嘉陵江中游段中长期径流预报研究

摘 要 ：通 过 对 嘉 陵 江 流 域 中 游 段 的 径 流 特 性 及 变 化 规 律 进 行 研 究 ，应用 目前 较 为 成熟 的 人 工 神 经 网 络 模 型 、最 近 邻 抽 样 回 归 模 型 、 自 回归 模 型 和 均 生 函数 模 型 ，对 嘉 陵 江 流 域 中 游段 年径 流进 行 预 报 。 实 例 分 析 和 预 测 结 果 比较 表 明 ：人 工 神 经 网 络模 型与 最 近 邻 抽 样 回归模 型 能更 好 地 预 测 嘉 陵江 中游 段 的 年 径 流 。 关 键 词 ：中 长期 ；径 流 ；水 文 预 报 ；模 型 ； 嘉 陵江
属 亚 热 带 季 风 气 候 。 因 受 东 南 、西 南 暖 湿 气 流 影 响 ，
Ｗｔ ｗｒ ｏ ３ ． ａｒ ｏｅ Ｖ１ ７ ｏ８豳 ｅＰ ． Ｎ
大 年 平 均 流 量 为 １ １ ０ １ ，最 小 年 平 均 流 量 为 ２ ７ ２ Ｉｓ Ｔ／ ８ ｍ３ ， 两 者 之 比 为 ３９ ／ ｓ ．０： 金 银 台 站 年 平 均 流 量 变 化 情 况 与 亭 子 口类 似 ， 年 径 流 变 差 系 数 Ｃ 为 ０３ ．０， 偏 态 系数 Ｃ 为 １５ ．３， 最 大 年 平 均 流 量 为 １２ ０ ｉ ， ９ ｎ／ ｓ 最 小 年 平 均 流 量 为 ３ ７ ｍ３ ，两 者 之 比 为 ３４ 。 图 １ ７ ／ ｓ ．２ 给 出 了 亭 子 口站 和 金 银 台 站 年 平 均 流 量 。
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ｆｒ ｃ ｓ ｎ ｒ ｏ ｄ ｃ ｅ ｔ ｒ ｆ ｉ ｌｎ ｕ ａ ｅ ｗ ｒ ｄ ｌ ｅ ｒ ｓ ｎ ｉｈ ｏ ｏ ｔ ｒ ｐ ｉ ｇ ｒ ｇｅ ｓｖ ｄ ｌ ｕ ｏ ｔ ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ａ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｄ ｗｉ ａ ｔ ｃａ ｅ ｒ ｌ ｎ ｔ ｏ ｋ ｍｏ ｅ ，ｎ ａ ｅ ｔ ｅｇ ｂ ｒ ｂ ｏｓ ａ ｐ ｎ ｅ ｒ ｓｉ ｅ ｍｏ ｅ，ａ ｔｍａ ｉ ｉ ｈ ｉ ｉ ｔ ｃ
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、
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作 为 模 型 的 输 入 ，通 过 试 错 来 确 定 隐 层 节 点 数 ，采 用 典 型 的三 层 Ｂ Ｐ网 络 结 构 来 进 行 本 次 年 径 流 预 澳０ 。
选 取亭 子 口站 １５ ９ ４年 ～ ０ ７年 共 ５ 年 的 年 径 ２０ ４
年份
图 ２ ＢＰ网 络模 型 年径 流 预 测 效 果
江 流 域 中 游 段 亭 子 口站 、金 银 台 站 的 年 径 流 资 料 ，
逐月平均流量资料
（ 于 金 银 台航 电枢 纽 的兴 建 ， 由
建 立 人 工 神 经 网 络 模 型 、 最 近 邻 抽 样 回归 模 型 、 自 回 归 模 型 和 均 生 函 数 模 型 对 其 年 径 流 进 行 预 测 ， 并 分 析 比较 各 个 预 测 效 果 ，提 出 适 于 嘉 陵 江 流 域 中游
工 神 经 网 络 方 法 、模 糊 分 析 预 测 技 术 、灰 色 系 统 理 论 及 这 些 方 法 的 相 互 耦 合 等 ） 目前 ，还 没 有 一 种 模 。 型 对 所 有 的 水 文 序 列 来 说 都 是 适 用 的 ｌ ／ 鉴 此 ， 本 ２。 － ４ 文 以 嘉 陵 江 流 域 中 游 段 为 研 究 区 域 ，通 过 分 析 嘉 陵
大 部 分 地 区 属 暖 湿 亚 热 带 季 风 气 候 。研 究 流 域 径 流 主 要 来 源 于 降 水 ，其 次 为 地 下 水 和 融 雪 水 补 给 ，５ ～ １ ０月 降 水 量 占全 年 的 ８ ％左 右 ， １ ０ ０月 以 后 一 年 ２ 翌
月 逐 渐 减 少 ， ３月 、４ 月 则 又 逐 渐 增 加 。 该 流 域 径 流
年 内分 配 与 降 水 量 大 体 一 致 ， 以 地 表 径 流 为 主 ，地
下 径 流 不 太 丰 沛 ．丰 水 期 流 量 远 大 于 枯 水 期 流 量 。
嘉 陵 江 流 域 中 游 段 年 平 均 流 量 变 化 较 大 ， 以 该 流 域 段 亭 子 口 站 １５ 年 ～ ０ ７年 共 ５ 年 的 逐 月 平 ９４ ２０ ４ 均 流 量 资 料 和 金 银 台 站 １５ ９ ２年 一１ ９ ９ １年 共 ４ 年 的 ０
第３ ７卷第 ８期
２ １ 年８ ０ １ 月
水 力 发 电
嘉 陵 江 中 游 段 中 长 期 径 流 预 报 研 究
李 博 ，李 克 锋 ，王 莉 。
（．四川 大 学 水 力 学 与 山 区河 流 开 发 保 护 国家 重 点 实验 室 ，四川 成 都 ６０ ６ ； １ １０ ５ ２ 国水 电顾 问集 团成 都 勘 测 设 计 研 究 院 ，四川 成 都 ６ ０ ７ ） ．中 １０ ２
ｒ ｇ ｅ ｓ ｅ ｍｏ ｅ ｎ ａ ｅ ｅ ａｉ ｇ ｆ ｎ ｔ ｎ ｍｏ ｅ ． ｍｐ ｒｓ ｎ ｏ ｅ ｐ ｅ ｉ ｔ ｇ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ ｔ ａ ｈ ｒ ｆ ｉ ｌｎ ｕ ａ ｅ ｒ ｓ ｉ ｄ ｌａ ｄ ｍｅ ｎ ｇ ｎ ｒ ｔ ｕ ｃｉ ｄ １ Ｃｏ ａ ｏ ｆ ｔ ｒ ｄ ｃｉ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ｔ ｃ ａ ｅ ｒ ｌ ｖ ｎ ｏ ｉ ｈ ｎ ｓ ｉ ｉ ｎ ｔ ｏ ｋ ｍｏ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｅｇ ｂ ｒ ｂ ｏ ｓ ａ ｐ ｎ ｅ ｅ ｓｖ ｄ ｌｃ ｎ ｐ ｏ ｕ ｅ ａ ｂ ｔ ｒ ｏ ｅ ａｌｏ ｔｏ ｏ ｎ ｕ ｌｒ ｎ ｆ ｅｗ ｒ ｄ ｌａ ｄ ｎ ａ ｅ ｔｎ ｉｈ ｏ ｏ ｔｔ ｐ ｉ ｇ ｒ ｇ ｓ ｉ ｅ ｍｏ ｅ ａ ｒ ｄ ｃ ｅ ｔ ｖ ｒ ｌ ｕ ｃ ｍｅ ｆｒ ａ ｎ ａ ｏ ｒ ｒ ｅ ｕ
原 金 银 台 水 文 站 位 于 其 库 区 ，该 站 撤 消 ， 之 后 流 量
资 料 缺 失 ，故 本 文 选 取 此 时 间 段 的 水 文 资 料 作 为 研
究 对 象 ） 分 析 两 者 的 径 流 变 化 规 律 ［ 出 ：亭 子 口站 ５ １ 得
段 年 径 流 预 测 模 型 ，为 梯 级 库 群 优 化 调 度 提 供 参 考 。
Ｓｃｕｎ Ｃ ｉａ ２ ＨｙｒＣ ｉａＣ ｅｇｕＥ ｇ ｅｒ ｇ ｏ ｏａ ｏ ， ｈｎ ｄ １０ ２ Ｓｃｕ ｎ Ｃ ｉａ ｉ ａ ， ｈｎ ； ． ｄｏ ｈｎ ｈ ｎｄ ｎ ｉ ｅｉ ｒ ｒｔ ｎ Ｃ ｅ ｇｕ６ ０７ ， ｉ ａ ， ｈｎ ） ｈ ｎ ｎＣ ｐ ｉ ｈ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｒｕ ｈ ｓｕ ｙｎ ｈ ｈ ｒｃｅ ｓｉｓａ ｄ ｖｒａｉｎ ｆｒｎ ｆ ｉ ｈ ｄ ｌ ｅ ｃ ｅ ｆＪａｉｇ Ｒ ｖ ｒ ａ ｎ ａ ｕ ｏ ｓｒ ｃ ： ｈｏ ｇ ｔｄ ｉｇｔｅｃ ａａ ｔｒ ｔ ｎ ａ ｔ ｓｏ ｕ ｏ ｔｅ ｍｉｄｅｒａ ｈ ｓｏ ｉｌ ｉｅ， ｎ ｕ ｌ ｎ ｆ ｉ ｃ ｉ ｏ ｎ ｎ ｒ
Ｂ Ｌ ｆｎ Ｗ ａ ｇ Ｌ 。 ０． ｉ Ｋｅｅ ｇ． ｎ ｉ
（ ． ｔｔ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆＨｙ ｒｕｉｓａ ｄ Ｍｏ ｎａｎ Ｒｉｅ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｓｃ ｕ ｎ Ｕｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｄ １ ０ ５ １ ＳａｅＫｅ ａ ｏａｏｙｏ ｄａ ｌ ｎ ｕ ｔｉ ｖ ｒＥ ｇｎ ｅｉ ， ｉｈ ａ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ０ ６ ， ｃ ｎ ｔ
人 满 意 ，拟 合 误 差 大 多 都 在 １ ％ 以 下 ， 拟 合 阶 段 的 ０ 拟 合 合 格 率 达 到 了 ９ ．６ ，预 测 值 曲线 基 本 上 与 实 ７５ ％ 测 值 曲线 重 合 ．但 预 测 阶 段 精 度 较 低 为 ４ ％ ，这 可 ０
能 是 由 于 亭 子 口 建 模 系 列 较 长 ， 使 模 型 陷 入 了 过 拟 合 情 况 。 金 银 台 的 模 型 拟 合 合 格 率 为 ８ ．６ ，拟 ９６ ％ 合 效 果 亦 较 好 ， 虽 然 拟 合 最 大 误 差 达 到 了 ２ ．２ ， ９４ ％ 但 它 的 预 测 阶 段 精 度 较 高 为 ６ ％ 。 从 图 ２也 可 以 看 ０ 出 ． 在 后 ５年 的 检 验 期 ．虽 然 １ ８ ９ ９年 的 预 测 值 与 实
由 表 １和 图 ２可 知 ．亭 子 口 的 模 型 预 测 效 果 令
流 序 列 ，前 ４ ９年 （ ９ ４年 ～ ０ ２年 ） 的 实 测 资 料 用 １５ ２０
来 建 立 模 型 ， 后 ５年 （ ０ ３年 ～ ０ ７年 ） 作 为 模 型 ２０ ２０ 的 检 验 期 。 通 过 反 复 调 整 模 型 参 数 ，进 行 试 算 ，选 定 ８６ — —１ （ 入 层 节 点 数 为 ８，隐 层 节 点 数 为 ６，输 输
中 图分 类 号 ：３ ８２ Ｐ３ ．
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：５ ９ ９ ４ （０ １０ — ０ ７ ０ ０ ５ — ３ ２２ １ ） ８０ ０— ４
至 今 ，人 们 还 不 能 用 数 学 物 理 方 法 严 格 地 描 述 水 文 过 程 的 每 一 个 子 过 程 。 因 此 ，对 中 长 期 水 文 预 报 … 研 究 ，仍 处 于 探 索 、 发 展 阶 段 。 国 内 外 中长 期 的 水 文 预 测方 法 包 括 传统 方 法 （ 括 天 气 学 方 法 、成 包 （ 括 人 包 因分 析 方法 和水 文 统计 法 ）和 不确 定 方法
年份 年份
图 １ 年 流 量 年 际 变化
２ 年径流预报模型研究
２１ Ｂ 网络模 型 ． Ｐ
ＢＰ神 经 网 络 是 以 Ｓｇ ｉ ｉｍｏｄ函 数 作 为 各 层 的 激 励 函数 ，采 用 每 输 入 一 个 样 本 就 回传 误 差 并 调 整 权 重 的 单 样 本 处 理 误 差 方 法 。 以 嘉 陵 江 流 域 中 游 段 代 表 站 长 系 列 的 年 径 流 资 料 为 数 据 源 ．将 年 径 流 序 列 自身
型 也 采 用 此 标 准 。 两 站 的 预 测 结 果 见 表 １及 图 ２ 。
பைடு நூலகம்表 １ 亭 子 口 站 、金 银 台站 ＢＰ网 络模 型预 测 精 度 ％
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年 径 流 变 差 系 数 Ｃ 为 ０３ ． ４，偏 态 系 数 为 ０６ ．３， 最
１ 径流变化规律分析
收 稿 日期 ：２ １ 一 ０ Ｏ ００ Ｏ一０
嘉 陵江 流 域 位 于 秦 岭 山脉 以南 的西 南 季 风 区 ．
作 者 简 介 ：李博 （９ ７ ） １８ 一 ，女 ，河 南 漯 河 人 ，硕 士研 究 生 ，从 事 环境水力学研究．