闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究(可编辑)
实时洪水抗差预报系统研究
统 ． 少 系 统 受 污 染 机 从 统 的稳 定 性 和 洪水 预 报 的 精 度 。
理 论 与 估 计 方 法 要 引 入 洪 水 预 报 系统 ， 涉 及 的 首要 问 题 是 ， 确
定 适 合 于 水 文 问 题 特 点 的 抗 差 特 征 函数 。 由 于 极 值 函 数 ， 函 导 数 都 与 权 函数 有关 ． 文 主要 研 究 的对 象 是 抗 差权 函数 。 本
关键 词 ： 洪水 预报 ： 差特 征 函数 ； 差 估 计 抗 抗
中图 分 类 号 ：３ ８． Ｐ ３ ￣ ９
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：００ ０ ５ （０ ８ ２ ０ ２ — ４ １０ — ８２２ ０ ） － ０ ６ ０ ０
传 统实 时 洪 水 预 报 系统 ， 常 情 况 预 报 精度 较 高 ， 满 足 防 正 能
报精 度 也 高 ， 遇 一些 不 正 常 情 况 （ 实 测 资料 中存 在 异 常 值 ） 但 如 ， 系统 的实 时 修正 效 果 大 大 下降 ， 踪能 力 减 弱 ， 跟 遇极 端 非 正 常 情
况， 会使 整个 系 统 崩 溃 。 本 文 把 抗差 估 计 理 论 引入 实 时 洪 水 预 报 系 统 ，利 用 抗 差 系 统 具 有 的 抗 差能 力 ，使许 多 严重 的异 常 误 差 ，根 本 不 能 进 入 系
１ 抗 差估计 理论
抗 差 估 计 【 论 是 一 门 十分 年 轻 的分 支 学 科 ， 差 估 计 实 ｌ 理 抗
根 据 水 情 观 测 资 料 误 差 的 特 点 ， 为 民教 授目 研 究 分 析 包 已 了适 合 水 文 特 点 的抗 差 权 函数 为 三 段 式结 构 。就 是将 水 情 观测 值 的 区间 划 分 为 正常 观 测 值 、 可利 用 观 测 值 、 常 值 。根 据 这 三 异 部 分 观 测 值 ． 将 权 函数 划 分 为 ： 权 区 。 持 观 测 值 的 权 不 可 保 保 变 ； 权 区 ， 制 观测 值 的作 用 ； 绝 区 ， 降 限 拒 观测 权 为 零 。抗 差 估 计
闽江洪水预报调度系统在“20050617”洪水中的应用研究
４ １ 自动 洪 水 预 报 、 ．
提供水库入库 、重要控制 断面等 ２ ２个节点 的预 报洪水过 程；
④ 根 据 预 测 的 可 能 降雨 ， 估 报 相 应 预 报 节 点 可 能 产 生 的 洪 水
自动 洪水 预报 是 系 统根 据 实 时 输 入 的 雨 、 水 情 。滚 动 进 行 预 报 ， 并 依据 实测 水 情 的 变 化 实 时 修 正 预 报 过 程 。 笔 者 根 据 （ 文 情 报 预 报 规 范 ＞ 的 “ 实 测 洪 峰 的 ２ ％ 作 为 许 可 水 以 ０
摘 要 ：随着社 会 经济 的发展 ，作 为 防洪 的非工程 措施 ，洪水 预报 调度 系统 在防 洪减 灾 中发 挥 着 愈 来愈 重要 的作 用。 该文 结合 闽江流域 “ ０ ５ ６ ７ 洪水 的 预报 调度 ， 简要介 绍 闽江 洪 水 预报 ２ ００ １”
调度 系统 的整体 功能及 运 用 ，并对提 高 系统预报 精度 和增 长 预见期提 出建议 。 关键 词 ：洪 水 ；预报 调度 ；系统 ；闽江
中图分 类号 ： Ｖ１２ Ｔ ２
１ 引 言
文献标 识码 ： Ｂ
文 章编号 ：０ ２ ０ １２ ０ ）１ ０９—０ １０ —３１ （０ ７０ —０ ０ ３
的调度方案。
为更好 地做好闽江流域的洪水预报调度 。福 建省人 民政
府 防汛抗旱指挥部办公室 （ 以下 简 称 省防 汛 办 ） 与 河 海 大 学 联 合 开 发 了 闽 江 洪 水 预 报 调 度 系 统 。该 系 统 于 ２ ０ ０ ２年 ７月 在 福 建 省 防 汛 办 安 装 试 运行 。为 闽江 流 域 ６座 大 型 水 库 和 １ ６ 个 重 要 控 制 断 面 提 供 实 时洪 水 预 报 成 果 和 洪 水 调 度 方 案 。 ２ ０ 年 ６月 １ 日至 ２ ０５ ７ ３日。 受强 降雨 影 响 。 闽江 流 域 发 生 大 洪 水 ，干 流 洪 水 洪 峰频 率达 到 ３ 年 一 遇 ， 为 １３ ５ ９ ４年 有 记 录 以 来 第 二 大 洪 水 。 闽 江 洪 水 预 报 调 度 系 统 在 “ ０ ５ ６ ７ 洪水 预 报 调 度 过 程 中 运 行 稳 定 ，预 报 调 度 结 果 ２００ １” 良好 ， 为 防 洪 调 度 决 策 起 到 了重 要 参 考 作 用 。 ２ 闽江 洪 水 预 报 调 度 系 统 介 绍 闽江 洪 水 预 报 调 度 系 统 主要 由三 大 子 系 统 构 成 。分 别 是 洪 水 预 报 子 系 统 、 洪水 调 度 子 系 统 、 数 据 库 管 理 子 系 统 。 系 统 能 在 ２ ｎ内预 报 出流 域 内 ６ 大 型 水库 和 １ ｍｉ 座 ６个 重 要 控 制 断面总计 ２ ２个 节 点 的 洪 水 过 程 ，并 生 成 ６座 大 型 水 库 的 最 优调 度方案。供决策参考。 （ ）洪 水 预 报 子 系 统 主 要 功 能 ：① 建 立 洪 水 预 报 模 型 １ 库 ；② 自动 （ 线 ）与 人 工 干 预 （ 线 ） 两 种 预 报 模 式 ；③ 在 离
闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究
果 表 明 ， 预 报 洪 水 过 程进 行 实 时 修 正 ， 大 大 提 高 预 报 精 度 ， 用 自适 应 洪 水 修 正 方 法 具 有 较 强 对 能 采 的 卖 时 跟 踪 系 统 动 态 变 化 的 能 力 ， 修 正 效 果 优 于 自回 归模 型， 其 关 键 词 ： 水 预 报 ； 自 回 归模 型 ； 自适 应 实 时 修 正 方 法 ； 七 里 街 流 域 洪 中 图 分 类 号 ： Ｖ１ ４ Ｔ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２９ ８ ２ ０ ）２０ ２ —４ １ ７ ４ Ｘ（０ ８ ０ —０ ００
ｄ ｐ ｉ ｅ ａ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔｍ ｅ ｈ ｒ ｔ ｓ ｄ ｆ ｅ ｌｔｍ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔｏ ｆ ｔ ｌ ｏ ． Ｔｈｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｄｉａ ｅ ｔ ｔ ｔ ｅ ａ ｔｖ ｄ ｔ ｎ ｔ ｏｄ ａ ｅ ｂｏ ｈ ｕ ｅ ｏｒ ｒ ａ —ｉ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｈｅ ｆｏ ｄｓ ｕ ｅ ｕ ｔ ｎ ｃ ｔ ｈａ ｈ
京 ２ ０ ９ ； ．湖 南农 业 大 学 工程 技 术 学 院 ，长 沙 １０８ ３
摘要 ： 根据 １ 七里街流域 水 文实测 资料 信 息， 用 新安 江 三水 源模 型对该 流 域 实 时洪水 预 报进 ９江 利 行 了研 究 ， 分别 采用 自回归模 型和 自适 应 洪水 修 正 方法 对预 报 洪水 过 程进 行 了实 时修 正． 析 结 分
闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究(可编辑)
闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究维普资讯 ////0>. . .三峡大学学报自然科学版第卷第期 . . 年月闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究胡海英包为民王涛胡宇新。
.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京; .河海大学水文水资源学院,南京 ; .湖南农业大学工程技术学院,长沙摘要:根据江七里街流域水文实测资料信息,利用新安江三水源模型对该流域实时洪水预报进行了研究,分别采用自回归模型和自适应洪水修正方法对预报洪水过程进行了实时修正.分析结果表明,对预报洪水过程进行实时修正,能大大提高预报精度,采用自适应洪水修正方法具有较强的卖时跟踪系统动态变化的能力,其修正效果优于自回归模型,关键词:洪水预报; 自回归模型; 自适应实时修正方法; 七里街流域中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ? ? ’’。
. ,, ., , ; ., .,, ;. ,,, .?.?? . ?;? . ? .;?;;的实测信息,对预报模型的结构、参数、状态变量、输洪水预报是一项重要的防洪减灾非:工程措施,其投资不大,收效显著.准确、及时的预报可以确保合理入向量或预报值进行某种校正,使其更符合客观实调度与有计划采取分、蓄、疏、排洪等措施;可以及时际,以提高预报精度】.实时修正技术的研究方法有很多 ,常用的有采取防洪抢险、避洪疏散等紧急行动,力求使灾害损误差自回归实时修正算法、递推最小二乘估计算法、失降低到最低程度,具有很大的经济效益和社会效卡尔曼滤波算法等,这些实时校正方法的共同特点是益.洪水预报,由于受实际流域影响大,特别是山区性能实时地处理水文系统最新出现的预报误差,并以此小流域,洪水陡涨陡落,再加上实时系统众多误差信作为修正预报模型结构、参数或预报输出值的依据,息的影响,难以获得高精度的预报结果,需要实时修正.实时预报修正是指每次预报作出之前,根据当时从而使预报系统迅速适应现时的状况.根据七里街流收稿日期:?基金项目:国家自然科学基金项目 ;“一五”国家科技支撑计划课题 ;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室开放研究基金;江苏省研究生培养创新程通讯作者:胡海英一 ,女.博士研究生.主要研究方向为水文水资源.维普资讯 ////.第卷第期胡海英等闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究域的洪水资料建立了概念性水文模型,利用实时资料深层蒸发, 、、分别为上层、下层、深层蓄信息对七里街流域洪水实时预报校正模型与方法进水容量, 、、分别为地表径流、壤中流、地下径行了探讨.流, 和分别为马斯京根河道演算的人流和出流.流域概况闽江是福建省最大的河流,发源于赣、闽、浙三省交界的杉岭、武夷、仙霞岭等山脉,位于东经。
闽江流域洪水预报调度系统应用研究
闽江流域洪水预报调度系统应用研究
陈学凯;龚继瑄
【期刊名称】《中国防汛抗旱》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】闽江洪水预报调度系统于2001年投入试运行。
自试运行以来,在福建省闽江流域洪水预报及水库调度中发挥了重要的作用。
该系统具有运行稳定、预报精度高、使用灵活、能实时修正等特点。
本文以"20020616""20050623""20060607"洪水为例,详细介绍了系统在闽江洪水预报调度中的应用情况。
【总页数】4页(P)
【作者】陈学凯;龚继瑄
【作者单位】三峡大学;福建省人民政府防汛抗旱指挥部办公室;湖北宜昌;福建福州【正文语种】中文
【中图分类】P338
【相关文献】
1.洪水预报系统在左江洪水预报中的应用研究 [J], 吴立愿
2.涔天河洪水预报调度系统在防洪调度中的应用及效益 [J], 李垂福
3.闽江洪水预报调度系统在"20050617"洪水中的应用研究 [J], 龚继瑄
4.分布式系统结构及信息资源共享在洪水预报调度中的应用研究 [J], 吴金塔
5.闽江流域水库洪水预报调度对策 [J], 杨家坦
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基于K均值聚类分析的流域洪水实时分类修正
基于K均值聚类分析的流域洪水实时分类修正
李月玉;周建奕;蒋汝成;周密
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2016(0)12
【摘要】针对传统的流域实时洪水预报通过率定一组水文模型参数来寻求一个流
域径流形成的一般性或平均化规律的方法在特殊情况下误差较大,以及在实时洪水
预报误差修正中历史信息未得到充分利用的问题,利用洪水的相似性扩大实时修正
信息量,结合K均值聚类分析方法,提出了洪水实时分类误差修正方法。
并在沿渡河流域用30场洪水进行分类参数率定,采用分类修正的方法对4场洪水进行实时修正,分析结果表明:实时分类修正方法能大幅提高预报精度尤其是洪峰流量的预报精度。
【总页数】4页(P160-162)
【关键词】实时洪水预报;误差;相似性;分类误差修正
【作者】李月玉;周建奕;蒋汝成;周密
【作者单位】云南省水利水电勘测设计研究院;云南农业大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV122
【相关文献】
1.基于K均值动态聚类分析的地球物理测井岩性分类方法 [J], 王祝文;刘菁华;任莉
2.闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究 [J], 胡海英;包为民;王涛;胡宇新
3.基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法 [J], 司伟;包为民;瞿思敏;石
朋
4.基于联合改进人工蜂群及K均值聚类算法的洪水分类研究 [J], 尤烽骅;余玉聪;刘招;刘宇;李雯晴;杨舟
5.人民币现行汇率制度的实际归类法研究——基于修正的LYS分类法的聚类分析[J], 胡磊
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【国家自然科学基金】_闽江流域_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
2014年 科研热词 闽江流域 长江 锶-钕同位素 物源示踪 洪旱事件 水文响应 标准化降水指数(spi) 时间尺度 上游河段 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
科研热词 洪水预报 镉 自适应实时修正方法 自回归模型 络合容量 易变性常数 抗差特征函数 抗差估计 天然水体 七里街流域
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 闽江水系 长江水系 重金属 生态支付意愿 犁头鳅属 物种地理分化 海洋环境容量 条件价值评估方法 政策含义 排海通量 东海大陆架 东海
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 4 5 6 7 8 9
2011年 科研热词 闽江 趋势成分 激发发射矩阵光谱 溶解有机物 水文序列 水库 平行因子分析 对偶数 mann-kendall法 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5
科研热词 集聚战略 福建省 文化创意产业 双核结构 一体两翼
推荐指数 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
科研热词 闽江流域 自相关系数 时间尺度 径流 tfpw-mk 驱动因素 经济系统 线性最小二乘法 系统耦合 生态 演化态势 海拔梯度 水土流失区 植被分布格局 朱溪河流域 径流序列 差积曲线 亚热带山地 亚热带山区 丰枯变化过程 中国 丘陵地区 psr模型 mann-kendall法
实时洪水预报综合修正方法初探
( 1) : ( 2)
式中 ε t 为 t 时刻的模型误差 , ε t= Q t -QCt 。 其中 Qt 为实测流量 ;QCt 为计算流量 ;ξ t 为 t 时刻的残差 。 对
收稿日期 :2002 -01 -23 ;修订日期 :2002-04-20 作者简介 :瞿思敏( 1977 ), 女 , 湖北监利人 , 河海大学水资源环境学院博士研究生 , 主要从事水文水资源及环 境的研究 。
后对 6 个流域的 50 余场洪水进行了综合修正计算 , 统计结果见表 4 。 表 4 中 AAR 表示流域实测产流量与计算 产流量总相对误差 ;AAQ 表示流域实测流量与计算流量总相对误差 ;A DC 表示流域平均确定性系数 。
表 2 七里街流域 970701 号洪水不同预见期实时修正结果 Table 2 Results of real-time correction for different forecastlead periods of 970701 flood in Qilijie Basin
第 14 卷 第 2 期 2003 年 3 月
水 科 学 进 展 ADVANCES IN WATER SCIENCE
Vol. 14 , No. 2 Mar . , 2003
实时洪水预报综合修正方法初探
瞿思敏 , 包为民
( 河海大学水资源环境学院 , 江苏 南京 210098 )
摘要 :利用误差的相似性扩大实时修正信息量 , 结合神经网络异联想记忆技术 , 提出了综合实时 修正方法 。 并在七 里街流域用 11 场洪水分别采用自回归( AR ) 模型和综合修正方法进行实时修正 。 分析结果 表明 , 采用综 合修正方法 既能获得比 AR 模型更好的精度 , 又不损失洪水预 报的预见期 。 进一步对闽江的 6 个支流流域近 50 场洪水进行综合 修正方法实时修正检验 , 都获得了较好的结果 。 关 键 词 :误差 ;相似性 ;异联想记忆 ;综合修正 ;实时洪水预报 中图分类号 :TV 122 文献标识码 :A 文章编号 :1001 -6791( 2003) 02 -167 -05
基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法
demonstrated
u s i n g t h e X i n ’a n j i a n g ( X A J )
v e n t s o f the W a n g j i a b a Basin. T h e result s h o w s that the forecast i m p r o v e m e n t issignificant. F o r the W a n g j i a b a Basin, w e also ex-
K e y w o r d s : R e a l - t i m e u p d a t i n g ; m e a n areal rainfall error; s y s t e m r e s p o n s e c u r v e ; X i n ’a n j i a n g m o d e l ; W a n g j i a b a B a s i n
a m i n e t h e p e r f o r m a n c e of th e m e t h o d for different rain g a u g e d e n s i t i e s , a n d find that forecast i m p r o v e m e n t is m o r e significant w h e n
R e a l - t i m e f l o o d f o r e c a s t u p d a t i n g m e t h o d b a s e d o n m e a n a r e a l rainfall e r r o r c o r r e c t i o n
SI W e i 1，2 ，B A O W e i m i n 2 ，, U Simin2 & S H I P e n g 2 (1 : Business School o f Hohai University， Nanjing 210098，P.R. China) ( 2 ：College o f Hydrology and Water Resources, Hohai University, Nanjing 2 1 0 0 9 8 , P.R.C hina)
5第六章 实时洪水预报
这类特征是流域建模最重要的基本特征，影响着流域产流结构、
汇流结构和站网及历史水文资料使用时期等的选择与确定。
第二节 实时洪水预报模型
一、流域基本特征
气候特征
对年平均雨量、年平均蒸发量和年平均径流系数
了解，可以分析流域的湿润或干旱程度，为产流
模型选择作准备。这些特征量可以从历年观测的
年雨量、年蒸发量和年径流系数中进行统计计算
第二节 实时洪水预报模型
一、流域基本特征
人类活动
水土保持措施主要在黄河中游的黄土地区流域，其措施方 法有许多，主要的有淤地坝工程、植被工程措施、耕作方
式措施等。这些工程措施不同程度的减少了流出流域0年代由于水 土保持措施影响，流域径流比50年代有十分显著的减少， 影响大的流域达到了50％以上。
(3)系统遇不正常情况的修复与处理。
洪水预报调度系统流程图
实时数据收集 历史水文数据 实时数据接收
显
数 据 库
示
数 据 库 流域特征 资料
雨水情报表打印
数据预处理
数据预处理
流量文件
蒸发文件
降雨文件
流域文件
模型率定
预报模型计算
参数文件
实时校正 绘图和打印 洪水调度
第一节 概论
实时洪水预报是一种在联机水情测报系统中，使用实时
雨。
第二节 实时洪水预报模型
三、资料准备
雨量站选择
地形代表性就是要考虑不同特点的地形，都要有代表性的雨 量站。如迎风坡、沟谷地、出山口、平坦宽广区等，以考虑 不同地形对降雨量的影响。
第二节 实时洪水预报模型
三、资料准备
雨量站选择
站点面积代表性就是要求测点位置对周围区域降雨有较好的 代表性。假如测点降雨只能代表位置点的降雨，与周围的降 雨量差距很大，这样的测站代表性就差。如山顶的雨量站，
闽江流域洪水预报模型比较研究
闽江流域洪水预报模型比较研究
林虹
【期刊名称】《水利信息化》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】应用新安江模型与垂向混合产流模型对闽江流域干流以上的15个子流域进行了模拟验证,进一步论证了这两种概念性流域水文模型结构的合理性,并得出了如下结论:大闽江流域,新安江模型与垂向混合产流模型都适用,且均能取得良好的效果.由于不同的洪水预报模型考虑产流机理的不同,采用的结构与参数不同,对不同洪水特征的计算结果也有差别,在实际使用中,设置不同结构的洪水预报模型是必要而且是有效的.同时,还对历史洪水根据其涨洪前段的实测流量过程与模型计算流量过程的确定性系数最大作为选择模型的标准,进行模型选择模拟预报.由此还得出另一个结论:在实时洪水预报中,根据不同的预知信息实时选择最佳的模型,能提高洪水预报的精度.
【总页数】6页(P42-47)
【作者】林虹
【作者单位】福建省水文水资源勘测局,福建,福州,350001
【正文语种】中文
【中图分类】P338
【相关文献】
1.乘坡河流域洪水预报模型比较研究 [J], 姚亦周;徐爽;赵旭升;范光伟;
2.水口水电站施工期洪水预报：闽江流域变系数河道洪流... [J], 庄希澄;陈异植
3.闽江流域洪水预报调度系统应用研究 [J], 陈学凯;龚继瑄
4.乘坡河流域洪水预报模型比较研究 [J], 姚亦周[1];徐爽[2];赵旭升[1];范光伟[1]
5.闽江流域水库洪水预报调度对策 [J], 杨家坦
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闽江洪水预警报系统中的站点布设
闽江洪水预警报系统中的站点布设
李正誓
【期刊名称】《水利水电技术》
【年(卷),期】1996(000)003
【摘要】１９９３年９月，福建省闽江流域开始实施建立起闽江洪水预警报系统，该系统由信息采集传输处理和实施命令传递两部分组成，包括７１个水文遥测站和１１个中继站及信息处理和命令发布中心等。
站点布设是依据流域特征、生态环境，并遵循《水文自动测报系统规范》，利用现有水文气象资料和现代通讯手段进行的，并按系统要求对站点的布设成果进行了合理性分析，系统已于１９９５年汛前建成并试运行成功。
【总页数】6页(P53-58)
【作者】李正誓
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P338.6
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1.中日合作闽江洪水预警报系统 [J], 庄先
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3.中日合作闽江洪水预警报系统信息处理技术 [J], 苏炳裕
4.闽江二期洪水预警报系统 [J], 金昌平
5.闽江洪水预警报系统的交流不间断电源 [J], 林坚
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基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法
基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法司伟;包为民;瞿思敏;石朋【摘要】空间集总式水文模型的洪水预报精度会受到面平均雨量估计误差的严重影响.点雨量监测值的误差类型、误差大小以及流域的雨量站点密度和站点的空间分布都会影响到面平均雨量的计算.为提高实时洪水预报精度,本文提出了一种基于降雨系统响应曲线洪水预报误差修正方法.通过此方法估计降雨输入项的误差,从而提高洪水预报精度.此方法将水文模型做为输入和输出之间的响应系统,用实测流量和计算流量之间的差值做为信息,通过降雨系统响应曲线,使用最小二乘估计原理,对面平均雨量进行修正,再用修正后的面平均雨量重新计算出流过程.将此修正方法结合新安江模型使用理想案例进行检验,并应用于王家坝流域的16场历史洪水以及此流域不同雨量站密度的情况下,结果证明均有明显修正效果,且在雨量站密度较低时修正效果更加明显.该方法是一种结构简单且不增加模型参数和复杂度的实时洪水修正的新方法.%The accuracy of flood forecasts generated using spatially lumped hydrological models can be severely affected by errors in the estimates of mean areal rainfall.The quality of the latter depends both on the size and type of errors in point-based rainfall measurements,and on the density and spatial arrangement of rain gauges in the basin.Here,we use error feedback correction,based on the rainfall system response curve method,to compute updated estimates of the rainfall inputs.The capability of the method to improve the accuracy of real-time flood forecasts is demonstrated using the Xin'anjiang (XAJ) model applied to 16 flood events of the Wangjiaba Basin.The result shows that the forecast improvement is significant.For the Wangjiaba Basin,we also examinethe performance of themethod for different rain gauge densities,and find that forecast improvement is more significant when gauge densities are lower.The method is relatively simple to apply and can improve the accuracy of real-time model predictions without increasing either model complexity and/or the number of model parameters.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2018(030)002【总页数】9页(P533-541)【关键词】实时修正;面平均雨量误差;降雨系统响应曲线;新安江模型;王家坝流域【作者】司伟;包为民;瞿思敏;石朋【作者单位】河海大学商学院,南京210098;河海大学水文及水资源学院,南京210098;河海大学水文及水资源学院,南京210098;河海大学水文及水资源学院,南京210098;河海大学水文及水资源学院,南京210098【正文语种】中文由于流域降雨径流过程受到降雨和下垫面条件等多重因素影响，实时洪水预报精度难以满足要求. 预报模型初始状态值误差[1]、模型输入误差[2]、模型结构的不充分性[3]以及参数非优化[4]都会影响预报结果的精度. 所以经常使用误差修正技术来减少模型在预报时产生的误差[5-6].降雨径流过程涉及蒸发、下渗、产流和汇流等多个环节，影响因素复杂. 简单的误差修正方法是通过流量误差直接对模型计算结果(流量过程)进行修正[7]. 组合卡尔曼滤波(EnKF)或者粒子滤波(PF)方法经常通过数据同化技术对模型初始值或者模型参数进行修正，然而研究结果表明滤波方法在预报修正中的效果过于自信，对于模型预报的不确定性估计不足[8-9]. 有学者尝试使用滤波方法对降雨资料误差进行估计和修正，但结果显示仅有在土壤含水量很低且流量资料非常精确的情况下才有明显效果[10].影响实时洪水预报系统的误差因素较多，其影响机理非常复杂[11]. 产流量是衡量洪水预报水量平衡的重要指标，笔者曾通过直接修正产流量来提高洪水预报精度[12-14]. 但引起产流量计算误差的因素较多，通过对这些因素的归纳分析可以发现，面平均雨量是洪水预报模型的最重要输入项，面平均雨量误差直接影响初始值和计算产流量，从而影响模型预报精度[15]，对于集总式水文模型尤为明显. 降雨过程是受到一系列因素(气候、地形、植被以及人类活动)影响的随机过程，此类误差的特性以及误差的大小难以预测和估计[16]. 由于遥感降雨资料本身具有误差，卫星和雷达降雨资料的使用同样无法解决降雨资料误差的问题[17]. 集总式水文模型虽然在体现和反映真实暴雨过程剧烈的时间和空间变异性方面不如分布式水文模型，但由于在实际洪水预报作业过程中流域水文气象资料(蒸发、降雨)和流域下垫面条件(土壤植被类型、土壤含水量)等无法满足分布式水文模型的要求，所以集总式或半分布式水文模型在实时洪水预报中的应用更广泛[18]，因此本研究中采用的水文模型为集总式水文模型.因此，本文提出一种相对简单的降雨系统响应曲线修正方法，通过修正面平均雨量来提高模型预报精度. 将此方法与新安江模型结合，通过理想案例验证和实际流域应用，并进一步检验此方法在不同雨量站密度情况下的应用效果.图1 一般水文模型系统示意Fig.1 A systems diagram of general hydrological model1 修正方法1.1 降雨系统响应曲线将水文模型作为一般系统考虑，图1中P(t)为面平均降雨系列，E(t)为蒸散发，Q(t)为计算的流量过程，θ为模型参数，X(t)是模型状态变量，X0为状态初始值. 图1中的水文模型系统可以表达为由输入、输出、参数和状态变量组成的系统方程：Q(t)=f[P(t),E(t),X(t),θ](1)式中,Q=[q1,q2,q3,…,qn]T为流域出口断面流量过程，P=[p1,p2,p3,…,pm]T为面平均雨量向量，E=[e1,e2,e3,…,en]T为蒸发，X=[x1,x2,x3,…,xn]T为状态变量向量，θ为参数向量，n为时段流量系列个数，m为时段降雨系列个数.概念性模型的绝大多数参数都具有明确的物理意义，是流域水文特征的反应，模型参数一旦率定之后一般在短期之内不会改变[19]. 模型状态变量取决于模型的输入输出项[20]，因此，在本研究中认为模型参数不变化，面平均雨量的变化是引起流域出口断面流量变化的主要因素. 上述系统方程可以简化为：Q(P)=f(P)(2)对于流域水文模型，把降雨输入作为自变量求全微分，可得到式(2)的微分关系：(3)式中, dP为面平均雨量的变化量，dQ为由面平均雨量变化量引起的流量变化量，P0为修正之前的面平均雨量系列，为系统在面平均系列为P0时的系统响应. 则观测流量可以表达为：(4)式中, Q(P0)为由降雨系列P0计算得到的流量系列，表示第m时段的降雨变化量Δpm对出口流量过程Q(P)所造成的系统响应. 假设使用观测流量系列长度为L，Q(t)=[Q1,Q2,Q3,…,QL]T. 代入式(4)可得：(5)则式(5)的矩阵形式为：Q(P)=Q(P0)+S·ΔP+W(6)式中, ΔP=[Δp1,Δp2,Δp3,L,Δpm]T即为面平均雨量误差的估计值；W=[w1,w2,w3,…,wL]T为流量观测随机误差项，一般为服从零均值分布的为白噪声向量. S为系统响应矩阵，其表达式为：(7)式(7)代入式(3)得到由降雨变化量与流量变化量表达的系统响应关系：dQ=S·dP(8)式(8)中S矩阵的每一项都可以用式(9)差分近似求解.(9)式中, Q(p1,…,pi,…,pm)为由修正前的面平均雨量系列计算得到的流量系列，Q(p1,…,pi+Δpi,…,pm)为由面平均雨量系列增加pi之后计算得到的流量系列.式(8)中当i不变，而j从1～L变化时，该L项差分值就是S矩阵中的一列. 而此列正是雨量pi的单位变化量所对应的系统响应系列，本研究中称之为雨量pi所对应的系统响应曲线. 在实际求解系统响应曲线的过程中，为了计算简单，令式(9)中Δpi=1，则降雨系统响应曲线就是降雨量的单位变化量引起的系统响应.图2 降雨系统响应曲线示意图Fig.2 The schematic diagram of rainfall system response curve计算系统响应曲线的详细步骤如下：(1)面平均雨量系列P中的时段雨量pi (i=1～m)，在其余时段降雨量pk(ki)均不变的基础上增加1个单位的降雨量pi，得到新的降雨系列用Pi表示. (2)用新的面平均雨量系列Pi通过模型计算后得到流量过程Qi(t). (3)用Qi(t)减去用修正前的面平均雨量系列P0计算得到的流量过程Q(t)所得到的系列值，即为降雨量pi的系统响应曲线，表示为Si(t). S矩阵中的每一列均用同样方法求得，示意图如图2所示.1.2 降雨误差估计对于一场洪水，假如有m个时段雨量，其相应的雨量误差依时间顺序为eP1,eP2, …, ePm，假如有L个时段的流量系列，流量的误差序列为eQ1, eQ2,…, eQL，则降雨误差与流量误差之间的关系可以表达为式(10)：(10)式(10)表达为向量矩阵形式为：EQ=S·EP(11)式中,式(11)表达了降雨误差与流量计算误差的响应关系.则面平均雨量误差与流量误差之间的系统响应关系为：EQ=S·EP+ζ(12)面平均雨量误差的最小二乘估计值为：=(ST·S)-1·ST·EQ(13)式中, ζ为残差向量，为降雨误差的动态系统响应曲线估计向量. 由式(13)计算得到的面平均雨量误差系列加上原来的面平均雨量系列重新使用预报模型计算，便可得到通过降雨系统响应曲线反馈修正以后的流域出口断面流量过程.2 应用检验在本研究中将基于面平均雨量误差修正的实时洪水预报修正方法与新安江模型相结合，对此修正方法进行理想案例和实际流域应用检验. 本研究之所以选取新安江模型，是因为新安江模型是一个概念性集总式水文模型，其模型输入项为流域蒸散发能力和单元面平均雨量，而本文所提出的修正方法恰恰是通过修正面平均雨量来提高洪水预报精度，且本文所选取的应用流域为淮河上游王家坝流域，此流域为半湿润流域，符合新安江模型的应用范围.理想模型和实际流域检验应用采用以下评价指标：(1) NS(Nash-Sutcliffe)系数：(14)(2) 相对误差：ΔM(%)=[(MC-MO)/MO]×100%(15)(3) 修正后相对误差提高幅度：IRM=|RMbu-RMau|/|RMbu|×100%(16)(4) NS系数提高幅度：INS=(NSbu-NSau)/(1-NSbu)×100%(17)式中, MO为统计量的实测值，MC为统计量的计算值，为实测系列的平均值. RMbu表示某一统计指标修正前的值，RMau表示统计指标修正之后的值，IRM 表示统计指标在修正前后提高的百分比(RM可以是径流深相对误差或者洪峰相对误差)，其值越高表示提高的幅度越大，修正的效果更加明显. NSbu表示修正前的NS系数，NSau表示修正后的NS系数.2.1 理想案例应用检验理想案例中使用的流域面积为2000 km2，流域中雨量站个数为5，马斯京根河道演算的总河段数也为5. 以雨量站为依据，将流域按照平均权重划分为5个流域子单元. 本理想案例中5个子单元的面平均雨量以及雨量误差均给定，使用本文提出的修正方法估计面平均雨量误差，然后将估计得到的雨量误差与给定的误差系列进行对比，以此来验证此方法理论依据是否可行. 在此理想案例中，5个单元的面平均雨量资料以及每个站的时段雨量的误差均不同. 详细的降雨资料、降雨误差和降雨误差的估计值见表1.表1 理想案例中雨量、雨量误差和误差估计值Tab.1 The rainfall data, the given rainfall errors and estimated rainfall errors in ideal caseT/hP1/mmP2/mmP3/mmP4/mmP5/mmΔP/mmΔP'/mm15.15.15.43.12.01.0 0.622.12.94.93.33.91.72.434.64.93.72.72.90.5-0.2410.512.15.610.49.31.01.658.45.96.06.69.9-1.1-1.567.38.911.013.712.1-3.9-2.9715.015.57.815.912.61.61.088.87.29.612.76.9-4.6-4.5912.918.314.110.615.3-2.7-3.11017.915.614.117.310.31.21.51112.68.59.114.520.7-4.1-4.21216.513.912.211.118.10.91.11311.812.617.613.814.0-2.7-3.01410.85.615.013.816.2-1.4-1.11513.010.27.88.111.33.22.81611.013.19.28.19.71.21.71710.610.711.35.912.10.80.1186.37.54.83.93.3-0.20.5192.31.53.61.72.8-0.8-1.2表1中P1～P5分别表示5个雨量站单元的面平均雨量，为了保证给定的雨量数据更加接近一场洪水的降雨过程，其具体降雨数据采用湖北省乌溪沟流域2012年8月15日一场历史洪水降雨资料. 采用流域内8个雨量站中的5个雨量站数据来作为本理想案例中5个雨量站单元的面平均雨量. ΔP表示给定的雨量误差，误差值为服从零均值分布的随机误差，误差的控制范围为时段面平均雨量值的±20%以内. ΔP′表示使用降雨系统响应曲线方法估计的面平均雨量误差值. 在本理想案例中，由于流域出口断面的实测流量系列只有1个，因此本研究中估计出的面平均雨量误差为整个流域的时段面平均雨量误差值，而非每个雨量单元的面平均雨量误差值. 因此，本理想案例检验中只给定全流域的面平均雨量误差系列.给定的面平均雨量误差系列与通过降雨系统响应曲线方法估计得到的面平均雨量误差系列对比图如图3所示.理想案例修正前、后流量过程线对比结果如图4所示. 图中P表示降雨，Qc表示流量计算系列，Qu表示修正后的计算流量，Qo表示实测流量过程. 理想案例中没有实测流量，本理想案例中的实测流量系列是由下式计算得到，即：图3 给定雨量误差与估计雨量误差对比Fig.3 Comparison between the given rainfall errors and the estimated rainfall errors图4 理想案例流量过程对比Fig.4 The hydrographs comparison of ideal caseQo=Q(P+ΔP)+ε(18)式中, Q(P+ΔP)表示使用面平均雨量系列P+ΔP计算得到的流量系列，ε是零均值的随机流量误差，误差范围控制在对应时段流量的±5%.通过图3和图4可以看出，在各站之间降雨资料以及每个站的时段雨量的误差均不同的情况下，使用降雨系统响应曲线方法估计的面平均雨量误差和给定的误差系列非常接近，2个系列的NS系数高达0.946. 给定面平均雨量误差的总和为-8.4 mm，通过动态系统响应曲线方法估计的降雨误差总和为-8.4 mm，相对误差为0，满足水量平衡. 洪峰相对误差由修正前的11.3%减小到0.7%，径流深相对误差由修正前的3.48%降低到0.24%，洪水流量过程确定性系数由修正前的0.834提高到了0.992. 在实测流量存在随机误差的前提下，通过此方法能够准确地估计出面平均雨量误差系列，且能够有效地修正流域出口断面流量过程，提高预报精度，说明此方法理论可行，能够有效地提高预报效果，可以将此方法应用于实际流域检验.2.2 实际流域应用对于空间集总式水文模型，流域的大小以及流域内雨量站密度会对面平均雨量计算有较大影响. 鉴于此，本研究不仅将此方法应用于王家坝流域进行检验，而且对王家坝流域不同雨量站密度情况的应用效果进行研究，分析不同雨量站密度对此方法修正效果的影响.王家坝流域面积为30500 km2, 王家坝水文站是淮河干流上的重要控制站，此流域对于整个流域的洪水控制和管理起着重要作用. 王家坝水文站以上90%的研究区域位于河南境内的东南部，流域主要由丘陵、山区和平原组成，流域内共有41个雨量站. 研究区域的气候为亚热带湿润季风气候，多年平均降雨量为940mm(1953-2000系列)[21]. 本研究中将王家坝流域雨量站点分布情况分为3种，站点水系图如图5所示.图5 王家坝流域3种不同站点密度的水系Fig.5 Three different rain gauge distributions of Wangjiaba Basin图6 王家坝流域16场洪水的IRRD和IRPF效果对比Fig.6 The comparison between IRRD and IRPF of 16 flood events in Wangjiaba Basin图5中b图雨量站分布情况为将原有41个雨量站随机去掉8个，c图为在b图的基础上再随机去掉8个. 本文选取了王家坝流域1984-2009年共16场历史洪水进行验证. 修正过程中所使用的模型参数是经过王家坝流域16场历史洪水率定检验后获得. 16场历史洪水修正前后计算结果，以及不同雨量站分布情况修正效果提高的幅度统计结果见表2.在雨量站个数不减少的情况下，16场历史洪水的预报精度均有明显提高(表2). 平均NS系数由修正前的0.748提高到0.905，提高了0.157. 径流深相对误差绝对值的平均值由修正前的9.6%减小到4.5%，减小了5.1%. 洪峰相对误差绝对值的平均值由修正前的13.4%减小到8.5%，减小了4.9%. 结果显示此修正方法对于洪水径流深和洪峰误差均有明显的修正效果. 对于径流深误差的修正幅度明显大于对于洪峰误差的修正幅度(图6)，说明此方法对于控制洪水预报过程中水量平衡具有明显效果.在不同的雨量站密度条件下，此方法对于径流深、洪峰流量和NS系数修正效果的对比如图7所示.表2 不同雨量站分布情况下修正结果对比*Tab.2 The calculated results of different rainfall gauge distributions洪号41个雨量站33个雨量站25个雨量站NSbuNSauIRRDIRPFINSNSbuNSauIRRDIRPFINSNSbuNSauIRRDIRPFINS10. 8550.93040.420.951.70.8230.92442.132.057.10.7840.91470.534.160.220.793 0.93961.520.370.50.7610.93162.529.571.10.7010.91166.730.270.230.7310.9 2253.448.871.00.7000.91554.549.671.70.6790.90454.750.370.140.7610.8967 5.030.456.50.7040.87871.833.958.80.6710.86965.233.560.250.6850.86741.9 47.457.80.6470.85443.448.458.60.6250.84843.747.359.560.7170.91957.147. 571.40.6930.91358.553.171.70.6430.90464.453.373.170.7430.87953.540.052 .90.7230.87454.542.654.50.7010.86555.047.054.880.7210.91852.631.270.60. 7010.91353.435.570.90.6890.90754.444.970.190.7640.84534.332.434.30.7140.83836.741.343.40.6990.83038.450.643.5100.7320.92569.450.472.00.7120. 92071.755.672.20.6930.91167.555.271.0110.7210.91459.239.369.20.7030.90 962.839.069.40.6750.90264.043.369.8120.7070.92728.638.975.10.7010.9203 4.740.073.20.6680.91139.242.473.2130.7150.87469.727.155.80.6990.86871. 330.856.10.6450.86164.628.960.8140.7220.90841.220.166.90.7010.90143.52 0.866.90.6740.89344.525.767.2150.8700.92257.851.240.00.8250.91160.350. 549.10.7750.90561.151.557.8160.7330.90251.736.163.30.7130.89755.635.86 4.10.6770.88248.336.563.5均值0.7480.90553.036.461.20.7200.89854.839.963.10.6870.88956.442.264.1*在本研究中用IRRD表示径流深相对误差提高幅度，IRPF表示洪峰相对误差提高幅度，IRRD、IRPF和INS在表格中的具体数据均为百分数(%).图7 王家坝流域不同雨量站密度下修正效果提高幅度对比Fig.7 The improvement comparisons of different rain gauge densities in Wangjiaba Basin图8 王家坝流域不同雨量站密度下IRRD与IRPF对比结果Fig.8 The comparison of IRRD and IRPF of different rain gauge densities in Wangjiaba Basin降雨系统响应曲线修正方法在3种不同雨量站密度情况下对于径流深和洪峰流量的平均修正效果以及平均NS系数均有明显提高. 雨量站密度越低，其修正效果提高的幅度越大(图7). 雨量站密度低，造成模型输入项不确定性增加，面平均雨量误差较大，通过降雨系统响应曲线方法能够有效降低面平均雨量的不确定，从而提高模型预报精度. 因此，在没有误差修正时采用预报模型进行洪水预报计算，洪水预报精度相对偏低，修正的效果就比较明显. 随着雨量站个数的增加，雨量站密度增大，面平均雨量精度有所提高，预报精度相对增加，在此情况下修正效果的提高幅度就有所减小.3种雨量站密度情况下，本修正方法对于径流深修正效果的平均提高幅度均比洪峰流量修正效果的提高幅度大，进一步说明此方法能够更好的修正洪水预报过程中水量平衡误差(图8).通过此方法在王家坝流域的应用结果以及在不同雨量站密度情况下的结果分析，表明此方法能够有效提高实际流域洪水预报的精度，且对于雨量站点密度较低的流域修正效果更加显著.3 结论本文提出了一种基于降雨系统响应曲线的面平均雨量修正方法，通过估计面平均雨量误差来提高水文模型的预报精度. 将水文模型概化为系统，以响应函数对面平均降雨系列的偏微分为降雨系统响应曲线的理论基础. 建立了面平均雨量误差与流域出口断面流量误差之间的系统响应关系. 利用实测流量与计算流量之间的差值系列，通过最小二乘估计面平均雨量的误差系列，使用修正之后的面平均雨量系列重新计算流域出口端面的出流过程，以此提高模型预报精度. 虽然此方法对于提高洪水预报精度具有一定的效果，但由于水文系统毕竟是非线性系统，影响因素较为复杂，这两者之间不是绝对的线性关系，且预报流量过程的误差并不是全部由面平均雨量误差所引起的. 因此，如何细化面平均雨量误差和计算流量误差之间的响应机制和量化关系，以及面平均雨量误差和其他误差因素的量化影响还有待进一步研究.现阶段的研究结果表明，通过修正面平均雨量误差来提高洪水预报精度是一种有效的预报误差修正手段，本修正方法通过理想案例和实际流域验证，理想案例中次洪径流深相对误差由修正前的3.48%减小到0.24%，洪水流量过程确定性系数由修正前的0.834提高到了0.992；实际流域应用结果为径流深相对误差绝对值的平均值由修正前的9.6%减小到4.5%，平均NS系数由修正前的0.748提高到0.905，结果证明此降雨系统响应曲线方法能够有效地修正面平均雨量误差，提高洪水预报精度. 此外，还将此方法应用于王家坝流域的不同雨量站密度情况下，应用结果显示对于不同的雨量站分布情况均有明显的修正效果. 对于雨量站密度较低的流域，此方法降低面平均雨量的不确定性效果更加显著，洪水预报精度提高幅度更加明显，对此方法的应用范围和适用条件具有一定的指导意义.本研究提出的修正方法具有结构简单、不增加模型参数、不改变复杂度以及不增加模型中间变量的优点，是一种有效的提高洪水预报精度的修正方法，此修正方法有待更广泛的应用和检验. 此外，本方法现阶段是利用具有较好条件的水文测站流域进行研究，水库流域的入库流量过程具有一定的特殊性，由于水位波动造成反推的入库流量过程呈现锯齿状，从实测流量过程中提取面平均雨量误差信息具有一定的难度，如何通过处理入库流量过程将此方法能够应用于水库流域的面平均雨量误差修正值得进一步的探索研究. 本文通过分析研究面平均雨量来修正洪水预报误差，面平均雨量的估计也可以通过降雨等值线图来动态计算得到，在后续的研究中可尝试将雨量等值线图方法与本文中提出的方法进行探讨和对比研究，对于研究面平均雨量误差与洪水预报精度之间的量化关系具有一定的参考价值.4 参考文献【相关文献】[1] Komma J, Bloschl G, Reszler C. 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闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究
闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究
胡海英;包为民;王涛;胡宇新
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(30)2
【摘要】根据闽江七里街流域水文实测资料信息,利用新安江三水源模型对该流域实时洪水预报进行了研究,分别采用自回归模型和自适应洪水修正方法对预报洪水过程进行了实时修正.分析结果表明,对预报洪水过程进行实时修正,能大大提高预报精度,采用自适应洪水修正方法具有较强的实时跟踪系统动态变化的能力,其修正效果优于自回归模型.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】胡海英;包为民;王涛;胡宇新
【作者单位】河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京,210098;河海大学,水文水资源学院,南京,210098;河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京,210098;河海大学,水文水资源学院,南京,210098;河海大学,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京,210098;河海大学,水文水资源学院,南京,210098;湖南农业大,工程技术学院,长沙,410128
【正文语种】中文
【中图分类】TV124
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1.七里街水文站实时洪水预报神经网络模型 [J], 李容物;刘金福
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大河系统洪水预报的实时校正方法研究
大河系统洪水预报的实时校正方法研究
李致家;李纪人
【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】1993(000)004
【摘要】分析了大河系统实时洪水和实时校正方法,在此基础上提出了大河系统洪水预报的实时校正的构思和方法.该方法把预报模型(采用流域水文模型和河道洪水演算模型)与实时校正模型按水文站(水位站)位置有机地结合起来.该方法应用于淮河王家坝至鲁台子河段的水位预报系统,从实时校正的角度解决了鲁台子站的变动回水问题,使水位预报的精度大大提高,可以满足生产单位的精度要求.
【总页数】1页(P58)
【作者】李致家;李纪人
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P338
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5.河流系统实时洪水预报误差多点联合校正方法研究 [J], 高益辉;钟平安;徐斌;朱非林;曹瀚翔
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实时修正在流域雨量站网规划中的应用
实时修正在流域雨量站网规划中的应用
王叶琴; 包为民; 王浩; 张阳
【期刊名称】《《电网与清洁能源》》
【年(卷),期】2005(021)004
【摘要】利用历史洪水已知的实测流量信息,将实时修正引入雨量站网规划中,在闽江七里街流域对1988～2001年的45场洪水采用误差自回归（AR）模型在模拟过程中进行实时修正.通过与没有实时修正情况下的雨量站网规划结果相比较,具有实时修正功能的精度较高的洪水预报方案对减少雨量站网密度有较满意的效果.【总页数】4页(P38-40,64)
【作者】王叶琴; 包为民; 王浩; 张阳
【作者单位】河海大学水资源环境学院江苏南京 210098
【正文语种】中文
【中图分类】P331
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实时洪水预报方法综述
实时洪水预报方法综述
杨小柳
【期刊名称】《水文》
【年(卷),期】1996(000)004
【摘要】实时洪水预报方法综述杨小柳（中国水利水电科学研究院）引言历经半
个世纪的发展，见诸文献的实时洪水预报方法多不胜数。
本文依据现有方法的特点，将它们划分成不同的流派。
这些流派分别在实时洪水预报技术发展的不同时期起到过重要作用，都具有自身的理论和技术特点；在...
【总页数】9页(P9-16,65)
【作者】杨小柳
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】P338
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闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究
维普资讯 ////0>. . .
三峡大学学报自然科学版
第卷第期 . . 年月
闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究
胡海英包为民王涛胡宇新。
.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京; .河海大学水文水资源学院,南
京 ; .湖南农业大学工程技术学院,长沙
摘要:根据江七里街流域水文实测资料信息,利用新安江三水源模型对该流域实时洪水预报进
行了研究,分别采用自回归模型和自适应洪水修正方法对预报洪水过程进行了实时修正.分析结
果表明,对预报洪水过程进行实时修正,能大大提高预报精度,采用自适应洪水修正方法具有较强
的卖时跟踪系统动态变化的能力,其修正效果优于自回归模型,
关键词:洪水预报; 自回归模型; 自适应实时修正方法; 七里街流域
中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ? ? ’’。
. ,, ., , ; ., .,, ;
. ,,, .?.?? . ?;? . ? .;?;;
的实测信息,对预报模型的结构、参数、状态变量、输
洪水预报是一项重要的防洪减灾非:工程措施,其
投资不大,收效显著.准确、及时的预报可以确保合理入向量或预报值进行某种校正,使其更符合客观实
调度与有计划采取分、蓄、疏、排洪等措施;可以及时际,以提高预报精度】.
实时修正技术的研究方法有很多 ,常用的有
采取防洪抢险、避洪疏散等紧急行动,力求使灾害损
误差自回归实时修正算法、递推最小二乘估计算法、
失降低到最低程度,具有很大的经济效益和社会效
卡尔曼滤波算法等,这些实时校正方法的共同特点是
益.洪水预报,由于受实际流域影响大,特别是山区性
能实时地处理水文系统最新出现的预报误差,并以此
小流域,洪水陡涨陡落,再加上实时系统众多误差信
作为修正预报模型结构、参数或预报输出值的依据,
息的影响,难以获得高精度的预报结果,需要实时修
正.实时预报修正是指每次预报作出之前,根据当时从而使预报系统迅速适应现时的状况.根据七里街流
收稿日期:?
基金项目:国家自然科学基金项目 ;“一五”国家科技支撑计划课题 ;河海大学水文水资源与水利工程科学
国家重点实验室开放研究基金;江苏省研究生培养创新程
通讯作者:胡海英一 ,女.博士研究生.主要研究方向为水文水资源.维普资
讯 ////.
第卷第期胡海英等闽江七里街流域洪水实时预报修正方法研究域的洪水资料建立了概念性水文模型,利用实时资料
深层蒸发, 、、分别为上层、下层、深层蓄
信息对七里街流域洪水实时预报校正模型与方法进
水容量, 、、分别为地表径流、壤中流、地下径
行了探讨.
流, 和分别为马斯京根河道演算的人流和出流.
流域概况
闽江是福建省最大的河流,发源于赣、闽、浙三省
交界的杉岭、武夷、仙霞岭等山脉,位于东经。
~ 。
,北纬。
~ 。
.流域内植被较好,河谷
相间,水系呈扇形分布,其中建溪即七里街以上流
域发源于仙霞岭和武夷山脉,全长. ,流域
图七里街流域水文模型结构流程图
控制面积为,流域形状系数 . ,河道平
均坡降 . ‰,为闽江最大的支流.
流域洪水实时预报校正方法
闽江流域属亚热带季风气候,气候温和,雨量丰
富,阳光充足.受地理位置、地形和气候条件影响,流
流域水文系统是一个非常复杂的自然系统.在运
域内降水时空分布很不均匀,春夏之间受南方副热带
用水文模型进行洪水预报时,由于各种各样的原因,
季风的影响,西南暖湿气流源源输入,与北方南下的
实际情况是每次预报都或多或少地具有误差.传统的
冷空气在流域上空交绥,形成静止锋,造成大量降雨,
水文预报方法对实际情况中出现的一些误差难以适
在光泽、武夷山、浦城、建阳等县市常产生历时长、雨
当弥补,实时预报就是要对这样一些在原模型中没有
面广的锋面大暴雨,成为福建省的高雨区和洪灾集中
考虑的、无法考虑的或即使考虑了也是不适当的,而
地,且暴雨经常随洪水向下游移动,迭高下游洪峰;夏
对洪水估计又有一定影响,致使预报存在一定误差的
秋的太平洋热带气旋或台风侵袭,也会造成局部性
因素如模型的结构、参数、状态变量或输入值等进行
暴雨洪水灾害.该流域多年平均降水量在 ~
考虑.洪水预报除了有一个结构合理、有效的流域水之间, ~ 月降水量占全年的左右.降
文预报模型,还需要有一套合理、有效的实时修正技
水量年际变化大,丰水年是枯水年的 ~ 倍.受气候
术,两者缺一不可.一般模型与实时修正模型的过程
变化影响,蒸发量年内变化较大,夏季气温高,蒸发量
区别如图和图所示】 ,图中和表示时
大,冬季气温低,蒸发量小,多年平均水面蒸发量在
刻以前实测的模型输入和输出; 表示可供实时修之间.七里街流域共有个雨量站,
正利用的其他信息; 表示未经校正的模型
个蒸发站,预报站为七里街.
计算结果; / 表示经校正的模型计算结果.
七里街流域概念性流域水文模型
根据七里街流域地理、气候、水文特点及降水、径
流系数、洪水过程线分析,属典型的湿润地区,拟采用
新安江三水源模型.模型按照三层蒸散发模式计算流图一般水文模型框图图实时修正模型框网
域蒸散发;产流部分采用蓄满产流结构,各雨量站单 . 自回归模型实时修正算法
站控制面积为单元流域,分别进行计算;分水源用自模型根据计算值和实测值之间误差序列是
由水水箱结构,把坡面水源划分为地面径流、壤中流、相关的,并与按时间顺序排序的误差之间有相关关
地下径流;坡面单元汇流采用线性水库,河道汇流采系,可用一个阶自回归模型来模拟.它根据实测流
用分河段马斯京根法.新安江三水源模型把流域分成量和预报流量问的误差信息,建立残差预报模型,将
预报的残差叠加到模型预报流量上,及时地校正和改
若干单元,对每个单元流域分别作产汇流计算,得出
每个单元流域的出口流量过程,再进行河道洪水演算
善预报结果,使预报误差尽可能减小,从而完成流域
至流域出流断面,其结构流程如图所示 .图中下
洪水的预报校正.
标为单元站点, 为雨量, 为流域不透水面积误差系列前后时段相关,可由一个阶自回归
比, 为蒸散发能力, 、、分别为上层、下层、模型来模拟:维普资讯////. 三峡大学学报自然科学版年月
,一
式中, 为时刻的模型误差, 一一 ; ,为实
协方差矩阵
测流量; ,为计算流量; 为时刻的残差.把误差一
系列: , ,?, 分别代入自回归式中,用向量矩阵
表达可得最小二乘估计 :
式中, 为参数估计; 为增益矩阵;
一为可变遗忘因子; 为协方差矩阵.
其中
可变遗忘因子递推最小二乘算法根据各场洪水
的变化自适应地调整其遗忘因子,其具体计算步骤如
一 . 一 . 一下 :①给定初始的、、 ;②设一 ;③计算
预报残差;④由公式计算增益矩阵;⑤由公式计算可变遗忘因子;⑥由公式计算协方差矩阵;⑦
按公式修正参数估计;⑧当≤时,
预报结果的校正式为一 ?; 一 ,转到③. 一横式中, 空为校正后流量; 为模型预报流量
应用与检验
为估计的时刻误差.
. 自适应洪水实时校正算法
选用福建闽江七里街流域 ~ 年的
水文系统是一个非平稳变化的时变系统,选用固
场洪水的降雨、蒸发和流量资料,利用新安江模型进
定的参数难以把握系统动态特性,因此考虑时变的因
行实时洪水模拟,模型参数见表 .
子,根据系统变化调整参数的大小,能更好地跟踪系
表七里街流域新安江模型参数值
统的动态特征.自适应洪水实时校正,主要是采用一
种可变遗忘因子递推最小二乘算法‘。
,自适应地动
态识别模型的时变参数,这种算法具有较强的实时跟
踪水文系统的能力,它可以根据各场实际洪水的变
化,自适应地调整其遗忘因子.当系统参数变化快时,
自动选择较小的遗忘因子,以提高辨识灵敏度;当参
数变化慢时,自动选择较大的遗忘因子,增加记忆长
度,以提高辨识的精度.该方法能达到最佳跟踪参数
的效果,提高洪水预报精度.
自适应洪水实时校正模型形式为横十式中, 校为校正后流量; 横,为模型预报
流量; 为残差系列;为修正参数,一
口,Ⅱ,?,Ⅱ,Ⅱ,Ⅱ,?,&为参
数系列, 为模型阶数.
参数估计一
分别采用阶误差自回归模型和自适应洪一模一
水实时修正方法在模型模拟过程中进行实时修正,各
增益矩阵
修正方法结果比较见表 .评定洪峰和洪量的预报精一
度采用洪峰和洪量的相对误差删,即:? 一×。
可变遗忘因子一一二±± . 一×。