岷江上游徑流變化特性分析及其預(yù)測(cè)研究.pdf

1、河流徑流受氣候、流域自然地理及人類活動(dòng)的綜合影響，其變化呈一個(gè)非線性動(dòng)力系統(tǒng)。岷江上游位于四川盆地西北部，阿壩自治州東部，青藏高原東部地區(qū)，秦嶺緯向構(gòu)造帶，龍門山北東向構(gòu)造帶與馬爾康北西向構(gòu)造帶間的三角形地塊內(nèi)。東面與北川、安縣、綿竹交界，南接崇慶、大邑，西連紅原、馬爾康，北與南坪、若爾蓋縣接壤。受地形變化的影響，致使流域內(nèi)氣象萬千，加上近20年人類活動(dòng)（修建大量的水電站等）的影響，導(dǎo)致水文現(xiàn)象錯(cuò)綜復(fù)雜。也由于對(duì)其流域水文過程的認(rèn)識(shí)程度

2、，以及分析、模擬流域所持有實(shí)測(cè)的、文獻(xiàn)記錄的或歷史調(diào)查等資料情況的局限，至今還難以完全用數(shù)學(xué)物理方法確切地描述其中每一個(gè)子過程。況且其徑流、洪水等變化特性的分析與研究方法主要依賴于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)理論和方法，而在現(xiàn)有的降雨及徑流分析模擬中，概念性流域水文模型或引入氣象等外部因子分析建模占有主導(dǎo)地位，從而導(dǎo)致目前岷江上游水文水資源情勢(shì)變化規(guī)律的分析與預(yù)測(cè)，主要借助于傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法、概念性模擬或經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系的描述。 本論文依托國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)

3、研究發(fā)展規(guī)劃“973”項(xiàng)目：長(zhǎng)江流域水沙產(chǎn)輸及其與環(huán)境變化耦合機(jī)理（NO.2003CB415202）與項(xiàng)目“都江堰灌區(qū)水資源優(yōu)化配置與調(diào)控管理研究（NO.04H454）”，利用紫坪鋪站提供的數(shù)十年徑流變化的時(shí)間序列和實(shí)測(cè)資料，針對(duì)紫坪鋪站姜射壩站年徑流長(zhǎng)期變化的重要特性如：周期性、相關(guān)性、隨機(jī)性和趨勢(shì)性進(jìn)行分析研究；并對(duì)太陽黑子數(shù)的生消與岷江上游徑流時(shí)序相關(guān)性進(jìn)行多尺度分析，挖掘太陽活動(dòng)這一外部重要作用因子對(duì)其長(zhǎng)期變化產(chǎn)生的影響，從而加

4、深對(duì)岷江上游的徑流長(zhǎng)期演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)。與此同時(shí)，在初步分析水文模型研究現(xiàn)狀與進(jìn)展的基礎(chǔ)上，利用實(shí)測(cè)水文氣象資料，用Elman動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究建立了岷江上游降雨～徑流預(yù)測(cè)模型和偏最小二乘預(yù)測(cè)模型，并基于動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，采用改進(jìn)的Elman模型，對(duì)紫坪鋪站來年（2004年）月徑流和未來5年（2004～2008年）岷江上游天然年徑流變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。概括起來，本次研究和預(yù)測(cè)分析取得以下主要成果： 1．基于小波分析法，揭示了岷

5、江上游年徑流在長(zhǎng)期的多時(shí)間尺度變化中，主要存在5年、13年和24年左右的周期變化。所以，要求應(yīng)在不同的時(shí)間尺度下對(duì)未來趨勢(shì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。 2．岷江上游紫坪鋪站和姜射壩站年徑流時(shí)序長(zhǎng)期變化中，時(shí)序間都存在有一定的自和互相關(guān)性。 3．基于小波分析法，對(duì)紫坪鋪的月徑流和年徑流進(jìn)行去噪分析；通過低頻分析揭示岷江上游紫坪鋪站來水量呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。 4．分析太陽活動(dòng)這一外部重要作用因子與岷江上游年徑流時(shí)間序列，表明在長(zhǎng)期

6、的變化中，在不同時(shí)間尺度下具有一定的相關(guān)性。 5．采用動(dòng)態(tài)Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的降雨～徑流預(yù)測(cè)模型；根據(jù)紫坪鋪站和岷江上游自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等的相關(guān)性；建立了偏最小二乘回歸的紫坪鋪年徑流量預(yù)測(cè)模型。 6．采用多尺度分析理論中的Mallat算法與Daubechies小波去噪、重構(gòu)，并結(jié)合改進(jìn)Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立岷江上游紫坪鋪站月徑流和年徑流網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)耦合模型。 總之，本文運(yùn)用現(xiàn)代新理論、新方法，多