰色系统理论具有一定的优势。论文首次基于灰色系统理论，根据钱塘江沿江水文站点的历史水文资料对钱塘江潮汐预报技术进行了研究，具体内容如下：
　　1)根据盐官水文站历史高潮位时间序列建立了灰色GM(1,1)模型，在此模型基础上结合了马尔可夫链建立了高潮位灰色马尔可夫模型，分别对高潮位的预测结果表明灰色马尔可夫模型在高潮位预测中具有较高的精度。并将灰色马尔可夫模型应用在闸口水文站整个月内的高潮位预报中，取得了较好的结果。
　　2)对于钱塘江涌潮的到潮时间预报，提出了涌潮检测和传播时延预测的分段预报方法。根据涌潮到达前后时刻水位和流速的变化特征来检测涌潮是否到达。进一步研究了直接根据涌潮传播时延历史数据建模预测和对原始数据采用弱化缓冲算子变换后再建模预测，预测结果表明采用弱化缓冲算子变换后建模能有效地排除系统受到的干扰，提高涌潮传播时延预测的精度。
　　3)针对钱塘江年极值高潮位历史数据频繁波动的特点，根据灰色系统理论中的拓扑预测方法对年极值高潮位预测进行研究。根据澉浦水文站1951-2002年的年极值高潮位历史数据建立了灰色拓扑预测模型，预测了未来年份(2003-2021年)的极值高潮位变化，预测结果与已知年份(2003-2014年)的实测年极值高潮位接近或位于极值高潮位的预测区间。后续年份的极值高潮位预测值可以提前为防范潮灾等自然灾害作一定的参考。
　　论文基于灰色系统理论的相关预测方法分别对钱塘江潮汐的高潮位、到潮时间和年极值高潮位预报做了研究，取得了较好的结果。该理论预报方法建模方便、预测精度较高，可以为提高钱塘江潮汐信息化预报系统的准确度和可靠性提供一定的理论基础。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容及安排

第二章 理论研究

2.1 引言

2.2 灰色预测理论

2.3 马尔可夫理论

2.4 本章小结

第三章 灰色马尔可夫模型在钱塘江高潮位预测中的应用

3.1 引言

3.2 钱塘江高潮位预测实例及分析

3.3 应用灰色马尔可夫模型进行高潮位预报

3.4 本章小结

第四章 基于涌潮检测和传播时延的灰色预测模型研究

4.1 引言

4.2 涌潮潮时预报原理

4.3 涌潮传播时延的灰色预测模型研究

4.4 本章小结

第五章 钱塘江年极值高潮位的灰色拓扑预测

5.1 引言

5.2 灰色拓扑预测模型

5.3 灰色拓扑预测模型在钱塘江年极值高潮位预测中的应用

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结和结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录