长期水文预报（共9篇）
长期水文预报 篇1
摘要：介绍了水文预报的主要方法和基本途径, 这种介绍了历史演变法的基本操作步骤, 在目前长期预报没有成熟的方法的前提下, 只能采取多种方法进行预测。然后根据各种方法的优缺点及预测的依据进行综合分析, 合理取值。
关键词：中长期水文预报,历史演变法,周期均值叠加,一元线性回归
中长期水文预报是根据前期水文气象要素, 用一定的方法, 对未来较长时间的水文要素进行科学地预测, 是介于水文学、气象学与其他科学的一门边缘学科。
对于一个具体地区的中长期预报问题, 需要通过分析、尝试、检验等步骤, 最终找到适合于研究区域实际情况的预报方法。同时, 在选择方法时还需要考虑资料的问题, 必须考虑影响水文过程的各种因素, 或分析水文要素自身演变的规律来进行预报。因此, 长期水文预报的研究工作十分重要, 而研究的关键即在于如何选用符合实际情况的中长期水文预报方法。
1 水文预报的主要方法与途径
中长期水文预报的预见期一般为3d以上至1年, 所使用的途径和方法与短期水文预报相比有明显差异。目前用于中长期水文预报的方法主要有天气学方法、天文地球物理因素方法及统计学方法。
1.1 天气学方法
径流的变化主要取决于降水, 而降水又是由一定的大气环流形势与天气过程决定的。天气学方法就是基于这一成因概念, 根据前期大气环流特征及表示这些特征的各种高空气象要素, 直接与后期的水文要素建立起定量的关系, 并按此关系进行预报的一种方法。
1.2 天文地球物理因素方法
海温特征、火山爆发、臭氧的多少及太阳活动规律等, 对大气运动与水文过程都有一定的影响。分析这些因素与水文过程的对应关系后, 就可以对后期水文要素可能发生的变化情况作出预测。
1.3 统计学方法
该方法是应用数理统计方法从大量历史资料中去寻找分析水文要素变化的统计规律, 以及与其他因素的关系, 然后应用这些规律来进行预报。该方法又可分为单要素法和多要素综合法:单要素法是通过分析预报对象自身随时间变化的规律作为预报的依据, 如历史演变法、时间序列分析法等;多要素综合法是从分析影响预报对象的因子中挑选出一批预报因子, 建立其统计规律来作为预报的依据, 如多元线性回归分析法等。
2 历史演变法
分析一个水文要素的历史变化, 记录年份越长越好, 一般至少需要二三十年以上。如果记录年份过少, 有些规律反映不明显或反映不出来, 则会降低预测结果的可靠程度。分析和预测的方法有以下几个步骤。
(1) 整理记录。
首先按照预测要求, 将资料加以整理和统计计算, 然后以横坐标表示年份、纵坐标表示要素的实际数值或距平值画出历史演变曲线。采用实际数值时, 同时要计算历年的平均值并将其标注在历史演变曲线上, 以便看出各年要素值与均值的关系。
(2) 统计分析主要规律。
在水文要素历史演变曲线上, 检查哪一种规律比较明显。统计每种规律在全部实测资料年限内出现的次数, 分析例外的情况能否用其他规律补救及转折点的年份有什么特征等。对这些结果进行综合研究判断。
(3) 做出初步预测值。
应用上一步中已判断出来的主要规律, 推估出下一年可能出现的数值, 这时特别要注意近几年的变化与全部历史变化曲线内哪一时期的情况相似, 尤其要注意到当年的情况有些什么变化。
(4) 校核预测值。
初步预测值做出以后, 再把最近三五年 (包括下一年预测值在内) 的演变趋势和全部历史变化曲线各时间比较一下:看是否相似的次数很多, 例外的很少;预测值是否在最大可能范围以内, 是否符合已有资料系列的历史变化规律。
综上所述, 历史演变法提出了分析要素演变曲线变化规律的5个方面, 是比较全面的, 而且方法简便易行。其缺点是缺乏严格的定量标准, 因此在预测时可能因人而异。
3 其他方法
前面已经提及, 应用“历史演变法”作预报时存在缺乏定量的形式并且包含一定主观成分的问题, 那么能否根据过去的历史资料分析它们的统计规律作出未来的定量预报呢?在目前长期预报没有成熟的方法的前提下, 只能采取多种方法进行预测。然后根据各种方法的优缺点及预测的依据进行综合分析, 合理取值。
3.1 周期均值叠加
一个水文要素随时间变化的过程尽管多种多样, 但总可以把它看成是有限个具有不同周期的周期波互相重叠而形成的过程, 其数学模型为:
式中:x (t) 为水文要素序列;Pi (t) 为第i个周期波序列;ε (t) 为误差项。
只要根据实测的水文要素数据分析识别出所含有的周期, 而且这些周期在预测区间内仍然保持不变的话, 那么就可以根据分析出来的周期分别进行外延, 然后再叠加起来进行预报, 这种方法称为周期叠加。
由于影响水文要素长期变化因素的复杂性, 它的周期实际上只是概率意义上的周期。它可理解为某一水文现象出现之后, 再经过一定的时间间隔再次重复出现这种现象的可能性较大而已。由于各种水文要素过程线的外形比较复杂, 在图形上不易直接判断它是否存在某种周期, 因此需要借助于某些数理统计方法来对它进行分析识别。例如, 对某站降雨量的预测, 首先计算出各种年数的滑动平均降雨量, 并计算出相应的自回归相关系数, 再选择自相关系数好的年数 (n年) 作为滑动周期, 作n年滑动平均趋势预测。
3.2 一元线性回归相关方程
一元线性回归分析中, 若已知变量x与变量之间存在着某种相关关系, 则变量Y的数值在某种程度上随着变量x的数值变化而变化。在水文长期预报中, 一般称Y为预报对象, x为预报因子。通常要建立Y对x的自回归方程为:
式中:a为自回归相关系数;b为常数。
例如:当利用3.1节中优选的n年周期建立一元线性自回归相关方程来预测次年的降雨量时, x为从实测系列第一年起的n年降雨量滑动平均值组成的系列 (包括当年值在内的最后一个n年均值x) , y为从实测系列第二年起的n年降雨量滑动平均值组成的新系列, 用自回归方程式计算出包括次年 (即要预测年) 值在内的n年均值y, 即可计算出次年的降雨量预测值。
3.3 综合取值
在做中长期水文预报时, 因为没有比较成熟的方法, 因此应采用多种方法进行预测, 并根据每一种方法的优缺点, 进行综合分析, 并以历史演变法为主要依据取值。
4 结语
鉴于水文要素历史演变趋势的预测也可能随掌握资料的条件、分析规律的深入程度及综合各种方法进行合理取值时的可靠程度而带来相当的误差, 因此在做中长期预测时, 必须参考诸多因素 (尤其是气象因素) , 不断积累经验, 探讨更为科学而实用的预报方法, 以提高水文要素长期预报的精度。
参考文献
[1]朱伯承.统计天气预报[M].上海:上海科学技术出版社, 1981.
[2]卢崇飞, 高惠璇, 叶文虎.环境数理统计学应用及程序[M].北京:高等教育出版社, 1988.
[3]杨旭, 栾继虹, 冯国章.中长期水文预报研究评述与展望[J].西北农业大学学报, 2000, 28 (6) :203～207.
[4]范钟秀.中长期水文预报[M].南京:河海大学出版社, 1999.
长期水文预报 篇2
2011地质水情水害预报
编制单位：安全生产技术科 编制人： 审核人： 总 工：
签收单位（人）：
二0一0年十二月
一、预报编制依据：
1、<<煤矿安全规程>>
2、<<矿井地质规程>>
3、<<矿井水文地质规程>>
4、<<煤矿防治水规定>>
5、<<黑眼泉井田地质勘探报告>>
6、黑眼泉煤矿2011年矿井基建计划
二、预报范围
根据2011年基建计划，井巷工程主要包括主斜井掘进、副斜井掘进、风井维修、+1200水平井底车场、首采工作面准备、首采区中车场、首采区煤仓等工程；地面工程包括地面生产、运输、洗选系统等工业广场设施。
三、地表概况
井巷工程开拓、准备区域地表位于黑眼泉煤矿工业广场东北、博大公路西南。地表以荒漠、低山丘陵为主，有冲沟。除有一户哈萨克牧民外，无建筑物，无河流，井筒排水经沟渠向东北渗流经本区地表。
三、煤岩层情况
年内井巷掘进工程中，首采区掘进巷道主要为煤巷，其它工程均为岩巷。
（一）煤层
1、厚度 本组地层共含煤1层(A1煤层)，煤层厚度平均值为3.26米。煤层于三井筒附近受M1向斜南翼转折影响，煤层急剧变薄到0.5米以内；煤层于首采工作面北部受到局部断层（F1）影响，煤层加厚至6.92米。
2、硬度
硬度在1.5—2.5之间。硬度受构造裂隙影响，在M1褶皱附近、F1断层附近硬度较低，其它大部分煤层稳定区域内硬度在2.5左右。
3、煤质
A1煤层的煤属低变质阶段煤，煤类以44—45#气煤为主。主要指标为：原煤水分（Mad）含量0.73—7.69%，平均1.98%；灰分（Ad）16.38—33.93%，平均21.15%；全硫含量为0.22－1.55%；磷含量0.012-0.253%；发热量（Qgr，d）为16.51－30.27MJ/kg；挥发分（Vdaf）产率为29.61-41.90%,平均37.47%。
4、煤的自燃
井田内A1煤层ΔT为15～58℃，煤层氧化程度1.8～43.8%，属易自燃煤层。
5、瓦斯
矿井为低瓦斯矿井，钻孔瓦斯含量计算为0-3.005m3/t，属二氧化碳-氮气带、氮气-沼气带。风井至井底（+1200水平）实测井筒瓦斯最大绝对涌出量为0.25m3/Min，故首采区瓦斯含量很低。
6、煤尘
井田内A1煤层的火焰长度总体为200～300mm，岩粉量为55～80%，有煤尘爆炸危险。
7、地温 本区属地温正常区，平均地温梯度1.1～1.2℃/hm，区内无地温异常。
8、地压
大地静力场型。首采区北部断裂构造、中部褶皱构造发育区，应力集中。
（二）岩层
1、煤层顶板：直接顶板主要为灰色泥岩与粉砂质泥岩，厚0.5—11米，老顶以砂岩、砂砾岩为主，厚度巨大；自然块体密度2.14－2.68g/cm3，含水率0.16－2.54%，饱和状态下单轴抗压强度平均1.7-42.2Mpa，饱和状态下抗剪强度0.7-16.30Mpa，抗拉强度0.3-7.4Mpa，软化系数0.06-0.70，为不稳定型顶板，遇水软化性强。
2、底板：煤层底板以粉砂质泥岩—砂岩—粗砂岩序列向深部发展，煤层底板砂岩类：自然块体密度2.33－2.58g/cm3，自然含水率0.38－1.80%，饱和状态下单轴抗压强度平均2.9－54.4Mpa，饱和状态下抗剪强度1.5-6.8Mpa，抗拉强度0.4-3.6Mpa，软化系数0.08-0.70，显示其底板为不稳定型底板，遇水软化性强。总体评价底板岩石为稳定性较差的底板。
内井巷岩石掘进工程均在煤层底板中。
四、地质构造
1、断层
年内掘进区域内，由三维地震资料，首采工作面北部边界有F1大断层及次生小断层产出。F1断层性质为正，断距80—120米，断层走向1100，倾向2000，倾角450；该断层与工作面切眼留有断层煤柱。总体评价首采区断裂构造发育程度简单。
2、褶皱
年内掘进区域，褶皱构造不发育，除井筒掘进产出M1向斜外，无其它褶皱构造。M1向斜走向650，褶皱系数0.04，属宽缓型向斜。轴部附近煤、岩体裂隙很发育，煤层变薄，煤、岩体相对破碎。
3、产状
煤、岩层产状近南北向，倾向东，倾角总体在7--120，其中井筒掘进区域受M1向斜影响，局部倾角最大达330。
五、水文地质
1、地下水渗流模型
井田位于山间盆地之中,盆地四周为石炭、二叠系地层,构成沉积盆地的基底。在盆地西南部发育有一系列山区，地下水除地面降水渗入补给外，主要由山间融水补给。地面地形呈现西南高、北东低的形态，地下水由西南向北东经过砂岩、砂砾岩含水层流动并向井巷渗流。
2、地表水体
本区及附近无常年性地表水体，地表水体主要为春季季节性融雪径流，工业广场已构筑成排水沟，对地面及井筒的威胁性很小。
另外，现三井筒排水由管路排至工业广场东部后沿沟渠向东北方向渗流，为常年流水，水量约30m3/h。由于掘进区域上覆岩层中有隔水层，且无采空塌陷区等，对井巷掘进的影响不大。
3、首采区及掘进区域含、隔水层
区内分布地层，从上到下，可划分为六个含、隔水层。(１)地表透水不含水层（Ht），由松散状亚砂土，底部含有卵、砾石，平均厚12.85米；
(２)中侏罗统西山窑组相对隔水层组（G1），岩性由粉砂岩夹薄层泥岩构成，平均厚度243.45米；
(３)下侏罗统三工河组裂隙承压含水层组（H1），岩性以褐红色、杂色砂砾岩为主，含水层平均厚度167.35米。含水层平均单位涌水量为0.0398升/秒·米，平均渗透系数0.0086米/天，性质为弱富水性含水层，具承压性。水化学类型为SO42-.Cl-Na型；
(４)下侏罗统三工河组下部相对隔水层（G2），以泥岩、粉砂岩为主，平均厚29.19米，为相对隔水层；
(５)下侏罗统八道湾组含水层组（H2）含水层，由粗砂岩、砂砾岩构成，平均厚度15.12米。含水层单位涌水量q=0.0017升/秒·米,平均渗透系数0.003米/天，为弱富水性含水层。水化学类型SO4.Cl－Na型；
(６)下侏罗统八道湾组A1号煤层顶、底板相对隔水层（G3），煤层顶板为粉砂岩夹有薄层泥岩、底板为粉砂岩及泥岩互层产出，相对隔水层厚度20米；(7)下侏罗统八道湾组A1号煤层老底含水层（H3），岩层由粗砂岩、砾岩组成，厚度不详；本层位于A1号煤层老底，与煤层间距在8—16米，由现掘进主、副井来看，为弱富水性含水层。
六、重点工程地质预报
1、车场开拓掘进：
2011年计划回风斜井维修到底后开拓掘进+1200水平车场及水仓，开拓掘进+1200水平车场及水仓时由煤层穿过底板泥质粉砂岩，进入砂岩，围岩性质有所好转，施工时要按《作业规程》做好前探支护。
2、主、副井开拓掘进：
主、副井2011年掘进过程中，受M1向斜影响，自斜长900米后，岩层倾角变大，裂隙较发育，且可能遇到风井已揭露的两条小断层，岩体破碎，施工中要做好短掘短支、短掘短喷。
3、NA1103首采工作面三条顺槽的掘进：
辅顺、皮顺、回风三条顺槽均沿煤层掘进，总体倾角0—5，巷道有起伏，大体沿煤层缓上坡掘进。其中辅顺、轨顺到位前将接近F1断层，预计煤层及顶底板将不稳定，施工时要制定专项安全措施。
0
七、重点工程水情水害预报
1、车场开拓掘进的防治水工程：
2011年计划开拓掘进+1200水平车场及水仓，设计对砂岩段及进入砂岩段前进行探放水，采用钻探方式，超前安全距离不小于20米。
2、主、副井防治水工程： 主副井2011年掘进过程中，可能遇到风井已揭露的两条小断层，对此进行探放水，采用钻探方式，超前安全距离不小于15米。
3、NA1103首采工作面三条顺槽的掘进工程：
顺槽掘进到360米、1400米左右时，巷道沿煤层局部出现低点，巷道积水，自流排水有一定困难，届时根据积水量的大小可考虑设计中转小水仓。
皮顺掘进至2150米时，要对F1断层进行探放水，采用钻探方式，超前安全距离不小于60米。
4、各施工方要高度重视防治水工作，完善排水系统，主、备用泵要满足排水量、扬程的需要，同时要做好排水记录工作。
八、附图
1、黑眼泉煤矿首采区地质地形图
2、黑眼泉煤矿首采区构造及煤层底板等高线图
3、黑眼泉煤矿主、副、风井预测及实测剖面图
4、黑眼泉煤矿煤层综合柱状图
5、黑眼泉煤矿综合水文地质柱状图
中长期水文预报方法措施 篇3
水文预报中, 通常将预见期在3~10日的预报称为中期预报, 预见期在15d以上、一年以内的预报称为长期预报。从20世纪60年代以后, 世界各国都开始了水文预报的研究, 各种方法、各种手段。通过经验的累积, 总结出了一套通用的方法:运用计算机技术、现代控制理论以及水情自动预报来预报水文事件。但水文预报研究时间短, 起点低, 所以存在很多不足, 并且洪水有时带有突发性和复杂性, 这导致了水文预报存在客观的不确定性。但是研究水文预报仍然不可或缺, 这在防洪减灾的决策上提供了很大的帮助, 研究水文预报不仅理论价值重大, 现实意义也不可小觑。鉴于流域尺度降雨的中期预报和径流的长期预报在防洪和水资源管理中的重要作用, 而目前预报方法还不够成熟完善, 本论文从能投入生产实际的角度出发, 对降雨中期预报和长期径流预报问题进行了探讨。
1 当前水文预报研究现状
应用计算机技术, 使得洪水预报在水情信息收集、水情情况处理的环节更加的方便和迅速, 60年代末, 计算机技术的迅猛发展使运用遥测水文信息直接预报洪水水情成为了可能;80年代, 预报系统中应用了自动控制理论来对洪水预报进行实时校正;而美国在90年代初期运用交互式预报程序, 揭开了洪水预报系统最新一代的篇章。这些研究统称为确定性洪水预报, 应用也最为广泛, 但是不足之处就是对不确定性信息不能充分利用, 因此不能得出最令人满意的最优决策, 有时运用不当, 更可能造成更严重的财产损失和人员伤亡。各国又在此研究的基础上探究新的方法, 90年代末, 美国率先研制成功一套用分析量化来预报水文预报中不确定性的概率水文预报系统, 这使得水文预报研究又上了一个新的台阶。
2 中长期水文预报的方法
中长期水文预报存在的主要问题是预报精度较低。传统的中长期预报方法主要是根据河川径流的变化具有连续性、周期性、地区性和随机性等特点来开展研究, 主要有成因分析和水文统计方法。近年来, 计算机技术的发展和新的数学方法的不断涌现, 为中长期水文预报拓展了新的途径, 如模糊数学、人工神经网络、灰色系统分析、小波分析、混沌理论、近邻预报等以及这些方法的相互耦合, 每种方法都有各自的适用条件, 或存在有待深入研究的问题。本文主要研究BP神经网络模型法。
20世纪80年代, 精准的BP水文情况运算方法被提出, 它能有效地解答多层次神经网络运作的相关问题, 促进多层次网络系统模式的构建, 从而进一步使得BP神经网络模式被广泛地应用于现代城市水文预报工作中。
BP神经网络模型又被叫做是误差反向传播神经网络。具体而言, 它是含有多层前馈神经的网络系统, 具体涵盖了信息输入层、信息输出层以及隐含层次等, 它的每一个层次都包含着众多的神经节点。在整体神经系统构建模式中, 促进了BP神经网络模型内部上下层次间的相互连接, 同时为不同神经单元设置了相应的阙值。需要注意的是, 统一层次的神经值之间是没有必然联系的, 隐含信息可以将输入信息从输入节点按照输入次序传输到输出节点, 通过逐层的信息输入来开展节点传递工作。依据最小二乘机制, 运用梯度搜索的技能, 利用正向传播机制进行水文预测。然而如果出现输出层无法输出指定数值的情况, 相关人员则应采取反向传播机制, 使得出现错误的信息按照它之前的传播线路原路返回。同时, 在神经元后期传播过程中, 积极修订各个层次中神经元的阙值, 从而尽可能地将实际传输数值与理想状态下数值间的数据差距减小到最低。
3 BP神经网络模型法在水文预报中的运用
就BP神经网络模型具体运作情况而言, 这是一种具有较强操作性能的水文预报系统, 能方便技术人员对水文预报工作进行有效操控。最近几年, 陆续吸引了国内外众多学者积极加入到它的水文预报研究体系中。事实上, BP神经网络模型已被普遍应用于现代化水文预报中, 如图1所示。具体而言, 它主要的作用在于对国内暴雨发生情况进行事前预测、对水位高度进行系统测量, 有效分析水流径流量以及完善地处理好水资源配置的问题等 (如图2) 。
3.1 BP神经网络模型在天气预报中的运用
就水文预报工作者在前期水文预测工作中发现, 在进行水文预报时, 但没有充足数据材料的情况下, 相较于传统水文探测方法, BP神经网络模型的运用不论是在操作性能方面还是在数据探测精准度方面都是较为有利的。近年来, 有关学者通过对多层前馈网络的运用, 详实地对不同暴雨情况进行系统的归类和总结, 有效地应用决策树在人工神经系统中的映射反应, 从整体上构建出多层次的神经网络系统。具体来说, 就是将形成暴雨天气的多种气象因子变换成数据信息进入网络, 将暴雨发生情况作为网络信息输出的内容。在历年来的暴雨预测资料库中, 收集相应的暴雨情况资料, 将其作为暴雨发生的参考数据, 有针对性地对暴雨发生模式开展一系列的实践活动, 深入探究BP神经网络模型对暴雨预报的发展趋势。我国著名气象学者严绍瑾运用了BP神经网络模型的三层映射反应, 将南京90年代所发生的暴雨情况作为数据参考, 确立三层模式下的水文预报系统, 对其长时间的雨量情况进行探测。就近代气象研究学者陈百炼发现, 运用人工智能水文预测的方式, 通过运用BP神经网络模型技能, 融入相应的数值探测机制, 对当地气象情况进行详实判断, 从而构建出能准确探测出天气情况的BP神经网络模型, 促进全国各地都能建立出精准的天气预报体系, 为水文预报工作提供有力指导。研究得出, BP神经网络模型结合了实践运算方式, 能运用较少的数据资料, 通过时间序列进行资料查询, 这是一种值得广泛宣传的水文预报方式。
3.2 BP神经网络模型在径流研究体系中的运用
对于径流研究而言, 有关专家针对龙羊峡水库1996~2000年间的径流情况进行系统分析, 通过BP神经网络模型的运用对径流入库模式进行了系统探测, 将其所得数据与常规性的数据进行了类比分析。而胡宾等研究学者则运用人工神经网络系统, 构建完备的BP神经网络模型, 有效地运用这一模型对河流每月径流量进行研究并与传统预报方法相对比, 如表1所示, 通过对两种方法预报精度的对比我们可以看出:BP神经网络模型法的预报精度略高于长期统计预报方法。而钟登化等专家则采用单、多输出相互结合的水文输出时间序列构建出BP模型, 对不同时间段的水文流量进行详细预测, 并与新安江模型和萨克模型进行比较, 如表2所示。分析表2可知, 虽然新安江模型在径流总量和流量过程拟合程度等方面上都比BP模型精度高, 但是不需要大量的地形和工程资料, 只要利用现有的水情观测资料, 可以在对系统内部演变规律不十分清楚的情况下, 从大量记录系统状态的数据信息中发现并展示系统内在的规律性, 从而帮助水资源管理者快速制订适用的管理策略。据以上调查显示, BP神经网络模型这一预测体系的建立, 能较为准确地对河流径流进行预测, 是非常实用的水文预测方式。
4 结语
水文系统是一个庞大的非线性体系, 它涵盖着系统运行时间与空间的变换关系。就系统的水文现象而言, 运用物理探测模式是相对困难的, 因此数理统计是一种较为普遍的方式。近年来, 由于BP神经网络模型的出现, 促进了我国水文预报工作的深入发展。对此, 本文有针对性地对BP神经网络模型在水文预报工作中的应用进行了深入研究, 对暴雨天气、河流水文、河道径流以及水资源配置进行了系统分析, 以期在未来的日子里促进我国水文预报工作更加有序的开展。在中长期水文预报方法这个问题上, 我们仍然需要做出更深入的研究与探索, 以期为新时期的水文预报工作做出贡献。
摘要：纵观世界各地, 每年都要不同程度的遭受洪水的威胁, 因此, 水文预报的重要性不言而喻。本文针对中长期水文预报这个问题, 首先阐述了我国当前水文预报研究现状, 然后介绍了中长期水文预报的方法并重点介绍了BP神经网络模型法, 最后分析BP神经网络模型法在中长期水文预报中的应用, 希望能促进水文预报工作的发展。
关键词：中期水文预报,长期水文预报,方法措施
参考文献
[1]康尔泗, 程国栋, 蓝永超, 等.概念性水文模型在出山径流预报中的应用[J].地球科学进展, 2014, 17 (1) :18~26.
[2]王金帅.刍议现代水文预报技术在城市防洪中的应用[J].黑龙江水利科技, 2013, 4:276~278.
长期水文预报 篇4
引沁入汾和川引水枢纽水库水文预报初探
阐述了和川枢纽水文预报的`重要意义与特点,探讨了水文预报基本资料的搜集及审查,指出完善的水文预报方案一定能使和川枢纽发挥其设计的最大效益,助推山西省兴水战略的顺利实施.
作 者：吴楠 WU Nan 作者单位：山西省水文水资源勘测局,山西太原,030001 刊 名：科技情报开发与经济 英文刊名：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 年，卷(期)：2009 19(31) 分类号：P338 关键词：水文预报 和川枢纽 兴水战略 山西省
水电系统中长期水文预报方法研究 篇5
水文预报对于水库调度、洪水控制、发电、灌溉等工作至关重要。水文预报方法很多, 在应用效果上有着较大的地域差异。从目前研究情况看, 无论是模糊人工神经网络[1]、灰色 (Gray) [2]、决策树模型[3], 还是传统的基于时间序列分析的预报模型, 它们用于中/长期径流过程预报时, 预报精度都较低, 还远不能满足中/长期水库调度的要求。目前, 国内在进行实际水库水电站发电计划安排时大多凭经验按某一概率取一个典型径流过程作为预报过程, 这种处理使得径流预报失去了意义。考虑到水文预报的特殊性, 笔者建立了水文预报自回归模型, 从实际应用看来, 本文采用的自回归预测有着较高的精度, 预报效果比较理想。
1 自回归预报模型的建立
基本步骤叙述如下:
(1) 获得历史径流数组
历史径流数组如下:
式 (1) 中, y是同期完整时段历史径流资料的年数, span2是预报时段内时间间隔个数。
(2) 获得当前径流数组
当前径流如下:
式 (2) 中, 为待求值。
(3) 根据以下数据
得到Q*, 0与Q*, i= (i=-5, -4, …, -1) 的线性关系, 即:
(4) 计算预报值Qr, 0
(5) 找到, 列中与Qr, 0最接近的值的行号t, 得到该行的数据
计算预报期内时间间隔的径流得权重:
(6) 预报结果
2 可靠性分析与参数优化
(1) 模型参数优化
模型中, 参数时间长T和邻域半径δ将影响模型的预报精度。可用历史观测值进行模拟预报来对预报精度进行量化, 这样以精度最高为目标可进行上述参数的优化确定。
(2) 可靠性分析
定义一个事件:
INCIDENT:
通过对历史观测值的模拟预报我们将能回答上述事件发生概率的一个估计。对某一正数δ>0, 概率越大, 说明预报模型的稳定性越高;对同一发生概率, 若δ越小, 预报模型的稳定性也越高。
3 实例分析
根据江西某水电站自1952—2003年的月水文数据, 采用自回归模型预测方法, 预测出2004—2006年的月径流数据, 如图一所示。
表一为每月数据的最大、最小和平均误差。1997—2006年的水文预测数据如图二所示, 误差如表二所示。由于目前国内尚无对中/长期径流预报精度的评定标准, 此处以相对误差绝对值小于30%作为标准进行评定。从上述结果可以看出, 枯季的径流预报效果较好;预报效果不好的月份都处于汛期 (或者汛期附近) 。总体来说, 本文使用的自回归预测的预测结果基本符合精度要求。
4 结束语
在本系统的中长期预报中, 预报模型选择自回归预报, 叙述了它们的预报原理和计算步骤。通过对江西某水电站2004—2006年的月径流进行了预报分析, 预报效果比较满意, 对提高现行中/长期径流预报的预报精度具有重要意义。
参考文献
[1]陈翠华, 黄牧涛, 关容章.模糊神经网络模型在中长期径流预报中的应用[J].科技咨询导报, 2007, (09) :4-5.
[2]黄涛.基于灰色拓扑理论水库径流趋势的预测[J].建筑工程技术与设计, 2013, (07) .
岩滩水库水文预报技术分析 篇6
1 流域及岩滩库区概况
红水河流域面积为130 870 km2,属于亚热带气候,是高温多雨地区,多年平均年降雨量在中上游地区一般为1 100～1 300 mm、下游一般为1 500～1 800 mm。由于流域处在季风的控制之下,年雨量和水量分配很不均匀,雨量和径流量多集中在每年的5～9月,占全年的80%左右。形成降雨的天气系统主要为锋面、涡切变和台风,是造成全流域较大洪水的主要原因。岩滩水电站位于红水河中游河段,枢纽以上控制集水面积为106 580 km2,坝址距河源1 200 km,上游已建成的大型水库有天生桥一级、平班、光照、龙滩等。
与岩滩水库相邻的上游龙滩水库是一个以发电为主,兼有防洪、航运、养殖等综合效益的水利水电枢纽工程,龙滩坝址至岩滩坝址区间(简称岩滩库区)流域控制集水面积为8 080 km2,相距166 km。龙滩水库具有年调节能力,控制岩滩水库约90%的入库水量。岩滩库区经南丹、凤山、东兰、巴马和大化5个县,沿途主要有3条支流汇入,其中最大的支流是盘阳河、曲江及清水河等。
2 岩滩水库水文预报的方法和基本技术应用
2.1 水文预报方法
由于资料、设备等的限制,我国很长一段时间在水文预报方面都处于经验相关法的水平上,随着数学模拟概念的引进,流域水文模型得以应用在水文学科领域,我国的水文预报技术也在吸收国外有用经验和自我创新中得到了不断地发展。目前,常用的水文预报方法有相关分析预报法、降雨径流分析预报、系数法预报及模型预报。
相关分析预报法是根据河段洪水波的运动和变化规律,利用上、下游站间相应水位或流量的相关关系,由上游站实测水位流量预报下游站未来水位流量的水文预报方法,在数学上可以表示如下:
其中,Q为流量,t为某起始时刻,l为上、下游河道距离,τ为上、下游站洪水传播时间。在岩滩水库的洪水预报中,采用三级相关大约可以提供36 h的洪水预报。龙滩水库建成正常投运之后,岩滩水库水文预报的方向发生了改变,单独制作岩滩库区的区间降雨来水和流量的预报。
降雨径流预报是根据次洪降雨量,预报流域出流断面的流量过程。预报的依据是降雨过程,预见期是暴雨在流域上的汇流时间。
系数法预报一般采用集水面积比,入流系数α表示如下:
F区为区间集水面积,F上为上游站控制面积。区间产流与上游站流量之间的关系如下:
在使用此法时,应考虑区间和上游的降水量比例。天峨岩滩区间由于没有控制性的支流,所以其间的产流量可用入流系数进行预报。
模型预报就是对水文现象的发生和发展过程模型化,它通过对流域上发生的水文过程进行模拟,建立数学模型,然后在计算机上解决有关水文问题。需要说明的是,使用模型预报时,要注意模型参数的率定和调整,使模拟状况更接近于实际,从而提高模型预报质量。
水文预报的几种方法可以独立使用,也可以联合使用,在实际工作中,可以根据具体的情况选择应用。
2.2 三水源新安江模型在岩滩水库水文预报中的应用
三水源新安江模型是基于产汇流理论建立的概念性模型,它是依据物理概念,将水文循环的整个过程当做一个完整的系统,经过反复的模拟计算,借助计算机建立起来的概念性模型。在应用过程中,根据资料确定模型的初始值和模型参数后,对其进行产汇流模拟计算,将降雨过程作为系统的输入,经过系统作用之后,输出的就是流域出口断面的径流过程,进而根据模型得出的结果对水文情况进行预测。
岩滩水库水文预报中,使用的三水源新安江模型包括16个雨量站和5个水文站,预报分为降雨径流计算与河道汇流演算2个部分。在实际工作中,由测报系统遥测站自动采集的库区雨量和干支流水位,经模型计算和实时校正处理,再经过作业人员会商,即可得出岩滩入库洪水过程,预见期可达36 h左右。
3 岩滩水文气象预报技术分析
水文气象综合预报是将气象预报和水文预报结合在一起的预报技术,它主要有定量降水预报技术、实时洪水预报方法、定量降水预报和洪水预报耦合技术3个方面的内容。
3.1 定量降水估算与预报技术分析
定量降水估算与预报技术是为了满足洪水预报的特殊要求而研究建立起来的。由于洪灾产生的直接原因是降水,因此对面雨量的估算是水文预报技术中的一个研究热点,一般使用的研究方法有实况插值法、回归分析法、遥感方法和实体模型法。实况插值法有几何方法、统计方法和函数方法。几何方法主要有泰森多边形法和反距离加权法;统计方法以Kriging插值为代表;函数方法是使用函数对实际要素的分布进行模拟的一种插值方法,常用的有傅里叶函数和样条函数。回归分析法是利用统计学对影响降水分布变化的因子与降水量的关系进行分析,从而得出降水量的分布函数的方法。遥感方法是利用卫星、雷达等一些遥感的资料,通过计算得出降水量在各地区域内的分布的方法。用这种方法估算降水,覆盖的范围广,资料获得容易,但是空间的分辨率不高,无法具体到某一个小区域内。实体模型法是通过对影响降水的因子进行研究分析之后,建立直接计算降水量的物理学模型。这一方法是以物理作为基础,借助数学的手段得到估算模型,对降水的分布及降水量进行预测预报,在定量降水的预报中,数值天气预报是最为有效的一种方法。
3.2 实时洪水预报技术分析
实时洪水预报技术使用现代概念模型,充分利用计算机运算速度快的特点,通过洪水预报模型计算得出未来可能发生洪水的有关信息(包括洪峰、洪量、历时等);采用先进的系统识别技术——实时校正模型,对水文模型预报的洪水过程进行实时修正。水情自动测报系统的建成和完善,使雨情、水情信息实现自动快速采集和传送,给预报作业工作提供了大量的和必要的新信息,在一定形式的实时校正作用下,使水情预报作业的精度大大地提高。同时,洪水预报调度系统使用误差系列实时校正模型,充分利用实时水位信息,对预报结果进行实时校正。根据历史水文资料,通过选择洪水预报模型和模型离线参数率定确定成果运用,在实时洪水预报软件中进行当前时刻洪水预报时,在实时数据库中获取从当前时刻往前推算几天中的各站雨量、水位原始信息,并自动进行雨量、蒸发量、各层土壤含水量及降雨径流各环节的运算,最终计算机输出流域上各遥测水位控制站的预报、实测、校正洪水成果。经过有预报经验的水库调度专业人员进行预报会商,对系统的预报结果进行评价和滚动修正,最终形成预报结果并发布。
3.3 定量降水预报和洪水预报耦合技术分析
定量降水预报和洪水预报耦合技术是将定量降水预报方法和实时洪水预报方法结合在一起的技术。传统的定点测雨难以对复杂多变的降水空间分布进行准确的描述,测雨雷达不但能直接测出降水的空间分布,还能实时跟踪暴雨的中心,对暴雨的空间变化给出描述,能显著地提高洪水预报的精度。但是,数值天气预报模式与流域的水文模型还存在着一定程度的差异,因此这种技术仍需要进一步的研究和完善。
4 岩滩水库水文预报成果
在岩滩水库入库流量预报中,工作人员凭借着丰富的经验,综合使用不同的水文预报技术,在水文预报中取得了一定的成绩。2006—2013年,每年水文预报的合格率达到90%以上,最大一场洪水的预报精度在95%以上,水文预报的质量稳定在较好的水平。高质量的水文预报作业为进一步做好电站机组出力预报提供了可靠的依据,为水库的防洪和经济调度争取了主动。达到稳定的洪水预报质量后,汛期可以毫无保留地实施水位动态调度方案。2005—2013年,水库实施动态水位控制增加的发电量超过8.2亿度,取得了显著的经济效益。
5 岩滩水库水文预报存在的问题和改进建议
5.1 龙滩至岩滩区间产流预报难度大
龙滩水库投入运行后,其运行方式和运行结果对岩滩水库产生了很大的影响,岩滩水库的入库流量预报作业发生了根本性的变化,岩滩区间的水文预报作业成为岩滩水库预报作业的难点。枯水季节和久旱过后的第一场降雨区间来水流量预报预测准确率较低。由于龙滩水库的投运年限较短,岩滩区间实测的资料少,预报时工作人员多是凭借经验进行,难免存在一定的误差,因此需要在工作中不断地收集龙滩水库和区间资料,制定出更加实用的龙滩至岩滩库区产流量—降雨量的关系曲线。最近几年,水调专业人员也在不断研究、总结和改进预报工作,但效果不是很理想。今后在预报工作技术及方法上力争有所突破,从而提高区间流量的预报精度。
5.2 流域水情传播时间混乱
随着红水河水能开发建设,流域水文特性发生了很大的变化,各区域流量传播时间都发生了变化,由于实测数据资料较少,各流量级别与传播时间相关比较混乱,两者之间相关工作有待进一步研究和改进。
5.3 预报方法有待创新
岩滩水库的洪水预报多采用经验预报方法。在人类活动能力大幅增强的今天,流域水情时刻在变化,传统的经验性方法已不能满足异常洪水预报的要求,因此需要理论研究与实践上的创新。
5.4 流域梯级水库水量不平衡
红水河流域梯级水库之间的水量不平衡问题一直存在,近年来,大唐岩滩水力发电有限责任公司做了大量分析研究工作,但效果不是很理想,这也影响了预报作业的质量。由于需要收集水文资料涉及的面比较广且关系复杂,要达到理想的效果难度比较大,因此需要整个梯级流域的其他电站共同开展研究。
6 结语
长期水文预报 篇7
洪水预报的现代化进展紧密伴随着新技术,如信息、网络、空间科学等技术;伴随着新理论,如系统论、信息论、控制论等的应用,这些新技术、新理论的发展和应用已大大改变了水文情报预报的技术面貌;同时,信息、网络、软件等技术的不断进步,也推动着洪水预报工作向自动化、智能化和集成化方向发展。由此,多学科交叉渗透所形成的现代化洪水预报技术是洪水预报发展的总趋势,也是洪水预报系统的发展方向。
随着国内外洪水预报模型和方法的研究,我国的洪水预报技术也取得了长足的发展。但是洪水预报在实际应用上仍然存在着许多问题,主要表现如下:常用的预报模型、方法及软件标准不统一;系统低水平重复开发严重;制定预报方案过程复杂,没有方便、强大、通用的模型率定系统,预报方法单一;预报系统的输入、输出不独立,文件格式和标准不统一,图形功能不强;预报模型应用程度不高,系统功能不全,系统开发因人而异,大量现有预报方案没有计算作业等。因而导致全国各地不同程度地低水平重复开发、研制,新技术应用起点低,预报方案、系统功能不全,应用不便,扩充性不强[1]。造成目前这种状况的主要原因是缺少统一规划、集中开发、推广应用的管理机制。因此,研究和探索洪水预报的综合集成应用模式是解决上述问题的有效途径。
1 洪水预报的集成应用模式
水文预报就是据已知的信息对未来一定时期内的水文状态做出定性或定量的预测[2]。随着信息技术的发展,水文预报几经发展到基于洪水预报系统的阶段。洪水预报系统是各项洪水预报技术的集成,是1项重要的防护减灾的非工程措施[3]。虽然经过多年的努力,洪水预报系统的设计、开发及应用水平在一定程度上有了进步和提高,但还存在许多问题。这些问题使得现有的预报方法、模型和软件系统推广使用难,相互交流难,预报成果对比分析难,正确评估难,进而阻碍了洪水预报的进一步发展与提高。
针对洪水预报中存在的问题,本文提出了面向服务,基于平台、组件、主题、可视化的洪水预报集成应用模式,即平台支持下的洪水预报:由组件、主题、知识图快速组织应用,丰富的多元信息可视化表现直观应用。洪水预报集成应用模式以事件为驱动,通过事件形成应用主题,在主题牵引下,通过组件实现预报模型,通过Web服务发布预报模型,通过知识图和洪水预报模型组件组织应用,通过平台搭建洪水预报系统。
洪水预报集成模式具有以下特点:1)面向服务,是指洪水预报平台是基于面向服务的体系架构(SOA),预报模型基于Web服务。2)基于主题,是指洪水预报集成应用采用主题驱动,围绕主题来组织信息和资源,根据主题快速搭建预报应用。3)基于知识图,是指洪水预报集成应用模式采用知识图来组织应用,描述事件、主题、业务过程、应用流程、逻辑关系及相关知识。通过知识图将洪水预报与相关的信息关联起来,实现面向主题的洪水预报。通过知识图组织洪水预报可实现洪水预报的应用集成。4)基于组件,是指洪水预报集成应用模式通过将洪水预报模型及参数估计方法组件化、标准化,形成洪水预报模型和参数估计方法标准组件,通过Web服务的方式对外发布这些组件,采用组件搭建的方式构建洪水预报业务应用。通过组件可实现洪水预报模型标准化和应用集成。5)基于平台,是指洪水预报集成应用模式采用知识图、组件组织和搭建应用,基于平台构建洪水预报系统。
2 洪水预报综合集成服务平台框架
随着水利信息化发展,水利正在从传统走向现代。信息资源的快速增加、系统间的数据交换、异构库的数据访问、资源的高效利用、系统间的协同工作、软件的复用等技术越来越受到水利界的关注。采用“物理分散,逻辑集中,按需获取,分布处理,统一调度”的网格技术平台方案,是解决水利业务应用的关键技术,它以SOA为基础[4],以服务能力描述、注册与发现、动态绑定、组合功能实现机制为核心,以安全通信、单点登录、多方协作的信任传递机制为保障,在虚拟的组织结构中,实现信息共享资源、可配置的动态信息服务、协同分布式支撑应用、知识化的集成决策服务。
在水利信息化综合服务体系指导下,采用中间件[5,6]、网格[7,8,9]、综合集成研讨厅[10]等技术构建洪水预报综合集成服务平台,平台的总体框架如图1所示。
洪水预报综合集成服务平台具体组成如下:
1)采集传输层,负责各类水利数据的采集与传输,通过建立数据采集与传输系统可实现信息的高效采集和传输。
2)通信网络层,包括各层级用户所在地的局域网和将各层次局域网互连的广域网。
3)数据资源层,是信息汇集的目的地,是数据存储与管理的基础,包括多个基础、专用、主题、元信息库等。
4)平台层,包括面向资源整合的网格平台、基于中间件的应用支撑平台和洪水预报综合集成服务平台。这3个平台共同构成洪水预报应用支撑平台,分别提供资源整合、应用支撑和集成服务功能。面向资源整合的网格平台主要通过数据、信息及计算等网格实现数据和资源整合,同时,提供数据、信息和计算服务。基于中间件的应用支撑平台可有效隔离下层数据与上层应用之间的直接联系,方便系统灵活扩展、建立与业务系统之间的数据共享通道和业务协同关系。洪水预报综合集成服务平台的主要功能是通过应用知识图库、预报模型及参数估计组件库和主题服务标准库,快速搭建洪水预报系统。
从图1可以看出,洪水预报综合集成服务平台框架与传统的平台框架有很大不同,传统的平台框架一般还包含业务应用层。洪水预报综合集成服务平台是基于面向服务的体系架构,所有的业务应用都是以组件的方式被实现,通过Web服务的方式对外提供服务,并且可通过服务组合的方式搭建具体的业务应用系统,所以,洪水预报综合集成服务平台框架下就不再有业务应用层了。也就是说,在支持服务的洪水预报综合集成服务平台体系下,已经不用再去设计和开发具体的洪水预报系统,而是在综合集成服务平台上,通过搭建的方式快捷构建洪水系统。
3 综合集成应用模式实现的关键技术
3.1 洪水预报模型组件化
3.1.1 模型组件化
洪水预报模型之间有很多共同之处,为了提高模型的利用效率,利用组件技术把这些洪水预报模型拆分成各个独立的组件,实现更小粒度的软件重用。例如,三水源新安江模型主要由三层蒸发、蓄满产流、三水源划分、流域汇流4个计算过程组成,具体划分如图2所示。因此可以将4个计算过程开发成具有固定访问接口的独立组件,由这4个组件可以构建出三水源新安江模型的主要计算过程。基于Web Service技术将模型组件发布成服务,形成洪水预报模型库。通过不断积累和完善,最终可形成1个通用的洪水预报模型库,通过服务的方式调用模型库中的模型来构建洪水预报系统,避免重复开发。
3.1.2 参数率定方法组件化
模型参数率定是洪水预报中的1项重要内容。参数的好坏直接决定着洪水预报的精度,因此,关于洪水预报模型参数率定问题一直是洪水预报研究的1个重点和热点。参数率定方法大体上可分为人工试错法和自动优选法2种。人工试错法是根据人的分析和判断使目标函数达到最小;自动优选法是借助一定的数学方法实现模型参数的自动优选,如最小二乘法、单纯形法,以及近年来出现的遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。基于Web Service技术将各种参数估计方法组件化,形成模型参数估计方法库,实际应用中可根据需要选用1种或多种率定方法进行模型参数的估计。
3.2洪水预报服务中心
为了让更多的组件使用者及开发者有机会发现并使用组件库中的组件服务,需要使用UDDI统一描述、发现和集成技术将每个We b服务注册到UDDI中心,供用户使用。洪水预报模型组件库的建设目标是建立1个基于Web服务的组件库系统。洪水预报模型组件库是面向洪水的专用组件库,组件库中存放的是提供洪水预报服务的组件,与在UDDI中注册的Web服务不同,洪水预报模型组件库中的Web服务是受控组件,其注册、使用都是在有限的范围内使用。因此,需要构建1个面向洪水预报的专用Web服务注册中心。
基于JUDDI的洪水预报Web服务专业注册中心可面向整个水利行业,提供各种洪水预报Web服务的注册和发布功能。不同地域、部门可通过该中心注册和发布自己的洪水预报服务。对于不同地域、部门的洪水预报服务,洪水预报服务注册中心可通过创建不同节点的方式,实现对分布的Web服务的注册和管理。
洪水预报Web服务注册中心有以下2种部署方式:1)部署在水利部门内部,面向部门内部提供Web服务的注册和发布功能。例如,可将洪水预报服务注册中心部署在各省、流域的水利信息中心,为各省、流域水利部门及其下属各部门提供洪水预报服务的注册与发布服务。2)部署在水利部水利信息中心,面向全国所有水利单位提供洪水预报服务的注册与发布服务。通过水利电子政务专网,全国各水利部门都可以通过洪水预报服务注册中心实现洪水预报服务的注册与发布。
3.3 洪水预报模型搭建
3.3.1 基于知识图的知识可视化
知识图是一种以图表方式表达的知识管理方法。知识图有不同种类,大抵包括概念图、脑图2种,也有称为语义图、组织图,此外,专门针对推理的知识图称为推理图。知识图是描述洪水预报事件、主题、业务过程、应用流程、逻辑关系及相关知识的工具。通过知识图将洪水预报与相关的信息关联起来,可实现面向主题的预报应用;通过知识图组织洪水预报模型,可实现多模型多方案的综合集成预报。
3.3.2 洪水预报模型可视化搭建
基于知识图和洪水预报模型组件可以快速搭建洪水预报模型和应用,单模型搭建按模型的工作流程,将洪水预报模型的各个子组件通过知识图组织和描述。同时,也可以通过知识图组织多模型组合或集成的洪水预报应用。单模型洪水预报模型搭建及应用组织如图3所示。
3.4 洪水预报的综合集成服务平台
基于SOA和J2EE平台技术架构,采用中间件、网格、Web Service、综合集成研讨厅等技术构建洪水预报综合集成服务平台。按照主题提供信息服务,按照需要提供计算服务,按照个性化组织应用提供决策服务。通过平台实现数据、信息、知识、模型、方法的综合集成;采用知识图来关联信息,组织应用过程中的信息,描述事件和应用主题,并开展工作流程管理和服务组合;通过知识图和洪水预报组件实现多模型集成预报;由丰富的多元信息可视化方式直观表现应用;通过平台的综合集成,构建洪水预报应用系统,实现水文预报的集成应用。
4 洪水预报集成应用实例
流域断面单模型预报有很大弊端,首先不能确定预报结果的可靠性,其次只有单预报单方案,没有可选性,使领导很难做决策,不理性。应采用多个模型同时进行洪水预报,将各个模型预报的结果进行对比分析来确定预报方案。例如对陕西安康水库可以同时采用新安江、陕北、萨克拉门托、水箱、多输入单输出等模型进行水库水文预报,通过这5个预报模型,产生5种预报方案。
多模型洪水预报的实现实例如图4所示。
5 结语
针对传统水文预报中存在的问题,在以往研究成果的基础上,结合当前先进的信息、软件开发技术,依据综合集成思想,采用组件、Web Service等技术将洪水预报模型和参数率定方法划分为功能相互独立的组件并发布为服务,形成通用的预报模型组件库和参数率定方法库。通过知识图、业务组件组织应用,采用可视化技术、GIS等多元信息展示模式表现应用。基于SOA和J2EE平台技术架构,构建面向服务洪水预报综合集成服务平台,在平台下实现洪水预报的集成应用。在该集成应用模式下,根据业务的需求,可迅速搭建出洪水预报系统。这种面向服务的、可增长的,由平台、组件、知识图、可视化工具组成的新的洪水预报系统建设和多模型集成应用模式将具有很好的推广价值和应用前景。
参考文献
[1]张海亮.洪水智能预报方法与系统研究[D].陕西:西北农林科技大学,2006:12-15.
[2]包为民.水文预报[M].北京:水利水电出版社,2009:23-30.
[3]章四龙.洪水预报系统关键技术研究与实践[M].北京:中国水利水电出版社,2006:5-17.
[4]毛新生.SOAP原理?方法?实践[M].北京:电子工业出版社,2007:115-123.
[5]汪妮,解建仓,雷社平.基于中间件技术的防汛指挥系统设计[J].西北农林科技大学学报,2004,32(3):92-96.
[6]蔡阳,汪妮,张永进,解建仓.中间件技术在多模型洪水预报WEB中的应用[J].水利学报,2005,36(3):350-354.
[7]朱建勇,樊孝忠.基于网格技术的电子政务平台研究与设计[J].计算机科学,2006,33(l):127-136.
[8]童梅,吴志周,杨晓光.基于网格技术的交通信息服务平台的设计与实现[J].计算机工程与应用,2007,43(25):188-191.
[9]龚小勇,朱庆生.基于网格技术的企业应用集成框架的设计与实现[J].计算机应用研究,2006(12):239-242.
上游水利工程对水文预报的影响 篇8
1 目前我国水利工程状况
自新中国成立至今, 国家为了合理配置水资源修建了一批又一批的中小型水利工程, 以达到兴利除弊的作用, 其主要作一般都是用来发电、供水、除涝、灌溉和防洪等等。水利工程的兴建, 带来了经济效益的同时, 也减少了灾害洪涝, 方便了农田灌溉。水利工程是一项使用年限长、影响范围广, 施工期限长, 资金投入很多, 技术特别复杂, 规模又特别大的工程。近几年, 全球气候变化异常, 水资源供不应求, 造成矛盾日益激烈, 为解决此现象和矛盾, 国家更加重视水利工程上的工作, 并加大了力度投入, 对水资源的“三条红线”严格执行、进行跨流域调水、投入资金兴建大型水利工程、加固维修河道、对之前已经修建的水利工程进行维修, 开展最严厉的水资源管理制度。
2 水文预报定义
水文预报是一项严谨的工作, 是水利工程的建设和投入之后的效益和安全的根本保障。因此, 水利工程建设中最重要的工作是水文预报工作。洪水预报和枯季径流预报是水文预报的两大组成部分, 对于枯季径流预报工作时, 在注重预测中长期的径流形势的同时, 要关注短时期内的实施预报, 更高效地为水库或者电站的运作计划提供和制定可靠依据;而洪水预报和枯季径流预报不一样, 工作期间要关注短期内的实施预报, 水利工程的度讯就是靠洪水预报提供依据的。
3 水利工程与水系的关系以及对水文环境的影响
现在, 对于国家发展而言, 水利工程是一项利国利民的大项目, 对水系有效利用的办法是兴建水利工程, 也可起到有效地治理水系的作用。近年来, 我国经济迅猛发展, 电力需要变大, 供不应求的现象出现, 而水利工程的兴建不仅能治理水系还能为国家提供大量的电力资源。正因为这种优势和效益, 水利工程兴建工作在我国建设中越来越重要, 利用河流水系兴建工程是社会发展的必然趋势。而由于科技的不断进步发展, 大家也意识到只有进行合理的水利工程才能产生更大的经济效益。因此, 国家开始修建一些水利设施。水利工程就开始产生。水利工程的开展离不开水域生态, 两者紧密相连, 主要包括以下内容:
3.1 水利工程的建设主要根据水域本身的特点
水利工程的建设主要是根据水域本身的结构特点, 在原来水域的基础之上对其进行改变, 这就说明, 水域的本身特点对水利工程的建设有着很深远的影响。
3.2 河流的走向和水域的结构都会受到水利工程的影响
水利工程最根本的方式就是加筑堤坝和改变河流走向的方法对水域结构进行改造, 不过这种方式都不是自然形成的, 所以会对水域产生影响。
3.3 水域水文条件的改变受水利工程兴建的影响
水文规律、水的边界、水的温度、水的深浅和水流的速度是水域的生态信息。水利工程的建立确实让水域得到了一定的治理, 但同时对于原有的水域的水文条件也产生了一定的影响。
4 水利工程工作中水文问题的延伸
某一流域或者某一地区中水资源的规划受水文设计成果的影响。同时, 也影响到社会的稳定和人民财产性命安全以及工程效益的使用。随着社会的日益发展, 水利工程中的水文问题必然会进一步被扩展, 水文问题应该得到大家的重视, 应该开展相对应的研究工作, 这是非常有意义的工作。水利问题主要包括以下3个方面:一是位于流域中下垫面的改变会对水文信息产生影响;二是农村城镇化的发展必然会伴随着城市水文效应;三是对于比较特殊的水文问题的计算分析以及精确性、可靠性的提升。
5 水利工程工作中水文设计注意事项
设计规划和水利工程施工时, 工程需求与实际情况是水文设计工作的依靠, 因此, 水利工程设计施工时候必须注意以下事项:一是了解工程性质。防洪是水利工程的基本功能, 防洪功能既要承担下游的保护作用还要为缺乏工程的安全起作用。不一样的工程要思考的问题和内容也不一样, 洪量是根据工程的来设计的, 如果库容量大泄量小就需要重点设计, 而洪峰的设计则与之正好相反, 即“库容量小泄量大”。二是还要了解工程的任务, 和工程性质一样, 不一样的工程任务思考的水文影响也不一样, 对水文做针对性的设计必须对工程任务了解, 同时还要了解工程的设计阶段。目前, 具体工程规划和流域规划是我国水利工程建设设计阶段的主要阶段。
6 结语
我国的水利工程在航运、发电、灌溉、防洪等领域有利于人类发展和生存, 并为之提供了良好的条件。目前, 世界各国人口迅猛增长, 资源几近匮乏, 水电供不应求, 对水资源的合理利用和充分发挥其作用是目前社会发展的一大主题。不过, 在开发利用这些资源的时候, 大家也要思考到水利工程和水文之间的关系。在通过完全了解认识之后, 进行全方位的研究分析, 并采取相对应的举措, 真正做到合理开发水资源, 使得水文预报和水利工程相互贯通, 从而得到可以依靠的水文相关资料数据, 有指导性地促使水利工程建设工作顺利开展。
摘要：兴修水利工程是一项利国利民的工作, 由此, 对目前水利工程状况和水文预报做一阐述, 研究了水利工作对水文产生的影响, 并在此基础上提出几点建议以及注意事项, 旨在实现水利工程的良性发展, 从而更好地为万民造福。
长期水文预报 篇9
水文预报系统通过建立数据库、知识库、方法库、模型库、图形库及综合推理机, 对未来一定预见期内的水文状况做出预测, 对防洪减灾和水资源的优化调度都具有积极的意义。
近年来, 水文预报系统越来越广泛地被应用到许多领域, 如城市防洪、水库调度等。水文预报是相当复杂的过程, 受地理、气候的影响比较大, 且随着气候和地形地貌的变化, 常常需要采用几个模型进行预报并比较。这就要求预报系统具有兼容性和可扩展性。
现行的水文预报模型属于以物理成因为基础, 具有一定经验性的范畴[1]。水文预报系统涉及的内容较多, 从数据采集传输、解析存储、运用水文模型进行计算到最终显示发布, 这些过程若采用同一种程序设计语言, 难以发挥各自的优势。如VB易学易用, 开发出来的软件体积小;VC在底层功能和指针方面的支持较好;C#适用于面向网络的显示和发布。
目前, VB主要用于模型构建和计算, 计算结果通过ASP.Net进行信息发布和与客户端交互。要在整个系统中充分发挥各种语言的优势, 充分利用现有的程序资源, 使用动态链接库 (Dynamic Linking Library, DLL) 是比较合适的方法。
1 DLL技术的优越性
DLL一般以函数库的形式供应用程序调用, 其应用于水文预报系统的优越性主要表现在以下几个方面:
1) 便于不同专业模块的集成。不同专业集成系统往往涉及很多专业应用, 不同的专业适合的语言可能不同, DLL技术通过接口交互, 使得不同专业模块的集成成为可能。如:大坝安全评估、水文预报、水库调度分属不同专业模块, 但相互之间关系密切, 水库调度以水文预报结果为基础, 调度决策又要考虑到大坝安全, 这些不同专业之间的相互调用可通过DLL完成。
2) 便于系统升级。只需在程序升级时, 替换库函数, 不会影响系统其他部分。如:流域气候或下垫面等因素发生变化, 水文预报模型可能会跟着改变, 此时只要将水文预报部分通过DLL替换掉, 与之相关联的其他专业模块不受影响。
3) 提高工作效率。不同语言编写的应用程序都可以使用同一个DLL, 且DLL可与其他程序部分同时进行编程, 可以缩短工期, 提高效率。如:水文预报模块只需提供给水库调度模块DLL函数, 使其得到洪水过程线即可, 模块内部程序不影响调用结构。因此各模块可同步进行编程调试。
4) 节约内存, 提高系统运行速度。DLL只有在被调用时才装入内存运行, 且多个程序使用相同的DLL时, 只需在内存中装载1次, 这样就节省数百兆甚至上千兆的内存开销。
2 用VB创建及测试水文预报模型.DLL
水文预报模型有多种, 基本上都是由模型参数、输入数据、计算流程、输出数据等几部分组成。
下面以水文预报系统的三水源新安江水文预报模型为例编写DLL。
在这个DLL中, 包含了新安江模型水文预报的各个流程, 从设置模型参数、读取实测值到按时段计算, 以及输出计算结果。这些参数值和实测值以虚参数组的形式体现, 调用时, 读取数据库中实际值或用户输入值作为实参数组进行调用, 最后得到计算结果, 这里应用的是洪水流量过程线。
1) 步骤1。启动V B 6.0, 新建工程, 选择Active X DLL, 打开, 工程名改为XAJ, 类模块命名为xinanjiang.dll, 然后定义参数, 并计算:
Public Sub XAJ (xaj_p (15) As float, xaj_i (8) As float, xaj_c (3) As float, p () As float, ep () As float, qq () As float, QR () As float, RR0 As float, N as integer)
其中:xaj_p (15) ——设置模型参数名称;
xaj_i (8) ——设置模型参数值, 可针对地理气候条件交互设置, 针对某个地区一般为常量;
xaj_c (3) ——设置模型启动时起始值, 如根据前期天气情况设置土壤墒情等值;
p () ——实时降雨量, 模拟降雨量;
ep () ——实时蒸发量, 模拟蒸发量;
qq () ——实时区间来水量, 模拟区间来水量;
QR () ——计算出的流量;
RR0——初始流量;
N——实时数据数组的个数
Dim I as integer——设置I为循环变量 (整数型) 。
以下是计算过程, 求出QR () 数据, 返回
For I=1 to N
W (1) =xaj_i (1) :W (2) =xaj_i (2) :W (3) =xaj_i (3)
……
QR (I) = (R+RIMP) *U
Next I
End Sub
完成保存工作后, 选择“文件-生成XAJ.dll”, 确定。
2) 步骤2。文件-添加工程, 选择标准EXE, 打开, 生成窗体form1, 改名为“测试窗口”, 保存。添加测试窗体的目的是为了修改和调试DLL。
3) 步骤3。工程-引用, 在对话框中勾选“XAJ”, 确定。
4) 步骤4。在form1的代码窗口输入:
Private Sub Form_Load ()
…… (定义数据类型)
Dim testxaj As New xinanjiang.dll
Set testxaj=New xinanjiang.dll
…… (读入输入参数)
Call testxaj.XAJ (XAJ_Para, XAJ_Init S, XAJ_Condi, P, EP, q, QR () , mm1)
End sub
5) 步骤5。将测试窗口工程设置为启动工程。运行-启动, 程序自动将计算结果写到相应数据文件中。这里计算结果是写到1个TXT文件里, 如果要写到其他类型的数据库中, 只要在DLL中写数据部分连接不同的数据库, 并按照相应字段写入即可。
6) 步骤6。文件-保存工程组, 组名改为XAJ。下次修改DLL时, 打开XAJ.vbg, 修改后重新编译生成XAJ.dll, 代替原来的DLL文件。调用时, 重复步骤3~5即可。
3 在ASP.Net中调用VB创建的DLL
ASP.Net可以与传统ASP并行运行, 但编程速度远非ASP可比, 用于创建更快、更强大和功能更全的Web应用程序[2]。
1) 步骤1。在开始-运行中输入regsvr32 C:WINDOWSsystem32XAJ.dll, 进行注册。
2) 步骤2。在Calculation.asp中编写代码:
读取数据库:
读取数据表内容:
数据表内容在界面上以表格形式显示, 如表1所示。
计算时, 可以直接采用默认值, 也可以输入参数值, 进行参数设置,
其他水文模型的创建和调用过程类似, 核心就是通过函数调用进行数据的传递, 实现水文预报计算、发布等多个过程的集成, 使之成为一个有机的整体。
4 结语
以上水文预报模型.DLL程序编写和在ASP.Ne中的调用实例证明, 使用DLL技术实现水文预报的方法是切实有效的。使用DLL技术不仅可以利用多种语言各自的优势, 加快系统开发和运行速度, 还能对程序的核心代码进行封装保护, 使得系统更安全[3]、更易于维护和扩展。例如, 在桃山水库洪水预报系统中, 一期工程采用大伙房产流模型和瞬时单位线作为水库流域的产流预报和汇流模型, 后来由于干流入库控制水文站搬迁重建、河道漫滩严重, 因此, 二期工程中, 洪水预报软件进行了升级, 增加了新安江模型和分段分层河道演算模型.DLL。经过对照预报, 发现降雨量大于100 mm时, 大伙房模型比新安江模型合格率高一些;反之, 降雨量小于100 mm时, 大伙房模型比新安江模型合格率低一些。通过总结经验, 提高了水文预报精度。使用了DLL技术后, 系统没有因为增加了模型而变得臃肿耗时, 可见DLL技术对于多模型系统是比较有效的。
摘要：在水文预报系统开发中, 通过DLL技术的应用, 既充分发挥多种开发语言各自的特长, 提高系统开发效率, 又可提高系统的运行速率, 增强系统的可扩展性。详细分析用VB创建及测试水文预报模型.DLL的步骤, 以及在ASP.Net中如何调用VB创建的DLL进行水文预报。程序编写和调用实例证明, 使用DLL技术实现水文预报的方法是切实有效的。
关键词：DLL,VB,ASP.Net,水文预报系统
参考文献
[1]林三益.水文预报[M].2版.北京:中国水利水电出版社, 2001:4.
[2][美]G.Andrew Duthie.ASP.Net程序设计[M].李万伦, 何蕾, 赵海, 译.北京:清华大学出版社, 2002:11-12.