大伙房水庫來水規律分析及預測方法的研究

馬驍穎+隋明+張昱+劉多文+李俊樂+趙思文+沈斌+李若楠

摘 要：本文以大伙房水庫1959—2008年歷年年度來水資料為樣本，采用統計學多項式回歸、均方差周期優選法等分析方法探討了水庫來水量的長期預測方法問題。分析結果表明，大伙房水庫年來水量變化主周期為17a，副周期為10a；50a平均預測誤差17.8萬m3，總體誤差在0～33.2萬m3之間，按預測誤差在±33%之間計算，50a預測準確率為74%， 37a正確，13a不正確；趨勢同步率為69%。如誤差在實況±50%之間，正確年份數為46a，不正確年份數為4a，準確率為93.9%。

關鍵詞：大伙房水庫；來水；規律；預測

中圖分類號：TV121 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161132190

來水是水庫建設的基礎，也是最值得關注的問題，因為來水關系著水庫的經濟效益、安全與管理。由于大伙房水庫所在位置決定，有來水集中、年際變化大等特點，加之承擔著水庫下游防洪抗旱等重要使命，水庫管理局必須隨時掌握水庫的來水狀況，其中，來水預測就是需要解決的問題之一。利用原始數據，通過規律分析解決預測問題的方法就是適用基層相關分析最有效和常用的方法。水庫來水規律分析和解決預測問題就符合這一方法的原理。

1 基本思路

重點研究水情的變化規律，第一步，進行趨勢分析，計算趨勢回歸值，求圍繞趨勢的變量。第二步，確定變量的變化周期及周期值。第三步，建立周期預測工具。其中周期分析分別進行主周期分析和副周期分析。最后由主周期值和副周期值疊加得預報周期值。

1.1 資料

大伙房水庫始建于20世紀50年代的建國初期，于1954年4月11日工程開始建設，1958年9月5日正式竣工，到2016年已有58年歷史，大伙房水庫是國家大型水庫，水文資料詳實，有代表性。本文是把1959—2008年間的歷史來水資料作為代表數據進行的分析。

1.2 統計分析方法

1.2.1 趨勢分析

采用二次曲線形式模擬來水的趨勢變化。模型：

Y=ax2+bx+c （1）

式中：Y表示來水量，X表示年代序號。

計算得大伙房水庫年來水量趨勢方程為：

y=0.3345x2-23.198x+1767.2 （x=1，2······n）

大伙房水庫年來水量趨勢變化情況見圖1。

1.2.2 50a來水量變化規律計算與分析

1.2.2.1 來水量年際變化波動的計算

用△y表示年來水量的年際變化波動（相對趨勢線），用y表示年來水量，用?表示趨勢量。計算結果繪制于表1。計算公司如下：

△y=y-? （2）

1.2.2.2 來水量周期分析方法

方法原理：組內方差小于組間方差何在所有周期排列中組內平均方差最小。均方差周期優選法相對于方差周期分析方法的優點是計算簡單，數據小，易于計算。

周期預測方法：選主周期；計算主周期預測結果；計算主周期預測誤差；檢驗主周期預測效果；對主周期預測誤差再進行周期分析；用主周期預測誤差周期值進行訂正計算；檢驗誤差訂正效果。原則上，經誤差訂正后的預測效果不可以低于訂正前的預測準確率；建立由主、副周期變量疊加而成的綜合周期值序列；通過趨勢量和變差周期值還原相對于實況的預報數。后續預測就通過趨勢量的后延和變量周期值的循環量得以實現。

以上計算分析過程在計算機計算中是個連續循環計算過程，分別建立了3個板塊木板，原始數據和循環計算結果部分；趨勢分析部分，為周期分析部分。年來水量周期值計算結果見表2。

分析和計算涉及的計算公式如下：

1.2.2.3 大伙房水庫年來水量周期規律及回代預測結果

全年來水量主周期為17a，副周期為10a。

變化情況。從20世紀60年代后期開始，一直到80年代中期波動較大。歷史最高值為65.9萬m3，出現在20世紀60年代的1968年。歷史最低值為0.4萬m3，出現在上世紀90年代的1997年，見圖2。

預測誤差。主周期50a平均預測誤差為17.8萬m3，總體誤差范圍在0～33.2萬m3之間。

預測準確率。按預測誤差在±33%之間計算，50a預測準確率為74%， 37a正確，13a不正確；趨勢同步率為69%。如誤差在實況±50%之間，正確年份數為46a，不正確年份數為4a，準確率為93.9%，詳見表3。

2 小結

通過分析，體會到到大型水庫由于來水區涉及面廣，范圍大，制約因素多，計算難度較大。自然因素方面，降水的觀測數據不能完全代表實際情況，因降水量分布不均是正常現象，干旱時，少量降水不會產生徑流；澇時，盡管雨量不大但有徑流效應。人為因素方面，上游有控水現象、在管水方面有不確定性，如汛前出于度汛安全排水、汛后出于備水進行蓄水，這些因數直接干擾水庫水情的計算與評估。本文關于大伙房水庫來水規律分析及預測方法的研究結果，其目的是為水庫開展水情的分析、監測和預報預警工作提供科學的方法和依據。

參考文獻

[1]彭兆亮.訂正與集成多模式的中國季度降水預測[J].水科學進展，2014，25（1）：1-8.

[2]楊傳國，陳喜.淮河流域近500年洪旱事件演變特征分析[J].水科學進展，2014，25（4）：494-501.

作者簡介：馬驍穎（1972-），女，遼寧省沈陽市人，大學本科，高級工程師，預報員，研究方向：天氣預報。