（水文学及水资源专业论文）大伙房径流中长期预报及引水调度方式研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 中长期水文预报模型很多，但针对特定流域并不是所有模型都适用；此外，在跨流 域引水兴利调度方面，应用中长期预报信息的相关研究不多，因此，本文进行了中长期 预报及跨流域引水预报优化调度方面的理论与方法研究。文中采用多种方法进行了大伙 房水库径流中长期预报建模，预报结果显示b p 神经网络模型最适用于该流域。将径流 中长期预报信息应用在跨流域引水优化调度中，进行了几种不同调度方式的对比计算， 计算结果显示，中长期预报信息及优化调度方法的应用将使调入区大伙房水库的本地水 资源得到更充分利用，从而减少外调水量，提高跨流域引水系统整体效益。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 大伙房水库年径流预报。选用平稳时间序列、逐步线性回归、b p 神经网络三 种方法进行了年径流预报建模。选取适当的水文及气象因子作为模型输入，对b p 神经 网络模型的设计采用了“试错法”、“综合效应系数法”以及引入冲量项等办法弥补了 模型本身的不足。分析模拟及检验预报结果，得出b p 神经网络法是最适合该流域的径 流中长期预报方法。 ( 2 ) 跨流域引水模拟预报优化调度。依据大伙房水库来水资料选取了丰、平、枯等 五个代表年，以各时段实际来水代替预报值，应用动态规划进行了模拟预报优化调度计 算。计算结果表明，中长期预报信息及优化调度方法的应用较无预报情况，在丰及偏丰 水年可大幅减少引水量，在平水年也可减少引水，在偏枯及枯水年可减轻缺水破坏程度。 ( 3 ) 跨流域引水预报优化调度。按照模拟预报优化调度的思路与研究方法，选取 前述径流中长期预报中的一组预报结果，将其作为预报径流输入，进行跨流域引水预报 优化调度计算。将计算结果与模拟预报优化调度、无预报调度结果进行了比较，与无预 报调度相比，中长期预报成果在引水优化调度中的应用能有效减少引水和弃水量；与模 拟预报优化调度相比，简要分析了二者调度结果的差异及产生原因。 关键词：大伙房水库；中长期预报；跨流域引水：预报优化调度 大伙房径流中长期颈 侵及g 永键寝方式研究 s t u d yo nm i d - l o n g - t e r mr u n o f f f o r e c a s ta n d t r a n s b a s i nd i v e r s i o n o p e r a t i o no fd h f r e s e r v o i r a b s t r a c t t h e r ea r eak i n do fm o d e l sa b o u tm i d - l o n gt e r mh y d r o l o g i cf o r e c a s t i n g ，b u tn o n ei s s u i t a b l et oe a c hb a s i n m o r e o v e r , h o wt ou s et h ei n f o r m a t i o no fm i d l o n gt e r mf o r e c a s t i n gt o e n l a r g et h ee f f i c i e n e yo f u a n s b a s i nd i v e r s i o ns y s t e mi ss t u d i e as e l d o m s o s o m et h e o r e t i c sa n d m e a n sa b o u tm i d - l o n gt e r mf o r e c a s t i n ga n do p e r a t i o no p t i m i z a t i o no ft r a n s b a s i nd i v e r s i o n w e j l es t u d i e di nt h i sa r t i c l e ，s e v e r a lm e t h o d so fm i 莲* l o n gt e r mh y d r o l o 垂ef o r e c a s t i n gw 麟e u s e dt ob u i l dm o d e lf o rd a h u o f a n gr e s e r v i o r , r e s u l t so ff o r e c a s t i n gi l l u s t r a t e dt h a tb pn e u r a l n e t w o r ki st h em o s ta d a p t a b l et ot h i sr i v e rb a s i n u s 裾氇ei n f o r m a t i o no fm i d - l o n gt e r m f o r e c a s t i n gi no p e r a t i o no p t i m i z a t i o no ft r a n s b a s i nd i v e r s i o n , t h er e s u l to fc o m p a r a t i o n f o s s f o s ，n f sd i s p l a yt h a tf o sa n ds f o sb o t hw e r er e d u c e dd i v e r s i o na n dd i s c h a r g e a p p l i c a t i o no fm i d - l o n gt e r mf o r e c a s t i n g i n f o r m a t i o na n do p t i m i z a t i o nw o u l dm a k ew e l l u s eo fd h fr u l l o i f , t h e nr e d u c ed i v e r s i o nf r o mo t h e rr i v e rb a s i n , e n h a n c e 也eb e n e f i to f t r a n s b a s i ns y s t e m t h em a i nc o m e n t sa r ea sf o l l o w ： ( 1 ) m i d - l o n gt e r mf o r e c a s t i n go fd h fr e s e r v i o r b u i l tm i d - l o n g t e r mr u n o f f f o r e c a s t i n g m o d e l s u s i n gs t a t i o n a r y t i m es e r i e s a n a l y s i s ，s t e p w i s e u l t i v a r i a t e r e g r e s s i o 敷，b pn e u r a ln e t w o r k c h o s es 0 1 1 1 es i u t a b l ef a c t o r s ，n s e t r i a l - a n d - e r r o r , ”一葶”，” k i n e l d em o m e n t t m a , a t lt h e s ei m p r o v e dt h ee f f i c i e n e yo fb pm o d e l ，硅ef o r e c a s t i n gr e s u l t d i s p l a y e dt h a tb pm o d e li st h em o s ts i u t a b t et ot h i sb a s i n ( 2 i m i t a t ef o r e c a s t i n g - o p t i m z a t i o ns c h e d u l ef o rt r a n s b a s i nd i v e r s i o n ( s f o s ) 氐m a i n i d e ai s c o n s i d e rt h ef o r e c 鹅恤go fy e a ra n df l o o ds e a s o nt or e d u c ed i v e r s i o nb e f o r ef l o o d s e a s o l la tt h eb e g i n n i n go fs c h e d u l ep e r i o d , r e d u c er e a s o n a b l yd i v e r s i o na c o o r d 试g a s t i m e - i n t e r v a lf o r e c a s t i n gd u r i n ge a c hp e r i o do ft i m e p i c k e do u tf i v ed e p u t yy e a r st oc a l c u l a t e u s i n gm i d - l o n gt e r mf o r e c a s t i n ga n dd po p t i m i z e df i m c t i o n 1 1 r e s u l ti n d i e a t e dt h a tt h eu s e o f f o r e c a s t i n gi n f o r m a t i o na n do p t i m i z a t i o nc a nd e c r e a s ed i v e r s i o na n dd i s c h a r g e + ( 3 ) f o r e c a s t i n g - o p t i m i z a t i o ns c h e d u l e f o r 廿a n s b a s i nd i v e r s i o n ( f o s ) t h er e s e a r c h p r o c e s si ss i m i l i a rw i t hs f o se x c e p t t h a ti m p o a j n gr u n o f fw a st h ef o r e c a s t i n gw h i c hr e c e i v e d b e f o r e c o m p a r e dt h er e s u l to fs f o s ，f o s i n f s ，i tw a sa p p r o v 醴t h a ts f o sa n df o s i sb e t t e r t h a nn f s , m o r e o v e r , a n a l y z e dt h ed i f f e r e n c ea n dc a u s a t i o na b o u t 也er e s u l to fs f o sa n df o s i nb r i e f l y 一i i 大涟理工大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：d a h u o f a n gr e s e r v o i r ；l v h d - l o n gt e r mf o r e c a s t i n g ；t r a n s b a s i nd i v e r s i o n ； f o r e c a s t i n g - o p t i m i z a t i o ns c h e d u l e i i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学镶论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文串不包含葵镪人已经发表或撰写盼研究成暴，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或禳书所使餍过麓榜耕。与我一同墨锋的同志 对本研究所儆的贡献均已在论史中做了明确的说明并表示了谢意。 佟者签名：耋娩逸期： 大伙房径流中长期预报及引水调度方式研究 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者繇蔓蛰 铆躲竭遂 逝年上月_ l l 日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 选题背景 随麓入口增长与社会进步，水资源问题已成为影响久爨2 l 世纪生存与发展的一个 重要因綮。社会主义科学发展观嚣求建设资源节约型、环境发好型社会，这对水资源的 合理利用提出了更离的要求，水文巾长期预报谯水资源台理瓤置与充分利熙方面的重要 参考徐德，使其逐澎藏隽疼文释学领域蠹兹磷突然熹之一。 我瞪水资源状况w 以概括为：总量多，人均少，时空分布不均匀，水资源供需矛藤 突出。我国水资源的总量约为2 8 万亿1 1 2 3 ，居馓界第六位，但人均占有擞只有2 3 0 0 m 3 ， 约为瞧：豢入均本平静i 4 ，预计裂2 0 3 0 年人均窳瓷源量将下瓣到1 7 0 0m 3 ，接近国际公 认的警戒线】。水瓷滚董在时间分布上，年际阕变化大，霄辩丰桩交瞽，有时也出现逡 丰、遗槠的现象；举内各个季节也分配不均匀，j b 方地区年降水变幅在4 0 - - 6 0 0 r a m ，南 方一般为1 0 0 0 - 2 0 0 0 r a m ，夏秋季节河流水位暴涨，永资源翻自流失，丽且容易形成滋 涝灾骞，冬毒桔承零麓零往舔落，窳资源量少，造成严重斡子孚鲮拳。东空淘分毒上， 我国水资源南方多、北方少，沿海多、内陆少，山区多、平原少【2 1 。长城流域及其以南 地区耕地面积占全国的3 6 ，地表水资源占全圈的8 1 以上，而淮河以北的华北、东北、 嚣l 等媳貉耪遗嚣积鑫全国豹6 4 ，建表拳资源萎仅秀全蓬豹1 9 。部分恁区水资源蕊 严重不怒，造成永瓷源供需矛盾突如，对农业嫩产和久民生活有着很大的影响，丽且许 多城市因为水资源供给不足导致缀济发展受到制约，据报道，全国现有6 6 8 座城市，肖 4 0 0 座城市缺水，其巾宥1 0 0 座城市严重缺水，1 9 8 2 年大连市因为缺水，工业产值就减 少6 钇嚣，土缴零j 濑减少l 钇元阑。 为角攀决水资源时窟分布不均的问题，我圜在建国几十颦来修建了大髓蓄水引水工 程。在水资源时间分配方面，水库有调节天然校流的作用，在汛期拦蓄激水削减洪峰， 在桔欢期扶水瘴孛效承珏满足各兴葶l | 部f l 载用农器求；对予永资源空闻分巍不均匀的阏 题，跨流域弓f 永成为搬要静解决逡径。承资源优亿调度工俸麓保证各种永淄工程能够充 分发挥社会经济效益的非工程措施。在合理的控制运用下，释类水利工稷可以发挥较原 设计更大的作用，调、淤与兴利的矛爝、水资源合理调配等阅题都能得到翼好解决。 审长耀瘩文鼷壤焱农稠工程豹瓣翅、运孬戳及瘩资源台璞谖配方嚣都蠢重要熬参考 价值。对水利系统控制运用而言，一定精度的水文中长期预撤，是经济合理调度的重要 参考性依据，是研究实施预报调度方式的基础：年初和汛前，如有较准确的长期旱涝懑 势预摄，剃霹争取一定程疫豹抗灾志动权，提蠢骑承抗旱物瓷利臻率；对跨流域弓l 承王 大伙房径流中长期预报及引水调度方式研究 程，依据年径流量预报可以更合理制定引水计划，适度降低引水量，不但可以有效减少 调入区弃水，而且使节省的水量在调出区产生更大的经济效益。 中长期预报建模方法有很多种，但预报精度的参差不齐一直是个较难解决的问题 3 】。 其困难在于水文要素长期变化的物理机制极其复杂，其变化情势受各种不确定因素影 响，如气候气象、地理环境变化和人类活动影响，运行规律尚不完全清除。因此，它与 短期水文预报相比，不仅仅是区别在预见期的长短不同，而且在预报方法和途径上也有 较大差别。本文在研究室已有科研成果的基础上，着重研究几种有代表性的中长期预报 方法，以期找出与大伙房流域地理气候等特征相匹配的方法进行径流中长期预报，并简 要分析中长期预报信息在跨流域引水方面的应用。 1 2 研究现状 1 2 1中长期预报研究现状 根据前期水文气象要素，用成因分析与数理统计的方法，对未来较长时间的水文要 素进行科学的预测，称为中长期水文预报。视预报的对象与内容的不同，通常把预见期 在3 天至1 5 天的称为中期预报，1 5 天以上一年以内的称为长期预报；一年以上的则称 为超长期预报。目前开展的中长期水文预报包括径流、江河湖海的水位、早涝趋势、冰 情及泥沙等预报项目。对径流预报而言，预见期超过流域最大汇流时间的即为中长期预 报。 中长期预报常通过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，预报方法主要有以下几类。 ( 1 ) 物理成因分析法。物理成因分析法主要侧重于水文现象物理形成过程的描述 与分析。常用的有用前期环流进行预报、用前期海温特征进行预报、用太阳活动规律进 行预报、用其他天文地球物理因子进行预报，其中有代表性的是用前期环流进行预报， 也称天气学方法。它的基本出发点是，大气环流是制约着一个流域或地区上水文情况的 主要因素。大范围的洪涝与干旱总是与大范围的环流异常联系在一起的，因此，只要分 析寻找出异常环流的演变承替规律，就能利用这种规律对后期水文情况进行预报。这种 方法是对大量的历史气候资料，主要是高空环流的逐月平均形势与对应的水文要素进行 分析综合，概括出旱涝年前期的环流特征模式，然后由前期环流特征作出后期水文情况 的定性预报。或在前期月平均环流形势图上分析与预报对象关系密切的地区与时段，从 中挑选出物理意义明确、统计贡献显著的预报因子，然后用逐步回归或其他多元分析方 法与预报对象建立方程，并据此进行定量预报。物理成因分析法基于水文要素与预报因 大连瑗工大学硕士学位论文 子间的因果关系，模型具有较明确的物理意义，发展前景着好，不足之处怒因子与待预 报水文要素闻的搬关性不易分析，鼠大量的预报因子资料也不易搜集1 4 】。 ( 2 ) 数理绫诗法。数理统诗法蔫舞鬻羹懿，可锾波定量预投酶主要方法。宅壤 据大量历史资料，应塌概率与数理统计方法探求水文要索历史变化的统计规律，寻找已 经出现过的预报对象和预报因子之阃的统计规律和关系绒水文要素自身历史变化的统 计规律，建立预报模型进行预报。避凝方法历史悠久，发展很快，应用也较广泛。按制 作预报依据的瓷糕，可细分两类：一是单要素预报，鄹分板要素本身时序变化瓶律进行 颞摄，絮历史演变法、烫麓叠熬、乎稳嚣霾旁鬟、趋势分援及莲瓠函数豹蒸黧分解等； 二是多因予综会颤攘，即分丰斤要素与麓期多盈子之阗的统计楣关关系，然厝用数理统诗 法加以综合，进行预报，如多元回日分析、逐步回归分析及多维时间序列簿【5 6 。 ( 3 ) 现代中长期预报方法。模糊数学预测方法是从8 0 年代开始发展起来的新方法， 陈守煜【7 期等在水利、水文、水资源姆环境科学领域中进行了模糊集的应用磷究，井将模 凝集分辑与系绞分辑缍会踅寒，形残了一令毅魏模糊隧凝系统分耩薅系。9 0 年健戳来， 人工神经网络农承文预擐中懿应霭逐渐增多，吴超羽【霸簿认为人工神经网络横蹩是高度 非线性模型，能够有效地模拟本质为a # 线性的实际水文系统。自1 9 8 2 年邓聚龙创立灰 色系统理论以来，灰色预测得到很太发展 1 0 , l l 】。小波分析【1 2 理论诞生于2 0 燃纪8 0 年代 末，源于傅立叶分析，方法可用于分析水文序列的变化特性，检测水文序列的周期。混 漶理论 1 司认隽雾溅攀兹匏运动都包会罄混涟运动，应矮溅沌理论，建立将水灾现象静确 定性分辑帮陡瓿瞧分析统一起来魏游淹分析法，可羯承滋窳文动力系统懿笺杂运动特 征。这些新兴盼预报方法各有优势，但理论发展都不够成熟。 中长期水文预报模型很多，目前还没有一种模型对所有的水文序列来说都是适用 的。预报模型的邋用性是至今仍然有衔深入研究的问题，对一个具体水文序列的中长期 预报趣题，人们镶缀是透过分孝厅、尝试、梭验等步骤，最终找到合适豹预报模型。孛长 麓承文预擐磅究仍鲶在发震酸段，耀鼯予短期瘩文颈投寒说，涝螽予生产实鼯鹣需求。 在预报理论研究上，更多注重的是水文系列的统计相关特性，而对物理成因必系关注得 相对较少；在预报方法上，对各种方法的有效性研究不够，使现有的方法搬熊在实践中 推广应用；在预报结果的实际应用上，中长期水文预报豳前主要是对水资源的宏观调控 起一些参考性作用。 蘧羞国琵经漭戆壤速发震，鼹爨然资源开发与强凌绦妒意谖熬壤强，滚城瘛各帮超 对防洪和供求预见期的要求越来越离，生产的需求必然会推动科技的发展，巾长期水文 预报的研究将会爨到愈来愈广泛的熏视【1 4 】。 大伙房径流孛长期颈报及g | 水键度方式研究 搴长麓鬏藩来来发震熬方惫及关键菝零润簇鸯毅下忍令方嚣鞋题： f 1 ) 仞水文要素的变化都有英特定的绥璎褫锻，瓢物理成因上释释预擐露子的会 瑗健，从形成承文现象的物理机制分析入手，佼预搬模型建立在一定的穆理成因基础上， 是今厝中长期水文预报以及其他水文预报成遵循的基本原则。 ( 2 ) 水文系统是一个复杂的大系统，水文骤寨的时空变化具有高度的非线性特点。 以线憔方法为主的线性水文预报方法，在中长期水文预报方面很难取得重大进展。根据 水文爨紫变化的非线性特点，突破传统概念的柬缚，引进新的分析途径是十分必鼹的。 模糊分析、人工神经网络，以及其他非线饿科举方法都可能成为有效的新的分析途缀。 移) 淡辩不足或资料代表性不好是制约巾妖期承文预报发展的重要原因之一。戍积 极开溪中长期承文预报辑鬈资辩的观测与积累，将溺爱a 类活凄影豌、全球气候交暖镣 弓l 怒瓣颈羧鞭子及影璃蠹素懿交往，怼孛长期零文颈摄影薅缀太，霹宅翻豹整测怒褥麓 聚撤效聚黪有效途径。 ( 4 ) 审长期水文变亿趋势主要受大尺度水文气象要素变优的影响，海洋因素的变化， 特别熄臌尔尼诺、拉尼娜现象对大陆水文气象糟定控制作用，对它们变化规律的鬻握 和解释将对提高预报精度起到重要作用。 1 2 2 跨流域引水优化调度研究现状 踌流域调水是在两个或两个以上的流域系统之间通过调剂水量余缺所进行的含瑕 水资源开发利用。系统一般包括水量调出区、水量调入区和水量通过区三部分。水爨调 出透魑攒郧些水量丰富、可供辨部其它流域调阕的露水流域和遣区，丽水量调入区则怒 燕些痰爨严囊短缺、急嚣获势都其它渡域调承枣 绘瓣于孚滚蠛窝建区，沟逶上述蘧纛之 瓣爨建淡藏滠瓣梵痰量逶遂基【嫡。在遗理经爨主，跨滚缄弓l 农零痒粪位于虿目豹涎浚之 上，承麾辩之阔的农力联系主要楚逶过建立承蠖、雩l 承渠道( 或管道) 等工程螽 藏，避 行系统内必然来水量在各水库之间的二次分戮，使备库入流量发生变化，从而改变朦帮 运行方案。 水滕必利调度方法主要有常规方法、模拟方法、优化方法。优化调度是一种建立以 水库为中心的目标函数，拟定其满足的约柬祭件，然后利用最优化方法求解由目标脯数 和约柬簸件组成的系统方程组，使目标函数取 ! 姆极值的水库运行控制方式。常用的优化 方法包括线性规划、非线性规划、动态规划、多翻标优化方法、太系统分解协调方法、 模糊优化法、神经网络、遗传算法、混沌优化法等。 逐零激，对跨流域弓| 求工程运行优化闻糕豹磷究主要是撮撵不殛流域内豹矮求黎 一4 一 大连溅工大学硕士学位论文 求、用水优先性以及单位用水量产饿簿的差异，进行水嫩在不同流域之间的分配，以达 到最优或次优。掰以在模型建立上奎黉考虑各流域内的效益之和作为优化强栎，将各流 域耱承量分琵僚凳决繁，考虑冬滚躐之淫羧及各矮承嫠门之藤静霜零要袋豹蓑舅等霾素 建立相应的约束条件。 在确定跨流域水库调水的引水方絮时 t t j s 】，工程安践中通常采用有限方案比较法。 基本思路是，在柳步分析的基础上，攀先拟定几种可能的引水方案，对这几个方案进行 具体分析计算，遄道比较选择一个较满意的引水量。具体操作对，根据水文统计资料， 遗褒羹壅年戆寒承逡程锋秀诗算效蕊霹霹经渡过程赘接述；搬器径滚赘 | | 季葶羹辱l 零能力大 小，假定可能鼢芍l 水量及弓 水比例系数，作为比较方案；对每一个方案，分析计算各承 库的入库流量，计算水库群的供水保证率；比较这几个引水方案的优劣，选怒个比较 满意的引水方案，由此得到跨流域引水的优化调度过程。 这样的方法擞然简单易操作，但怒由于参与比较的方寨数目限制，在调度中不能充 分考惠调出区嚣调入嚣天然来拳壤撬，承资源裂霜率苓麓，戈其当在菜一时羧调入区天 然来承量较大辩，蓉弓 求量还采取莱一设定静弓l 承魄铡，弼调入承量在调入嚣成为弃永 的现象很容易发嫩，使得原本在调出送可以产生经济散藏的水量在调入区囱髓浪费掉， 整个系统的综合效益受到影响。 朱未【19 】采用模糊优选理论进行大伙房跨流域引水工程引水调度方案优选，增加了引 瘩效益，减少了媳怒损失。张芳汹】袋弼系统分辑兹理论秘方法建立跨滚域零| 承工程豹承 奄鳐承库系统臻亿调度模鍪，禳摄太系统瑾论，对模鍪i 滋行分屡饶证，著按照不同优证 问题的特点，分剐采用不同的优化方法求解，提高了系统综合发电效益和水资源的利用 率。王本德，曹嫩涛等【” 采用“预报决策实施”不断前向卷动的递进过程，对 于桥水库跨流域调水系统进行预报优化调度研究，有效减少了调入区水库弃水，提高了 号 永工程豹效盏。潮毒程，王国剃f 2 i 】滋弦了基于遗传算法豹犬钦房跨流域号| 农工程优化 调度磅究，计舅绻柒铰长系燕法诿度城乡了弃隶垂窝调承麓，嚣嚣蹭燕了笈瞧量。 1 3 本文主甍内容 本文以辽宁销大伙房水库输水工程为背景，应用平稳时问序列、逐步线性回归、b p 神经刚络等中长期预报方法进行大伙膀水库径流中长期预报建模，并分析中长期预报信 息在跨流域雩| 窳貔纯藕度孛静痤震。文章具体内容安接熬下： 第一章绪论 大伙房径流咿长期预报及； 水调度方式研究 论述了选题背娥和研究意义。介绍了中长期预报的研究现状，包括中长期预报的概 念、分类、存在闷越及发展方向；橛遮了跨流域引水调度研究现状。概括介缓本文主要 蠹容。 第二章流域歉弓l 水工程概嚣 介绍了跨流域引水工程概况。包括调出区水资源状况以及楦仁、西江、风呜电站概 况；调入区大伙房流域水资源利用及短缺情况、大伙房流域地理气候特征；引水工程概 况。 第三章大饮黪承痒径滚中长期鬏缀 对平稳辩闺窿捌、逐步线性霞麴、b p 神经网络这凡释串长簸预攘方法鹣淼遴及方 法特点进行概括，并用其进行大伙魔水库年径流预报建模，通过分析比较不同方案的模 拟结果，得出b p 神经网络法是其中精度最高的一种。使用b p 法进行汛期殿桔水期径 流预报，并依据以上三种预报结果按照典型年法进行径流分配，得到一年内以旬、月为 辩段划分懿颓掇经溅过程。 第霆耄丈饮耱跨流域弓| 承颈缀後像潺度 应用动态规划法建立预报优化调成模型。依据大伙房水库来水情况选取率、平、桔 等五个代表年，备时段来水预报值以窳际来水量代替( 即假定预报完全准确) ，进行模 拟预报优化调度计算，调度结果与无预报情况进行比较，经结果分析得知中长期预报信 怠静应用效果。选出1 9 9 6 年作为代淡睾，以第三章的巾长期预报结果作为颥缀径漉输 入迸行舔覆撬晓调发，得凄缮栗与秃羧缀、搂接羲鞭嚣识调菠逶嚣毙较，撵魏分爨痤鬟 预报的益处以及调发过程可能由预掇误差产生的不良影响。 大连瑷工大学硕士学位论文 2 流域及引水工程概况 2 善l 瘩王疆凝凌 大伙房跨流域引水工程始于桓仁水库下游，引水至大伙房水库，途经本溪市桓仁县 年口抚顺市新宾县境内。 引水工程蚴烧将浑江流域桓仁水库的发电尾水，利用颓江和风鸣两座电蠡占作为调节 洼，经输承蹩漏爨滤弓| 水至耨宾县境瞧鹣苏子滔汇入大茯房水库，再经大饮雳承痒调解 蓐，蠢运宁省中部羹囊区提供城枣宝滔籀工韭震承。赣瘩工糕龟摇簌奉溪覆仨两糕蹶太彰乏 房水库调水的一期工程，以及从大伙房水库向6 个受水城市输水的二期工程。期工程 输水隧洞全长8 5 3 k m ，工程设计引水流量7 0 m 3 s ，多年平均调水量约1 8 亿n ，。 大伙房跨流域引水工程的兴建童瓣为缓解浑、太地隧水资源供需矛盾，为辽宁省中 都地区严重缺水豹六市提供工业与生溺瘸水及环境用水，解决该地区工农业瘸水短缺翘 蘧。稔痰工程懿受窳送是我国资源戆簸零戆嚣之一，承受涿严重短缺云藏燕铡约姿堍经 济可持续发震的鬃袋因素，水量词爨酝楚鸭绿江支流浑溉上游山区，属水资源较为丰富 的流域之一，水资源利用率仅为9 3 9 ，大多数水量自囱流入鸭绿江，具备向外调水的 条件。 2 。2 调出区浮浅流域概况 辽宁害大铰涝承瘴输承工程谖滋蒸笼蘑蔻整个浑茳流域。浑汪整予杏楱餐酶东毫 部、辽宁省的东部，西与辽河中下游的太子河、浑河流域相邻，河流全长4 3 5 h n ，流域 集水面积1 5 4 1 4 k m 2 ，天然年径流量7 3 9 7 亿m 3 ，人均水资源占有量为4 1 8 7 岔，亩均水 资源占有量4 6 2 5m 3 ，是水资源较为丰富的流域之一。 浑江流域【2 3 】鼓然承资源较丰富，键现状水裂开发利蹋撩发较低，绝大郝分承资源郝 仪窝予承髭开发疑溺爱滚入鹋绿漫。缀窳资添侯嚣分辑，谯滤是全藏壤鏊民筑滂套郁门 掰水的情况下，浑泼流域多年平均流入鹤绿江水量为6 8 8 3 亿m 3 ，占年径流蠹的9 3 0 5 。 通过调水前浑江水资源供需分析，设计水平年2 0 2 0 年将肖6 5 3 1 亿m 3 的多余水量流入 鸭绿江，从水资源利用的角度看，利用率仅为1 8 ，利用率比较低，因此可以考虑调往 浮太河地区，以满足浑太溽她区发展用水要求。 浑茳滚域戳窳戆开发翻震秀主。该流域痰力资源笼较攀塞，拳躯蕴藏量为6 4 0m w ， 髫蓠己建成桓仁、西江、风鸣、东方筑、回龙山和太平消六座东电站，总漩机容量 4 8 7 7 5 m w ，占总藏量的7 6 2 ，多年平均发电量为1 3 o l 亿k w h 。 大茯房轻流中长期预报及引求调度方式研究 桓仁水库位于洋江中游，在辽宁省桓仁县城附近。水库坝址控制面积1 0 3 6 4k m 2 ， 多年平均天然经流囊为4 5 6 7 亿m 3 。水库坝顼高程31 2 5 m ，总霹容3 4 5 亿d ，正常蓄 窳经3 0 0 m ，兴穗辩签8 24 z , r 1 3 ，弼承经2 9 0 m ，甄痒容| 。8 钇g f ，秀不宠念年调节蠢( 瘁。拦河顿按1 0 0 0 年一遇洪水设计、1 0 0 0 0 年一遇滚水梭核。桓仁电站总装帆容量菇 2 2 2 5m w ，设计簪发电量4 7 7 亿k w h ，保证率9 0 的保证出力3 3m w 。水库白1 9 7 2 年建成以来，在发电、防洪、灌溉、弊殖等方面发挥了很大作用。 桓仁水库是浮江梯级电站的龙头水痒，也是大伙房水库输水工程的源水水库。桓仁 邀蛄系东北电网中瓣重要调蜂龟菇，为尽量减少露调求聪撰失其镶蜂戆力，萼l 窳王疆进 承日设于垂仁拳黪矮下，由风鸣承摩缎持迸墨拳头，瑟汪东瘁作为调水工纛瓣爱调节汞 库，进行日调节搬桓仁电站调峰下泄的发电流量调节均匀后引入调水工程的避水口。 风鸣水库位予浑江干流桓仁水电豳占下游1 3 5 k m 处，电站坝址控制面积11 4 2 6k m 2 ， 桓仁至风呜区间多年平均天然径流黧为5 1 4 亿m 3 。水库坝顶高程为2 4 3 1 4 m ，总库容 0 5 亿m 3 ，正零鬻水位2 3 6 o m ，兴零露窖0 0 1 2 亿m 3 ，筏水位2 3 5 ，6 4 m ，联黪客0 ，1 2 亿蠢。承瘁按5 0 牮一运漠承设计、5 0 0 年一逶漠零校梭。菇鸿承毫菇荛低农受豹鑫谡 节水电站，电站髓黼装杌容量1 7 5m w ，年发电量6 7 1 4 万k w h ，保证率为8 5 时保证 出力为5 5 6 m w 。 西江电站拦河坝位于桓仁电站下游，距桓仁电站5 o k m ，处于桓仁电站与风鸣电站 之闰，总痒容2 0 0 0 万珏1 3 。电站装有四囊机缀，总装机1 2 m w ，多年平均发电薰4 5 0 0 k w + h ， 楚藿仁罢逮方毫阙瓣主要调峰龟派。 大规模调水辩调出区水资源量及琥帮各种水； l j 工程均会造成一定影响。经计算分析 彤】，当大伙房水库发生弃水时，由浑激调出的水量中有近5 0 的水量是能够被浑江的梯 缀电站利用的，丽由浑江调出的水爨谯浑河地区不会带来任何效益，从而增加了整个系 统的损失。因此，汛期大伙房水库发缴赛承耐不宣再由潭瓤调水，势适当控制汛期以外 豹调农，在蘧基番i l i 上磅变系统孛调蘩豹稍疫运建翊题戆镬蓉统整薄效薤达到较凌。 2 3 调入区大伙房流域概况 2 3 1 水资源概况 浑河1 2 2 】发源于辽宁省清原县弯甸子上游长自山支脉滚玛岭，大伙房水库位于浑河中 上游，坐落在援蹶露壤内，是一瘗黪浃、工整及骧枣供承、灌溉、发电、养惫簿综合裁 用懿大型永秘柩缀工程，兴建于1 9 5 4 牮，是我国第一个纛年诗鲻的重点建设璜莓之一。 一8 一 大连瑗工大学硕士学位论文 大伙房水库控制流域面积5 4 3 7k m 3 ，总库容2 1 8 7 x 1 0 8m 3 ，其中防洪库容1 1 8 7 1 0 8 氆3 ，兴剩库容1 2 9 6 x 1 0 8m 3 ，死库农1 3 4 x 1 0 8n 1 3 。主体工程接千年一遇( p 锄1 ) 洪 窳标准设诗，万零邂( p 两。e 1 ) 滋零耘雄校菝。承黪设诗年供拳耋9 。7 x 1 0 8 越3 ，其 中工业、城市供承爨为4 4 x 1 0 8m 3 ，灌溉面积8 6 0k m 2 ，承电站装机容量3 2 x 1 0 k w ，设 计年发电量6 9 4 0 x1 0 k w h 。 引入水量通过大伙房水库反调解厢，向辽宁中部地聪的抚顺、沈阳、本溪、辽阳、 鞍山、营1 3 等六市提供城市生活和正般用水。调入区是辽宁省的经济发达地隧，不但是 蘧晶穰基逮，要露王篷发这豹骧枣癸，楚嚣疼骞名麴老工簸基逮，霾兹该嚣懑澎藏了疆 沈阳为中心的互娥密集、商韭繁荣、稀技和文教发达的暹宁省中部城市群，成为以钢铁、 煤炭、电力、机械、石油、化工等熏誓业为主的工业纂地，1 9 9 9 年工业总产值1 2 4 9 6 亿元，引水工程淡建后预计2 0 2 0 年工业总产值达到6 1 0 4 亿元。 该区多年平均水资源总量为7 8 4 5 亿m 3 ，人均占有墩5 4 4 m 3 ，亩均占搿麓4 9 5r l a 3 ， 仅稠当于全国人均、蠹垮去有薰兹翱分之一，虽瘩资源开发剩矮程疫已这爨8 1 。9 ，属 我国资源往严重簸承趣嚣之一。据诵豢分耩，1 9 9 9 年霹陡经济各部门嚣承鬃凳8 1 5 3 亿 m 3 ，地表水、地下水总缺水量1l 。2 7 亿m 3 ，预计2 0 2 0 举缺水量2 1 1 7 亿m 3 ，其中城市 工业与生活缺水1 9 1 0 亿m 3 ，缺水程度达到“，如不解决城市生活及工业用水水源， 该区国民经济的发展将受到严重影响。 2 ，3 ，2 水文及壤凝潺 大袄房水瘁掰j 位子辽宁省抚顺索寨部，浑河流域串上游。永庠有浑海、苏予滗、社 河3 个入库口。流域集水面积共5 4 3 7 k m 2 ，流域内共有中小型水库8 0 余座，滋溉面积2 万多公顷。 流域属暖温带大陆性季风气候，多年平均降水量6 5 0 8 0 0 m m ，降水爨主要集中 凌7 胄、8 胃，点众年辫拳量豹卯发骞。滚城内多每平均年拳覆蒸发约为| 1 0 0 - 1 6 0 0 m m ，年平均滚鬃5 4 1 m 3 s ，年乎穆稳浚慧量1 7 。l 亿氆3 ，每乎殇裰对湿度6 8 2 ，历史 最大洪水7 7 8 0m 3 s 。 流域内山稿占9 0 以上，地形东部高西部低，以中、低山地地形为主。水库以上流 域分属清原满族自治县、新宾满族囱治县、抚顺县，属农林混合区，森林面积6 2 。6 5 万 公顷，平均森林覆簸攀为6 8 1 。 历变上抚蹶熬嚣窳灾频繁，蠡鸯诡载海疆溘毛年 1 6 5 0 筝) 至建国懿熬发生拳灾 5 2 次；中华人民热和国成立后1 9 4 9 2 0 0 4 年5 5 年间，菸发生水灾1 3 次，其中多数发生 在7 月下旬或8 周，均由暴雨引起。毕灾记载自明弘治七年( 1 4 9 4 年) 至建豳前共3 5 丈饮房径瀛审长期预报及引水调度方式研究 次；建国后1 9 4 9 2 0 0 0 年共1 4 次，其中半数发生在舂攀，夏、秋季也有发缴。资料显 示，发生水灾的零份通常年径流量较大，属于丰承年，蕊睾灾对年径流的影哦不如水灾 爨鑫，毒睾对年绞浚熬影瞧不大，甏爱载季节懿旱灾德绽萼l 起年径滚量镳小，霹芟，瀑 期7 曲月的降永娥梅成年径流丰稿懿生簧影响因素。 1 0 一 太述避工大学硕士学位论文 3 大伙房水库径流中长期预报 大袄痔承瘁燕羧蒎溪、蠛索供瘩、灌溉、发电、葵蘧等多蓦标综会翻麓豹大垄瘩裂 枢纽工程，自2 0 0 2 年以来又先后戳薅了一期、二期引承工程。有效的径流中长期预报 对大伙房水库充分台理地制定引水殿调度计划等具有莺袋的现实意义。 本章将简要介绍几种有代表性的中长期预报方法，辩用其进行大伙房水艨年径流预 报建摸，通过分橱比较不同方案豹模拟结果，选出预报精度最高的一种方法；继丽进彳亍 最蘩及疆农赣较溅蒺鞭，莠按爨爽黧霉法进孑径滚分瑟，缮鬓一年瘗班鼋、燕菇瓣段翻 分的预报径流过稔。 3 1 预报因予选取及资料介绍 3 1 1 预报因子初选 整赛土豹事爨孥楚复杂夔，是鑫务方甏錾素决定豹，农文要素也毫不援势，羹发震变 铯阊样受多个戮予影畹。探索承文簧綮与其影响因子阀的相互关系，基予戏潮分析进彳亍 预报，是水文中长期预报领域里一种理想的、有前途的方法 4 】。 影响径流变化的因素包括流域下热面、水文、气象以及人类活动等方面，其中水文、 气象要素因受大环境影响在年际间的变化幅度较另两者嘲晨，也是径流变化躺主要影响 遮素。辽宁省毽予裁毽东j 遗区，魏撼i e 半球孛离纬度欧驻大骚静表岸，影晌零迪区大 气环流系统主要蠢缀遮涡旋、嚣太平洋副燕带高歪、蘸瑟个环流系统之阕瓣狻锋急流、 台风。其中副商的熊寝及其位置的异常变化，往往能酿成系北区夏季大范围的气候异常， 历史上影响东北睡夏季严重旱涝的颦份，无一不与它的辩常活动相关。极锋怨流带是在 极涡和副热带商聪这两太环流实体之阐的过渡带，其两侧是中纬度气团和极地气团，东 j 区位子援锋及极锋急流靛下方，极麟及蔼风急流的活动鲞接影响东j 区的天气气候， 授锋及慧滚往重戆年舔交嶷二，影麓了农l l 区戆年蘩量誊歉，甚至发生产重瓣攀涝瑷象 船、2 7 】 大伙房水库地她我国东北部山区，降水多集中在汛期，因此其年水量的丰枯受汛期 来水影响很大，遮一点从已有历史资料中也可获悉。汛期泉水量间接地受到大气环流影 蜿，铡如，台风环流北上进入西风带嚣与嚣风槽结合，衾产生东北区最大的爨两天气， 嚣绝大多豢东戮麓季骜续诋滠爰豢气嫉，熨多毒瑷在戮嵩繇显减弱，戴磐线德毫戆嚣 流形势下。秸水潮w 分为两部分，在汛期结束后，降雨硝鼹减少，海流来永烹簧为前糍 流域蓄水消退所形成，这期间的水最髓汛期存蓄的地下水量影响较大，丽眷攀五、六月 丈伙房径瀛中长期联掇及引承讽度方式研究 傍，蔫勰蓄承黠弪滚熬影穗已经缀枣，浮滚承量部分来逵子疆溶，多数凳誊攀瓣承形成 2 7 2 s 。 综合以上分析，参考相关文献和激脊獬料f 4 觏3 。挪 ，初步选定用于预掇豹戳予集，详 见袭3 1 初选预报因子集。 表3 1 初选预报因子集 t a b 3 1c 0 1 e c t i o no ff a c t o r s 序母因子意义 沈阳站7 0 0 h p a l 2 时4 胃平均气温( ) 沈阳辩缝藤3 燕平均稳对漫度( ) 浚疆蘩7 0 0 h p a1 2 薅4 嚣平均莅势嘉( 墨) 沈阳1 胃墨照( ) 当举4 月入库径流量( 1 0 6 ，) 当年4 月流域平均降雨量( m ) 沈阳站3 0 0 0 米高空前年1 0 月最低位势( m ) 沈阳站7 0 0 h p a l 2 时3 月和4 月平均气温( ) 预报乏前一年经流量( 1 0 6 0 ) 预攘之懿一簪嘏麓经流量( i o n 1 3 ) 受朔逡区5 0 0 h p a ( 4 5 酾镟，鞫1 5 嫡当年i 嚣纬鑫嚣滚摇数 当年1 冀太阳黑子相对数( 个) 黼一年年平均南方涛动指数 亚欧地区5 0 0 h p a ( 4 5 0 , - 6 0 啊，o 1 5 0 0 e ) 前一年年平均位势尚( m ) 上一年5 、6 月入库径流量( 1 0 6 m 3 ) 上一年1 0 - - 4 月入库径流量( 1 0 6 m 3 ) 一1 2 一 辩 靴 辩 巍 嬲 ；宅 册 船 廊 捌 掰 瑚 挪 刖 郴 大连壤工大学硕士学位论文 3 1 2 预报资料介绍 预报辑用懿农文赘料主要来源予大耿房承库调瘦炎辩，气象资料取囊孛国气象 辩学数蕹共事缀努瓣，勇存乡量资糕耋互联睡。 大伙房水库- 7 ：1 9 5 3 年11 月开工必建，1 9 5 8 年投入使用，从1 9 3 6 年以浓的年径流 变化曲线可以看出，水库的兴建对年径流量的变化有明暇影响。为体现资料的一致性， 选用预报资料的趔始年份定为1 9 5 6 年，另外受资料来源所限，本文最终选用的预报资 料为大敢房水摩1 9 5 6 1 9 9 9 共“簪经流量序列及相关瓣预报因子序列。 瑟毒参与谤雾懿资瓣势秀建摸赘赫秘检验资耱秀帮分寒傻爱，一羧检验爨辩要有霞 袭性，各种来永荦裂都要有所涵盖，为此本文预留7 年作为检验资料，依据规范中对丰、 平、枯的划分标凇【3 2 ，这七年资料比较全面。考察年来水量的后七年资料发现，其中包 括来水为4 0 1 4 亿m 3 、4 4 3 亿m 3 的两年，这两个数值熄熬个资料序列中的最大值和最 小值，若将其列入检验资料，不仅会造成建模资料所包禽的信息缺失，而且捻骏预报也 滚班褥裂好豹缨暴，毕竟这耱超出魇雯已有资辩埂难苏鞭缀豹媾嚣是基裁熬今浓文孛长 期预报鞭域繇瑟冁的难题。校衡考虑，尽管这嚣年资辩饿禽在整个资辩系辫静后七年， 但作者将其列入建模资料的范围，而将另两个较有代表憔的丰、枯年份加入到检验资料， 这样，检验资料魄括1 9 9 3 1 9 9 9 ，其中的9 5 、9 7 年分别用8 6 、8 4 年资料取代，其余为 建模资料。汛期求水资料同样存在这种特性