【摘要】：洪水預(yù)報是重要的防洪非工程措施,準確及時的洪水預(yù)報可以使洪災(zāi)損失降到最低。目前在洪水預(yù)報中應(yīng)用最廣泛的水文模型是概念性模型,其預(yù)報誤差來源于模型輸入、模型結(jié)構(gòu)、模型參數(shù)、實測值以及狀態(tài)變量初值等5個方面,在模型結(jié)構(gòu)確定,模型輸入、實測數(shù)據(jù)質(zhì)量一定的情況下,通過修正狀態(tài)變量初值,使其更符合實際情況,是提高洪水預(yù)報精度的有效途徑之一,但目前尚無有效的修正方法。針對此問題,論文提出了基于狀態(tài)變量初值修正(Initial State Variable Correction,ISVC)的洪水預(yù)報方法,并對ISVC方法修正效果進行了檢驗。論文主要內(nèi)容總結(jié)如下:(1)狀態(tài)變量初值修正的必要性和可行性論文總結(jié)了當前洪水預(yù)報誤差修正方法的特點和不足,指出了從模型輸入、模型結(jié)構(gòu)、模型參數(shù)、實測值等方面進行修正存在一定的困難和局限性,而目前對狀態(tài)變量初值主要采用水文模型連續(xù)演算的方式得到,在計算過程中,由于模型輸入和模型參數(shù)的誤差,連續(xù)演算后的狀態(tài)變量初值存在誤差,特別是對流域上的第一場水和久旱后的洪水,誤差更大。目前對狀態(tài)變量初值修正主要是人工經(jīng)驗的方式,存在專業(yè)要求高,主觀性強等缺點,因此,提出一種更為科學有效的狀態(tài)變量初值修正方法是必要的;通過對狀態(tài)變量初值對單場洪水和連續(xù)洪水的洪水模擬影響分析發(fā)現(xiàn),狀態(tài)變量初值準確的洪水,預(yù)報精度更高,同時狀態(tài)變量初值對洪水預(yù)報具有連續(xù)性和系統(tǒng)性的影響,因此對狀態(tài)變量初值進行修正,以提高洪水預(yù)報精度是可行的。(2)賽塘流域水文特性分析收集了流域1992-2018年的降水、流量和蒸發(fā)資料,并分別對其進行了分析。采用Mann-Kendall趨勢檢定和MWP突變檢定法研究了降水趨勢,結(jié)果表明,賽塘流域近30年來,年汛期降水天數(shù)顯著減少,洋溪、章莊3小時最大降水量趨勢顯著增加,其余各項降水量指標均無明顯變化趨勢;洪水特性分析表明,賽塘流域的洪水集中在4-7月份,洪水平均歷時6.08d,平均預(yù)見期19.5h,平均洪雨比為0.53,峰形多為單峰型,洪水過程較為平緩;蒸發(fā)特性分析表明,流域的日、月蒸發(fā)量無明顯變化趨勢,年蒸發(fā)量有明顯的下降趨勢,論文分析了蒸發(fā)量旬化對洪水預(yù)報的影響,結(jié)果表明,采用旬化蒸發(fā)參數(shù)代替實測蒸發(fā)量是可行的,當蒸發(fā)資料年限達到20年以上時,計算出的旬化蒸發(fā)參數(shù)較為穩(wěn)定。(3)ISVC方法的原理、步驟、特點ISVC方法利用平穩(wěn)期的實測流量與預(yù)報流量對狀態(tài)變量初值進行修正;ISVC方法主要步驟共分為7步進行,首先采用水文模型連續(xù)計算得到的狀態(tài)變量初值進行洪水預(yù)報,然后選擇平穩(wěn)期,采用平穩(wěn)期的實測流量與計算流量建立誤差目標函數(shù),判斷初值的調(diào)整方向,給定初值的取值范圍,利用優(yōu)化算法率定出最優(yōu)的狀態(tài)變量初值,最后采用率定出的初值重新進行洪水預(yù)報;ISVC方法不對水文模型及原有預(yù)報方法做出任何改變,具有獨立性、普適性和實用性的特點。(4)ISVC方法在賽塘流域的應(yīng)用過程及結(jié)果分析ISVC方法可應(yīng)用于歷史洪水模擬以及實時洪水預(yù)報。采用新安江模型編制了賽塘流域的洪水預(yù)報方案,并采用歷史洪水對ISVC方法應(yīng)用效果進行了驗證,對17場洪水進行修正后,12場洪水的預(yù)報效果變好,變好率為70.6%,修正后方案的合格率由79.3%上升為84.1%,結(jié)果表明,ISVC方法能有效提高洪水預(yù)報精度;論文將洪水類型分為8種,分析了其修正后的可能變化結(jié)果,并選取了修正后效果變好洪水和修正后效果變差等典型洪水對ISVC方法應(yīng)用進行了詳細說明;論文分析討論了ISVC方法中平穩(wěn)期的選擇對修正結(jié)果的影響,結(jié)果表明平穩(wěn)期的選擇非常關(guān)鍵,對修正結(jié)果有著重要影響;論文設(shè)置不同的平穩(wěn)期閾值,分別進行修正,結(jié)果表明閾值設(shè)置有著重要影響,設(shè)置不當會造成修正不足和修正過度等問題;論文分析了狀態(tài)變量初值和模型參數(shù)的相似性和不同點,通過Monte-Carlo統(tǒng)計實驗分析,指出了初值的異參同效現(xiàn)象及其對修正結(jié)果的影響,提出了多次計算,取其中最好值的方法,有效解決了初值異參同效現(xiàn)象帶來的不利影響。
【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P338;TV87
【圖文】：

論文第２章對研究區(qū)域的水文特性進行研究；第３章和第４章是方法的理論構(gòu)建部逡逑分，提出基于狀態(tài)變量初值修正的洪水預(yù)報方法研宄；第５章和第６章是對所提出方法逡逑的實際應(yīng)用。論文各部分內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系如圖１－１。逡逑第１章緒論逡逑｜邐＾邐｜逡逑第２章研宄區(qū)域水文特性逡逑理論構(gòu)建邐＃邐實踐應(yīng)用逡逑邐邐邐邐—邋￣邋￣邋邐邐邐邐｜逡逑｜邋｜第３章狀態(tài)變量及其對洪水預(yù)報｜邐｜邐￣￣第５章洪水預(yù)報方案編制￣￣邐｜逡逑｜邐的影響邐；丨邐！逡逑ｉ「邋了邐＾邋！逡逑；第４章基于狀態(tài)變量初值修正的；丨第６章ＩＳＶＣ方法應(yīng)用及分析邋！逡逑；邐洪水預(yù)報方法邐丨；邐｜逡逑：邐：＇邐＇：逡逑＾邋－逡逑第７章結(jié)論與展望逡逑圖１－１論文章節(jié)結(jié)構(gòu)圖逡逑１．３．３研宄技術(shù)路線逡逑論文以基于狀態(tài)變量初值修正的洪水預(yù)報方法為核心，按照“問題提出－資料收集逡逑分析－規(guī)律識別－方法提出－方法應(yīng)用”的總體思路開展研宄。系統(tǒng)研宄方法的必要性，可逡逑行性，方法的原理、步驟、特點，方法的應(yīng)用范圍、應(yīng)用效果等。如圖１－２所示。逡逑１３逡逑

吼江與瀘水均為贛江支流，賽塘水文站與吉安蒸發(fā)站直線距離僅２０ｋｍ，水文氣象特性逡逑相似，用吉安蒸發(fā)站的蒸發(fā)資料作為賽塘流域的蒸發(fā)資料是合適的。逡逑賽塘流域水雨情測站表見表２－１，流域及測站分布、泰森多邊形劃分圖見圖２－１。逡逑表２－１賽塘流域水雨情測站表逡逑測站名稱邐所在河流邐Ｈ邐Ｗ＆邐測站類型逡逑ＳＳ邐ＰｚＫ邐１１４°４２＇４４．６４＂邐２７。１３＇２０＿６４，，邐水文站逡逑章莊邐東谷水邐１１４°２１＇４０．３２＂邐２７°３１＇３３．６”邐雨量站逡逑排頭邐瀘水邐１１４。２１＇７．９２＂邐２７°２３＇６．３６＂邐雨量站逡逑平都邐瀘水邐１１４°３６２９．１６”邐２７°２３＇５１．７２＂邐雨量站逡逑路口邐瀘水邐１１４。５＇３６．２４＂邐２７0１６＇５３．０４＂邐雨量站逡逑洋溪邐瀘水邐１１４。１３＇１４．５２＂邐２７°１８＇１４．７６＂邐雨量站逡逑金田邐消河邐１１４°２６］３．７２＂邐２７°８＇５６．７６＂邐雨量站逡逑吉安邐贛江邐１１４°５４Ｗ邐２７°３＇１０．２＂邐蒸發(fā)站逡逑１５逡逑

從測站降水量的角度來說，各測站之間的降水量較為接近，而從汛期降逡逑水量分布的角度來說，降水分布不均勻，具有明顯的季節(jié)性特點。汛期和主汛期的降水逡逑量等值面見圖２－３。逡逑

本文編號：2775232