流域開(kāi)河日期預(yù)報(bào)實(shí)例分析

胡艷嬌 黃琦

摘? 要：我省北方河流封凍期較長(zhǎng)，河流解凍預(yù)測(cè)分析對(duì)防凌汛、水利工程安全運(yùn)行、國(guó)防等工作至關(guān)重要。文章以線性回歸方程擬合法為例，根據(jù)河流解凍影響因素，選擇實(shí)例數(shù)據(jù)，對(duì)具體河段開(kāi)河日期做了嘗試性預(yù)測(cè)分析，結(jié)果滿足精度要求。針對(duì)預(yù)報(bào)方法的使用條件，結(jié)合當(dāng)前工作實(shí)際提出了使用中須注意的特殊情況。

關(guān)鍵詞：河流解凍;開(kāi)河日期預(yù)報(bào);影響因素分析;方程擬合;預(yù)報(bào)精度

中圖分類號(hào)：P338 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0065-02

1 概述

河流開(kāi)河（解凍）日期預(yù)報(bào)屬于河流冰情預(yù)報(bào)范疇，與洪水預(yù)報(bào)具有同樣的重要性，在防凌汛、交通、水利、國(guó)防建設(shè)方面都具有重要作用。分析河流解凍情況涉及到河流冰情融化的熱力和動(dòng)力因素以及河道形態(tài)特征;人為和封凍前徑流情況等。影響河流解凍因素較多加之物理成因復(fù)雜，當(dāng)前還沒(méi)有確切數(shù)學(xué)公式來(lái)計(jì)算河流開(kāi)河日期，工作中仍然以相關(guān)圖法、線性回歸法和模型法為主。各方法都是利用冰情影響要素與開(kāi)河日期來(lái)建立關(guān)系。本文采用線性回歸法，建立預(yù)報(bào)要素與影響因素之間的函數(shù)關(guān)系，對(duì)實(shí)例流域開(kāi)河日期進(jìn)行分析探討。

2 預(yù)報(bào)要素分析

河流開(kāi)河（解凍）在水文測(cè)驗(yàn)上是指河流結(jié)束連續(xù)封凍時(shí)的冰清現(xiàn)象，具體預(yù)報(bào)的開(kāi)河時(shí)間是指河流結(jié)束封凍并且無(wú)流冰時(shí)的日期。

河流隨著春季氣溫升高，封凍水體會(huì)在陽(yáng)光、水流和風(fēng)力等因素綜合影響由封凍轉(zhuǎn)變至流冰現(xiàn)象，一段時(shí)間后流冰會(huì)逐漸消失。開(kāi)河日期在物理成因上與下列因素有關(guān)：氣溫、水溫、流量、水位、流速、冰厚、陽(yáng)光輻射值、風(fēng)速、風(fēng)向、槽蓄水量、地表徑流量、河道形態(tài)、上游開(kāi)河情況、下游開(kāi)河情況。上述影響因素綜合影響著開(kāi)河日期，主導(dǎo)因素不固定，多數(shù)時(shí)氣溫是主要影響因素，有時(shí)氣溫一定時(shí)降雨、河流特殊水情等因素也可成為開(kāi)河主要影響因素。目前理論上開(kāi)河日期與影響因素仍無(wú)具體穩(wěn)定的數(shù)學(xué)關(guān)系。本文限于資料限制，采用氣溫、流量、冰厚、冰上雪深、水位等因素建立關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析。建立關(guān)系式F=f（T、Q、h1、h2、H）。式中F為預(yù)報(bào)值（實(shí)例資料歷年開(kāi)河日期均在4月1日以后，樣本值開(kāi)河日期用4月1日至實(shí)際開(kāi)河日期的天數(shù)代替）;T為預(yù)報(bào)日至實(shí)際開(kāi)河日期的累積氣溫（系列資料擬合階段有實(shí)測(cè)資料，實(shí)際預(yù)報(bào)時(shí)要使用氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)）;Q為歷年河流3月平均流量;h1和h2為冰厚與冰上雪深（體現(xiàn)冰蓋情況）;H為預(yù)報(bào)發(fā)布當(dāng)日的水位（代表水文條件）。上述參數(shù)是在已有觀測(cè)資料條件下優(yōu)選各開(kāi)河影響因素而采納的。

3 回歸方程擬合分析

選擇湯旺河流域某站資料，該站歷年開(kāi)河日期在4月13日至29日之間，預(yù)報(bào)開(kāi)始日選在4月1日。累積正氣溫T值在數(shù)據(jù)擬合時(shí)采用觀測(cè)值進(jìn)行累計(jì)，缺測(cè)氣溫值按插補(bǔ)法求出。流量Q采用上個(gè)月份流量;冰厚h1和冰上雪深h2采用預(yù)報(bào)前最后一次觀測(cè)值;水位H采用發(fā)布日8時(shí)實(shí)測(cè)水位。根據(jù)以上參數(shù)，建立回歸方程為：

F=X1T+X2Q+X3h+X4h+X5H+C

上式中X1～～X5為參數(shù)系數(shù)，C為常數(shù)項(xiàng)。由歷史資料借助參數(shù)率定軟件（以最小二乘法為誤差控制標(biāo)準(zhǔn)）求出預(yù)報(bào)方程為：F=0.348Ta-3.342Qi-0.08hb-4.137hx-4.286Hi+1236.4。對(duì)實(shí)例站1957至2010各年開(kāi)河日期進(jìn)行擬合分析，以預(yù)見(jiàn)期最長(zhǎng)15天，預(yù)報(bào)誤差小于5天為精度標(biāo)準(zhǔn)，合格率達(dá)到79.6%，符合乙級(jí)預(yù)報(bào)精度標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)表1。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上分析所述，回歸方程擬合法在冰清預(yù)報(bào)工作中有一定的使用價(jià)值。該方法能夠在不確定的影響因素之間以數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)假定為前提，為使用者找出預(yù)報(bào)值與影響因素之間在數(shù)量上的關(guān)系，從而得出一定的規(guī)律來(lái)進(jìn)行冰情預(yù)測(cè)。在使用回歸方程擬合法時(shí)要注意資料代表性和預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)值的物理關(guān)聯(lián)性。

回歸方程樣本擬合數(shù)據(jù)主要以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，擬合精度和實(shí)際預(yù)報(bào)精度偶爾會(huì)存在較大誤差，擬合精度屬于長(zhǎng)系列平均情況，所以實(shí)際使用時(shí)還要參考其他預(yù)報(bào)方法，避免偶然性過(guò)強(qiáng)引起較大的偏差，回歸方程還要及時(shí)補(bǔ)充歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)更新，以便于對(duì)方程參數(shù)進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利部.水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范 SL250-2000[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[2]程根偉，舒棟材.水文預(yù)報(bào)的理論與數(shù)學(xué)模型[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.