楓樹(shù)壩水庫(kù)洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正方法研究

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　摘要：本文基于楓樹(shù)壩水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)誤差信息，探討了多種洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正模型與計(jì)算方法，實(shí)際洪水模擬計(jì)算表明AR（2）模型的自適應(yīng)實(shí)時(shí)校正方法和卡爾曼濾波方法的預(yù)報(bào)校正效果較好。

　　關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)校正 自回歸模型 可變遺忘因子 卡爾曼濾波 　　

　　在洪水預(yù)報(bào)中，一般洪水預(yù)報(bào)方案是根據(jù)以往的實(shí)測(cè)資料編制的，其中洪水預(yù)報(bào)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(bào)時(shí)，由于存在一般與特殊情況即平均與個(gè)例的關(guān)系，當(dāng)實(shí)際狀況發(fā)生偏離一般情況時(shí)，就會(huì)使預(yù)報(bào)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(bào)過(guò)程中隨時(shí)得到的誤差信息（新息），恰當(dāng)調(diào)整下一步用預(yù)報(bào)方案推算所得的數(shù)值或采用的參數(shù)，將會(huì)提高預(yù)報(bào)精度。廣東省楓樹(shù)壩水庫(kù)現(xiàn)建有降雨徑流的概念性水文模型，隨著近年來(lái)水情自動(dòng)采集系統(tǒng)的建立和完善，從而為水庫(kù)洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)創(chuàng)造了有利條件。本文主要利用楓樹(shù)壩水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)誤差信息，對(duì)楓樹(shù)壩水庫(kù)洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正模型與方法進(jìn)行探討。

　　1.楓樹(shù)壩水庫(kù)概念性流域水文模型簡(jiǎn)介[1]

　　楓樹(shù)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(shù)壩水庫(kù)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?xiàng)l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(gè)單元流域。對(duì)楓樹(shù)壩水庫(kù)內(nèi)劃分的三個(gè)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(jì)算各自的產(chǎn)流過(guò)程。在產(chǎn)流模型中，考慮到降雨時(shí)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(duì)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(kù)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(duì)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(yàn)單位線進(jìn)行地面匯流計(jì)算，地下凈雨采用地下水庫(kù)匯流模型進(jìn)行計(jì)算，可分別得到各個(gè)單元面積上的地面、地下匯流過(guò)程。將各單元徑流過(guò)程按時(shí)序迭加，即可得到預(yù)報(bào)的入庫(kù)洪水過(guò)程。

　　在實(shí)際洪水預(yù)報(bào)中，盡管流域產(chǎn)流模型考慮得比較精細(xì)，但匯流經(jīng)驗(yàn)單位線計(jì)算流量過(guò)程有時(shí)還有不盡人意的地方。要進(jìn)一步提高洪水預(yù)報(bào)精度，應(yīng)用現(xiàn)代系統(tǒng)理論對(duì)洪水預(yù)報(bào)的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，是一種實(shí)用而有效的方法。一般來(lái)講，當(dāng)概念性水文預(yù)報(bào)模型確定之后，進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正涉及到兩方面的研究?jī)?nèi)容：一是建立洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)校正模型；二是采用有效的實(shí)時(shí)校正技術(shù)。

　　2.模型預(yù)報(bào)流量與實(shí)測(cè)流量相關(guān)校正方法

　　如果模型預(yù)報(bào)流量與實(shí)際反推的入庫(kù)流量有較大的系統(tǒng)誤差時(shí)，可以采用傳統(tǒng)的相關(guān)分析方法，直接利用模型預(yù)報(bào)流量與反推的入庫(kù)流量，建立洪水預(yù)報(bào)的相關(guān)校正模型。可以采用比較簡(jiǎn)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(shí)校正方法概念性流域水文預(yù)報(bào)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(shí)別存在著計(jì)算的復(fù)雜性，很難用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)直接地實(shí)時(shí)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(shí)預(yù)報(bào)校正時(shí)，一種有效的方法是用確定性流域水文模型加上實(shí)時(shí)校正處理的算法。

　　對(duì)楓樹(shù)壩水庫(kù)1989年5月的一次洪水過(guò)程進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)校正計(jì)算，模擬計(jì)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(bào)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(bào)流量與實(shí)測(cè)流量相關(guān)校正計(jì)算方法，基本上沒(méi)能提高洪水預(yù)報(bào)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(bào)方法的探討，水文，1991（3）：13～20

　　2.宋星原，河道洪水實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)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(guò)程的數(shù)學(xué)模擬，北京，水利電力出版社，1991，12