基于人工神经网络的渭河下游洪水预报研究.pdf

·300· 拳与鞋会经彝发展的穗互影嗨爱砖薅 基于人工神经网络的渭河 下游洪水预报。 跨彩甄徐宗学 (北京师范大学水科学研究院教育部水沙科学重点实验室北京100875) 摘要通过对渭河下游站点的时间序列及空间分布的分析，确定出影响华县站 流量的时间和密闭信息，并将其引入神疑网络模型；采用典溅的BP神经网络， 重点砖鼹络静隐套屡节点数、训练次数和学毒率进行分析，椽建了滢潭下游华昙 薪西流量囊簌瓣人工摔经霹势摸耋；并皋蕉RMSE、NSC和穗关曩数嚣作为模 型效果评定标准。检验结果表鞠，所建的BP种弪炳络模型预报效果令人满意。 关键词 人工神经网络 洪水预报 消河 时间序列分析 1 弓l言 渭河是黄籍魏籀一天支流，压史土獭发漂涝灾害，尤其戳漕河审下游更为严重，对当 地的经济发展和生态环境都造成了不利的影响。洪水预报作为抵御洪涝灾害的非工程性措 施，在防汛指挥决策中发挥着越来越鼋要的作用，准确及时的洪水预报为防洪决策提供_r 科学依据。 在过去的几十年当中，水文学家开发了从黑箱模型到物理模獭的各种洪水预报方法， 为骧轻洪涝灾害作出了匪太酌贡献。锶姆，典型的黑籍模型有多蠢统诗鼹舞模型帮整蹬懿 滔动平稳模壁等，典黧懿物瑾方法寿拳位浚爨)稳关法纛藏壁滚舞法等。又工褥经瓣络 方法是近于几年来发鼹起来的洪水预报掰方法，对其研究已出单纯的模型应用发展到了横 型物理意义的解释，如文献[1～3]。 在渭河流域，雷横化推导了各类洪水河段洪峰传播时问的分段积分法计算公式，并将 其应用在渭河干流备站超警戒流量大洪水预报中…。芮孝芳、陈浩云等建立了适用于不照 圈承顶托影响，以悬穆质为主巨水一沙关系照好盼冲淤河道的水位预报模型，并应用于溜 潺残圈华芸河段“5。这些方法基本属于溅念毪模型，主要对攘美嚣索遂嚣概念经模掇， 难以反浃复杂的承支璃袋及其籍理作焉槐翻，鼠所采矮翦数学模激静菲线牲程度眈较蒿， 计算时所采用的离散化处理方法会对模拟结聚产牛一定的影响。洪小康建立了渭河下游千 流临潼断面和华县断面洪峰流量预报的ANN模型。模型评定和梭瓣表明，模型的预报效 *基金项目；教背黼博士点墓食。 作者簿舟：隋彩虹(撙默一)。女．“l末青薜A，礤士研究生，研究方向为瀵承壤撤 第四部分水旱灾害预测与防治 ·301· 果与传统的多元统计相关模型相比有明显的改善‘…。但其只考虑了水文站点空间分布的影 响，而忽略了时间的影响，且对于网络的建模也缺乏深入的分析，预报结果难免存在较大 的误差。本文将充分考虑影响洪水的时间和空间信息，建立渭河下游洪水预报的ANN 模型。 2研究区域与资料处理 渭河流域处于干旱地区和湿润地区的过渡地带，多年平均年降水量572mm，降水量 变化趋势是南多北少，蒸发量则是北岸大于南岸。渭河洪水主要来源于泾河、渭河干流成 阳以上和南山支流，流域洪水具有暴涨暴落、洪峰高、含沙量大的特点，每年7～9月为 暴雨季节，大洪水多发生在这一时段，汛期水量约占年水量的59％。 本文所采用的资料序列为1990～2001年的日流量序列，选择的控制站点为成阳、张 家山、l临潼和华县，以上游成阳、张家山、临潼站的流量预报下游华县站的流量。 根据神经网络模型应用的基本要求，对输入和输出值作规一化处理，计算公式如下： V一 (1) 工，一X一3-二垫—』=里(X帆。一X…) z…一Z… 式巾：X。、z．分别表示处理前和处理后的值；z…、z…分别表示实测的最大值和最小 值；x。；、x～根据以往的研究结果，分别取0．99和0．01¨J。 3时间序列相关分析 根据站点分布确定出影响华县站流量 的空问信息后，采用相关分析确定出各站 点对华县站流量影响的时间信息。 本文选取连续时间段的峰值流量对各 站点进行相关分析，并对相关系数进行显 著性检验，当相关系数高于置信上限时， 认为是显著相关。本文通过计算相关系 数，确定出95％置信水平下的