臨淮關(guān)水文站中長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)方案的研制畢業(yè)論文

1、河海大學(xué)函授畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告淮河流域臨淮關(guān)水文站中長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)方案的研制姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè) 水文與水資源工程 年 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 二0一三年六月臨淮關(guān)水文站中長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)方案的研制摘要：臨淮關(guān)鎮(zhèn)，屬鳳陽(yáng)縣標(biāo)準(zhǔn)建制鎮(zhèn)，地處淮河中游，蚌埠市東部。全鎮(zhèn)面積33.5平方公里，鎮(zhèn)區(qū)面積達(dá)13平方公里。轄5個(gè)居委會(huì)，6個(gè)行政村。全鎮(zhèn)總?cè)丝?萬(wàn)多人，農(nóng)業(yè)人口近2萬(wàn)人，非農(nóng)業(yè)人口集鎮(zhèn)人口達(dá)31500人，耕地面積2萬(wàn)余畝。水資源是農(nóng)業(yè)的命脈，利用氣象水文信息，開(kāi)展恭城的水文預(yù)報(bào)，特別是中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)，以利于防汛抗旱、水資源合理使用及調(diào)度，保障水電站的工程安全，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，維持社會(huì)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展

2、，確實(shí)改善人民群眾的生活水平，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展，在防洪情勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了人與水和諧共處、完善加強(qiáng)防洪工程體系與非工程措施等防洪減災(zāi)的參考。通過(guò)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法結(jié)合氣象學(xué)、水文學(xué)和中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)、計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)，對(duì)臨淮關(guān)水位站的月平均水位，用多元回歸法作出預(yù)報(bào)模型，并進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)定。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了結(jié)合氣象要素與水文要素等預(yù)報(bào)因子對(duì)所需各種水文預(yù)報(bào)要素進(jìn)行中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)法挑選相關(guān)因子，通過(guò)編制計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，計(jì)算出預(yù)報(bào)模型，根據(jù)誤差分析結(jié)果，得到一些解決實(shí)際的方法和問(wèn)題。關(guān)鍵詞：中長(zhǎng)期；洪水預(yù)報(bào)；多元回歸；預(yù)報(bào)模型，檢驗(yàn)，程序第一章 引言臨淮關(guān)鎮(zhèn)，屬鳳陽(yáng)縣標(biāo)準(zhǔn)建制鎮(zhèn)，地處淮河中游，蚌埠

3、市東部。全鎮(zhèn)面積33.5平方公里，鎮(zhèn)區(qū)面積達(dá)13平方公里。轄5個(gè)居委會(huì)，6個(gè)行政村。全鎮(zhèn)總?cè)丝?萬(wàn)多人，農(nóng)業(yè)人口近2萬(wàn)人，非農(nóng)業(yè)人口集鎮(zhèn)人口達(dá)31500人，耕地面積2萬(wàn)余畝。鎮(zhèn)歷史悠久，古稱濠州，為歷史通衢要地，是安徽省四大歷史名鎮(zhèn)之一，早在堯舜時(shí)期即為涂山氏國(guó)，以后歷代統(tǒng)治者都在臨淮建州設(shè)府，立郡置縣，四九年國(guó)務(wù)院曾暫列為臨淮市，五四年起臨淮關(guān)鎮(zhèn)定為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建制鎮(zhèn)。臨淮鎮(zhèn)有較多的人文景觀、歷史景點(diǎn)。如：莊子釣魚(yú)的觀魚(yú)臺(tái)；皇廟附近的戚繼光點(diǎn)將臺(tái)；古代建過(guò)連結(jié)淮河兩岸的浮橋，煙鎖浮橋?yàn)轼P陽(yáng)八景之一；唐玄宗在聞賢門(mén)內(nèi)建過(guò)開(kāi)元寺，寺內(nèi)建有南華樓；入淮口上的廣運(yùn)橋；馬灘街上的濠梁驛站；霸王城的雄風(fēng)尤在

4、。這些都記載著古濠梁輝煌的歷史。臨淮關(guān)鎮(zhèn)地勢(shì)是丘林北端和淮河南岸的平原地帶，處在我國(guó)季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖帶和亞熱帶的交匯區(qū)，四季分明，氣候溫和，年平均溫度15度，年平均降雨量達(dá)900毫米以上，雨水充沛，緊鄰淮河，水資源非常富足，臨淮關(guān)鎮(zhèn)地理位置優(yōu)越，交通便利，京滬鐵路、省道307線縱貫東西，蚌寧高速公路入口處僅離鎮(zhèn)政府3公里，在省道307線門(mén)臨路兩旁投資辦企業(yè)，有得天獨(dú)厚條件。鳳陽(yáng)火車(chē)站設(shè)在鎮(zhèn)內(nèi)，可北上首都，南接金陵；臨淮鎮(zhèn)港口日吞吐貨物近三千噸，上至華東重要商城蚌埠市，下可達(dá)江入海。臨淮關(guān)鎮(zhèn)不僅是鳳陽(yáng)縣工、商業(yè)重鎮(zhèn)，而且是沿淮水陸重要的交通樞紐。全鎮(zhèn)有工業(yè)企業(yè)58家，規(guī)模工業(yè)企業(yè)12家；集鎮(zhèn)面積

5、同比增加8%；實(shí)現(xiàn)工業(yè)集中區(qū)面積15000畝；人口自然增長(zhǎng)率控制在6。一、中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)定義中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)是指根據(jù)前期水文氣象要素，用成因分析與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期的水文要素進(jìn)行科學(xué)的預(yù)報(bào)。由中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)的定義可知，它與中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，尤其是中長(zhǎng)期降水預(yù)報(bào)，在預(yù)見(jiàn)期以及方法的思路和內(nèi)容上十分相似。但是，中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)所要預(yù)報(bào)的內(nèi)容，則與中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)不同；它主要預(yù)報(bào)水文要素如：流量、水位以及旱澇趨勢(shì)等。二、前人工作與思路我國(guó)現(xiàn)代長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)工作是由涂長(zhǎng)望先生開(kāi)創(chuàng)的。二十世紀(jì)三十年代，涂長(zhǎng)望根據(jù)前期東亞大氣活動(dòng)中心的特征預(yù)測(cè)了長(zhǎng)江的水旱狀況；至五十年代，內(nèi)蒙古自治區(qū)水文總站根據(jù)楊鑒初于

6、51年提出的“歷史演變法”制作了黃河的長(zhǎng)期洪水預(yù)報(bào)。水電部水文局分析了高空氣象因子對(duì)后期水文情勢(shì)的影響，對(duì)華北地區(qū)中小河流的中期預(yù)報(bào)作了分析；1960年“長(zhǎng)辦”提出東亞大氣環(huán)流的韻律研究及其在長(zhǎng)期降水與水文預(yù)報(bào)上的應(yīng)用；直到七十年代初，隨著氣象學(xué)、海洋學(xué)，統(tǒng)計(jì)數(shù)字和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和水文氣象資料的大量積累，我國(guó)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)有了較大的發(fā)展。長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室自1975年以來(lái)，先后組織了沿江各省市及大專院?？坪脱袡C(jī)關(guān)，14次水文氣象中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)會(huì)商討論會(huì)；每次均收到近百篇學(xué)術(shù)論文先后出版了三期論文集，對(duì)全國(guó)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)的發(fā)展，有極大的推動(dòng)作用。現(xiàn)在，各大流域及各大中型水庫(kù)也召開(kāi)了類似的會(huì)

7、議；通過(guò)論文選登、會(huì)商研討等活動(dòng)不僅促進(jìn)了預(yù)報(bào)工作的廣泛開(kāi)展，而且使中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)的思路更加開(kāi)闊，預(yù)報(bào)方法不斷完善，大大推動(dòng)了我國(guó)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)的發(fā)展。目前中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)已成為水文領(lǐng)域中一支不可缺少的方面軍，全國(guó)各水文部門(mén)已普遍開(kāi)展了研究工作。由于中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)研究還是一門(mén)十分年青的學(xué)科，許多問(wèn)題尚待進(jìn)一步去探討，特別是中長(zhǎng)期水文過(guò)程的物理機(jī)制尚未完全搞清；所以，當(dāng)前預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率還不高，預(yù)報(bào)方法也很不成熟，許多問(wèn)題還待今后進(jìn)一步去摸索和研究。當(dāng)前中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)大致可歸納為三條途徑：1、天氣學(xué)方法（又稱天氣圖方法）根據(jù)大氣環(huán)流的歷史演變規(guī)律，由前期環(huán)流形勢(shì)來(lái)預(yù)報(bào)未來(lái)水文要素的一類方法。這類方法大

8、量應(yīng)用大氣環(huán)流資料尋找前期環(huán)流與水文要素之間的關(guān)系。2、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法（1）多元分析：把水文要素作為預(yù)報(bào)對(duì)象，把前期各個(gè)影響因素作為預(yù)報(bào)因子，并把它們作為隨機(jī)變量，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出它們的相互關(guān)系，通過(guò)預(yù)報(bào)對(duì)象與前期預(yù)報(bào)因子之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，用前期預(yù)報(bào)因子來(lái)預(yù)報(bào)未來(lái)水文要素的取值。主要有各種回歸分析方法，判斷分析方法和聚類分析方法等。（2）時(shí)間序列分析：把水文要素本身的歷史變化作為一個(gè)隨機(jī)序列，利用要素的歷史變化規(guī)律，作外推預(yù)報(bào)。通常把水文要素作為一個(gè)離散化的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程處理。常用方法有線性自回歸模型（簡(jiǎn)稱ar（p），p為模型的階）；另外，隨著科技發(fā)展，各種波譜分析方法也應(yīng)運(yùn)而生，并已在中期預(yù)報(bào)中得

9、到應(yīng)用。3、能量學(xué)方法 以維持大氣運(yùn)動(dòng)能量來(lái)源為依據(jù)，找出某一水文要素與能量因素的相互關(guān)系，再利用前期能量因素（太陽(yáng)能變化、海洋熱能儲(chǔ)放及其它）對(duì)未來(lái)水文情勢(shì)作出預(yù)報(bào)。這類方法常用有日地關(guān)系分析，海氣關(guān)系分析和地球宇宙物理因素分析等方法。三、工作思路和方法 水文氣象的長(zhǎng)期變化，受著各種因素諸如太陽(yáng)活動(dòng)、大氣環(huán)流、海洋狀況等的影響，其關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的。本設(shè)計(jì)預(yù)報(bào)手段，是找出物理意義比較明確的主要影響因素，使預(yù)報(bào)方案能建立在比較可靠的物理基礎(chǔ)上。在挑選預(yù)報(bào)因子上，一般首先計(jì)算預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象的單相關(guān)系數(shù)來(lái)決定因子的取舍，然后通過(guò)線性回歸分析方法進(jìn)行綜合，求出回歸預(yù)報(bào)方程。1、查找資料，建立預(yù)報(bào)因

10、子與預(yù)報(bào)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)在安徽境內(nèi)選取淮河流域淮河水系的臨淮關(guān)站汛期平均水位、12月平均水位和4月平均水位作為預(yù)報(bào)對(duì)象。2、預(yù)報(bào)因子的挑選（1）預(yù)報(bào)因子的物理考察：分析預(yù)報(bào)對(duì)象與預(yù)報(bào)因子之間的物理聯(lián)系，分析它們之間的因果關(guān)系，從大量因素中挑選出一批具有一定物理意義的因子，作為可能因子。主要從前期大氣環(huán)流因素，前期太陽(yáng)、宇宙、地球物理因素，前期海陸冷熱源因素，前期地面水文氣象因素等方面進(jìn)行考察。（2）預(yù)報(bào)因子的統(tǒng)計(jì)考察：在因子的物理考察獲得了大批可能因子的基礎(chǔ)上，為使預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象之間具有較好的相關(guān)性，且要求各因子之間能互相獨(dú)立，還必須對(duì)可能因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考察，從中挑選出一些有效因子。統(tǒng)計(jì)考察的方法

11、常用檢驗(yàn)兩個(gè)隨機(jī)變量之間是否顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。本預(yù)報(bào)分析采用單相關(guān)法挑選預(yù)報(bào)因子。3、建立預(yù)報(bào)方程根據(jù)線性回歸模型，由挑選的預(yù)報(bào)因子用多元回歸分析的方法建立不同月份的預(yù)報(bào)方程，并作回歸效果檢驗(yàn)。4、預(yù)報(bào)檢驗(yàn)對(duì)預(yù)報(bào)方程的預(yù)報(bào)值及臨淮關(guān)站實(shí)測(cè)資料系列進(jìn)行對(duì)比分析，檢驗(yàn)預(yù)報(bào)的可信度。主要技術(shù)路線見(jiàn)下圖第二章 流域概況及資料處理一、流域概況淮河流域地處我國(guó)南北氣候過(guò)渡帶，淮河以北屬暖溫帶區(qū)，淮河以南屬北亞熱帶區(qū)，氣候溫和，年平均氣溫為11一16。氣溫變化由北向南，由沿海向內(nèi)陸遞增。極端最高氣溫達(dá)445，極端最低氣溫達(dá)-241。蒸發(fā)量甫小北大，年平均水面蒸發(fā)量為9001500mm，無(wú)霜期200240天。

12、自古以來(lái)，淮河就是中國(guó)南北方的一自然分界線?；春恿饔蚨嗄昶骄邓考s為920mm，其分布狀況大致是由南向北遞減，山區(qū)多于平原，沿海大于內(nèi)陸。流域內(nèi)有三個(gè)降水量高值區(qū)：一是伏牛山區(qū)，年平均降水量為1000mm以上；二是大別山區(qū)，超過(guò)1400mm；三是下游近海區(qū)，大于1000mm。流域北部降水量最少， 低于700mm。降水量年際變化較大，最大年雨量為最小年雨量的3 4倍。降水量的年內(nèi)分配也極不均勻，汛期(69月)降水量占年降水量的50一80。產(chǎn)生淮河流域暴雨的天氣系統(tǒng)為臺(tái)風(fēng)(包括臺(tái)風(fēng)倒槽)、渦切變、 南北向切變和冷式切變線，以前兩種居多。在雨季前期，主要是渦切變型，后期則有臺(tái)風(fēng)參與。臺(tái)風(fēng)路徑遍及全

13、流域。暴雨走向與天氣系統(tǒng)的移動(dòng)大體一致，臺(tái)風(fēng)暴雨的中心移動(dòng)與臺(tái)風(fēng)路徑有關(guān)。冷峰暴雨多自西北向東南移動(dòng)，低渦暴雨通常自西南向東北移動(dòng)，隨著南北氣流交綏，切變線或鋒面作南北向、東南-西北向擺動(dòng)，暴雨中心也作相應(yīng)移動(dòng)。例如1954年7月幾次大暴雨都是由低渦切變線造成的，暴雨首先出現(xiàn)在淮南山區(qū)，然后向西北方向 推進(jìn)至洪汝河、沙穎河流域，再折向東移至淮北地區(qū)，最后在蘇北地區(qū)消失。一次降水過(guò)程就遍及淮河全流域。由于暴雨移動(dòng)方向接近河流方向，使得淮河流域容易造成洪澇災(zāi)害。三、河流水系淮河流域以廢黃河為界，分淮河及沂沭泗河兩大水系，流域面積分別為19萬(wàn)km2和8萬(wàn)km2，有大運(yùn)河及淮沭新河貫通其間?；春影l(fā)源于

14、河南省桐柏山，東流經(jīng)豫、皖、蘇三省，在三江營(yíng)入長(zhǎng)江，全長(zhǎng)1000km，總落差200m。洪河口以上為上游，長(zhǎng)360km，地面落差178m，流域面積306萬(wàn)km2；洪河口以下至洪澤湖出口中渡為中游，長(zhǎng)490km，地面落差16m，中渡以上流域面積158萬(wàn)km2；中渡以下至三江營(yíng)為下游入江水道，長(zhǎng)150km，地面落差約7m，三江營(yíng)以上流域面積為1646萬(wàn)km2。洪澤湖以下淮河下游的排水出路，除入江水道以外，還有蘇北灌溉總渠和向新沂河相機(jī)分洪的淮沭新河?；春由现杏沃Я鞅姸?。南岸支流都發(fā)源于大別山區(qū)及江淮丘陵區(qū)，源短流急，流域面積在20007000km2的有白露河、史灌河、淠河、東淝河、池河。北岸支流主要

15、有洪汝河、沙穎河、西淝河、渦河、從浚河、新汴河、奎濉河，其中除洪汝河、沙潁河上游有部分山丘區(qū)以外，其余都是平原排水河道，流域面積以沙潁河最大，近4萬(wàn)km2，其他支流都在300016000km2之間?；春酉掠卫镞\(yùn)河以東，有射陽(yáng)港、黃沙港、新洋港、斗龍港等濱海河道，承泄里下河及濱海地區(qū)的雨水，總流域面積為25萬(wàn)km2。沂沭泗河水系位于淮河流域東北部，大都屬蘇、魯兩省，由沂河、沭河、泗河組成，均發(fā)源于沂蒙山區(qū)。泗河流經(jīng)南四湖，匯集蒙山西部 及湖西平原各支流后，經(jīng)韓莊運(yùn)河、中運(yùn)河、駱馬湖、新沂河于灌河口 燕尾港入海。沂河、沭河自沂蒙山區(qū)平行南下，沂河流至山東省臨沂 市進(jìn)入中下游平原，在江蘇省邳縣入駱馬

16、湖，由新沂河入海。沂河在劉家道口和江風(fēng)口還有“分沂入沭”和邳分洪道，分別分沂河洪水入沭河和中運(yùn)河。沭河在大官莊分新、老沭河，老沭河南流至新沂縣入新沂河，新沭河?xùn)|流經(jīng)石梁河水庫(kù)，至臨洪口入海。沂沭泗水系流域面積大于1000km2的平原排水支流有東魚(yú)河、洙趙新河、梁濟(jì)運(yùn)河等。該水系直接入海的河流15條，流域面積 16100km2。二、資料收集和處理1、資料收集模型編制依據(jù)的基本資料為水文預(yù)報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中提供的1951年1月至1999年12月22個(gè)因子及1951年1月至1999年12月臨淮關(guān)水文站月平均水位水文因子，共49年同步資料。2、資料處理以臨淮關(guān)水文站月平均水位為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)報(bào)對(duì)象，

17、由于淮河流域與湖南交界，根據(jù)需要，選擇以下22個(gè)氣象因子共同組成參選預(yù)報(bào)因子。表2-1 22個(gè)參選預(yù)報(bào)因子預(yù)報(bào)參選因子表序號(hào)名 稱1h500mb(20n、70、80、90e)三點(diǎn)高度和2h500mb(50-55n、70-90e+40-45n+65-85e)巴爾喀什湖區(qū)13h500mb(60n、40-50e)兩點(diǎn)高度平均4h500mb(120e、20-40n)高度差（沿120e線20n-40n）5h500mb(25n、65、75、85e)三點(diǎn)合計(jì)6h500mb(40-50n-120-140e)東亞槽區(qū)500mb 8點(diǎn)合計(jì)7h500mb(25-35n、110-130e)長(zhǎng)江中下游區(qū)7點(diǎn)合計(jì)8h50

18、0mb(20-30n、80-100e)印緬區(qū)8點(diǎn)合計(jì)9h500mb(40-50n、120e)高度差（沿129e線40n-50n）10h500mb(50-60n、100-120e)貝加爾湖區(qū)8點(diǎn)合計(jì)11h500mb(30-40n、80-90e)西安高原子6點(diǎn)合計(jì)12h500mb(15-25n、110-130e)南海區(qū)7點(diǎn)合計(jì)13q588(105-180e)付高強(qiáng)度指數(shù)14m588(105-180e)付高面和強(qiáng)度指數(shù)15西風(fēng)風(fēng)速v37.5n(m/s)(105e、35-40n)16西風(fēng)風(fēng)速v42.5n(m/s)(105e、40.5n)17太平洋高壓q584的緯度（100-120e）的平均位置18烏拉

19、爾地區(qū)平均高度h烏(69-70e、50-60n)19鄂海平均高度h(135-150e、45-60n)20西風(fēng)風(fēng)速v27.5n(m/s)(105e、25-35n)21c102 102站西風(fēng)指數(shù)(115e、25-30n)22c836 836站西風(fēng)指數(shù)(130e、30-35n)根據(jù)各參數(shù)物理特性對(duì)原始資料及臨淮關(guān)水文站資料進(jìn)行合理性、一致性分析，數(shù)據(jù)合理，資料系列完整，無(wú)需插補(bǔ)延長(zhǎng)，可直接用于計(jì)算。由于臨淮關(guān)水文站從1951年起有完整的水文資料，故資料系列取1951年至1994年共44年同步資料進(jìn)行預(yù)報(bào)分析及擬合檢驗(yàn)；1995年至1999年共5年同步資料進(jìn)行預(yù)報(bào)方程預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。為方便程序計(jì)算，用mic

20、rosoft office excel輸入預(yù)報(bào)因子數(shù)據(jù)后導(dǎo)入microsoft office access建立預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中有7個(gè)數(shù)據(jù)表，預(yù)報(bào)對(duì)象錄入1個(gè)數(shù)據(jù)表，22個(gè)預(yù)報(bào)因子錄入一個(gè)數(shù)據(jù)表；其余為成果表。預(yù)報(bào)對(duì)象數(shù)據(jù)表的字段為112月，記錄為1951年至1999年，共49條記錄；預(yù)報(bào)因子數(shù)據(jù)表的字段為112月，記錄按第一號(hào)因子1951年至1999年、第二號(hào)因子1951年至1999年等順序排列，共1012條記錄。對(duì)于其中的數(shù)據(jù)表具體要求有：參與計(jì)算的字段要求是數(shù)值字段；各個(gè)記錄最好不為空，可填為0；所有字段的記錄個(gè)數(shù)都相同。計(jì)算程序見(jiàn)附錄。第三章 預(yù)報(bào)因子挑選本章從物理成因方面考察各影響

21、因素，選出前述22個(gè)因子為初選因子，為了使預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象之間具有較好的相關(guān)性，且要求各因子之間能互相獨(dú)立，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行第二次篩選，最后選出既有一定的物理意義，又滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)原則的因子，作為預(yù)報(bào)因子。一、單相關(guān)系數(shù)計(jì)算單相關(guān)系數(shù)是目前用來(lái)衡量?jī)蓚€(gè)隨機(jī)變量y與x之間線性相關(guān)程度的一個(gè)常用統(tǒng)計(jì)量。在中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)中常用來(lái)挑選預(yù)報(bào)因子。單相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：式中：r為單相關(guān)系數(shù)（或線性相關(guān)系數(shù)）、分別表示x和y的多年平均值；即 ，xt、yt分別表示x和y的實(shí)測(cè)值，t表示年次n為資料年限（樣本數(shù)），即t=1，2n。二、單相關(guān)系數(shù)t檢驗(yàn)t檢驗(yàn)的計(jì)算公式為：檢驗(yàn)時(shí)，可先選一定的信度的a，再由自由度f(wàn)

22、=n-2（n為樣本數(shù)）查t分布表，得ta若按該公式計(jì)算的tta,可以認(rèn)為在這一信度下兩者是線性相關(guān)的；若tta,則認(rèn)為是不相關(guān)的。具體計(jì)算時(shí)，取預(yù)報(bào)對(duì)象1952年至1994年的系列資料，與某一預(yù)報(bào)因子1951年至1993年1月至12月的系列資料分別計(jì)算相關(guān)系數(shù)，即在提前一年的范圍內(nèi)進(jìn)行挑選，在滿足rr的基礎(chǔ)上，選擇相關(guān)系數(shù)最大的系列為該因子相關(guān)月份系列選?。蝗绻A(yù)報(bào)因子1月至12月系列與預(yù)報(bào)對(duì)象1月系列相關(guān)系數(shù)都小于r，則表明該因子與預(yù)報(bào)對(duì)象1月系列線性相關(guān)不好，不予引進(jìn)；依次計(jì)算該預(yù)報(bào)對(duì)象1月至12月系列與22個(gè)預(yù)報(bào)因子1月至12月系列的相關(guān)系數(shù)，即可挑選出相應(yīng)的預(yù)報(bào)因子。因計(jì)算工作量大，本

23、次挑選因子采用計(jì)算機(jī)vb語(yǔ)言，結(jié)合access數(shù)據(jù)庫(kù)編程實(shí)現(xiàn)。由可信度（=0.05）及樣本數(shù)（n=43），查表得最低相關(guān)系數(shù)r=0.3010；由可信度（=0.01）及樣本數(shù)（n=43），查表得最低相關(guān)系數(shù)r=0.3890以進(jìn)行多元回歸計(jì)算。挑選出的預(yù)報(bào)因子及相關(guān)系數(shù)詳見(jiàn)下表：表3-1 預(yù)報(bào)因子及相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)預(yù)報(bào)因子汛期月平均水位12月月平均水位4月月平均水位時(shí)間相關(guān)系數(shù)時(shí)間相關(guān)系數(shù)時(shí)間相關(guān)系數(shù)h500mb(20n、70、80、90e)三點(diǎn)高度和上一年8月-0.3464h500mb(50-55n、70-90e+40-45n+65-85e)巴爾喀什湖區(qū)1h500mb(60n、40-50e)兩點(diǎn)高度

24、和-h500mb(120e、20-40n)高度差（沿120e線20n-40n）h500mb(25n、65、75、85e)三點(diǎn)合計(jì)上一年12月-0.3481h500mb(40-50n-120-140e)東亞槽區(qū)500mb 8點(diǎn)合計(jì)h500mb(25-35n、110-130e)長(zhǎng)江中下游區(qū)7點(diǎn)合計(jì)h500mb(20-30n、80-100e)印緬區(qū)8點(diǎn)合計(jì)上一年11月0.3148上一年11月0.4680h500mb(120e、40-50n)高度差（沿129e線40n-50n）上一年1月-0.3204上一年12月-0.3548上一年1月-0.3935h500mb(50-60n、100-120e)貝加爾

25、湖區(qū)8點(diǎn)合計(jì)上一年8月0.4004h500mb(30-40n、80-90e)西安高原子6點(diǎn)合計(jì)上一年3月-0.3625h500mb(15-25n、110-130e)南海區(qū)7點(diǎn)合計(jì)-上一年7月0.3745q588(105-180e)付高強(qiáng)度指數(shù)上一年7月0.4034m588(105-180e)付高面和強(qiáng)度指數(shù)西風(fēng)風(fēng)速v37.5n(m/s)(105e、35-40n)上一年12月-0.3937西風(fēng)風(fēng)速v42.5n(m/s)(105e、40.5n)-太平洋高壓q584的緯度（100-120e）的平均位置 烏拉爾地區(qū)平均高度h烏(69-70e、50-60n)鄂海平均高度h(135-150e、45-60n

26、)上一年10月-0.3039上一年8月0.3873上一年1月0.4134上一年2月0.4690西風(fēng)風(fēng)速v27.5n(m/s)(105e、25-35n)c102 102站西風(fēng)指數(shù)(115e、25-30n)上一年11月-0.3202上一年12月-0.4275 c836 836站西風(fēng)指數(shù)(130e、30-35n)上一年11月0.3214上一年8月-0.4412第四章多元回歸模型回歸分析是研究因變量和自變量之間變動(dòng)比例關(guān)系的一種方法，最終結(jié)果一般是建立某種經(jīng)驗(yàn)性的回歸方程。長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)中，由于水文要素影響因素的復(fù)雜性，一般有多個(gè)因子對(duì)預(yù)報(bào)對(duì)象均存在影響，找出各預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象之間的相關(guān)關(guān)系，并以合適

27、的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)反映互相之間的影響關(guān)系，即為多元回歸模型。一、預(yù)報(bào)模型二、回歸系數(shù)的最小二乘估計(jì)把各個(gè)xt的每個(gè)觀測(cè)值代入方程（4-18）后，得到n個(gè)y的估計(jì)值。這樣就有n方程，m+1未知數(shù)?？倸埐钇椒胶蜑?： （4-2）其依賴于bi (i=0，1,2m)，要使其最小，則。將（4-2）式分別對(duì)求導(dǎo)，令其為零。經(jīng)歸并整理后，得到如下正規(guī)方程組： （4-3）其中：當(dāng)資料給定，為已知，解此方程組，bi可以一一求出。為消除單位的影響，使用標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)求解。即對(duì)式（4-3）進(jìn)行變換。令：有如下方程組： （4-4）三、回歸方程利用前期挑選出的預(yù)報(bào)因子及臨淮關(guān)水文站各月平均水位實(shí)測(cè)資料，利用計(jì)算機(jī)程序分別計(jì)算

28、，則方程系數(shù)bi可求出。平均水位方程成果如下：汛期回歸方程y=32.56618-0.08196x1-0.06931x2+0.00273x3-0.03883x4-0.03596x5-0.19703x6+0.04178x7式中：y臨淮關(guān)水文站汛期月平均水位x1上一年8月h500mb(20n、70、80、90e)三點(diǎn)高度和x2上一年12月h500mb(25n、65、75、85e)三點(diǎn)合計(jì)x3上一年11月h500mb(20-30n、80-100e)印緬區(qū)8點(diǎn)合計(jì)x4上一年1月h500mb(120e、40-50n)高度差（沿129e線40n-50n）x5上一年10月鄂海平均高度h(135-150e、45

29、-60n)x6上一年11月c102 102站西風(fēng)指數(shù)(115e、25-30n)x7上一年11月c836 836站西風(fēng)指數(shù)(130e、30-35n)12月回歸方程y=13.27750+0.00335x1-0.02572x2-0.00892x3-0.00192x4+0.01014x5+0.04035x6-0.17469x7式中：y臨淮關(guān)水文站12月月平均水位x1上一年11月h500mb(20-30n、80-100e)印緬區(qū)8點(diǎn)合計(jì)x2上一年12月h500mb(120e、40-50n)高度差（沿129e線40n-50n）x3上一年3月h500mb(30-40n、80-90e)西安高原子6點(diǎn)合計(jì)x4上

30、一年7月h500mb(15-25n、110-130e)南海區(qū)7點(diǎn)合計(jì)x5上一年7月q588(105-180e)付高強(qiáng)度指數(shù)x6上一年8月鄂海平均高度h(135-150e、45-60n) x7上一年8月c836 836站西風(fēng)指數(shù)(130e、30-35n)4月回歸方程y=7.95548-0.01476x1+0.01204x2-0.04339x3+0.02327x4+0.07056x5-0.18043x6式中：y臨淮關(guān)水文站4月月平均水位x1上一年1月h500mb(120e、40-50n)高度差（沿129e線40n-50n）x2上一年8月h500mb(50-60n、100-120e)貝加爾湖區(qū)8點(diǎn)合

31、計(jì)x3上一年12月西風(fēng)風(fēng)速v37.5n(m/s)(105e、35-40n)x4上一年1月鄂海平均高度h(135-150e、45-60n)x5上一年2月鄂海平均高度h(135-150e、45-60n)x6上一年12月c102 102站西風(fēng)指數(shù)(115e、25-30n)四、模型檢驗(yàn)1、復(fù)相關(guān)系數(shù)（r）當(dāng)rra，且愈接近于1時(shí)，則回歸效果愈好。2、剩余標(biāo)準(zhǔn)差（sy）式中：sy剩余標(biāo)準(zhǔn)差 n資料年限q殘差平方和 m挑選的因子sy愈小表示回歸效果愈好。3、回歸效果的f檢驗(yàn)4、擬合誤差檢驗(yàn)根據(jù)已建立的汛期、12月、4月平均水位預(yù)報(bào)模型所用的1952年1994年共43年的實(shí)測(cè)月平均水位對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行歷史擬合

32、檢驗(yàn)，計(jì)算相應(yīng)年份的預(yù)報(bào)誤差及許可誤差，其中許可誤差采用實(shí)測(cè)水位的20%來(lái)計(jì)算，如預(yù)報(bào)誤差80%時(shí)，預(yù)報(bào)方程等級(jí)為甲等預(yù)報(bào)方案。5、預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)根據(jù)已建立的汛期、12月、4月平均水位預(yù)報(bào)模型，用1995年1999年共5年的實(shí)測(cè)月平均水位對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)檢驗(yàn)由于點(diǎn)據(jù)都未參加模型的計(jì)算及擬合，所以能夠比較真實(shí)的檢驗(yàn)出預(yù)報(bào)模型的率定是否成功。6、檢驗(yàn)結(jié)果及分析各月回歸方程復(fù)相關(guān)系數(shù)r、剩余標(biāo)準(zhǔn)差sy、f檢驗(yàn)如下：表4-1 臨淮關(guān)水文站月平均流量多元回歸方程檢驗(yàn)表預(yù)報(bào)方程復(fù)相關(guān)系數(shù)rr顯著性剩余標(biāo)準(zhǔn)差sy方差比f(wàn)f顯著性汛期回歸方程0.6580 0.560顯著1.1120 0.05 0.0

33、035顯著12月回歸方程0.7930 0.625顯著0.5023 0.05 4.9771e-06顯著4月回歸方程0.7460 0.599顯著0.6203 0.05 0.000028顯著通過(guò)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)相關(guān)系數(shù)r檢驗(yàn)中，各方程效果都顯著；方程剩余標(biāo)準(zhǔn)差sy，相對(duì)來(lái)說(shuō)，汛期較大，但相應(yīng)月份的r檢驗(yàn)卻都是顯著的；在回歸方程的f檢驗(yàn)中，各方程效果顯著。以上結(jié)果顯示，復(fù)相關(guān)系數(shù)r雖然能夠用來(lái)檢驗(yàn)方程，r表示了m個(gè)自變量與預(yù)報(bào)對(duì)象相關(guān)的緊密程度，r的大小與方程中自變量的個(gè)數(shù)m以及資料年限n有關(guān)，r只反映了預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象關(guān)系的一個(gè)方面，即其間的相關(guān)關(guān)系，不夠全面；而方程剩余標(biāo)準(zhǔn)差sy決定于殘差平方和q和

34、相應(yīng)的自由度，即回歸效果愈好，則要求殘差平方和q愈小愈好，也就是sy愈小表示回歸效果愈好，sy反映了預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象的擬合情況，但好壞的標(biāo)準(zhǔn)是愈小愈好，沒(méi)有一個(gè)確定的、定量的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際使用中，不便操作；回歸方程的方差比f(wàn)，即考慮了回歸平方和u與殘差平方和q的作用，同時(shí)也考慮了因子個(gè)數(shù)m以及資料年限n的作用，較好的反映了預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)對(duì)象關(guān)系的實(shí)際情況，因此方差比f(wàn)檢驗(yàn)比復(fù)相關(guān)系數(shù)r和剩余標(biāo)準(zhǔn)差sy檢驗(yàn)更全面。第五章 結(jié)果分析一、擬合誤差檢驗(yàn)根據(jù)已建立的汛期、12月、4月平均水位預(yù)報(bào)模型所用的1952年1994年共43年的實(shí)際平均水位對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行歷史擬合檢驗(yàn)。多元回歸方程經(jīng)擬合誤差檢驗(yàn)

35、，發(fā)現(xiàn)汛其方程合格率在97%以上，12月和4月的檢驗(yàn)合格率甚至達(dá)到了100%。由此可見(jiàn)，方程擬合的過(guò)程，其實(shí)就是在系列均值左右一個(gè)范圍內(nèi)擬合的過(guò)程，所以對(duì)平穩(wěn)系列擬合較好，而對(duì)特大值、特小值等極值頻繁出現(xiàn)的系列，擬合效果是比較差的，只能擬合出變化的趨勢(shì)，往往不能正確的擬合出極值來(lái)，具體表現(xiàn)就是相對(duì)于均值的變化沒(méi)有實(shí)測(cè)值大，即振幅較小。具體擬合情況詳見(jiàn)如下圖表：多元回歸方程檢驗(yàn)：表5-1 臨淮關(guān)水文站汛期月平均水位多元回歸方程擬合表序號(hào)年份預(yù)測(cè) y(m)實(shí)測(cè)(m)相對(duì)誤差(%)許可誤差（%）合格情況1195214.2 14.3 -0.89 20合格2195313.2 13.0 1.85 20合格

36、3195415.4 16.8 -8.18 20合格4195514.0 14.5 -2.93 20合格5195614.9 17.2 -13.79 20合格6195713.6 14.2 -4.26 20合格7195813.8 13.8 0.42 20合格8195913.1 12.6 4.31 20合格9196013.4 14.0 -4.28 20合格10196113.3 12.5 6.42 20合格11196214.7 13.8 7.04 20合格12196316.7 16.7 0.08 20合格13196413.9 15.5 -10.45 20合格14196515.4 14.4 6.94 20合

37、格15196611.3 11.4 -1.08 20合格16196713.7 12.9 6.58 20合格17196815.1 14.6 3.62 20合格18196914.6 15.0 -2.37 20合格19197013.5 14.1 -4.24 20合格20197114.0 14.3 -2.12 20合格21197214.0 14.4 -2.85 20合格22197313.7 14.1 -2.98 20合格23197414.9 13.5 10.20 20合格24197515.0 15.7 -4.58 20合格25197614.0 12.9 9.14 20合格26197714.7 13.9

38、5.59 20合格27197814.1 11.6 21.88 20不合格28197914.1 13.6 3.29 20合格29198014.3 15.5 -7.36 20合格30198112.5 12.7 -1.68 20合格31198214.5 15.2 -4.74 20合格32198314.6 15.1 -3.33 20合格33198415.0 15.8 -5.05 20合格34198514.9 14.3 4.12 20合格35198613.9 13.3 3.97 20合格36198714.6 15.0 -2.78 20合格37198812.9 13.1 -1.43 20合格3819891

39、3.5 14.7 -7.69 20合格39199014.7 13.7 7.56 20合格40199114.2 16.3 -13.13 20合格41199214.4 12.4 15.98 20合格42199314.2 13.5 5.00 20合格43199413.5 12.3 9.64 20合格合格總數(shù)42合格率(%)97.7表5-2 臨淮關(guān)水文站12月月平均水位多元回歸方程擬合表序號(hào)年份預(yù)測(cè) y(m)實(shí)測(cè)(m)相對(duì)誤差(%)許可誤差（%）合格情況1195213.3 14.3 -7.08 20合格2195312.5 11.8 5.79 20合格3195412.6 13.3 -5.37 20合格4

40、195512.9 12.4 4.41 20合格5195613.0 12.2 6.59 20合格6195712.2 12.3 -1.45 20合格7195813.1 13.7 -4.25 20合格8195912.8 12.8 -0.42 20合格9196013.1 12.9 1.15 20合格10196113.3 12.7 4.37 20合格11196213.0 13.9 -5.84 20合格12196312.7 12.7 -0.09 20合格13196412.6 13.0 -2.51 20合格14196512.8 12.7 0.92 20合格15196610.5 10.5 0.32 20合格1

41、6196713.4 14.0 -4.13 20合格17196812.8 12.8 -0.07 20合格18196912.5 12.6 -0.78 20合格19197012.6 13.0 -3.04 20合格20197112.9 12.8 1.00 20合格21197212.7 12.9 -1.65 20合格22197312.0 11.9 0.89 20合格23197413.3 13.0 2.29 20合格24197512.6 13.5 -6.38 20合格25197612.4 11.7 6.00 20合格26197712.3 13.0 -5.32 20合格27197811.3 10.9 2.9

42、9 20合格28197913.0 12.3 5.25 20合格29198013.1 12.8 2.70 20合格30198113.2 13.0 1.05 20合格31198213.3 13.3 -0.36 20合格32198313.4 13.3 1.26 20合格33198413.9 14.3 -2.97 20合格34198512.9 13.3 -3.27 20合格35198613.3 13.0 2.20 20合格36198713.1 13.3 -2.14 20合格37198813.0 12.6 3.12 20合格38198913.7 13.4 2.24 20合格39199013.1 13.2

43、 -0.89 20合格40199113.1 12.4 5.31 20合格41199213.4 13.1 2.22 20合格42199313.6 13.5 0.63 20合格43199412.7 12.6 0.61 20合格合格總數(shù)43合格率(%)100表5-3 臨淮關(guān)水文站4月月平均水位多元回歸方程擬合表序號(hào)年份預(yù)測(cè) y(m)實(shí)測(cè)(m)相對(duì)誤差(%)許可誤差（%）合格情況1195213.0 13.4 -2.95 20合格2195312.0 12.2 -1.62 20合格3195412.9 12.2 6.50 20合格4195513.3 13.9 -4.28 20合格5195614.0 14.7

44、 -4.83 20合格6195712.5 12.6 -0.48 20合格7195813.5 12.8 5.01 20合格8195914.1 14.1 0.27 20合格9196013.2 13.1 0.63 20合格10196112.0 12.5 -4.59 20合格11196212.5 11.8 5.68 20合格12196313.6 13.3 2.42 20合格13196414.6 16.6 -12.19 20合格14196514.0 12.7 10.02 20合格15196612.5 12.7 -1.72 20合格16196711.9 11.9 -0.33 20合格17196812.3

45、12.3 0.17 20合格18196913.7 13.5 1.21 20合格19197012.2 12.8 -4.80 20合格20197113.0 12.8 1.62 20合格21197214.2 14.4 -1.14 20合格22197313.1 13.3 -1.38 20合格23197412.8 13.0 -1.95 20合格24197513.5 12.8 5.03 20合格25197612.6 12.9 -2.49 20合格26197712.4 12.2 1.61 20合格27197812.9 12.7 1.31 20合格28197912.9 11.5 12.28 20合格29198

46、013.1 13.3 -1.73 20合格30198113.2 13.2 0.31 20合格31198212.6 13.1 -4.11 20合格32198313.2 12.9 2.31 20合格33198413.1 13.0 1.34 20合格34198513.0 13.4 -3.19 20合格35198613.2 12.8 3.70 20合格36198713.1 13.3 -1.75 20合格37198813.3 13.3 0.10 20合格38198913.3 13.2 0.53 20合格39199013.7 14.2 -3.05 20合格40199114.1 14.0 0.89 20合格

47、41199214.2 13.4 5.85 20合格42199313.1 13.5 -3.25 20合格43199413.4 13.4 0.40 20合格合格總數(shù)43合格率(%)100圖5-1 臨淮關(guān)水文站汛期月平均水位多元回歸方程擬合圖圖5-1 臨淮關(guān)水文站汛期月平均水位多元回歸方程擬合圖圖5-2 臨淮關(guān)水文站12月月平均水位多元回歸方程擬合圖圖5-3 臨淮關(guān)水文站4月月平均水位多元回歸方程擬合圖二、預(yù)報(bào)誤差檢驗(yàn)根據(jù)已建立的汛期、12月、4月平均水位預(yù)報(bào)模型，以1995年1999年共5年的實(shí)際月平均水位資料對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。通過(guò)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)年內(nèi)合格率分布與擬合檢驗(yàn)分布趨勢(shì)相似，都是非汛

48、期合格率高，而汛期合格率低。同時(shí)發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)檢驗(yàn)效果比與擬合檢驗(yàn)效果相差不大。之所以形成這種現(xiàn)象，我認(rèn)為主要兩個(gè)方面的原因：一是因?yàn)樗幻刻於加杏^測(cè)值，相對(duì)于流量實(shí)測(cè)資料來(lái)說(shuō)，水位實(shí)測(cè)資料數(shù)據(jù)多、資料長(zhǎng)，算出的平均水位誤差較??；因此建立起來(lái)的回歸方程擬合誤差小，擬合效果較好；另一方面，雖然方程的擬合效果較好，但這有可能是由于19951999這5年的實(shí)測(cè)資料正好落在系列均值的范圍內(nèi)，而由于本站資料年限較短，所以只取了5年作預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，我們知道，氣象水文因素的變化存在一個(gè)周期，這是因?yàn)樗臍庀笠蛩厥芴?yáng)活動(dòng)影響所致，其周期在11年左右，而這個(gè)周期并不是一成不變的，而是一個(gè)長(zhǎng)期大樣本總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，有可能

49、連續(xù)兩個(gè)豐水年或枯水年組，所以小樣本的分布對(duì)預(yù)報(bào)誤差的影響是巨大的，也是無(wú)法估計(jì)的，而這么短的樣本，想要客觀的檢驗(yàn)出模型的好壞，幾乎是不可能的。預(yù)報(bào)檢驗(yàn)情況詳見(jiàn)如下圖表： 多元回歸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表5-4 臨淮關(guān)水文站汛期月平均水位多元回歸方程預(yù)報(bào)檢驗(yàn)表預(yù)報(bào)年份 預(yù)報(bào)(m)實(shí)測(cè)(m)許可誤差(%)相對(duì)誤差（%）合格情況199513.9 12.7 209.09 合格199613.2 13.1 200.90 合格199713.2 13.5 20-2.50 合格199814.4 12.9 2011.64 合格199913.8 12.5 2010.07 合格合格總數(shù)5合格率(%)100表5-5 臨淮關(guān)水文站12月月平均水位多元