神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在水資源演變趨勢中的應(yīng)用

（河北省唐山水文水資源勘測局，河北 唐山063000）

1 預(yù)測模型的建立

采用1984～2004年降水、蒸發(fā)、用水總量和水資源總量作為歷史資料，利用2005～2007年實(shí)測資料進(jìn)行檢驗(yàn)，對2020年水資源總量進(jìn)行預(yù)測分析。

根據(jù)降水、蒸發(fā)、用水總量演變趨勢，預(yù)測2020年降水量、蒸發(fā)量分別為533.9，1004.5mm，用水總量31.66億m3。本文采用3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以降水、蒸發(fā)、用水總量作為輸入，水資源總量作為輸出。

網(wǎng)絡(luò)輸入、輸出為：

在確定網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出結(jié)構(gòu)后，可從已知序列中提取樣本構(gòu)成訓(xùn)練集，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，直至達(dá)到一定的誤差精度要求為止。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練檢驗(yàn)成功后，可實(shí)現(xiàn)對2020年水資源總量的預(yù)測，即建成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型。

2 模型參數(shù)

經(jīng)計(jì)算模擬訓(xùn)練和預(yù)測結(jié)果檢驗(yàn)，BP網(wǎng)絡(luò)在Matlab中參數(shù)：

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3 水資源總量預(yù)測結(jié)果

3.1 1984～2007年歷史數(shù)據(jù)擬合與檢驗(yàn)結(jié)果

在最優(yōu)模型的確定過程中，經(jīng)歷了模型結(jié)構(gòu)、函數(shù)與參數(shù)的復(fù)雜、繁瑣選定過程，最終發(fā)現(xiàn)采用Trainscg訓(xùn)練函數(shù)時(shí)的擬合和預(yù)測精度較高。

1984～2007年歷史數(shù)據(jù)擬合與檢驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 1984～2007年歷史數(shù)據(jù)擬合與檢驗(yàn)結(jié)果

從圖2看出，通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的擬合值精度很高，采用2005～2007年實(shí)測數(shù)據(jù)對訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精度檢驗(yàn)，2005～2007年的水資源總量預(yù)測結(jié)果為16.6697億，14.8482億，18.0133億m3，實(shí)際值為17.6500億，12.6412億，15.2232億m3，相對誤差為5.6%，17.5%，18.3%，其預(yù)測精度達(dá)到了80%以上。

3.2 2020預(yù)測結(jié)果

水資源總量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測結(jié)果如表1。

表1 水資源總量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測結(jié)果

從表1可知，2020年水資源量為21.46億m3，接近于唐山市多年平均水資源總量21.43億m3。從預(yù)測結(jié)果來看，唐山市水資源不足，難以滿足用水需求的狀況仍將持續(xù)，應(yīng)積極尋求解決水資源供需矛盾的方法。

4 結(jié)語

通過水資源演變趨勢發(fā)現(xiàn)，唐山市地區(qū)在很長一段時(shí)期內(nèi)將面臨資源型缺水和水質(zhì)型缺水的困擾，隨著用水量的逐年增長，供需矛盾十分突出，解決水資源短缺的問題需要長遠(yuǎn)規(guī)劃和綜合考慮。

參考文獻(xiàn)：

［1］苗乃華，高樹東.濰坊市水資源演變情勢分析［J］.水利水電技術(shù)，2008（5）.

［2］霍正文，陳文，昝大為，等.甘南州黃河產(chǎn)水區(qū)水資源及其演變趨勢分析［J］.水資源與水工程學(xué)報(bào)，2008（4）.

［3］王啟優(yōu).甘肅省近60年來水資源演變及趨勢預(yù)測研究［J］.氣象水文海洋儀器，2008（3）.

［4］賈仰文，王浩.“黃河流域水資源演變規(guī)律與二元演化模型”研究成果簡介［J］.水利水電技術(shù)，2006（2）.