基于多种组合模型的半干旱区次洪量预测

发布时间：2020-07-22 18:59

【摘要】：淤地坝在黄河长治久安中发挥着重要作用。由于淤地坝的排水流量较小,在短暂的暴雨过程中,会有很大一部分水量拦蓄在坝内,这会给下游坝系带来巨大的威胁。因此,精准的次洪量预测已经成为淤地坝安全度汛的重要课题。在半干旱区,次暴雨洪水过程受多种因素制约。一场暴雨的时间、降雨量相差较大,时空分布不均,暴雨中心等也难寻其规律,呈现出很大的随机性;而流域下垫面变化也直接或间接地影响暴雨洪水关系。因此分析各要素对次暴雨洪量的影响,可为淤地坝的安全度汛提供科学依据。鉴于此,论文以陕北半干旱区岔巴沟流域为研究对象,开展了次暴雨洪量影响因素的研究,并构建了单一预测模型和组合预测模型理论框架,最后对模型预测效果进行评价,分析了模型的适用性。主要研究内容如下:(1)洪水特征量变化趋势以及气候因素影响分析。采用Mann-Kendall秩次相关法和Spearman秩次相关检验法分析岔巴沟流域汛期降雨量、汛期径流量、次洪量以及次暴雨量系列的变化趋势,利用R-S分析其持续性。(2)影响次洪量的因素识别。统计1980-2010年流域内降雨特征,包括:次降雨量、最大3小时雨强、暴雨中心位置以及7d前期影响雨量。结合中国科学院遥感应用研究所提供的土地利用遥感数据和DEM图,提取出流域内1986、1995、2000、2008、2013年的土地利用情况及流域的植被覆盖度等下垫面要素。淤地坝的拦蓄水量是影响次洪量的重要下垫面因素,因此需对淤地坝还原,从而得到还原后的次洪量。(3)选择岔巴沟流域内二十场洪水进行模拟,其中十六场用做率定期、四场洪水用以验证。构建多元线性回归模型、BP神经网络模型以及去趋势互相关分析法三种单一模型,将所选次洪量影响因素作为输入变量,还原后次洪量作为输出变量。分析得单一预测模型具有良好的预测效果;将三种单一模型应用定权重的最优加权组合模型、变权重的基于误差平方和倒数变权组合模型以及模型内部组合的基于MLR-DCCA的BP神经网络组合模型进行组合,组合模型相比于单一模型具有较高的适用性,其中基于MLR-DCCA的BP神经网络组合模型较单一模型、定权重以及变权重组合模型平稳性增强,提高了预测效果,可用于淤地坝系的次暴雨洪量预测。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P338
【图文】：

技术路线图,技术路线,硕士学位论文,研究技术

研究框架和技术路线

示意图,地理位置,示意图,黄绵土

陕北半干旱区位于黄河流域中段，降水量少、蒸发量大，旱地是耕地的主要形式。土壤有 6 种主要类型，分别是黄绵土、黑垆土、褐土等。黄绵土作为陕北半干旱区分布最为广泛的土壤，具有多种特点，分别是易于耕作、有深厚的土层、透水性和透气性较好等，同时黄绵土还是多种林草和农作物生长必不可少的一种土壤，但黄绵土的这些优秀特点也使其容易遭受水流侵蚀。陕北半干旱区由于水土侵蚀严重，土壤持水能力较弱，因此陡涨陡落是河流的典型特性，降水下来很快就产流，洪水起涨迅猛，历时短且含沙量高，抢测洪峰流量难度较大，而一旦成灾后果很严重。岔巴沟是大理河的支流。暴雨历时短、雨强大，场次洪水量大，单峰型洪水多是流域内暴雨洪水的主要特点，集中于汛期的几场暴雨占全年降水量的比重较大。因此选取半干旱地区的岔巴沟流域作为本次研究的典型流域。2.1 地理位置岔巴沟流域界于东经 109°47′，北纬 37°31′之间，集水面积 205km2，沟道长 26.3km，如图 2-1。岔巴沟是大理河的一条支流，地处于黄土丘陵沟壑区第一副区，在无定河的支流大理河和无定河流域的西南部相汇。流域出口水文站设有曹坪水文站，控制面积是 187km2。

分布情况,淤地坝,岔巴沟流域,分布情况

研究区概况工程概况通过榆林市水务局提供的淤地坝信息，可查得研究流域内具有 135 座淤地坝，其中型坝，23 座骨干坝。研究流域内淤地坝工程数量较多、分布也比较均匀。在不考仅考虑骨干坝控制流域面积的情况下，研究流域被控制面积达到该流域总面积的四这些淤地坝工程对流域下垫面的变化起到非常重要的作用，对产汇流的影响非常。岔巴沟流域内淤地坝分布情况见图 2-2，控制面积见图 2-3。

【参考文献】