基于知识的桓仁水库实时洪水预报方法应用研究

论文摘要

洪水预报作为抵御洪水灾害和合理利用水能、水资源的重要非工程性措施,已经在水库汛期和非汛期调度决策中发挥着重要的作用。但是,随着人口的不断增长,工农业经济的迅速发展,人们开始在上游修建中小型水库、塘坝等蓄水工程,改变了流域产流的下垫面条件,导致水库洪水预报原方案预报精度下降。因此,本文以桓仁水库以上流域的洪水预报为背景,针对目前短期洪水预报方法在实际应用中存在的问题,从产流的物理机制出发,通过分析流域径流系数的变化,研究人类活动对产流变化规律的影响,提高洪水预报精度,以指导水库实时调度,发挥水库的综合利用效益。主要研究内容和成果如下:(1)根据流域的特点,选择适合流域的三种产流预报模型,即降雨径流相关模型、新安江模型和大伙房模型,进而对水文资料进行可靠性分析,舍去资料中不合理的数据;利用优化算法(遗传算法)对新安江模型和大伙房模型的产流阶段进行参数率定,并用率定的参数对场次洪水进行检验。三种模型的模拟和检验结果表明,不管采用何种模型,计算结果均不理想,模型参数的检验合格率比模拟都低;预报净雨比实际净雨偏大,尤其是前期降雨量很少的场次洪水尤为明显;另外,不合格的场次洪水几乎不变,主要集中在第1场洪水。(2)通过分析三种模型预报结果不理想的原因,认为人类活动可能是影响桓仁水库以上流域产流预报结果偏大或者精度偏低的主要因素。为进一步验证假定的合理性,论文首先针对降雨和径流深的变化规律进行了分析,结果表明径流的减小受气候变化影响较小,主要受到了人类活动的影响;其次,针对年径流、汛期径流和相似场次洪水的径流系数变化趋势进行了分析,结果表明径流系数呈递减趋势,流域下垫面情况受到了人类活动影响而改变影响了汛期的径流,从而一定程度上影响了产流规律,导致洪水预报精度的下降。(3)为将分析结果可用于实际预报作业中,提高径流预报精度,论文分析了场次洪水径流形成影响因素及其对径流的影响程度,总结和提炼形成用于指导预报作业的规则。基于规则,重新率定没有受人类活动影响的模型参数,并将新的模型参数和规则用于检验1995～2003年的13场场次洪水。结果表明,每种模型模拟和检验精度都有不同程度的提高,产流预报方案均达到了甲级方案。(4)针对模型参数率定涉及多模型和多数据源问题,为减少重复工作量,方便模型参数的率定,本文采用接口通用设计、对象持久化等软件开发技术,设计和开发了多预报模型参数率定系统。在同一平台下,实现多数据库的数据管理与维护、数据分析与处理、多种预报模型参数的人工试错和自动优选率定及评价。最后对全文作了总结,并对有待进一步研究的问题进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 短期洪水预报方法研究
• 1.2.2 洪水预报存在的问题
• 1.3 本文主要研究内容及其研究思路
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 论文总体研究思路
• 1.3.3 论文结构及内容安排
• 2 桓仁水库短期洪水预报模型确定
• 2.1 短期洪水预报模型研究现状
• 2.2 桓仁流域介绍
• 2.2.1 流域的自然地理特征
• 2.2.2 流域的水文气象特征
• 2.3 桓仁预报模型选择及模型介绍
• 2.3.1 大伙房模型
• 2.3.2 新安江三水源模型
• 2.3.3 降雨径流相关模型
• 3 桓仁水库产流预报模型参数率定及结果分析
• 3.1 模型参数率定采用洪水资料介绍
• 3.1.1 水文资料基本情况
• 3.1.2 场次洪水资料及其合理性分析
• 3.2 模型参数率定方法
• 3.2.1 模型参数率定方法
• 3.2.2 参数优选的最优化技术
• 3.2.3 模型参数率定过程
• 3.3 模型参数的率定
• 3.3.1 降雨径流相关模型模拟检验
• 3.3.2 大伙房产流模型模拟检验
• 3.3.3 新安江产流模型模拟检验
• 3.4 结果综合分析
• 4 基于知识的水库实时产流预报方法研究
• 4.1 影响模型预测结果的主要因素分析
• 4.2 基本思想
• 4.3 产流变化规律分析
• 4.3.1 降雨与径流深的变化规律分析
• 4.3.2 年产流系数变化规律分析
• 4.3.3 汛期产流系数变化规律分析
• 4.3.4 相似场次洪水产流系数变化规律分析
• 4.4 产流预报规则确定
• 4.5 基于规则的预报结果分析
• 4.6 小结
• 5 多预报模型参数率定系统的设计与开发
• 5.1 系统目标
• 5.2 系统设计原则
• 5.3 系统总体结构设计
• 5.3.1 系统功能模块设计
• 5.3.2 系统逻辑结构
• 5.4 系统关键技术研究
• 5.4.1 系统安全
• 5.4.2 多数据库操作
• 5.4.3 设计模式
• 5.5 系统实现过程
• 5.6 系统开发环境
• 5.7 系统主要界面设计
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢