大伙房水庫(kù)來(lái)水規(guī)律分析及預(yù)測(cè)方法的研究

馬驍穎+隋明+張昱+劉多文+李俊樂+趙思文+沈斌+李若楠

摘 要：本文以大伙房水庫(kù)1959—2008年歷年年度來(lái)水資料為樣本，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)多項(xiàng)式回歸、均方差周期優(yōu)選法等分析方法探討了水庫(kù)來(lái)水量的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)方法問題。分析結(jié)果表明，大伙房水庫(kù)年來(lái)水量變化主周期為17a，副周期為10a；50a平均預(yù)測(cè)誤差17.8萬(wàn)m3，總體誤差在0～33.2萬(wàn)m3之間，按預(yù)測(cè)誤差在±33%之間計(jì)算，50a預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為74%， 37a正確，13a不正確；趨勢(shì)同步率為69%。如誤差在實(shí)況±50%之間，正確年份數(shù)為46a，不正確年份數(shù)為4a，準(zhǔn)確率為93.9%。

關(guān)鍵詞：大伙房水庫(kù)；來(lái)水；規(guī)律；預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：TV121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132190

來(lái)水是水庫(kù)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是最值得關(guān)注的問題，因?yàn)閬?lái)水關(guān)系著水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益、安全與管理。由于大伙房水庫(kù)所在位置決定，有來(lái)水集中、年際變化大等特點(diǎn)，加之承擔(dān)著水庫(kù)下游防洪抗旱等重要使命，水庫(kù)管理局必須隨時(shí)掌握水庫(kù)的來(lái)水狀況，其中，來(lái)水預(yù)測(cè)就是需要解決的問題之一。利用原始數(shù)據(jù)，通過(guò)規(guī)律分析解決預(yù)測(cè)問題的方法就是適用基層相關(guān)分析最有效和常用的方法。水庫(kù)來(lái)水規(guī)律分析和解決預(yù)測(cè)問題就符合這一方法的原理。

1 基本思路

重點(diǎn)研究水情的變化規(guī)律，第一步，進(jìn)行趨勢(shì)分析，計(jì)算趨勢(shì)回歸值，求圍繞趨勢(shì)的變量。第二步，確定變量的變化周期及周期值。第三步，建立周期預(yù)測(cè)工具。其中周期分析分別進(jìn)行主周期分析和副周期分析。最后由主周期值和副周期值疊加得預(yù)報(bào)周期值。

1.1 資料

大伙房水庫(kù)始建于20世紀(jì)50年代的建國(guó)初期，于1954年4月11日工程開始建設(shè)，1958年9月5日正式竣工，到2016年已有58年歷史，大伙房水庫(kù)是國(guó)家大型水庫(kù)，水文資料詳實(shí)，有代表性。本文是把1959—2008年間的歷史來(lái)水資料作為代表數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析。

1.2 統(tǒng)計(jì)分析方法

1.2.1 趨勢(shì)分析

采用二次曲線形式模擬來(lái)水的趨勢(shì)變化。模型：

Y=ax2+bx+c （1）

式中：Y表示來(lái)水量，X表示年代序號(hào)。

計(jì)算得大伙房水庫(kù)年來(lái)水量趨勢(shì)方程為：

y=0.3345x2-23.198x+1767.2 （x=1，2······n）

大伙房水庫(kù)年來(lái)水量趨勢(shì)變化情況見圖1。

1.2.2 50a來(lái)水量變化規(guī)律計(jì)算與分析

1.2.2.1 來(lái)水量年際變化波動(dòng)的計(jì)算

用△y表示年來(lái)水量的年際變化波動(dòng)（相對(duì)趨勢(shì)線），用y表示年來(lái)水量，用?表示趨勢(shì)量。計(jì)算結(jié)果繪制于表1。計(jì)算公司如下：

△y=y-? （2）

1.2.2.2 來(lái)水量周期分析方法

方法原理：組內(nèi)方差小于組間方差何在所有周期排列中組內(nèi)平均方差最小。均方差周期優(yōu)選法相對(duì)于方差周期分析方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)小，易于計(jì)算。

周期預(yù)測(cè)方法：選主周期；計(jì)算主周期預(yù)測(cè)結(jié)果；計(jì)算主周期預(yù)測(cè)誤差；檢驗(yàn)主周期預(yù)測(cè)效果；對(duì)主周期預(yù)測(cè)誤差再進(jìn)行周期分析；用主周期預(yù)測(cè)誤差周期值進(jìn)行訂正計(jì)算；檢驗(yàn)誤差訂正效果。原則上，經(jīng)誤差訂正后的預(yù)測(cè)效果不可以低于訂正前的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率；建立由主、副周期變量疊加而成的綜合周期值序列；通過(guò)趨勢(shì)量和變差周期值還原相對(duì)于實(shí)況的預(yù)報(bào)數(shù)。后續(xù)預(yù)測(cè)就通過(guò)趨勢(shì)量的后延和變量周期值的循環(huán)量得以實(shí)現(xiàn)。

以上計(jì)算分析過(guò)程在計(jì)算機(jī)計(jì)算中是個(gè)連續(xù)循環(huán)計(jì)算過(guò)程，分別建立了3個(gè)板塊木板，原始數(shù)據(jù)和循環(huán)計(jì)算結(jié)果部分；趨勢(shì)分析部分，為周期分析部分。年來(lái)水量周期值計(jì)算結(jié)果見表2。

分析和計(jì)算涉及的計(jì)算公式如下：

1.2.2.3 大伙房水庫(kù)年來(lái)水量周期規(guī)律及回代預(yù)測(cè)結(jié)果

全年來(lái)水量主周期為17a，副周期為10a。

變化情況。從20世紀(jì)60年代后期開始，一直到80年代中期波動(dòng)較大。歷史最高值為65.9萬(wàn)m3，出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代的1968年。歷史最低值為0.4萬(wàn)m3，出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代的1997年，見圖2。

預(yù)測(cè)誤差。主周期50a平均預(yù)測(cè)誤差為17.8萬(wàn)m3，總體誤差范圍在0～33.2萬(wàn)m3之間。

預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。按預(yù)測(cè)誤差在±33%之間計(jì)算，50a預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為74%， 37a正確，13a不正確；趨勢(shì)同步率為69%。如誤差在實(shí)況±50%之間，正確年份數(shù)為46a，不正確年份數(shù)為4a，準(zhǔn)確率為93.9%，詳見表3。

2 小結(jié)

通過(guò)分析，體會(huì)到到大型水庫(kù)由于來(lái)水區(qū)涉及面廣，范圍大，制約因素多，計(jì)算難度較大。自然因素方面，降水的觀測(cè)數(shù)據(jù)不能完全代表實(shí)際情況，因降水量分布不均是正常現(xiàn)象，干旱時(shí)，少量降水不會(huì)產(chǎn)生徑流；澇時(shí)，盡管雨量不大但有徑流效應(yīng)。人為因素方面，上游有控水現(xiàn)象、在管水方面有不確定性，如汛前出于度汛安全排水、汛后出于備水進(jìn)行蓄水，這些因數(shù)直接干擾水庫(kù)水情的計(jì)算與評(píng)估。本文關(guān)于大伙房水庫(kù)來(lái)水規(guī)律分析及預(yù)測(cè)方法的研究結(jié)果，其目的是為水庫(kù)開展水情的分析、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供科學(xué)的方法和依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]彭兆亮.訂正與集成多模式的中國(guó)季度降水預(yù)測(cè)[J].水科學(xué)進(jìn)展，2014，25（1）：1-8.

[2]楊傳國(guó)，陳喜.淮河流域近500年洪旱事件演變特征分析[J].水科學(xué)進(jìn)展，2014，25（4）：494-501.

作者簡(jiǎn)介：馬驍穎（1972-），女，遼寧省沈陽(yáng)市人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，預(yù)報(bào)員，研究方向：天氣預(yù)報(bào)。