随机水文分析课程论文 .pdfVIP

多站自回归模型在防洪设计中的应用

摘要：洪水过程是一种复杂的随机动力系统,随机模拟技术至今仍是研究洪水

过程时空统计特性的有力工具，亦是作为水资源系统输入的主要方法。本文以同

时模拟上游站、上下游站区间的流量过程为例,建立了一种简便而实用的多站一

阶自回归模型。实例结果表明,该随机模型是可行而有效的,在水资源系统工程

的理论与实践中具有重要价值。

关键字：随机模拟多站自回归模型防洪设计

1.引言

洪水问题是世界上绝大多数河流共同的问题，人类为防治洪水，常在重要河

流上修建多个水利工程，形成防洪体系，一般，重要河流的上游都建有多个水库

（群），而在下游部分河段往往会有重要的防洪保护对象，利用多个水库（群）

调节来防御下游保护地区的洪水是河流防洪规划中经常采用的方式。为了合理地

确定各水库的防洪库容以及拟定防洪调度方式，水库（群）的防洪计算必须依据

有关断面和一些区间的设计洪水过程。而如何确定这些洪水组成对于解决问题有

着重要的意义。

现行的研究设计洪水地区组成的方法主要有地区组成法、频率组合法和随机

模拟法，地区组成法研究当设计断面发生设计标准的天然洪水时，上游水库及其

区间的洪水地区组成情况。由于水库的调洪作用与设计断面的设计洪水的地区组

成有关，因此要制定几种洪水地区组成方案进行计算。由此推求的设计断面的洪

水就作为该断面同一设计标准的设计洪水。组合频率法是以水库断面及区间天然

洪水频率曲线为基础，研究各分区洪水的所有组成情况，计算各种组合情况下的

水库的调洪对设计断面洪水的影响，从而推求出设计断面受水库调洪影响后的洪

水频率曲线及设计值。其中，地区组成法是现行设计洪水地区组成的最常用方法。

现行方法在拟定洪水地区组成时,一般都遵循可能发生和对防洪不利两条原则。

但对于具有复杂调洪规则的水库,什么样的组成对防洪断面不利,往往难以判断。

而洪水随机模拟法通过大量模拟各区的洪水过程线,考虑了各个部分的各种组成,

再经过水库调洪得到下游断面洪水特征量的经验频率曲线,较为符合实际情况。

考虑到多个防洪工程组成统一的防洪系统来共同控制洪水，就需要建立多站同步

的洪水模型，模拟出各站同步的水文序列。因此，多站随机模型常常用于这类问

题中。

2模型介绍

2.1多站自回归模型

多站随机模型与单站随机模型相比，不仅考虑水文系列在时间上的相关特性,

而且还考虑空间上的互相关特性。由于在水库规划阶段，最重要的入流资料为各

年的较大场次洪水，根据洪水的特性，可以使用多站自回归模型。一般而言,各





站洪水截口特性是非正态的,统计参数(、、C、等)随截口而变化,即非

Z

ss

平稳的。但自相关和互相关系数对某些河流的洪水随截口变化相对较小,可近似

认为是平稳的。在这种情况下,多阶自回归模型便可以大大简化,易于应用。

多站相关结构平稳自回归模型的一般形式表示为:

p



（2.1）

Z(t)AZ(t1)B(t)

i

i1

式中Z(t)—m维列向量,即需要模拟的各站的t截口的洪水系列(标准化

后);

A—mm阶回归系数矩阵,且A≠0(ip)或A=0(ip);

iii

p—模型阶数;

B—mm阶参数矩阵;

—m维标准正态随机数所组成的矩阵;

(t)

m—待模拟的站数。

给定上限阶数,若BIC(P)BIC(P)，则P为所确定的阶数。实际应用