模糊集分析法在子洪水库汛期分期的应用

流域 内有 ｌ ７个雨 量站 ， 入库 水 文站 盘陀水 文 站 位 于祁 县 来 远 镇 盘 陀 村 昌 源 河 上 ， 制 流 域 面 积 控 ５３ｋ 主要支 流有 ： ３ ｍ ， 西南 洪 沟 、 村 沟 、 关 沟 、 贾 南 东
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意为 止 。
／ 一 ， 、
４ 应 用实例
４ １ 子洪 水 库概况 与气 象水 文特 点 ．
子洪 水库 位 于祁 县 城 东 南 ２ ｍ处 ， ５ｋ 昌源 河 中
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ｆ
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下游子洪 口， 属黄河流域汾河水系。水库控制流域 面 积 ５６ｋ 总库 容 ２３６万 １ ， 一座 以灌 溉 为 ７ ｍ ， ３ １ 是 ３ 主， 兼顾防洪的中型水库。水库于 １７ 年 ７ ９１ 月动工 兴建 ， ７ 年 ｌ １ ２ ９ ０月拦洪蓄水 ， ８ １ ２年 １ 月竣工 ， ９ １ 现 防 洪标 准为 １０年 设计 ， ０年 校核 。 ０ ２ ０
春季 洪水 稀遇 。
４ ２ 经 验相 对隶 属 函数确 定 子洪水 库 汛期分 期 ．
根 据 子 洪水 库 控 制 流域 内 １ 代 表性 雨 量 站 ７个 １７ ２０ ９９— ０７年逐 日雨 量 资料 ， 用 泰 森 多边 形 法 计 利 算 出水 库 流 域汛 期 （ ６月 １日至 ９月 ３ 日） 年 平 ０ 多 均 日降水量 为 ３ｍ 以其作 为选 择指 标 区间 的参考 ｍ， 值 。选 择 ３个 指 标 区 间 ： ２—６ｍｌ ２—８１１、 ｉ、 ｌ ３１ ２— １１ ＂
第 ２期 ２１ ０ １年 ６月
山西水土保持科技
Ｓ ｉ ａ ｄ Ｗ ａｅ ｏ ｓ ｒ ａｉｎ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ Ｓ ａ ｘ ｏ ｌ ｎ ｔｒＣ ｎ ｅ ｖ ｔ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｈ ｎ ｉ ｏ
Ｎｏ ２ ．
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０ １
集分析 法 、 数理 统计 法 、ｉ ｅ 最优 分割 法等 多种 方 法 ， 文应 用模 糊 集 分析 法 ， 据 子 洪水 库 流域 的 降 雨资 Ｆｓ ｒ ｈ 本 根 料 进行 直接 模糊 统计 确 定汛期 经验相 对 隶属 函数 ， 结合 水库 的 实际运行 情 况合理 确定 水库 汛期 的分期 。 并 关键 词 ： 糊 集分析 法 汛期 分期 子 洪水 库 模
ｔ ｔ（ 图 １ 。 和 见 ）
峪 沟等 。
子 洪水 库所 在 流 域属 典 型 大 陆 性 气候 ， 春 季 冬 干 旱多 风 ， 夏秋季 雨 水较 多 ， 多年 平 均气 温 １． ℃ ， ０２ 极 端最 高气 温 ３． ℃ ， 端 最低 气 温 一 ４ ４Ｃ。降 ８７ 极 ２．￣
其 中 （ ） ｔ 为元 素 ｔ 时 间 ） 属 于 模 糊 子 集 （ （ 隶 汛 期） 的相对 隶属 度 ， 物 理 意 义是 ： １年 ３５天组 其 由 ６ 成 论 域 中的全 体元 素 ， 个 元 素均 对 应 着 闭 区 间 每
有其管理上的方便性 ， 现行规定也基本符合山西 的 降水变化规律 ， 对水库蓄水 和防汛安全也无太大影 响 ， 主汛期 前后 正 是 防汛 安 全 和 水 库 蓄水 的重 要 但
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图 ２ 子洪水库不 同指标 区间汛期经验隶 属度函数图
（ 下转第 ３ ９页）
１ ． ６
２ １ 年 ６月 ０ １
刘汉娟 生产建设项 目水土保持设施验收技术评估 浅析
则 确定 各项 参数 。新 标 准正式 实施 后批 复水 土保 持 方 案 的项 目， 按新 标 准执行 ； 此之 前批 复水 土保 持 在
方 案 的项 目按 旧标准 执行 ， 能达 到新 标准 的 ， 新标 按
至 １％ 。 自然恢 复 原则 上不 计入 植 物 措施 ， ０ 当其 郁 闭度 等 指标 达到规 范要 求 的可不 再实 施原设 计植 物 措施 ， 应作 为未 落实 问题 在评估 报告 中明确提 出 。 但
划 分不 同的主汛 期 很 有 必 要 。另 外 ， 汛 期 的合 理 主
划 分也 是水 库分 期设计 洪 水和分 期 汛限水 位计 算 的 基 础 。本文 在认 同现行 全 汛期起 止 时间合 理 的前提 下， 用模 糊集 分析 法 对 子洪 水 库 的主 汛期 进 行 划 分， 确定 水库 汛期 分期 。
１ ｍ 其 中２为指标 区间的下限 ， 、、 ０ｍ （ ６８１ ０为指标区
图 １ 相 对 隶 属 函数 简 图
间的上限） 应用第 ３节介绍 的原理 ， ， 计算经验相对 隶属 度 函数 ， 结 果 见 图 ２ ａ 其 （ ）一图 ２ Ｃ 。将 其 与 （）
水库 实 际 汛 期 运行 情 况 进 行 比较 后 发 现 ， ｍ ２—８ｍ 指标 区 间 比较 符合 实 际情 况 ， 以此 作 为 最后 确 定 的 经验 相对 隶属 度 函数 ， 横 坐 标 可 以确 定水 库 的汛 从 期 的分期 ： 汛 期 为 ６月 １日至 ６月 ３ 前 ０日， 汛期 主
水年际、 内变化大 ， 年 多年（ ９６— ００年） １５ ２ １ 平均降 水 量 为 ５６ ｍ 年 最 大 降水 量 为 ７３ ｍ １７ １ ｍ， ３ ｍ（９ ７
年 ） 年最 小降 水量 为 ２ ８ｍ １９ ， ７ ｍ（９ ９年 ） 。降水 是洪
水形成的最主要的来源 ， 由于降水 的季节性 变化 明 显 ， 以洪水在 季 节 上表 现 为 夏 秋 季 洪 水 多 发而 冬 所
理 的划 分 。
２ 模 糊集分析法
模 糊 集分 析法 是 采 用模 糊 集 理 论 ， 用 融 成 因 使
分析 、 数理统计 、 模糊统计 为一体的模糊集合综合分
析方 法 ， 实质 就 是如 何 描 述 汛 期 的 中界 过 渡 性 和 其 确定隶 属 函数及 其参 数 。利 用隶属 函数来 描 述属 于 汛期 的隶 属度 ， 有利 于反 映汛期 的 自然变 化规 律 。 本 文采 用模 糊集 分 析 法 对 汛 期 、 汛 期进 行 划 非 分 。因为 非汛期 与 汛 期 之 间 、 前期 与 主 汛 期 之 间 汛 存 在共 维 （ 时间维 ） 异 ， 差 异 的一方 向另 一方 变 差 从 化， 中间 经 历 一 个 渐 变 的 连 续 过 渡 过 程 （ 度 时 过 期 ）在 这个 过渡 时期 内某 一 时刻 ， 有 “ ， 具 亦此 亦彼 ”
中图分类号 ： Ｖ ９ ． １０ ５ 文献标识码 ： 文章编号 ： ０ ８ １０ ２ １ ）２ ０５０ Ｔ ６ ７ １ ； １９ Ａ １０ － ２ （０ １０ － １－ ０ ０ ２
１ 问题 的提 出
近年来 ， 随着社 会经 济 的快速 发展 ， 用水 需求 不
时期 ， 根据 各个 水库 所处 地域气 象水 文 的差异 ， 理 合
期、 主汛期和后汛期 ， 但相 当一部分水库在这三个阶
段 并没 有设 置不 同的 汛 限水 位 ， 就 失 去 了水 库 汛 这
期分段 的意义 ， 使部分水库库容在前汛期 和后汛期
处 于超 安全 的低 水 位 迎 洪状 态 ， 费 了宝 贵 的可 蓄 浪
汛 期是模 糊 现象 ， 因此 可将 汛 期 作 为 论域 中 的一 个模 糊子 集 Ａ， 隶属 函数 加 以描 述 ， 用 即对于 任 意元 素 （ ∈Ｔ ， 以确 定一 个 映射 如 下 ： ｔ ）可 ／： ｘ Ｔ一 ［ ，］ Ａ ０ １
口 学术天地
模 糊 集 分 析 法 在 子 洪 水 库 汛 期 分 期 的 应 用
陈彦平
（ 山西省水 文水 资源勘 测局 ）
摘 要 ：水 资源短 缺是 当今 山 西面 临的严峻 问题 ， 用水 库分 期 汛 限 水位 调 控 洪水 资 源是 缓 解 这一 问 利 题 的重要 途径 ， 而确 定 水库分 期 汛限水 位 的前提 是水 库 汛期 分期 的合 理 划分 。水 库 汛期 分 期 的划 分 有模 糊
断加大， 水库作为重要的水源地 ， 人们对其蓄水量和 供水保证率的要求也在逐步提高。利用水库分期汛 限水位调控洪水资源 ， 在保障防洪安全 的前提下不 失时机地多蓄水 ， 是当前优化水库运行管理机制 、 缓 解 水资 源 短 缺 矛 盾 的重 要 途 径 … 。确 定 和 调 整 分 期汛限水位的一个重要前提 ， 就是基于水库流域暴 雨 洪水 的季 节性 变 化规 律 ， 水 库 汛 期 进 行科 学 合 对
为 了 区别 于传 统 模 糊 统 计 试 验 ， 对 隶 属 度 函 相 数 可 以用直 接模 糊统 计试 验来 确定 。 汛 期直 接模 糊统 计试 验 的基本 步骤 如下 ： （） １ 对某 流 域 多年 平 均 日降 水 量 进 行 统 计 ， 以 其 为参 考值 ， 选择 在 其 附近 的几个 指标 区 间 ， 定非 确 汛 期至 主汛 期 和主汛 期 至非汛 期 的期 限 。 （） ２ 由第 ｉ 的实 际 日降 水 量 和一 个 指 标 区 间 年 来 确定 ４个 分 隔点 ｔ、 、 和 ｔ， ｔ ｔ 。 ， 日降水量 大 于 等 于 指 标下 限 出现 的最 早 和 最晚 时 间分 别 为 ｔ ｔ， 和 日 降水 量大 于 等于指 标 上限 出现 的最早 和最晚 时 间为
（ ）：∑ ／ ｎ
（ ） ｎ取 不 同 值 时 ， 以计算 出 不 同年 限 的 ５当 可 相对隶 属 函数 。 （ ） 据 水 库 实 际 运 行 控 制 的 主汛 期 ， 判 定 ６根 来
所选的指标区间是否合理 ， 如合理 ， 即结束 ， 不合理 ，
重新选 择 指标 区间 ， 复 进 行 （ ）一（ ） ， 至满 重 １ ５步 直
Hale Waihona Puke ［ ，］ ０ １ 中的一个无单位数 ， 此数表示时间或元素 ｔ 对
于汛 期 Ａ的隶属 程度 或资 格 ， 为 （） 称 为 汛期 记 ￡， 相对 隶属 度 函数 。
．
收 稿 日期 ： ０ １ ４２ ２ １－ —２ ０
１ ． ５
山西水土保持科技
２１ ０ １年第 ２期
３ 经验相对隶属度 函数确定
为 ７月 １日至 ８月 ２ 日， 汛 期 为 ８月 ２ ０ 后 １日至 ９
月 ３ 日。 ０
（ ） ４个分隔点计算第 ｉ ３由 年各 时刻 的相对
隶 属度 ｔ、 。ｔ 时刻 的相 对隶 属 度为 ０ ｔ、 ， ｔ 。时刻
的相对隶属度为 １ｔ 至 ｔ时段 内的值为 ｌｔ 至 ｔ ， ， ： 和 ｔ至 ｔ时段 内的值为 ０至 １ ， 的线性 内插值。 （） ４ 按步 骤 （ ） （ ） 算 每 一 年 的相 对 隶 属 函 ２ 、３ 计 数， 然后计算 ｎ 年的算术平均值 ， 公式为 ：
性。
山西省地势西北高东南低 ， 呈南北狭长状 ， 各地 气候差异较大。仅从降水的分布来看 ， 南端 的长治 、
晋城 和北 端 的朔州 、 同相 比， 大 年平 均 降水量 相差 在 ２０ｍ 左右 ， ０ ｍ 降水 分布 的差 异性 使得 流域 产汇 流 以 及形 成洪 水 的规律 也不 尽相 同。全省 虽然从 管 理层 面把 ６月 １日至 ９月 ３ 日的 全 汛期 又细 分 为前 汛 ０
Ｉ 一 Ａ ｔ （ ）∈ ［ ， ］ ０ １
水库容 。另有部分水库 ， 虽然在不同汛期设置了不
同的汛 限水 位 ， 全省 水库 主汛 期统 一为 ７月 １ 但 ５日 到 ８月 １ ５日， 种 忽 略 不 同 地 域 气 候 差 异 简 单 的 这
“
一
刀切 ” 法 ， 做 同样会 影 响水库 蓄水 和 防汛安 全 。 从 多年 的实践 来 看 ， 省统 一 全 汛 期起 止 时 间 全