时间序列模型在金沙江干流水沙随机模拟中的应用

时间序列模型在金沙江干流水沙随机模拟中的应用

郭银;周家俞;李怡;陈嘉玉;龙天玮

【摘要】在水利工程中,长期(几十年或上百年)的水文序列实测资料对工程的建设、防洪、抗旱以及河流生态保护等方面起着至关重要的作用.然而,在实际工程中,大多数情况下较难以获得某河流特定位置处超过百年的长期水文实测数据.因此,常常需

要根据有限的短期水文实测资料对该处的水文序列进行长时间的随机模拟,用以获

取更多水文数据样本.文章基于金沙江中游石鼓水文站22 a的实测流量时间序列,

采用水文时间序列组成成分分析方法,结合自回归模型和水沙联合随机模型共同建

立了该地区的流量时间序列和水沙相关关系,并模拟了工程所在位置处500 a的流

量和含沙量结果.此外,文中对模拟的流量结果进行误差分析,以充分验证文章提出的流量时间序列模型的正确性与合理性.文章的研究成果可为新建港口码头及航道工

程提供一定的技术支撑.%Long-term measured data of hydrological sequence, which extended more than decades or hundreds of years, have significant influence on actual hydraulic engineering, such as project construction, flood control, drought resisting, and river ecological protection,

etc.Nevertheless, it is difficult to obtain the tested values inclu-ding more than 100 years for a specific position of a certain river in practical engineering.Consequently, a large number of long-term samples within hydrological sequence would be determined in terms of combing the limited and relative short-term measurements to the algorithm of stochastic simulation.The tested flow-time sequence containing 22 years

by Shigu hydrological station located in the middle reaches of Jinsha River were adopted in this paper, and the hydrological time series composition

analysis method was considered to comprehensively established a long-term flow-time sequence model and the relationship between flow and sediment concentration by uniting the autoregres-sive model and the stochastic model of flow-sediment concentration

combination.Subsequently, the results of flow and sediment concentration of 500 years were evaluated based on the aforementioned

models.Additionally, the rel-ative errors between the simulated flow results and measurements were analyzed to adequately validate the accuracy and reasonable of the methodologies developed in this paper.This finding would provide a significant technical sup-port for the port and waterway engineering.

【期刊名称】《水道港口》

【年(卷),期】2017(038)006

【总页数】6页(P598-603)

【关键词】水利工程;自回归模型;联合随机模型;随机模拟

【作者】郭银;周家俞;李怡;陈嘉玉;龙天玮

【作者单位】重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学重庆西科水运工程咨询中心,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074;重庆交通大学河海学院,重庆400074

【正文语种】中文

【中图分类】P333

随机模拟法是随机水文学中研究水文变化过程的一个基本方法，它是认识、设计和管理复杂水文水资源系统的主要方式之一[1]。其在水文水利计算[2]、水文预报[3-4]、防洪安全设计、抗旱规划[5]等领域都有着广泛的应用。其模拟方法主要是根

据水文系统观测资料的统计特性和随机变化规律，以短时间序列的有限观测样本值为依据，建立水文时间序列模型，从而模拟得到大量的长期水文序列，以便能够全面地表征水文现象统计变化特性，为水利工程的相关建设提供具有价值的参考。

天然河流中大都挟带不同数量的泥沙，这些泥沙随水流不停流动。河流挟带泥沙会直接影响河床变化，引起水库、河道、渠道的淤积，给防洪、灌溉、航运带来困难。因此，在水库规划、航道通航设计时必须综合考虑长期实测水流泥沙因素，了解二者的内在联系。然而，在实际工程中，比较难以获得天然河流特定位置处长期水文实测数据，常需要根据有限的短期水文实测资料对该处的水文序列进行长时间的随机模拟和预测，用以获取更多水文数据样本。因此，本文针对上述问题，借助随机模拟方法建立合理可靠的水文模型，全面表征水文现象统计变化特性。文中基于金沙江中游石鼓水文站22 a的实测流量时间序列，采用水文时间序列组成成分分析方法，结合自回归模型和水沙联合随机模型共同建立了该地区的流量时间序列和水沙相关关系，预测了该处的500 a的流量和含沙量结果，并对预测的流量结果进

行误差分析，以充分验证本文提出的流量时间序列模型的正确性与合理性。本文计算结果可进一步的为港口、水运工程建设、船舶通航提供安全保障。

1 随机水文模拟

1.1 时间序列模型

时间序列是指按时间顺序排列的、随时间变化且相互关联的数据序列。而对水文数据建立相应的时间序列模型则是揭示和认识水文过程长期变化特性的重要途径[6]。建立此类模型主要是根据原始水文数据的统计特性，从而生成一系列长期水文时间