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含沙量过程不确定性预报系统模型研究

作　者: 李楠
导　师: 秦毅
学　校: 西安理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 含沙量预报不确定性预报系统响应函数模型贝叶斯估计
分类号: TV14
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在河流的冲淤变化中,含沙量是一个重要的物理量,对水流特性、泥沙输移、河道冲淤积变形等有着重要的影响。因此,含沙量预报有着重要的意义,为一些治黄措施小北干流“淤粗排细”的放淤、小浪底水库“调水调沙”、“淤滩刷槽”的洪水调度、“洪水资源化”的洪水调度等提供技术支持,也为水库、引水、防汛等工程的操作提供技术支撑。含沙量过程是一个复杂的动态过程,受到河槽形态、流速、含沙量、粒径等众多因素的影响,使含沙量过程变化比洪水过程更具有不确定性,所以研究含沙量过程不确定性预报系统模型是非常必要的,可以开辟含沙量预报的一条新思路。本论文依据数理统计理论及水沙运动理论提出了由试验系统和估计系统两大部分组成的含沙量过程不确定性预报系统模型。以黄河小北干流实测水文资料为依托,以潼关站含沙量过程为预报对象,对该系统模型进行了尝试性的探索开发,取得以下几方面成果：(1)随机现象是可以通过随机试验来研究其分布规律。通过随机试验,进行抽样来估计出分布规律中的参数,以达到预测事件的目的。据此,依据数理统计理论及水沙运动理论本论文提出了由试验系统和估计系统组成的含沙量不确定性预报系统模型,并提出了适宜的解决方案。(2)对于试验系统,由于系统响应函数模型对含沙量过程预报具有实际操作简单、效果良好的特点,所以论文依据水文系统的原理,建立响应函数模型,以其作为含沙量预报的试验系统,经检验预报结果较好。(3)对于估计系统,由于贝叶斯估计恰好能够满足估计系统的要求,所以将贝叶斯估计作为预报系统中的估计系统。模型理论依据明确,结构合理,利用信息全面,应用于黄河中游潼关站的含沙量过程预报中,获得良好效果。(4)小北干流是冲淤变化频繁、河槽变形迅速的河流,漫滩洪水常被认为是对含沙量过程有影响的特殊洪水,本论文也对此进行了探讨。结果表明,漫滩洪水对含沙量过程预报的影响不大,在预报中可以不给予考虑。另外研究发现,高、中、低含沙量的洪水有着不同的物理特性,根据资料分析,将其分区处理,可以提高预报模型的精度。(5)将由试验系统和估计系统组成的含沙量不确定性预报系统模型与单纯的水文预报模型相比较,在模型结构上,物理概念更加明确；在预报结果上,精度明显提高。按照模型的评价标准,基本达到预报要求,可以进行实际的预报工作。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-23
  1.1 研究的背景  9
  1.2 研究的目的和意义  9-10
  1.3 泥沙预报的研究现状  10-16
    1.3.1 水文学模型  10-13
    1.3.2 水力学模型  13-15
    1.3.3 泥沙预报研究存在的问题  15-16
    1.3.4 概率水文预报系统  16
  1.4 基于贝叶斯的水文模型不确定性研究进展  16-18
  1.5 本文章节安排  18
  1.6 技术路线  18-20
  1.7 预期的研究成果及本文创新点  20-21
    1.7.1 预期研究成果  20-21
    1.7.2 本文的创新点  21
  1.8 模型的精度评价标准  21-23
2 含沙量过程不确定性预报系统研究  23-31
  2.1 含沙量过程不确定性研究  23-24
    2.1.1 含沙量过程的不确定性  23
    2.1.2 水文模型的不确定性来源  23-24
  2.2 含沙量过程不确定性预报系统原理和构成  24-25
  2.3 试验系统  25-28
    2.3.1 试验系统的定义  25
    2.3.2 目前预报方法的总结  25-26
    2.3.3 系统响应函数模型  26-28
  2.4 估计系统  28-29
    2.4.1 估计系统的定义  28
    2.4.2 贝叶斯估计概述  28-29
  2.5 本章小结  29-31
3. 模型应用——试验系统的建立  31-66
  3.1 潼关站研究河段的水沙概况  31-33
    3.1.1 龙门至潼关区间  32
    3.1.2 华县至潼关区间  32
    3.1.3 状头至潼关区间  32
    3.1.4 分析水沙特性  32-33
  3.2 前期工作  33-36
    3.2.1 资料选取  33
    3.2.2 分析水沙输移规律  33-36
    3.2.3 预见期的确定  36
  3.3 四种系统响应函数法的四种输入形式及模型检验结果  36-48
    3.3.1 基于"多来多排"理论的系统响应函数模型  36-39
    3.3.2 基于"马斯京根流量演算"的系统响应函数模型  39-42
    3.3.3 基于不平衡输沙机理的系统响应函数模型  42-46
    3.3.4 基于"马斯京根输沙率演算"的系统响应函数模型  46-48
  3.4 模型结果对比  48-57
    3.4.1 现状洪水资料模型结果评价  48-50
    3.4.2 历史洪水资料下的图形和确定性系数对比关系  50-54
    3.4.3 高含沙洪水资料的图形和确定性系数对比关系  54-57
  3.5 对试验系统——响应函数模型的进一步考虑  57-64
    3.5.1 含沙量高低对模型的影响  57-63
    3.5.2 洪水上滩与否对含沙量预报的影响分析  63-64
  3.6 本章小结  64-66
4 模型的应用——估计系统的建立  66-76
  4.1 基于贝叶斯估计的估计系统建立  66-67
    4.1.1 贝叶斯概述  66
    4.1.2 贝叶斯估计应用结构  66-67
  4.2 似然函数的建立  67-68
  4.3 先验分布函数的建立  68-69
  4.4 后验分布函数的建立  69-70
  4.5 模型参数率定  70
  4.6 结果对比分析  70-75
  4.7 本章小结  75-76
5 结论和建议  76-78
  5.1 结论  76-77
  5.2 建议  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-83
附录  83

含沙量过程不确定性预报系统模型研究

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