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人工神经网络在洪水预报中的应用研究

作 者: 贾小强
导 师: 何立新
学 校: 河北工程大学
专 业: 水文学及水资源
关键词: 洪水预报 人工神经网络 BP网络 城区规划
分类号: P338
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 79次
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内容摘要


水文系统不仅是一个开放、复杂的巨系统,同时是受制于气候和人类活动的影响,并呈现复杂的行为特征的非线性复合系统。由于水文现象本身的复杂性,造成目前还很难用一般的物理方法对水文现象(尤其是中长期水文预报)进行描述。涉及中长期水文预报的方法很多,传统的方法主要有成因分析方法、水文统计法、时间序列分析方法等等。但是目前这些传统的预报方法主要存在以下问题:如水文过程用通过数理统计方法得到的参数进行描述结果过于粗糙;每种方法都有各自的缺限,在单独使用的情况下不能达到优良的预报目的;传统的理论和方法都需要具有显式数学函数,而这些函数往往难以求得,或只能以近似表达式代替进行描述,造成结果有比较大的误差。上述原因造成中长期水文预报存在预报精度较低,难以有效地指导生产实践等问题。针对以上水文预报存在的问题,本文翻阅了大量国内外水文预报研究的文献,着重从人工神经网络在水文预报中的研究入手,进行洪水预报,制定出峰峰矿区城区的合理规划。结合峰峰矿区的实际情况,综合分析了区域内的自然概况、气象水文、河流水系、和社会经济等情况,并着重分析了峰峰防洪现状和存在的问题。本课题研究的重点是将人工神经网络应用到洪水预报中,进行水文序列特征值Cv、Cs/Cv的预报。将水文序列分为训练样本、验证样本和预测样本,并利用训练样本、验证样本进行模型的确定。利用确定的网络模型对预测样本预测出Cv、Cs/Cv,并结合P-Ⅲ型曲线,进行洪水相关计算。根据计算结果,并结合峰峰矿区城区的实际情况制定相应的防洪规划方案、防洪规划措施。为保证促进工程防洪功能充分发挥的基础,尤其是在超标准洪水情况下,制定了各种非工程措施。结论表明,利用人工神经网络对洪水进行预报丰富了水文预报的内容,研究成果具有实用价值。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 国外研究现状  12-13
    1.2.2 国内研究现状  13-14
  1.3 本文研究的方法与技术路线  14-15
  1.4 本文主要研究内容  15-17
第2章 研究区域概况  17-27
  2.1 自然概况  17-20
    2.1.1 地理位置和面积  17
    2.1.2 地形地貌及地质构造  17-19
    2.1.3 气候  19
    2.1.4 河流分布情况  19-20
  2.2 社会经济概况  20-22
    2.2.1 城市发展沿革  20-21
    2.2.2 社会经济概况  21
    2.2.3 城市总体规划  21-22
  2.3 防洪治涝现状和存在问题  22-23
    2.3.1 洪涝灾害  22-23
  2.4 城区防洪现状  23
  2.5 存在问题  23-24
  2.6 规划目标和原则  24-26
    2.6.1 规划依据  24-25
    2.6.2 规划目标  25-26
  2.7 防洪标准  26
  2.8 小结  26-27
第3章 人工神经网络理论基础  27-38
  3.1 人工神经网络概述  27-33
    3.1.1 人工神经网络的定义  27
    3.1.2 人工神经网络的特征及功能  27-28
    3.1.3 人工神经网络的发展历史及现状  28-31
    3.1.4 人工神经网络的应用  31-33
  3.2 人工神经网络基本原理  33-34
  3.3 神经网络的互连模式  34-36
  3.4 基于神经网络预测的原理  36-37
    3.4.1 正向建模  36-37
    3.4.2 逆向建模  37
  3.5 小结  37-38
第4章 基于BP 神经网络洪水预报  38-48
  4.1 BP 网络结构及算法  38-41
    4.1.1 模型的选择  38
    4.1.2 BP 网络的结构  38-39
    4.1.3 BP 算法  39-41
  4.2 基于BP 算法模型的建立  41-46
    4.2.1 训练、验证、预报样本的建立  41
    4.2.2 BP 模型的设计  41-42
    4.2.3 模型训练  42-44
    4.2.4 模型验证  44-45
    4.2.5 模型预测  45-46
    4.2.6 结果分析  46
  4.3 小结  46-48
第5章 设计洪水分析  48-52
  5.1 设计洪水计算  48-50
    5.1.1 设计暴雨的推求  48-49
    5.1.2 产汇流计算  49
    5.1.3 设计洪水过程线  49-50
    5.1.4 设计洪水成果的合理性分析  50
  5.2 设计洪水位的确定  50-51
  5.3 小结  51-52
第6章 防洪设施规划  52-62
  6.1 防洪工程设施规划  52-55
    6.1.1 防洪规划方案  52-53
    6.1.2 防洪规划措施  53-54
    6.1.3 清障规划  54-55
  6.2 非工程措施规划  55-59
    6.2.1 防洪、治涝指挥系统  55-56
    6.2.2 防洪、治涝预案  56-58
    6.2.3 防灾减灾  58-59
  6.3 管理规划  59-61
    6.3.1 管理体制和机构设置  59-60
    6.3.2 管理设施  60-61
  6.4 小结  61-62
结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
作者简介  68
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  68-69

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地球物理学 > 水文科学(水界物理学) > 水文预报
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