贵州三岔河上游流域径流演变特征与趋势预测研究
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２０１８ 年第 １０ 期 ＤＯＩ: １０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １６７２￣２４６９������ ２０１８������ １０������ ０１８
水利规划与设计
水文水资源
贵州三岔河上游流域径流演变特征与趋势预测研究
李长江１ꎬ 付 杰１ꎬ 陈文斌２
(１������ 贵州省水利科学研究院ꎬ 贵州 贵阳 ５５０００２ꎻ ２������ 西北农林科技大学ꎬ 陕西 杨凌 ７１２１００)
从表 １ 可知ꎬ 三岔河上游流域径流主要集中在 ５—１０ 月ꎬ 径流占全年总径流的 ７７������ ６％ ꎮ 全年径流 比例以 ７ 月份的 ２１������ ３％ 为最大ꎬ 以 ３ 月份的 １������ ９％ 为最小ꎬ 其中将连续最大 ４ 个月的流量进行加和后 得出ꎬ ６—９ 月的径流占到了全年总径流的 ６６������ ８％ ꎬ 连续最小 ４ 个月径流仅占全年总径流的 ９������ ６％ ꎬ 径 流的年内分配十分不均匀ꎮ ３������ ２ 径流年际变化特征
个滑动ꎬ 按一定步长取原序列中样本进行平均计
算ꎬ 可得到一个新序列 ｙｔꎬ 新序列使原序列更加光 滑ꎬ 易看出原序列的变化趋势ꎮ 滑动平均法ꎬ 其具
体函数表达为:
∑ ｙｔ
＝
１ ２ｋ ＋
ｋ
１ｉ ＝ －ｋｘｔ＋ｉ
(１)
式中ꎬ ２ｋ ＋ １ ( ｋ ＝ １ꎬ ２ꎬ ������) 为步长ꎬ 即几年平均ꎬ
ｋ ＝ １ 时为 ３ 年滑动平均ꎮ
用滑动平均法对阳长站的径流序列进行滑动平
收稿日期: ２０１８￣０４￣１２ 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(３７８０９５０６) 作者简介: 李长江(１９８３ 年—) ꎬ 男ꎬ 工程师ꎮ
������６８������
水文水资源
水利规划与设计
２０１８ 年第 １０ 期
表 ２ 径流多年变化特征参数
年均径流量
最大
最小
样本长度 / ( ｍ３ / ｓ)
ＣＶ
ＫＭ
径流 年份 径流 年份
５１
４２������ ８
０������ ２３ ６２������ ３ １９９７ ２２������ １ １９８９ ２������ ８１
年径流的趋势分析主要是研究水文序列随时间
的变化过程ꎮ 受气候变化和人类活动的影响ꎬ 多年
径流序列会呈现出一定规律的变化趋势ꎮ 若全过程
都出现某种趋势ꎬ 称这种趋势为整体趋势[４] ꎻ 若只
在某一段时期出现了某种律ꎬ 则称为局部趋势ꎮ
采 用 滑 动 平 均 方 法、 Ｍａｎｎ￣Ｋｅｎｄａｌｌ 检 验 法 和
Ｓｐｅａｒｍａｎ 秩次相关检验法对流域的年径流变化趋势
进行分析[５] ꎮ
３������ ２������ １ 滑动平均法
水文序列 ｘ１ ꎬ ｘ２ ꎬ ������ꎬ ｘｎ ( ｎ 为样本数) ꎬ 若逐
１ 流域概况
３ 径流演变特征分析
三岔河流域位于贵州省西北部ꎬ 西部与金沙江 支流横江￣牛栏江相邻ꎬ 以乌蒙山为分水岭ꎬ 分水 岭高程 ２０００ ~ ２７００ｍꎻ 南面有苗岭ꎬ 为珠江流域西 江上源￣北盘江的分水岭ꎮ 西、 南两面分水岭高程 介于 １２００ ~ ６００ｍ 之间ꎮ 北与乌江一级支流六冲 河相邻ꎬ 东隔武陵山肋与洞庭湖沅江水系相邻ꎬ 分水岭高程 ７００ ~ １０００ｍ 之间ꎮ 流域地势由西南 向东北 逐 渐 倾 斜ꎬ 东 西 高 差 大ꎬ 南 北 高 差 相 对 较小ꎮ
３������ １ 径流年内变化特征 以阳长水文站 １９５８—２００８ 年实测资料为基础ꎬ
对多年平均径流逐月分配比例进行计算[１] ꎮ 计算结 果见表 １ꎮ
表 １ 阳长站径流逐月分配比例
月份 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２
比例 / ％ ２������ ５ ２������ １ １������ ９ ２������ ３ ５������ ４ １６������ ８ ２１������ ３ １５������ ８ １２������ ９ １０������ ８ ５������ ２ ３������ １
径流的年际变化采用极值比 ＫＭ 和变差系数 ＣＶ 来表示ꎮ 通过对阳长站年径流极值的统计分析可 知: １９８９ 年 出 现 最 小 年 平 均 流 量 为 ２２������ １ｍ３ / ｓꎬ １９９７ 年出现最大年平均流量为 ６２������ ３ｍ３ / ｓꎬ 径流的 极值比 ＫＭ 和变差系数 ＣＶ 计算成果[２￣３] 见表 ２ꎮ
２ 河流水系
三岔河属乌江流域南源一级支流ꎬ 自西北从威 宁县流入贵州省六盘水市钟山区大湾镇ꎬ 后复入毕 节市威宁县ꎬ 再从六盘水市钟山区汪家寨镇进入六 盘水市ꎬ 以上河流叫阿大河ꎬ 至六盘水市水城县青 林乡出境流入毕节市纳雍县ꎬ 又经水城县比德镇ꎬ 成为水城县与纳雍县界河ꎬ 随后进入六盘水市六枝 特区境内ꎬ 成为六枝特区与纳雍、 织金县界河ꎬ 后 再次转入纳雍县ꎬ 复在梭戛乡流入六枝特区境内ꎬ 于六枝特区龙场乡东面出境进入安顺市普定县ꎮ 而 后在贵州省毕节市黔西县水头寨附近的东风水库与 另一支流六冲河汇合ꎬ 称鸭池河ꎬ 成为乌江的上 游ꎬ 鸭 池 河 以 下 称 乌 江ꎮ 三 岔 河 干 流 全 长 ３２５������ ６ｋｍꎬ 天 然 落 差 １３９７������ ９ｍꎬ 全 流 域 面 积 ７２６４ｋｍ２ ꎮ 三岔河为典型山区河流ꎬ 岩溶发育ꎮ 流 域水系发育ꎬ 支流众多ꎬ 呈羽状分布ꎮ
摘要: 为满足三岔河流域经济调度运行实践需求ꎬ 采用最近邻回归( ＮＮＢＲ) 和人工神经网络( ＡＮＮ) 算法ꎬ 对流域 的径流演变特征与趋势进行多时间尺度预测ꎮ 预测值与实测数据对比分析表明: 采用最近邻回归( ＮＮＢＲ) 模型进 行径流预测ꎬ 其预测值的准确性和可靠性较 ＡＮＮ 神经网络模型高ꎬ 与实测数据拟合性更好ꎬ 更贴近径流实际ꎬ 可为三岔河流域生态保护和水资源配置及可持续发展提供科学决策的数据支撑ꎮ 关键词: 径流演变ꎻ 径流预测ꎻ 最近邻回归算法ꎻ 人工神经网络算法 中图分类号: ＴＶ１２１ 文献标识码: Ｂ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０１８)１０￣００６８￣０４
水利规划与设计
水文水资源
贵州三岔河上游流域径流演变特征与趋势预测研究
李长江１ꎬ 付 杰１ꎬ 陈文斌２
(１������ 贵州省水利科学研究院ꎬ 贵州 贵阳 ５５０００２ꎻ ２������ 西北农林科技大学ꎬ 陕西 杨凌 ７１２１００)
从表 １ 可知ꎬ 三岔河上游流域径流主要集中在 ５—１０ 月ꎬ 径流占全年总径流的 ７７������ ６％ ꎮ 全年径流 比例以 ７ 月份的 ２１������ ３％ 为最大ꎬ 以 ３ 月份的 １������ ９％ 为最小ꎬ 其中将连续最大 ４ 个月的流量进行加和后 得出ꎬ ６—９ 月的径流占到了全年总径流的 ６６������ ８％ ꎬ 连续最小 ４ 个月径流仅占全年总径流的 ９������ ６％ ꎬ 径 流的年内分配十分不均匀ꎮ ３������ ２ 径流年际变化特征
个滑动ꎬ 按一定步长取原序列中样本进行平均计
算ꎬ 可得到一个新序列 ｙｔꎬ 新序列使原序列更加光 滑ꎬ 易看出原序列的变化趋势ꎮ 滑动平均法ꎬ 其具
体函数表达为:
∑ ｙｔ
＝
１ ２ｋ ＋
ｋ
１ｉ ＝ －ｋｘｔ＋ｉ
(１)
式中ꎬ ２ｋ ＋ １ ( ｋ ＝ １ꎬ ２ꎬ ������) 为步长ꎬ 即几年平均ꎬ
ｋ ＝ １ 时为 ３ 年滑动平均ꎮ
用滑动平均法对阳长站的径流序列进行滑动平
收稿日期: ２０１８￣０４￣１２ 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(３７８０９５０６) 作者简介: 李长江(１９８３ 年—) ꎬ 男ꎬ 工程师ꎮ
������６８������
水文水资源
水利规划与设计
２０１８ 年第 １０ 期
表 ２ 径流多年变化特征参数
年均径流量
最大
最小
样本长度 / ( ｍ３ / ｓ)
ＣＶ
ＫＭ
径流 年份 径流 年份
５１
４２������ ８
０������ ２３ ６２������ ３ １９９７ ２２������ １ １９８９ ２������ ８１
年径流的趋势分析主要是研究水文序列随时间
的变化过程ꎮ 受气候变化和人类活动的影响ꎬ 多年
径流序列会呈现出一定规律的变化趋势ꎮ 若全过程
都出现某种趋势ꎬ 称这种趋势为整体趋势[４] ꎻ 若只
在某一段时期出现了某种律ꎬ 则称为局部趋势ꎮ
采 用 滑 动 平 均 方 法、 Ｍａｎｎ￣Ｋｅｎｄａｌｌ 检 验 法 和
Ｓｐｅａｒｍａｎ 秩次相关检验法对流域的年径流变化趋势
进行分析[５] ꎮ
３������ ２������ １ 滑动平均法
水文序列 ｘ１ ꎬ ｘ２ ꎬ ������ꎬ ｘｎ ( ｎ 为样本数) ꎬ 若逐
１ 流域概况
３ 径流演变特征分析
三岔河流域位于贵州省西北部ꎬ 西部与金沙江 支流横江￣牛栏江相邻ꎬ 以乌蒙山为分水岭ꎬ 分水 岭高程 ２０００ ~ ２７００ｍꎻ 南面有苗岭ꎬ 为珠江流域西 江上源￣北盘江的分水岭ꎮ 西、 南两面分水岭高程 介于 １２００ ~ ６００ｍ 之间ꎮ 北与乌江一级支流六冲 河相邻ꎬ 东隔武陵山肋与洞庭湖沅江水系相邻ꎬ 分水岭高程 ７００ ~ １０００ｍ 之间ꎮ 流域地势由西南 向东北 逐 渐 倾 斜ꎬ 东 西 高 差 大ꎬ 南 北 高 差 相 对 较小ꎮ
３������ １ 径流年内变化特征 以阳长水文站 １９５８—２００８ 年实测资料为基础ꎬ
对多年平均径流逐月分配比例进行计算[１] ꎮ 计算结 果见表 １ꎮ
表 １ 阳长站径流逐月分配比例
月份 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２
比例 / ％ ２������ ５ ２������ １ １������ ９ ２������ ３ ５������ ４ １６������ ８ ２１������ ３ １５������ ８ １２������ ９ １０������ ８ ５������ ２ ３������ １
径流的年际变化采用极值比 ＫＭ 和变差系数 ＣＶ 来表示ꎮ 通过对阳长站年径流极值的统计分析可 知: １９８９ 年 出 现 最 小 年 平 均 流 量 为 ２２������ １ｍ３ / ｓꎬ １９９７ 年出现最大年平均流量为 ６２������ ３ｍ３ / ｓꎬ 径流的 极值比 ＫＭ 和变差系数 ＣＶ 计算成果[２￣３] 见表 ２ꎮ
２ 河流水系
三岔河属乌江流域南源一级支流ꎬ 自西北从威 宁县流入贵州省六盘水市钟山区大湾镇ꎬ 后复入毕 节市威宁县ꎬ 再从六盘水市钟山区汪家寨镇进入六 盘水市ꎬ 以上河流叫阿大河ꎬ 至六盘水市水城县青 林乡出境流入毕节市纳雍县ꎬ 又经水城县比德镇ꎬ 成为水城县与纳雍县界河ꎬ 随后进入六盘水市六枝 特区境内ꎬ 成为六枝特区与纳雍、 织金县界河ꎬ 后 再次转入纳雍县ꎬ 复在梭戛乡流入六枝特区境内ꎬ 于六枝特区龙场乡东面出境进入安顺市普定县ꎮ 而 后在贵州省毕节市黔西县水头寨附近的东风水库与 另一支流六冲河汇合ꎬ 称鸭池河ꎬ 成为乌江的上 游ꎬ 鸭 池 河 以 下 称 乌 江ꎮ 三 岔 河 干 流 全 长 ３２５������ ６ｋｍꎬ 天 然 落 差 １３９７������ ９ｍꎬ 全 流 域 面 积 ７２６４ｋｍ２ ꎮ 三岔河为典型山区河流ꎬ 岩溶发育ꎮ 流 域水系发育ꎬ 支流众多ꎬ 呈羽状分布ꎮ
摘要: 为满足三岔河流域经济调度运行实践需求ꎬ 采用最近邻回归( ＮＮＢＲ) 和人工神经网络( ＡＮＮ) 算法ꎬ 对流域 的径流演变特征与趋势进行多时间尺度预测ꎮ 预测值与实测数据对比分析表明: 采用最近邻回归( ＮＮＢＲ) 模型进 行径流预测ꎬ 其预测值的准确性和可靠性较 ＡＮＮ 神经网络模型高ꎬ 与实测数据拟合性更好ꎬ 更贴近径流实际ꎬ 可为三岔河流域生态保护和水资源配置及可持续发展提供科学决策的数据支撑ꎮ 关键词: 径流演变ꎻ 径流预测ꎻ 最近邻回归算法ꎻ 人工神经网络算法 中图分类号: ＴＶ１２１ 文献标识码: Ｂ 文章编号: １６７２￣２４６９(２０１８)１０￣００６８￣０４