中长期水文预报

1、中长期水文预报一、历史演变法一、历史演变法二、单因素模糊推理法二、单因素模糊推理法三、时间序列分析法三、时间序列分析法一、历史演变法1.基本思想基本思想 任一水文气象要素的长期历史实测值，任一水文气象要素的长期历史实测值，全面地反映了这一要素的时序变化规律。全面地反映了这一要素的时序变化规律。尽管目前还不能辨认影响要素变化的内因尽管目前还不能辨认影响要素变化的内因与外因或影响程度，但是诸因素的综合影与外因或影响程度，但是诸因素的综合影响却已全面地融汇于要素的时序变化之中，响却已全面地融汇于要素的时序变化之中，若能找出该要素历史变化规律。便可用它若能找出该要素历史变化规律。便可用它进行预报进行预

2、报2.基本规律基本规律 （1）持续性：持续性：连续上升或下降，升降超出平均值某一数值 后将改变原趋势的特性。 （2）相似性：相似性：两个水文时期水文要素变化趋势的相似性。 （3）周期性：周期性：丰、平、枯周期变化。 （4）最大最小可能性：最大最小可能性：指水文气象要素经常出现的范围或年上升、下降的极限幅度。 （5）转折点：转折点：两个时期之间的转折期为转折点。3.基本规律分析基本规律分析1（1）持续性 当当7月平均流量月平均流量500m3/s时，第二年的时，第二年的7月月平均流量很可能下降。持续时间为平均流量很可能下降。持续时间为1到到2年。出年。出现现8次。次。 当当7月平均流量月平均流量1

3、00m3/s时，第二年的时，第二年的7月平均流量很可能上升至月平均流量很可能上升至150m3/s以上。出以上。出现现6次。次。 当当7月份流量连续下降月份流量连续下降2年或年或3年，且降到年，且降到200m3/s以下时，流量很可能上升。出现以下时，流量很可能上升。出现5次。次。 当当7月份流量连续上涨两年，流量很可能月份流量连续上涨两年，流量很可能下降。出现下降。出现3次。次。（2）相似性相似性 19841984年到年到19881988年、年、19941994年到年到19981998年线型为年线型为升升- -降降- -降降- -升，且后面的升上去的流量要比前升，且后面的升上去的流量要比前面的的

4、高。面的的高。 19881988年到年到19921992年、年、20072007年到年到20112011年线型为年线型为升升- -降降- -升升- -降，且后面的峰值和谷值都比前面降，且后面的峰值和谷值都比前面的低。的低。（3）周期性周期性 1968年到年到1972、1973到到1976、1977到到1980年，年，三短时间为升三短时间为升-降降-升升-降型，周期为降型，周期为4年。年。 如果结合如果结合1967到到2011年的年均流量，可以大概年的年均流量，可以大概确定出枯确定出枯-平平-丰水年周期：丰水年周期：1967年到1975年为枯-平-丰水年第一周期；1976年到1986年为枯-平-

5、丰水年第二周期；1987年到1995年为枯-平-丰水年第三周期；1996年到2005年为枯-平-丰水年第四周期；2006年到2010年为枯-平-丰水年第五周期；2011年为新一周期的开始，即枯水期。可以结合参考。各年平均流量（4）最大最小可能性最大最小可能性 思路：需要定出预测月份可能出现在需要定出预测月份可能出现在什么样的水期中，然后再定出相应水期的什么样的水期中，然后再定出相应水期的最大可能性上下限，然后再将上下限平均最大可能性上下限，然后再将上下限平均即为预测值。即为预测值。（5）特征转折点）特征转折点 由由7月降雨量图可观察特征转折点月降雨量图可观察特征转折点为为:1987、1997、

6、2006年与年均降雨量的年与年均降雨量的周期转折点基本类似。周期转折点基本类似。4.2012年年7月份降雨量预报分析月份降雨量预报分析（1）根据分析，）根据分析，2011年的年的7月份平均流量小于月份平均流量小于100m3/s，因此，因此2012年年7月份的平均流量很月份的平均流量很可能上升，且很可能上升至可能上升，且很可能上升至150m3/s以上。以上。（2）根据分析，）根据分析，2010年为枯年为枯-平平-丰水年第五周丰水年第五周期的结束，期的结束，2011年为新一周期的开始，也即年为新一周期的开始，也即枯水期的开始枯水期的开始，某水库，某水库经常出现连续的枯水年经常出现连续的枯水年组组2

7、，故，故2012年很可能仍为枯水期，因此可年很可能仍为枯水期，因此可以推断其以推断其7月份降雨不会太高突破月份降雨不会太高突破500m3/s。（3）与）与2011年年7月份流量相似的流量年份为月份流量相似的流量年份为1972年、年、1976年、年、1978年、年、1982年、年、1997年、年、1999年、年、2000年，因此从各年份的第二年，因此从各年份的第二年的流量中求最大可能性的上限和下限。年的流量中求最大可能性的上限和下限。（4）去掉超过）去掉超过500m3/s和低于和低于100m3/s的两个的两个值（这两个值代表最小可能性），在剩下的值值（这两个值代表最小可能性），在剩下的值中取中取

8、469.3m3/s为最大可能性上限，为最大可能性上限，197m3/s为最大可能性下限。为最大可能性下限。（5）用上限和下限的算术平均值作为预报值，）用上限和下限的算术平均值作为预报值，即即333.15m3/s。参考文献1秦建国等.无锡地区降雨年际变化趋势分析与历史演变法的应用A. 中国水文科技新发展2012中国水文学术讨论会论文集C2李福威.丁文昌.浑江桓仁水库径流特性分析J.东北水利水电.2001(06):2930.二、单因素模糊推理法1.论域的选定论域的选定 根据水文情报预报规范（GBT 224822008） ，延展流量最大值、最小值的20%作为论域范围，即： 论域： U=30,13002

9、.模糊子集的确定模糊子集的确定模糊子集模糊子集P-P-频率频率等级值等级值子集范围子集范围枯枯Y1Y190%80(30,130偏枯偏枯Y2Y270%180(130,230平平Y3Y350%285(230,340偏丰偏丰Y4Y430%415(340,490丰丰Y5Y510%660(490,13003.模糊子集隶属度函数及确定模糊子集模糊子集分布形式分布形式隶属度函数隶属度函数枯枯右半梯形右半梯形偏枯偏枯三角形三角形1=1（180-x）/1000(0,80(80,180其他其他2=（x-80）/100（285-x）/1050(0,180(180,285其他其他模糊子集模糊子集分布形式分布形式隶属度

10、函数隶属度函数平平三角形三角形偏丰偏丰三角形三角形丰丰左半梯形左半梯形3=（x-180）/105（415-x）/1300(180,285(285,415其他其他4=（x-285）/130（660-x）/2450(285,415(415,660其他其他5= 1（x-415）/2450660,+)415,660)其他其他论域论域U U离散化分级模糊集代表值隶属度离散化分级模糊集代表值隶属度论域论域U U离散化分级模糊集代表值隶属度离散化分级模糊集代表值隶属度123456891011121314区段=80 120140180220240285340360415520570 660=0)年的年份的流量

11、距平值Q2012= b1Q2011 + b2Q2010+ b3Q2009+ b4Q2008+ b5Q2007+b6Q20062.相关函数的相关函数的r()的计算的计算 另=0、1、2、3、4、5、6，用以下公式结合“平稳时间序列法相关函数计算表”（见下一页）计算相关函数，结果见下表：0123456r()1-0.025 -0.131 -0.249 0.128 -0.070 0.281 平稳时间序列法相关函数计算表年份7月流量Qt距平值Qt=0Q2t=1=5=6Qt+1Qt*Qt+1Qt+5Qt*Qt+5Qt+6Qt*Qt+61967494.5 158 24979 -64 -10179 -250

12、-39493 -2 -303 1968272.1 -64 4148 -22 1434 -2 124 -151 9746 1969314.2 -22 495 -192 4275 -151 3368 190 -4224 1970144.4 -192 36896 280 -53736 190 -36453 -244 46811 1971616.3 280 78263 -250 -69905 -244 -68177 -139 -39025 197286.6 -250 62440 -2 480 -139 34858 -244 60864 2004669.4 333 110835 269 89649 -9

13、5 -31725 96 32121 2005605.8 269 72512 -82 -22175 96 25981 -257 -69220 2006254.2 -82 6781 -204 16835 -257 21168 2007132.1 -204 41797 98 -20072 2008434.7 98 9639 -95 -9356 2009241.2 -95 9081 96 -9194 2010433.0 96 9309 -257 -24801 201179.4 -257 66076 均值341.3 38090 -8211 -10039 4596 3.预报系数线性方程组建立预报系数线性方程组建立根据r(0)r(6)的值建立如下线性方程组求解b1b6：解得：b1=0.014，b2=-0.186，b3=-0.199 b4=0.134，b5=-0.134，b6=0.271r(0)b1+r(1)b2+r(2)b3+r(3)b4+r(4)b5+r(5)b6=r(1)r(1)b1+r(0)b2+r(1)b3+r(2)b4+r(3)b5+r(4)b6=r(2)r(2)b1+r(1)b2+r(0)b3+r(1)b4+r(2)b5+r(3)b6=r(3)r(3)b1+r(2)b2+r(1)b3+r(0)b4+r(1)b5+r(2)b6=r(4)r(4)b1+r(3)b