基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的黑河流域徑流模擬預(yù)報(bào).pdf

1、水資源是基礎(chǔ)性的自然資源，是維系自然界一切生命系統(tǒng)不可缺少的資源，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必需的不可替代的資源。黑河流域位于西北內(nèi)陸干旱地區(qū)，近年來(lái)黑河流域出現(xiàn)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，水問(wèn)題是引起這一系列問(wèn)題的關(guān)鍵問(wèn)題。為了解決黑河流域存在的社會(huì)﹑經(jīng)濟(jì)﹑生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，發(fā)揮黑河流域水資源的最大經(jīng)濟(jì)﹑環(huán)境和社會(huì)效益，使黑河流域的社會(huì)﹑經(jīng)濟(jì)﹑生態(tài)環(huán)境得到可持續(xù)發(fā)展，必須對(duì)黑河流域的水資源系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確而及時(shí)的分析與預(yù)測(cè)，合理配置，優(yōu)化調(diào)度，積極有效保

2、護(hù)有限的黑河流域水資源，最大限度的滿足黑河流域國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的合理需求，促進(jìn)資源與環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，以及經(jīng)濟(jì)﹑社會(huì)﹑環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。要做到這些，必須對(duì)黑河上游流域水文水資源及其變化特性有一個(gè)比較清晰和全面的認(rèn)識(shí)，因此，預(yù)報(bào)黑河水資源量的時(shí)空分布和水資源量的多少對(duì)于黑河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水資源管理具有十分重要的意義。
　　 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，它可以客觀地描述系統(tǒng)內(nèi)部的真正構(gòu)成，不受以往知識(shí)的束

3、縛，從而找到系統(tǒng)輸入輸出之間的合理的關(guān)系，找出內(nèi)部的規(guī)律性，進(jìn)行精確的模擬，并為徑流預(yù)報(bào)提供輔助手段，但這也并不是說(shuō)要建立一個(gè)純黑箱的模型，在建立徑流模擬和預(yù)報(bào)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，應(yīng)該把流域的物理背景知識(shí)考慮在內(nèi)。
　　 鶯落峽和正義峽是黑河干流上的兩個(gè)重要控制站，首先對(duì)影響鶯落峽，正義峽徑流變化的因素進(jìn)行分析，得知鶯落峽徑流量變化受人為因素的影響比較小，主要受自然因素的影響，正義峽徑流量受人為因素影響比較大；然后考慮流域的物

4、理背景，建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)鶯落峽月徑流量的模擬主要考慮自然因素。單一構(gòu)型的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種顧及各種數(shù)據(jù)情況的所謂的“最佳協(xié)調(diào)解”。這種模型無(wú)法識(shí)別各個(gè)徑流階段的主要影響因素并分別對(duì)待，高流量、低流量等事件相關(guān)的個(gè)性信息沒(méi)有表現(xiàn)的空間，因而一般會(huì)被當(dāng)作噪聲過(guò)濾掉。這樣把所有可得數(shù)據(jù)混在一起訓(xùn)練出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，往往只可以較好地模擬一般狀況(如中等流量事件，這種事件的樣本數(shù)目較多)，而對(duì)極值狀況，模型的性能則較差，無(wú)法使各個(gè)

5、徑流時(shí)期的徑流模擬同時(shí)達(dá)到令人滿意的程度，建立鶯落峽月徑流模擬模型的時(shí)候，采用模糊聚類(lèi)的方法對(duì)徑流進(jìn)行分類(lèi)，分為汛期和非汛期，然后分別建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)比分類(lèi)和未分類(lèi)的BP模型模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)分類(lèi)之后所建立的模型地性能比較好，因此采用分類(lèi)之后的模型對(duì)鶯落峽的月徑流進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
　　 正義峽的年徑流量模擬模型的建立分別考慮人為因素和不考慮人為因素，建立兩個(gè)模型，并做出比較分析，考慮人為因素的模型的確定性系數(shù)在檢驗(yàn)期和訓(xùn)練期

6、都高于不考慮人為因素的模型。考慮人為因素之后的BP模型要比不考慮人為因素的模型要好，說(shuō)明在建立模型的時(shí)候，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，不僅要考慮自然因素，對(duì)受人類(lèi)影響較大的徑流的模擬時(shí)，應(yīng)該考慮物理背景，這樣才能提高模型的性能。
　　 建立鶯落峽和正義峽的徑流模擬模型的目的是為了更好的預(yù)測(cè)，選取模擬精度比較高的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，在不同的氣候情景下，利用BP 網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算2030年黑河流域鶯落峽水文站的徑流量，在降水量不變的情況下，氣溫增加0.