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楓樹壩水庫洪水實(shí)時預(yù)報校正方法研究
摘要:本文基于楓樹壩水庫洪水預(yù)報誤差信息,探討了多種洪水實(shí)時預(yù)報校正模型與計算方法,實(shí)際洪水模擬計算表明AR(2)模型的自適應(yīng)實(shí)時校正方法和卡爾曼濾波方法的預(yù)報校正效果較好。
關(guān)鍵詞:實(shí)時校正 自回歸模型 可變遺忘因子 卡爾曼濾波
在洪水預(yù)報中,一般洪水預(yù)報方案是根據(jù)以往的實(shí)測資料編制的,其中洪水預(yù)報模型的參數(shù)或相關(guān)曲線,反映的都是以往資料情況下平均最優(yōu)值或者關(guān)系曲線。但在作業(yè)預(yù)報時,由于存在一般與特殊情況即平均與個例的關(guān)系,當(dāng)實(shí)際狀況發(fā)生偏離一般情況時,就會使預(yù)報方案的結(jié)果發(fā)生明顯偏差。如果我們能夠利用作業(yè)預(yù)報過程中隨時得到的誤差信息(新息),恰當(dāng)調(diào)整下一步用預(yù)報方案推算所得的數(shù)值或采用的參數(shù),將會提高預(yù)報精度。廣東省楓樹壩水庫現(xiàn)建有降雨徑流的概念性水文模型,隨著近年來水情自動采集系統(tǒng)的建立和完善,從而為水庫洪水實(shí)時預(yù)報創(chuàng)造了有利條件。本文主要利用楓樹壩水庫洪水預(yù)報誤差信息,對楓樹壩水庫洪水實(shí)時預(yù)報校正模型與方法進(jìn)行探討。
1.楓樹壩水庫概念性流域水文模型簡介[1]
楓樹壩水電廠位于廣東東江上游梅光村附近,控制流域面積5150平方公里。流域內(nèi)有兩大支流,西支為貝嶺水,東支為尋鄔水。在建立的楓樹壩水庫概念性流域水文模型中,根據(jù)流域內(nèi)水文站、雨量站分布、自然地理條件和水利水電工程等情況,將全流域分為桃西、黎樟峰和區(qū)間三個單元流域。對楓樹壩水庫內(nèi)劃分的三個單元流域,分別采用考慮水利工程影響流域的產(chǎn)流模型計算各自的產(chǎn)流過程。在產(chǎn)流模型中,考慮到降雨時空分布不均和水利工程分布不均勻?qū)Ξa(chǎn)流的影響,進(jìn)一步按雨量站對單元區(qū)進(jìn)行分片,求出每片的地面、地下凈雨。采用各雨量站控制剩余面積上的權(quán)重,加權(quán)平均得到剩余面積上的凈雨,將水庫的棄水量和發(fā)電水量換算成剩余面積上的地面凈雨,兩者相加,再換算成單元面積上的地面凈雨。采用各雨量站控制剩余面積上的權(quán)重,對每片的地下凈雨加權(quán)平均,再加上換算成單元面積上的灌溉回歸水,得到單元面積上的地下凈雨。地面凈雨采用單元面積上的經(jīng)驗單位線進(jìn)行地面匯流計算,地下凈雨采用地下水庫匯流模型進(jìn)行計算,可分別得到各個單元面積上的地面、地下匯流過程。將各單元徑流過程按時序迭加,即可得到預(yù)報的入庫洪水過程。
在實(shí)際洪水預(yù)報中,盡管流域產(chǎn)流模型考慮得比較精細(xì),但匯流經(jīng)驗單位線計算流量過程有時還有不盡人意的地方。要進(jìn)一步提高洪水預(yù)報精度,應(yīng)用現(xiàn)代系統(tǒng)理論對洪水預(yù)報的誤差進(jìn)行實(shí)時校正,是一種實(shí)用而有效的方法。一般來講,當(dāng)概念性水文預(yù)報模型確定之后,進(jìn)行實(shí)時預(yù)報校正涉及到兩方面的研究內(nèi)容:一是建立洪水實(shí)時預(yù)報校正模型;二是采用有效的實(shí)時校正技術(shù)。
2.模型預(yù)報流量與實(shí)測流量相關(guān)校正方法
如果模型預(yù)報流量與實(shí)際反推的入庫流量有較大的系統(tǒng)誤差時,可以采用傳統(tǒng)的相關(guān)分析方法,直接利用模型預(yù)報流量與反推的入庫流量,建立洪水預(yù)報的相關(guān)校正模型??梢圆捎帽容^簡單的直線相關(guān)方法進(jìn)行分析,其直線相關(guān)方程為
3.多階自回歸洪水實(shí)時校正方法概念性流域水文預(yù)報模型使得水文模型呈現(xiàn)為較復(fù)雜的“隱式”結(jié)構(gòu),模型參數(shù)識別存在著計算的復(fù)雜性,很難用實(shí)測數(shù)據(jù)直接地實(shí)時修正模型參數(shù)。目前在利用流域水文模型進(jìn)行洪水實(shí)時預(yù)報校正時,一種有效的方法是用確定性流域水文模型加上實(shí)時校正處理的算法。
對楓樹壩水庫1989年5月的一次洪水過程進(jìn)行模擬預(yù)報校正計算,模擬計算結(jié)果可以看到,建立的一階、二階自回歸校正模型提高預(yù)報精度的效果比較明顯,其中二階自回歸校正模型的自適應(yīng)遞推和卡爾曼濾波算法效果更好;而模型預(yù)報流量與實(shí)測流量相關(guān)校正計算方法,基本上沒能提高洪水預(yù)報精度。
參 考 文 獻(xiàn)
1.雒文生等,受水利水電工程影響流域徑流預(yù)報方法的探討,水文,1991(3):13~20
2.宋星原,河道洪水實(shí)時預(yù)報方法研究:[博士學(xué)位論文],武漢水利電力大學(xué),19953.文康等,地表徑流過程的數(shù)學(xué)模擬,北京,水利電力出版社,1991,12
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