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大伙房模型在辽宁东部山洪小流域洪水预报中的应用研究

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水土保持应用技术 2019年第4期 25-27页

作者：于岚岚辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)

结合大伙房模型对辽宁东部山洪小流域模拟进行适用性分析。分析结果表明:大伙房模型模拟产汇流的精度良好,在研究流域具有较好的适用性;大伙房超渗产流模型对洪峰和峰现时间的模拟效果良好,考虑到实际工作的需求,对于具有长系列实测水... 详细信息

结合大伙房模型对辽宁东部山洪小流域模拟进行适用性分析。分析结果表明:大伙房模型模拟产汇流的精度良好,在研究流域具有较好的适用性;大伙房超渗产流模型对洪峰和峰现时间的模拟效果良好,考虑到实际工作的需求,对于具有长系列实测水文数据的辽宁东部地区山洪小流域,可选择大伙房模型进行洪水预报。

关键词：大伙房模型山洪小流域洪水预报辽宁东部区域

基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报模型研究

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基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报模型研究

作者：王竹沈阳农业大学

学位级别：硕士

大伙房水库作为浑河中上游上的控制性骨干工程,其防洪意义尤为重要。大伙房水库现行的洪水预报模型为大伙房模型(DHF),该模型为集总式模型,由于集总式模型的特性其不考虑水文过程,因此存在对各支流的流量及水位等不能有效描述的问题,而... 详细信息

大伙房水库作为浑河中上游上的控制性骨干工程,其防洪意义尤为重要。大伙房水库现行的洪水预报模型为大伙房模型(DHF),该模型为集总式模型,由于集总式模型的特性其不考虑水文过程,因此存在对各支流的流量及水位等不能有效描述的问题,而且该模型的参数在选择上是通过优选法选定或人工试错法确定的,并需要实时校正,因此对率定工作者的要求高且率定工作较为繁琐。鉴于以上不足本文综合考虑资料数据的限制、输入数据、边界条件和流域特征等客观因素,建立了一种半分布式BP神经网络洪水预报模型,实际应用中观察发现其易陷入局部最小点,且预报时长较短,因此随后在此基础上对其做出改进,建立了DHF-GA-BP神经网络耦合洪水预报模型,并将建立的模型应用于大伙房坝址以上流域进行洪水预报,该改进模型结合了大伙房模型与BP神经网络的优势,并引入遗传算法,弥补了半分布式BP神经网络模型的不足。本文研究的主要内容及相应结果如下：(1)建立模型前对坝址以上流域进行分区。分区时以距离各个水文站最近的自然流域分水线为界,采用DEM数据与ArcGIS软件最终划分出Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个区域,北口前水文站所在区为Ⅰ区,占贝水文描述站所在区为Ⅱ区,南章党水文站所在区为Ⅲ区。(2)对将要输入模型中的现有数据进行预处理。利用逐步回归分析法对初始数据进行筛选,保证输入的数据对输出结果有显著影响。筛选结果Ⅰ、Ⅱ区均为8个显著因子、Ⅲ区为6个显著因子、入库断面即全流域为11个显著因子。(3)建立半分布式BP神经网络模型对大伙房水库进行实时洪水预报。预报模型分为两部分,第一部分为子流域流量预报,第二部分为入库断面流量预报,第一部分的输出结果为第二部分的输入数据。结果显示,子流域预报和入库断面预报的结果较好且该模型对子流域内的洪水调度也可起到辅助作用,但在预报精度、模型效率以及预报时长方面仍有待提高,应对其改进。(4)改进模型建立前预先应用遗传算法率定大伙房模型参数,使其可以分别应用于各子流域的洪水预报。检验期预报结果显示,预报效果较好,部分场次虽有不合格现象但整体预报水平仍可满足正式预报需求。(5)针对半分布式BP神经网络模型的缺陷进行改进。应用遗传算法优化原BP神经网络的初始权重及阈值,结合遗传算法率定参数后的大伙房模型的预报成果,形成改进的半分布式BP神经网络模型——DHF-GA-BP神经网络耦合模型。预报结果显示,改进后的洪水预报模型在运行效率和预报精度上都较原模型有所提高,延长了预报时长,且在一定程度上避免了遗传算法率定参数后的大伙房模型预报误差的累积。

关键词： BP神经网络半分布式洪水预报模型大伙房模型遗传算法逐步回归分析

基于大伙房模型的英那河水库洪水预报方案研究

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同方学位论文库

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黑龙江水利科技 2017年第9期45卷 28-30,46页

作者：王丕国乔贵毅李毅赵明哲大连市供水有限公司辽宁大连116021

洪水预报是一项重要的防洪非工程措施,精确的洪水预报对水库调度具有重要的指导意义。英那河水库目前没有可以利用的洪水预报方案,文章结合流域概况,采用大伙房模型研究水库洪水预报方案,并采用粒子群算法进行参数率定。计算结果表明:... 详细信息

洪水预报是一项重要的防洪非工程措施,精确的洪水预报对水库调度具有重要的指导意义。英那河水库目前没有可以利用的洪水预报方案,文章结合流域概况,采用大伙房模型研究水库洪水预报方案,并采用粒子群算法进行参数率定。计算结果表明:大伙房产汇流预报结果整体上较好,尤其对于降雨集中雨强中等的大洪水预报精度较高,可指导英那河水库的调度工作。

关键词：洪水预报英那河水库大伙房模型

水文模型不确定性分析的多准则似然判据GLUE方法

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四川大学学报（工程科学版） 2009年第4期41卷 89-96页

作者：刘艳丽梁国华周惠成大连理工大学土木水利学院辽宁大连116024

水文模型不确定性分析GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)方法常用似然判据Nash-Sut-cliffe系数(确定性系数),这种判别标准侧重对整体过程误差的估计,对点状况如洪峰的表征不够,不能准确地反映模型的不确定性情况。... 详细信息

水文模型不确定性分析GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)方法常用似然判据Nash-Sut-cliffe系数(确定性系数),这种判别标准侧重对整体过程误差的估计,对点状况如洪峰的表征不够,不能准确地反映模型的不确定性情况。本研究基于GLUE方法,建立了多准则似然判据,应用北方水库常用的大伙房模型,对碧流河水库洪水预报的不确定性进行研究,并给出预报误差分析。结果表明,将常用的确定性系数似然判据扩展为洪峰误差、洪量、峰现时间、确定性系数4个目标的多准则似然判据,能更好地反映模型的实际不确定情况,对模型参数的率定和不确定性研究具有重要意义。

关键词：洪水预报不确定性分析多准则似然判据大伙房模型

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水库实时防洪预报调度全过程风险分析

水库实时防洪预报调度全过程风险分析

作者：魏超群大连理工大学

学位级别：硕士

近年来洪涝灾害多发频发,严重危害了人民群众生命财产安全。水库是重要的防洪减灾工程措施,防洪预报调度是保证水库自身及上下游防洪安全的重要非工程措施。利用预报信息进行水库防洪调度,可有效提高防洪效益,但预报信息不可避免存在不... 详细信息

近年来洪涝灾害多发频发,严重危害了人民群众生命财产安全。水库是重要的防洪减灾工程措施,防洪预报调度是保证水库自身及上下游防洪安全的重要非工程措施。利用预报信息进行水库防洪调度,可有效提高防洪效益,但预报信息不可避免存在不确定性,可能导致决策失误,给水库和下游带来防洪风险。水库采取不同方式应对预报不确定性时,水库泄流不同,从而导致水库上游风险和下游风险不同,预报不确定性在上-下游之间传递。预报不确定性在水库-下游间的转化与传递关系是制定合理预报调度决策的关键。为此,本文以大伙房水库为研究对象,建立了基于集合卡尔曼滤波的大伙房水库洪水预报实时校正模型,有效提高了模型预报精度;采用预报演进的鞅模型描述预报不确定性随时间的演进特性;最后,建立了“预报-调度-决策”一体化模型,评估上下游防洪风险,挖掘预报不确定性带来防洪风险在水库与下游之间的转化与传递机理,及其随洪水发生发展全过程的变化。本文的主要研究内容及结论如下:（1）实时调度需要获取实时水雨工情数据和预报数据,通过基于历史实测资料率定参数的确定性水文模型是获得洪水预报的主要方式。然而,由于确定性的水文模型只能反映历史水文过程的平均情况,所以会导致预报结果的精度不高。但是在实时预报过程中,可以根据实测流量信息对洪水预报进行校正,并不断向模型加入新的观测数据,更新预报,从而提高预报精度。本文引入集合卡尔曼滤波（En KF）实时校正技术考虑土壤含水量初值、模型参数及降雨输入扰动误差三个方面不确定性进行实时校正,建立基于En KF的大伙房洪水预报实时校正模型。结果表明,实时校正模型的模拟效果显著优于无校正模型,洪水预报产流合格率由64.2%提高至96.4%,洪峰流量合格率由57.1%提高至96.4%,确定性系数由0.59提高至0.87。（2）针对实时预报中预报信息是随着时间不断更新,预报不确定性也随时间演变的过程,本研究采用预报演进鞅模型定量描述预报不确定性随时间的演进过程。基于大伙房实时校正后的场次洪水预报数据,计算预报演进的均值、标准差、偏度、峰度和相关系数等指标,构建了大伙房水库洪水预报演进鞅模型,并通过蒙特卡洛模拟方法随机生成预报过程,结果表明该模型在预见期较短的情况下可以很好模拟预报演进的整体分布情况。（3）针对当前关于防洪预报调度风险研究,对防洪风险时空传递机理研究较弱的问题。本文建立洪水预报不确定性随时间演进模型、考虑上下游安全的多目标防洪优化调度模型、风险分析与多目标随机决策模型;分析上下游风险竞争与转化关系及其随洪水发生发展的变化。结果表明:洪水预报的不确定性会导致水库与下游产生防洪风险,且两者间存在竞争关系;随着洪水的发展和预报信息不断更新,预报不确定性逐渐降低,优化调度结果的不确定性降低,调控的空间也逐渐变小,上下游风险竞争关系变强;当预报不确定性增大,调度结果的不确定性增大,从而给决策带来更大风险,但随着时间推移,不确定性都会逐渐减小。

关键词：大伙房模型防洪预报调度集合卡尔曼滤波实时校正预报不确定性预报演进鞅模型防洪风险传递与转化

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岗南～黄壁庄水库群防洪预报调度研究

岗南～黄壁庄水库群防洪预报调度研究

作者：刘宝库大连理工大学

学位级别：硕士

水库作为流域水资源开发利用的核心工程,在防洪减灾和供水安全保障中起着关键性的作用。为了确保防洪安全,水库在汛期不得不大量弃水,而汛后却无水可蓄,加剧了水资源的供需矛盾。利用预报信息开展水库预报调度工作,是解决防洪与兴利之... 详细信息

水库作为流域水资源开发利用的核心工程,在防洪减灾和供水安全保障中起着关键性的作用。为了确保防洪安全,水库在汛期不得不大量弃水,而汛后却无水可蓄,加剧了水资源的供需矛盾。利用预报信息开展水库预报调度工作,是解决防洪与兴利之间矛盾的有效手段。然而,随着社会经济的发展,人类活动对流域下垫面条件的影响不断加大,使得原有洪水预报方案不宜在水库预报调度中使用。因此,本文以岗南水库和黄壁庄水库为研究对象,开展考虑下垫面条件变化的洪水预报方案和梯级水库群预报调度方式研究。本文的主要内容及研究成果如下:(1)基于多个模型的岗南～黄壁庄区间洪水预报模拟研究。首先,根据流域下垫面及气候的特点,通过对国内主要洪水预报模型的适用性分析,初步选用考虑稳渗的API模型、新安江模型以及大伙房模型等三个洪水预报模型,用以对比分析不同模型下该流域洪水预报模拟效果;其次,利用1959年～2016年的23场洪水,采用遗传算法结合人工交互的方式率定得到上述模型的参数;最后,根据流域的产汇流特点及其影响因素,对比分析三个洪水预报模型的模拟效果。结果表明,由于受下垫面条件改变的影响,三种模型的模拟效果都不够理想,但是以超渗产流为主的大伙房模型产流模拟效果明显优于其余两种模型,更适用于岗南～黄壁庄区间的洪水预报方案的编制研究。(2)基于大伙房模型的岗南～黄壁庄区间洪水预报方案研究。首先,针对流域下垫面条件改变的影响,引入考虑不同年代下水库截留的折减系数RZ与考虑降雨量与降雨场次的时段有效降雨系数FI,建立改进的大伙房模型以作深入研究;其次,利用23场历史洪水进行模拟,率定得到改进后的模型参数;最后,针对汇流模拟效果较差的问题,以前期土壤含水量为分类指标进行分类模拟,重新率定产汇流参数,并对参数进行合理性分析。结果表明,以前期土壤含水量为分类指标,通过考虑下垫面条件改变的影响,大伙房模型产汇流模拟效果明显提升。其中,产流合格率从82.6%提高到了100%,汇流合格率从39.1%提高到了87.0%,说明采用改进的大伙房模型按照洪水分类的方式制定的岗黄区间预报方案是可用的。(3)岗南～黄壁庄水库群防洪预报调度方案研究。针对水库群汛期弃水多、汛后蓄水少的问题,为了在保证防洪安全的前提下提高水库蓄满率,开展岗南～黄壁庄水库群防洪预报调度研究。首先,从水库历年蓄水状态、供水矛盾、洪水预报方案、自动测报系统、信息传输、闸门操作、水库管理水平等方面开展实施预报调度的必要性和可行性分析;其次,采用反演模拟预报法和同倍比放大法推求不同频率的设计净雨;再次,以预报净雨为主指标,以实测入库流量和库水位为辅指标确定预报调度方案设计思路;最后,以常规调度最高水位和最大下泄流量为约束,模拟确定预报调度规则。结果表明,实施预报调度后,在保证防洪安全的前提下,岗南水库和黄壁庄水库起调水位可同时抬高0.41 m和0.39 m,共增加有效蓄水量32.28×10m。

关键词：岗南～黄壁庄水库群防洪预报调度大伙房模型下垫面变化分类洪水预报

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半分布式耦合BP神经网络洪水预报模型研究

中国农村水利水电 2017年第8期 96-102页

作者：王竹辽宁江河水利水电新技术设计研究院沈阳110000

洪水预报是防洪减灾中的一项重要非工程措施,而在洪水预报中选择适当的水文模型对准确的洪水预报有着至关重要的意义。大伙房水库是辽宁省重要的水利工程,其地理位置决定了其防洪地位的重要性。采用BP神经网络以及遗传算法耦合大伙房模... 详细信息

洪水预报是防洪减灾中的一项重要非工程措施,而在洪水预报中选择适当的水文模型对准确的洪水预报有着至关重要的意义。大伙房水库是辽宁省重要的水利工程,其地理位置决定了其防洪地位的重要性。采用BP神经网络以及遗传算法耦合大伙房模型(DHF),建立了一种半分布式洪水预报模型,对原有集总式大伙房模型进行改进,将其应用于大伙房水库以期提高预报效率并得到更好的预报效果。预报结果显示,预报效果良好,可用于正式预报。

关键词： BP神经网络遗传算法大伙房模型半分布式水文模型

洪水预报不确定性分析及其在水库调度决策中的应用研究

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水力发电学报 2010年第1期29卷 92-96页

作者：刘艳丽王国利周惠成大连理工大学土木水利学院大连116024

洪水预报是汛期水库调度决策的重要支持,其不确定性将直接影响到水库调度运行。传统的模型参数优选方法未考虑不确定性,得到的最优参数在一些场次洪水预报中精度不高,难以满足汛期水库调度要求,需要研究洪水过程预报的不确定性辅助水库... 详细信息

洪水预报是汛期水库调度决策的重要支持,其不确定性将直接影响到水库调度运行。传统的模型参数优选方法未考虑不确定性,得到的最优参数在一些场次洪水预报中精度不高,难以满足汛期水库调度要求,需要研究洪水过程预报的不确定性辅助水库调度决策。本文基于常用的水文预报模型和水文不确定性GLUE分析方法,对洪水预报的不确定性进行分析,并将其引入水库调度决策中,建立了应用不确定性分析进行水库调度的决策模型。结果表明,考虑洪水预报不确定性,将能在期望意义上提高洪水预报水平,更好地为水库调度提供决策支持,发挥水库综合效益。

关键词：洪水预报不确定性分析 GLUE 大伙房模型水库调度决策

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洪水预报多模型在栾川小流域的适用性研究

洪水预报多模型在栾川小流域的适用性研究

作者：张东锋大连理工大学

学位级别：硕士

虽然全国山洪灾害防治工作已取得显著成效,但由于我国地域辽阔,地貌类型复杂多样,季风气候特征多样导致山洪灾害地域差异明显,部分小流域仍存在预报不够精准的情况。针对这些问题,本文以北方半干旱半湿润地区的栾川小流域为研究流域,首... 详细信息

虽然全国山洪灾害防治工作已取得显著成效,但由于我国地域辽阔,地貌类型复杂多样,季风气候特征多样导致山洪灾害地域差异明显,部分小流域仍存在预报不够精准的情况。针对这些问题,本文以北方半干旱半湿润地区的栾川小流域为研究流域,首先通过对流域1998—2012年水文资料的处理,划分出22场历史洪水。其次,根据栾川流域水文概况及洪水特点,选取了大伙房、新安江和TOPMODEL三种水文模型,并分别进行参数率定。最后将不同模型模拟结果进行对比,定量分析产流和汇流模拟精度。本文主要研究成果如下:(1)栾川流域应用大伙房模型、新安江模型、TOPMODEL模型模拟得到的平均合格率分别为79.6%、80.7%、72.7%。从整体上看,大伙房模型和新安江模型在栾川流域模拟效果较好,TOPMODEL模型模拟效果最差。此外,大伙房模型和新安江模型在栾川流域模拟效果较一致,也说明了半干旱半湿润流域的产流机制比较复杂,单一产流和混合产流的情况都有发生。(2)对于水文雨量站点降雨量分布不均匀的情况,大伙房模型和新安江模型模拟产流合格率较低,而TOPMODEL模型却能模拟的较好。这是由于TOPMODEL模型考虑了流域地形、地貌等因素对径流形成的影响,而大伙房和新安江这些集总式水文模型将流域概化为一个整体,忽略了降雨、蒸发等变量和模型参数的不均匀性。(3)从产流结果和汇流结果来看,三个个模型检验期较率定期模拟洪水的合格率均有所降低。一个很可能的原因就是人类活动对径流的影响,比如说水库等蓄水工程的蓄水和放水作用。因此在以后研究中,可适当考虑小型蓄水工程对流域水文循环过程的影响,研究小型蓄水工程在水文模拟中的蓄放规律,建立蓄水工程蓄放规律经验曲线。

关键词：栾川小流域大伙房模型新安江模型 TOPMODEL模型洪水预报