基于数据驱动的中小河流水位涨幅预报方法研究与应用

针对中小河流域山洪灾害的预报问题,采用3种数据驱动预报模型实现最高水位涨幅预报,以广州市增城区派潭镇为研究区域对3种模型进行数学建模与精度评估。分析表明,机器学习模型预报精度最高,但预报结果不具备可解释性;相似分析模型预报精度中等,预报成果具备较好的认知性与可解释性;“降雨量-水位涨幅”关系模型整体预报精度较低,但操作简单。相似分析模型与机器学习模型计算相对复杂,需要依托计算机设备进行辅助计算,而“降雨量-水位涨幅”关系模型可将模型结果绘制成图;从预报便利性及精度上综合考量,当具备计算机、手机应用端等辅助设备支撑时,可采用机器学习与相似分析等多种模型进行预报,提升预报精度;当缺乏计算机等基础设备的支撑时,“降雨量-水位涨幅”关系模型可为中小流域山洪预报预警提供便捷的预报方式。

河道主要控制点降雨量与水位涨幅关系分析

利用长兴地区4个国家级水位站,1999—2011年的降雨和水位资料,运用相关趋势分析方法。根据长兴地区相应的水系特征,分别建立这四站降雨量变化与水位涨幅的基本特征进行比较和分析,结果表明:①4个站的累计降雨量与水位涨幅具有较为明显的线性关系;②从统计得出的骨干河道控制点的降雨量与水位涨幅关系图来看,港口站和天平桥站的关系图,点子略显凌乱,部分点子偏离较多,需要进行一定的数据处理;③对一些偏离趋势的洪水场次,考虑到区间降雨以及上游高水位影响、水利工程运用等相关因素,分析、剔除和修改部分偏离的点据;④建议通过构建成熟可靠得数学模型和编制可视化的洪水预报软件,根据实际情况迅速获取足够精度的预测结果。

平原河网地区人类活动对降雨-水位关系的影响——以太湖流域杭嘉湖地区为例

太湖流域快速城镇化、水利工程等一系列人类活动对流域水文过程产生了深刻影响.本文以快速城镇化的杭嘉湖地区为例,基于1961—2014年逐日降雨、水位观测资料,构建了水位涨幅(ΔZ)、水位增长速率(k1)和退水速率(k2)等指标,旨在揭示变化环境下该地区降雨过程中水位的变化特征及可能的驱动因素.结果表明:1)变化环境下杭嘉湖地区近54年降雨量呈微弱的增加趋势,但降雨过程中的水位涨幅呈下降趋势,尤其是平均水位涨幅呈显著下降趋势,且于2000年左右发生明显变化;突变后水位涨幅下降主要集中在10～50 mm/d的降雨过程中,而大于50 mm/d的降雨过程中突变后水位涨幅较突变前有所升高. 2)从空间分布上来看,各站降雨量与水位涨幅存在明显的空间差异,降雨量总体呈增加趋势,增加趋势东强西弱;大部分站点的水位涨幅却呈下降趋势,其中位于区域南部站点的平均水位涨幅下降趋势较东北部更为明显,水位涨幅呈显著下降站点的空间分布与杭嘉湖南排工程等水利工程的分布较为一致. 3)通过对杭嘉湖地区降雨过程中水位增长速率和退水速率的变化分析发现,突变后较突变前退水速率有所提高,说明近年来水利工程等设施的完善和有序调度使得杭嘉湖地区的排洪能力有所提高,该变化可能是导致杭嘉湖地区地区突变后一定强度的降雨过程中水位涨幅下降的主要原因.而杭嘉湖地区强降雨过程中水位涨幅依然较高,可能是该地区洪峰水位居高不下的主要原因.此外,由于该地区近年来起涨水位抬升明显,对洪峰水位的抬升也有一定影响.

桃林(二)水文站洪水预警预报研究

针对桃林(二)水文站产汇流时间短、洪水陡涨陡落等特点,研究桃林站洪水涨幅、降雨之间的关系和洪水暴雨预警预报特征值。以桃林站为研究对象,分析11场次降水雨洪过程,利用泰森多边形法、相关回归分析法研究降水量、降雨历时和水位涨幅的相关关系,建立相关可靠的回归模型,计算降雨和水位涨幅关系,制定降雨洪水预报查询表,以期为桃林(二)水文站洪水快速预警预报工作提供参考。

基于线性回归法的平原水位修正分析

平原地区水利工程建设,导致长系列水位资料序列不具有一致性,使得不能直接采用实测水位频率分析法计算设计水位。为了解决这一问题,根据水利工程建设阶段,紧扣暴雨量不随水利工程建设变化的规律,采用一元线性回归分析法,将水位资料序列进行修正还原,并应用于桐乡市崇福镇的水位计算中。结果表明,桐乡市崇福镇面暴雨量与相应水位涨幅相关关系为极显著,此法可基本消除水利工程等人为因素导致的资料序列的不一致性,方法简单可行。