淺析水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)的多預(yù)報(bào)思路

李永強(qiáng)

摘 要：水庫長期水文多預(yù)報(bào)是水利工作長期研究的一個課題。要想對水庫長期水文進(jìn)行多預(yù)報(bào)，就要開發(fā)一個水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)。本文介紹了水庫長期水文預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)方法，提出了水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)多預(yù)報(bào)的新方法，分析了如何建立更好的水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：水庫 長期 水文預(yù)報(bào)系統(tǒng) 多預(yù)報(bào) 思路

水庫長期水文多預(yù)報(bào)是水利工作長期研究的一個課題。要想對水庫長期水文進(jìn)行多預(yù)報(bào)，就要建立水文氣象預(yù)報(bào)平臺，建立水文氣象資料數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一個水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)既要符合水文氣象部門的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又要符合其他標(biāo)準(zhǔn)和要求，比如我國軟件工程和信息技術(shù)設(shè)計(jì)的要求，比如國際山這方面的通用標(biāo)準(zhǔn)。我們傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)的要求，所以新系統(tǒng)要總結(jié)我國水文預(yù)報(bào)行業(yè)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)，同時結(jié)合國際上新研發(fā)的方法，讓水庫調(diào)度具備年月日等的水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

1.水庫長期水文預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)方法

成因分析法和水文統(tǒng)計(jì)法是水庫長期水文預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)方法。成因分析法是通過前期做大量工作，收集和掌握太陽活動、大氣環(huán)流和水溫等重要信息，分析研究這些信息后進(jìn)行水文預(yù)報(bào)。水庫的水量水溫和大氣降水、大氣環(huán)流等因素密切相關(guān)，了解的這些因素就可以對水庫水文進(jìn)行預(yù)測。水文統(tǒng)計(jì)是水文氣象研究人員通過對歷史上的水文資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析做出概率預(yù)測，這樣的統(tǒng)計(jì)分析分兩類，一類是時間序列，一類是多遠(yuǎn)回歸分析。這種方法的工作量大，存在很多不穩(wěn)定因素，預(yù)測的效果不是很好。成因分析法和水文統(tǒng)計(jì)方已經(jīng)不能適應(yīng)水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)多預(yù)報(bào)的發(fā)展需要。

2.水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)多預(yù)報(bào)的新方法

2.1建立預(yù)報(bào)模型庫

前面我們說到，從物理角度出發(fā)，成因分析法和水文統(tǒng)計(jì)法是水庫長期水文預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)方法。建預(yù)報(bào)模型庫需要在這些這些預(yù)測方法的基礎(chǔ)上建立，這也是我國《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》里的明確要求。成因分析法是一個地區(qū)天氣狀況如何變化的規(guī)律、一個流域地下呈現(xiàn)的物理形態(tài)、天空中氣流運(yùn)動的成因動力模型，是徑流長期預(yù)測的發(fā)展趨勢。水文統(tǒng)計(jì)法是基于徑流和徑流影響因素的統(tǒng)計(jì)關(guān)系、成因的統(tǒng)計(jì)模型。長期水文預(yù)報(bào)必須考慮外界的影響因素，這樣就形成了兩種不一樣的預(yù)報(bào)模式，一種是一個要素的預(yù)報(bào)，另一種是多個要素的預(yù)報(bào)。單要素預(yù)報(bào)，要探討不同時間段預(yù)報(bào)對象之間存在怎樣的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上，對水文預(yù)報(bào)對象自身的歷史演變規(guī)律進(jìn)行分析，然后建立預(yù)報(bào)模型。多要素預(yù)報(bào)，要先進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，分析水文預(yù)報(bào)對象受到外界因素的什么影響，影響程度如何，他們之間有什么變化和規(guī)律，然后再建立預(yù)報(bào)模型。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，綜合各種條件因素，人們可以建立多種模型，再對模型相互比較，可以得到更加可靠的預(yù)報(bào)。

2.2報(bào)道對象的種類

為了方面研究，根據(jù)上面的要求，我們的預(yù)報(bào)體系是建立在效果較好的預(yù)報(bào)方案的基礎(chǔ)之上。在這個長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)里，我們的研究對象是固定的，研究對象主要有以下幾個：首先是預(yù)報(bào)在下個月枯水來臨時最小流量。在當(dāng)月的十號和二十五號進(jìn)行公布，把多種方法預(yù)測的月極值流量和推薦月極流量作為預(yù)報(bào)結(jié)果。其次是所在年份最大流量預(yù)報(bào)和汛期到來時的逐月流量，在三月份發(fā)布結(jié)果，把汛期最大流量和發(fā)生時間，以及多種方法月預(yù)報(bào)值和推薦值

作為預(yù)報(bào)結(jié)果。最后，來年逐月流量預(yù)報(bào)和來年最大流量預(yù)報(bào)，在每年的六月份和十一月份發(fā)布預(yù)報(bào)結(jié)果，預(yù)報(bào)結(jié)果包括年最大流量預(yù)報(bào)值和發(fā)生時間，包括多種方法月平均流量預(yù)報(bào)值和推薦值。我們的這些研究對象，會在一個獨(dú)立出口里進(jìn)行顯示，同時水文長期數(shù)據(jù)庫會將這些預(yù)報(bào)結(jié)果收集進(jìn)去，有用戶想查閱就可以進(jìn)入數(shù)據(jù)庫查看想要的東西。按照降水預(yù)報(bào)產(chǎn)品、氣溫資料和歷年月流量資料等資料為基礎(chǔ)，根據(jù)預(yù)見期的不同，可以進(jìn)行相應(yīng)的因子選擇。

2.3編制預(yù)報(bào)方案的要求

在編制方案時，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求：一是為了保證方案的精準(zhǔn)度，要對判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，包括系數(shù)的大小和合格率，同時檢驗(yàn)是遵照國家關(guān)于水文預(yù)報(bào)的法規(guī)；二是在水文資料年限方面，為了保證選取樣本的科學(xué)性，國家關(guān)于水文預(yù)報(bào)的法規(guī)必須成為使用經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)方法的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)；三是為了保證誤差最小在方案中，上下百分之三十是汛期預(yù)報(bào)值的誤差必須的范圍，非汛期預(yù)報(bào)值的誤差范圍是上下百分之二十，極值發(fā)生時間的誤差范圍應(yīng)按照國家的相關(guān)法規(guī)進(jìn)行設(shè)置。

2.4水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.4.1水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

預(yù)報(bào)產(chǎn)品檢索、預(yù)報(bào)方法、質(zhì)量評定等部分是水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)然了，水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)的構(gòu)成是很復(fù)雜的，組成部分非常多，比如數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、統(tǒng)計(jì)集成方法等也是水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)必不可少的部分。每個組成部分由四個不同模塊構(gòu)成，分別是數(shù)據(jù)加工處理模塊、預(yù)報(bào)方法模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊和統(tǒng)計(jì)集成方法模塊。這四個模塊分工不同，作用不同。比如統(tǒng)計(jì)集成方法模塊是對具有可集成性的預(yù)報(bào)模塊、相同類型的預(yù)報(bào)結(jié)果等進(jìn)行運(yùn)作。數(shù)據(jù)加工處理模塊的作用主要是進(jìn)行指數(shù)加計(jì)算、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)采集處理等。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析模塊是在合成分析、指數(shù)資料分析等方面發(fā)揮重要作用。預(yù)報(bào)方法模塊的內(nèi)容非常豐富，具體包括降水場預(yù)報(bào)模式、回歸分析方法、相似分析方法等。

2.4.2水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)計(jì)算流程

預(yù)報(bào)信息系統(tǒng)的來源主要包括兩方面，即內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括遺傳算法、自回歸、周期外延、模塊聚類和其他新方法。這五部分就成為整個計(jì)算流程的擬合集成。外部因素包括多為時間序分析、線性回歸、混合門線回歸、逐步回歸和其他新方法。這五部分就構(gòu)成了整個計(jì)算流程的優(yōu)選因子集成。此時，通過把擬合成集和優(yōu)選因子集成相結(jié)合，就可以得出預(yù)報(bào)決策值。從整體看，整個計(jì)算流程是自上而下進(jìn)行的，各個環(huán)節(jié)缺一不可，環(huán)環(huán)相扣，最終完成預(yù)報(bào)的計(jì)算過程。

2.4.3水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)流程endprint

利用電子信息技術(shù)建立的水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)與電子信息系統(tǒng)一樣，有一個簡單、高效的主界面，主界面只有三部分，分別是選擇預(yù)報(bào)對象、系統(tǒng)幫助和用戶查詢。用戶根據(jù)自己的需要，點(diǎn)擊后的進(jìn)入進(jìn)入相應(yīng)的界面。用戶進(jìn)入預(yù)報(bào)對象的界面，用戶會看到不同預(yù)報(bào)時間段的選項(xiàng)。如果用戶選好的預(yù)報(bào)時間，點(diǎn)擊就會進(jìn)入下面的界面，會有不同的預(yù)報(bào)方法出現(xiàn)在界面上，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。系統(tǒng)中有七種預(yù)報(bào)模塊，網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)分析、非線性系統(tǒng)、投影回歸、混沌分析四個模塊為一組，時間系列——馬爾科夫分析、門限回歸、多維混合回歸為一組。用戶可以根據(jù)不同的預(yù)報(bào)時間進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)報(bào)模塊選擇，用戶一旦都選擇好了，模塊就會開始工作，因?yàn)橹皻庀笏男畔⒁呀?jīng)收集到了數(shù)據(jù)庫中，所以系統(tǒng)先直接數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和檢修，完成計(jì)算過程后顯示出來，長期氣象水文數(shù)據(jù)庫將自動存儲結(jié)果。過程中，信息有可能出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)也會提示出來。出現(xiàn)這種情況后，系統(tǒng)會自動返回主界面，用戶需從先開始操作。信息錯誤的原因很多，通過分析主要原因有以下幾個：一是應(yīng)用服務(wù)器連接錯誤；二是預(yù)報(bào)對象不存在；三是模型計(jì)算錯誤。

3.結(jié)語

綜上所述，為了適應(yīng)水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)多預(yù)報(bào)的需要，就要在水庫長期水文預(yù)報(bào)的傳統(tǒng)方法之上，探索水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)多預(yù)報(bào)的新方法。建立新的水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)，需要在建立預(yù)報(bào)模型庫、報(bào)道對象的種類、編制預(yù)報(bào)方案的要求、水庫長期水文預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等方面做好工作。

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