【正文】 ，應(yīng)用了三種算法在降雨徑流預(yù)報中試用比較，比較的結(jié)果是：遞推最小二乘法最佳，卡爾曼濾波與之相近，自學習法較差。1987 年，張恭肅等在《確定性水文預(yù)報模型的實時校正》一文中，針對任何一個確定性水文模型進行預(yù)報后將出現(xiàn)一個具有相關(guān)性的誤差序列這一事實，對此誤差系列建立一個狀態(tài)空間方程，以參數(shù)向量作為狀態(tài)向量，即可用系統(tǒng)識別方法估計其參數(shù)，用來估計預(yù)見期的可能誤差，達到實時校正的目的，并取得了較好的預(yù)報效果 [22]。1987 年，葛守西在《產(chǎn)匯流兩階段校正和參數(shù)動態(tài)預(yù)測算法的實時洪水預(yù)報模型》一文中，創(chuàng)建了一個新的動態(tài)模型，在產(chǎn)流預(yù)報中以蓄滿產(chǎn)流模型的卡爾曼濾波算法進行實時校正，在匯流預(yù)報中采用一般線性匯流模型衰減記憶動態(tài)識別方法并配合匯流模型的動態(tài)判類、分類對預(yù)見期的參數(shù)變化進行預(yù)測，并于 1993 年對模型進行改進，采用模糊分類和模糊模式識別的算法改進了分類處理技術(shù)，進一步實現(xiàn)了分布式產(chǎn)流的卡爾曼濾波算法，此算法在嘉陵江三流域上建模獲得成功 [23][24]。 洪水預(yù)報發(fā)展趨勢 如同其他現(xiàn)代科學技術(shù)一樣，洪水預(yù)報的現(xiàn)代進展緊密伴隨著新技術(shù)，如微電子技術(shù)、空間科學技術(shù)等，伴隨著新理論，如信息論、系統(tǒng)論、控制論等的應(yīng)用，這些新技術(shù)、新理論的發(fā)展和應(yīng)用已大大改變了水文情報預(yù)報的技術(shù)面貌。同時，暴雨洪水理論的深入開展，計算機硬件、軟件的不斷進步，雨量、流量測驗水平的提高等，推動了洪水預(yù)報工作向聯(lián)機自動測報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。由此，多學科交叉滲透所形成的現(xiàn)代洪水預(yù)報技術(shù)是洪水預(yù)報發(fā)展的總趨勢。具體表現(xiàn)在如下幾個方面： l．系統(tǒng)理論與系統(tǒng)辨識方法應(yīng)用于洪水預(yù)報模型，為洪水預(yù)報提供了新的方法和途徑。2．水情遙測站網(wǎng)進一步優(yōu)化，水情信息采集處理逐步實現(xiàn)自動化?？旖轀蚀_的水情信息不但可以提高預(yù)報精度，同時將會對洪水預(yù)報模型結(jié)構(gòu)的改進以及參數(shù)再率定起到重要的作用。 3．計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通訊技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于洪水預(yù)報，將水情信息的采集處理和傳送、洪水預(yù)報模型的計算分析、預(yù)報結(jié)果的發(fā)布以及調(diào)度方案的自動生成等若干過程集成于強大的洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)之中。4．采用先進的圖形交互、多媒體、地理信息系統(tǒng)、大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等技術(shù)，將專家知識、經(jīng)驗知識和決策知識融于一體的智能型決策支持系統(tǒng)是未來發(fā)展的重要方向。 論文的研究內(nèi)容及技術(shù)路線 研究目標1．本論文將結(jié)合南方濕潤地區(qū)的特點以及東江水庫的實際情況，將以新安江模型作為東江水庫的洪水預(yù)報模型，用誤差序列自回歸模型對預(yù)報結(jié)果進行實時校正；并在預(yù)報結(jié)果基礎(chǔ)上，進行水庫防洪調(diào)度計算。2．將洪水預(yù)報中的各個環(huán)節(jié)(水文數(shù)據(jù)預(yù)處理、水情實況圖形顯示、模型計算、實時校正、歷史洪水統(tǒng)計等)用面向?qū)ο蟮目梢暬绦蛟O(shè)計技術(shù)逐步實現(xiàn)，最終在計算機上建立具有數(shù)據(jù)處理、預(yù)報計算、實時校正和洪水調(diào)度等四位一體功能、完整而實用的洪水預(yù)報和調(diào)度系統(tǒng)，為水庫的安全度汛服務(wù)。 主要研究內(nèi)容1．選擇新安江三水源模型作為東江水庫的洪水預(yù)報模型，自回歸模型作為實時校正模型，并進行參數(shù)率定、模型評定和檢驗。2．對預(yù)報洪水過程進行調(diào)洪演算，分別進行規(guī)則調(diào)度模型和預(yù)泄洪模型的建立和求解。3．將面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)、圖形交互技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等應(yīng)用于洪水預(yù)報調(diào)度，建立一套完整實用的洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)。 總體思路及技術(shù)路線本著在生產(chǎn)上簡單可行、安全合理原則。本研究根據(jù)東江流域的具體特征，選擇適宜的洪水預(yù)報調(diào)度模型、合理的參數(shù)優(yōu)選方法和實時校正技術(shù)，使得洪水預(yù)報方案和洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)既簡單又實用。同時，要求系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸處理快捷準確，模型結(jié)構(gòu)合理且算法穩(wěn)定、界面友好易于操作、程序結(jié)構(gòu)清晰便于維護升級等。本研究的技術(shù)路線如下：1．洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)的所有模塊都是以數(shù)據(jù)庫為中心。數(shù)據(jù)庫分為歷史庫、實時庫和預(yù)報庫三大部分，流域和水庫信息、歷史雨洪資料、預(yù)報調(diào)度模型參數(shù)、預(yù)報和調(diào)度結(jié)果都存放在數(shù)據(jù)庫中。2．對東江流域的歷史雨洪資料進行統(tǒng)計分析和時段化處理，錄入歷史數(shù)據(jù)庫。做出流域退水曲線，求出場次洪水的徑流系數(shù)，分析濕潤地區(qū)的降雨徑流特性。3．選擇新安江三水源模型作為東江水庫的洪水預(yù)報模型，誤差自回歸模型作為實時校正模型，利用計算機強大的運算能力進行參數(shù)率定，并根據(jù)規(guī)范要求，用歷史資料進行模型評定和檢驗。4．實現(xiàn)洪水的實時預(yù)報調(diào)度。對預(yù)報洪水過程進行調(diào)洪演算，分別進行規(guī)則調(diào)度模型和預(yù)泄調(diào)度模型的建立和求解。5．利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)、圖形交互拖動技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等技術(shù)和工具，建立基于窗體、圖形、報表的界面友好的人機交互環(huán)境，形成一套完整實用的洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng)。第二章 東江水庫洪水實時預(yù)報 流域及水庫概況 耒水流域自然概況耒水屬湘江一級支流，位于湖南省東南部，源出桂東縣煙竹堡，流經(jīng)汝城、資興、永興、耒陽、衡南等縣市，在衡陽市郊區(qū)耒河口入湘江，全長 453Km，流域面積 11，783Km 2。耒水主要支流有淅水、郴江、資興江、三都河、注江、西河、肥江等，因河道寬窄不一，水流落差大，水流非常湍急。據(jù)史料記載，耒水河汛期洪水來勢兇猛，河水上漲速度很快。耒水流域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L性濕潤氣候區(qū)，因南北氣流受南嶺山脈綜合條件（地貌、土壤、植被、海拔）影響，太陽輻射形成多種類型的立體分布，垂直和地域差異大，具有四季分明，春早多變，夏熱期長，秋晴多旱，冬寒期短的特點。 東江水庫基本情況東江水庫位于湖南湘水一級支流耒水上游，位于資興市東江鎮(zhèn)上游 11Km 的峽谷處，流域控制面積 4719Km2，占耒水流域面積 %，位于東經(jīng) 112176。38′~114176。3′，北緯 25176。23′~26176。56′之間。流域多年平均降雨量 1607mm，多年平均蒸發(fā)量 975 mm；多年平均徑流量 億 m/s3。流域內(nèi)降水量年際分布和年內(nèi)分布都極不均勻，年降雨總量變幅為 1074~2124 mm，年際徑流變化較大；年內(nèi)徑流分配很不均勻，全汛期(49 月)徑流量約占全年總徑流量的 60%以上。壩址多年平均流量 138 秒立米，實測最小流量為 m3/S，實測最大洪峰流量6963m3/s；調(diào)查歷史最大洪峰流量 8400m3/s。 水情測報站網(wǎng)情況東江水庫壩址以上 4719Km2 的流域上布設(shè)有大東江水文站，是大東江水庫的入庫控制站。寒口、桂東、新坊、沙田、樟溪、花木橋、四都、南洞、汝城、龍虎洞、延壽、連坪、黃草、龍溪、秀里山、清江、興寧、大東江等 18 個雨量站站點分布如圖 所示，到目前為止，18 個站點均實現(xiàn)了水情自動測報。圖 東江水庫流域圖雨量站觀測到的降雨量，一般只能代表該站附近較小范圍內(nèi)的降水情況。分析流域上的降雨徑流關(guān)系時，需知道一個流域或地區(qū)在一定時段內(nèi)的平均降雨量。流域平均雨量的常用計算方法有三種：算術(shù)平均法、泰森多邊形法和等雨量線法。對于東江流域來說，求流域平均雨量宜采用泰森多邊形法。該方法假定流域各處的雨量可由與其距離最近的雨量站代表，以更好地反映各站在計算流域平均雨量中的作用。各雨量站權(quán)重如表 所示：表 東江水庫流域各雨量站權(quán)重系數(shù)測站編號 站名 權(quán)重系數(shù) 測站編號 遙測站名 權(quán)重系數(shù)66004 花木橋 0 66010 秀里山 99002 沙田 66274 四都 99001 新坊 66276 南洞 57889 桂東 91018 龍虎洞 66173 連坪 57985 汝城 99008 興寧 66176 清江 66280 龍溪 66174 方石 66177 黃草 60021 樟溪 66277 延壽 60022 寒口 歷史雨洪資料預(yù)處理 資料概況與選用歷史降雨徑流資料是建立流域水文模型的基礎(chǔ)，歷史資料的質(zhì)量直接決定著模型精度的高低，甚至是建模的成敗。因此，降雨徑流資料分析整理是建立洪水預(yù)報模型的一個重要環(huán)節(jié)。東江水庫壩址以上流域面積 4719km2。東江水文站作為水庫入庫站控制整個流域面積的水量，共有 19902022 共計 15 年的流量觀測資料，因此，預(yù)報方案擬建立東江站控制流域的降雨徑流關(guān)系，同時作為東江水庫的入庫洪水預(yù)報方案。根據(jù)《水文情報預(yù)報規(guī)范》對編制洪水預(yù)報方案所使用的資料的要求，并結(jié)合東江流域水文資料的實際情況，選定 28 場雨洪資料用于洪水預(yù)報方案的評定與檢驗，其中 19962022 年共 25 場資料用于模型精度評定，20222022 年共3 場資料用于模型精度檢驗。 建模數(shù)據(jù)查錯編制預(yù)報方案或建立數(shù)學模型都必須以數(shù)據(jù)的正確可靠為前提條件。本次建模所用數(shù)據(jù)都由東江水調(diào)室提供，由于在整編、刊印和錄入過程中難免會有差錯，因此數(shù)據(jù)查錯就顯得很重要了。在實現(xiàn)作業(yè)計算機化以后，利用計算機進行數(shù)據(jù)查錯和改正也是一個不可忽視的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)查錯可采用以下幾種方法：時段－日雨量對照，降雨空間對照，水位流量對照，過程線觀察，以及降雨流量對照等。利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和圖形交互技術(shù)編制數(shù)據(jù)查錯程序，將使建模數(shù)據(jù)和作業(yè)預(yù)報數(shù)據(jù)的整理和查錯工作變得快捷有效，而這也正是洪水預(yù)報系統(tǒng)不可缺少的一個重要組成部分。 東江水庫入庫洪水介紹本文將對 19962022 年的大洪水（入庫流量大于 1000m3/s，因東江水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，故小洪水不至于給防洪帶來威脅） ，進行雨洪特性分析，為洪水預(yù)報和調(diào)度打下基礎(chǔ)。統(tǒng)計資料如表 所示：表 東江水庫入庫洪水統(tǒng)計表洪水編號峰現(xiàn)時間洪峰流量1000m3/s歷時1500m3/s歷時暴雨時段數(shù)降雨類型地區(qū)組成洪水類型199607111996711 17:00:001748 5 2 8 暴雨 全流域 痩19960802199682 23:00:006963 16 13 10特大暴雨全流域 胖199608301996830 14:00:001239 3 0 4 暴雨 擺動 痩199705161997516 8:00:001851 5 2 2 暴雨 全流域 痩19970704199774 23:00:001700 4 1 2 暴雨 上游 痩199707101997710 14:00:001737 25 3 12 持續(xù) 擺動 胖19970804199784 02:00:001018 1 0 3 連陰雨 上游 痩19970902199792 20:00:002222 6 3 5 暴雨 下游 痩199805111998511 08:00:001374 6 0 5 暴雨 全流域 痩199806191998624 05:00:001939 22 8 10 持續(xù) 全流域 多峰199905261999526 14:00:001610 11 1 7 持續(xù) 下游 胖199909181999918 17:00:001987 18 11 12 連暴雨 擺動 胖202208122022812 08:00:001130 2 0 2 暴雨 下游 痩202208252022825 05:00:001700 5 1 4 連陰雨 下游 痩20220902202292 05:00:006570 12 9 6特大暴雨全流域 胖20220509202259 23:00:001097 1 0 3 暴雨 全流域 痩20220604202264 17:00:001153 3 0 4 暴雨 全流域 痩202206132022613 14:00:002597 11 6 6特大暴雨擺動 多峰20220707202277 14:00:001400 4 0 6 暴雨 全流域 痩202204102022410 20:00:001255 4 0 8 連暴雨 全流域 痩202206162022616 20:00:003966 18 14 8特大暴雨全流域 多峰20220701202271 20:00:001938 14 3 7 連暴雨 全流域 胖20220807202287 02:00:002022 20 6 11 連暴雨 全流域 多峰202208192022819 17:00:001462 9 0 5 連陰雨 全流域 多峰從上表中的資料可以對東江水庫入庫洪水做如下分析： 雨洪關(guān)系洪水來源與降雨，不僅與下墊面情況有關(guān)，而且與降雨的時空分布關(guān)系密切，即跟降雨總量、降雨強度、歷時以及暴雨中心等有關(guān)，據(jù)資料統(tǒng)計分析可將降雨分為以下幾類：1．持續(xù)性暴雨此類是連續(xù)數(shù)日產(chǎn)生暴雨或大暴雨，暴雨中心先發(fā)生在花木橋以上，而后慢慢向下游移動，從而形成長時間的大流量，如上表中 19970719990526 洪水即為此類型。2．擺動性暴雨本類型暴雨中心前期位于花木橋以上，中期移動到東江附近，而后又回到前期位置附近，故稱之為擺動性暴雨。上表中 199909120220613 即為此類型。3．連綿陰雨199708020220819 等洪水發(fā)生期間降雨強度并不大，洪水產(chǎn)生主要是前期連陰雨時間較長，土壤含水量大，已接近或達到飽和狀態(tài)，故后期有比較大的降雨就可以產(chǎn)生較大洪峰。4．全流域大暴雨此類型暴雨不僅降雨時間較長、降雨強度大，而且全流域降雨比較均勻，故容易形成罕見的大洪水。上表中 19960802022090202