孙聚龙-水文灰色系统

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1、摘要水文系统研究的基本内容为水在自然界里的运动、变化过程和分布规律，通常以流域或区域作为研究对象，涉及到降雨、蒸散发、地表径流、地下水运动变化及连接地表水和地下水的土壤水的状况等。水文系统的复杂性使得不确定性分析贯穿水循环研究过程的始终，从水文过程监测数据的获取、分析和处理，水文模型的开发、应用等，都伴随自然或人为的不确定性因素。由于水文系统数据本身固有的模糊性和变异性，加之技术和人为因素，使得数据处理具有不确定性，主要表现在正确与错误并存、信息与“噪声”并存以及正常与异常并存，使得对数据分析产生

2、的结论不精确或不可信因此，集合运用确定性方法和不确定性方法分析水文系统内部的必然性和偶然性是今后水文学方法发展的一个趋势。本文在介绍了水文不确定性方法理论的研究现状，水文灰色系统的概念及其主要研究内容,水文学基础，并就水文学体系及内容进行了详细的说明，最后对水文学不确定性进行了展望。目录摘要1目录2第一章水文不确定性的来源和分类3第二章不确定性水文学理论研究现状5第三章灰色系统概念及主要研究内容6第四章灰色系统水文学基础7第五章灰色系统水文学体系及内容85.1灰色系统水文学体系85.2灰色系统水文

3、学主要内容介绍95.2.1灰色系统水文学的研究基础95.2.2水文灰色系统关联分析105.2.3水文灰色系统模拟115.2.4水文灰色系统预测、预报115.2.5水文灰色统计方法125.2.6水文灰色聚类法125.2.7水文灰色系统规划12第六章水文不确定性展望12参考文献14第一章水文不确定性的来源和分类洪水的发生与发展取决于气象因素和地理因素,是一个复杂的动态过程,由此导致了水文预报不确定性的来源十分复杂。1、水文现象的随机性与模糊性。水文现象在演变过程中受初始条件、噪声干扰以及其它随机因素的

4、影响而或多或少的表现出随机性和模糊性变化的特点困，这是导致水文预报不确定性的根本原因之所在。2、水文模型结构误差。水文模型是研究水文自然规律和解决水文实践问题的主要工具，通常分为系统模型、概念模型和物理模型川。每种模型都试图通过对复杂的水文物理现象进行不同层次的描述，对新理论、新方法的引人等途径，以期消除水文预报误差。但实际上，无论模型的结构怎样合理，水文模型的预报精度与实际防洪要求的差距无法消除。3、模型参数的优选误差。水文模型参数既有其物理意义，又有其推理概化的成分，故多数模型参数只能由实测资

5、料通过参数优选得到阁，由此增加了率定资料的提取、优选方法的选取、目标函数的确定与组合等因素而产生的模型参数优选不确定性。4、模型确定性输人的误差。受水情自动测报系统仪器的系统偏差、系统故障、观测者的操作以及估计误差等影响，模型确定性输人(降水、流量、蒸发等)不可避免的存在观测和估计误差。5、模型不确定性输人的误差。预见期内降水直接影响水文预报的精度，预见期越长，影响越大。1969年美国国家气象局(NWS)最先制作并发布概率降水预报至今，科学工作者对定量降水预报开展了一系列的实验，提出了数值天气预报

6、、云降水模型、雷达测雨等方法。但由于中小尺度降水资料的限制，很多研究都是在一定的假设下完成的，很难对降水形成的具体物理过程有一个全面的认识，因此定量降水预报的精度普遍较低，以此为输人的水文预报结果必然存在不确定性。基于对水文预报不确定性来源的某一或某几方面综合分析。可将其分为3类:1、水文现象不确定性。水文过程在其发生、发展和演变过程中受到诸多因素的共同影响，其状态始终体现为一种不稳定、模糊现象，称为水文现象不确定性，按形态可分为随机不确定性和模糊不确定性。2、水文模型不确定性。水文模型结构和参数

7、相互依赖，不可分割，对两者的误差分别量化既不现实也没有必要，因此将水文模型结构误差和模型参数优选误差统称为水文模型不确定性。3、输人不确定性。水文模型的输入分为确定性输入和不确定性输人。确定性输人在预报时刻为已知，其不确定性体现于水文模型的输出，由此产生的不确定性可作为水文模型不确定性的先验分布加以考虑。不确定性输入主要是指定量降水预报，由此导致的水文预报不确定性称之为定量降水预报不确定性第一章不确定性水文学理论研究现状随机水文学、模糊水文学、灰色系统水文学等是水文学与相应的数学理论相融合所形成的

8、交叉学科(左其亭,2006)，水文学理论技术和不确定性数学体系的完善程度决定了这类交叉学科的发展程度。与确定性水文学方法相比，不确定性水文学方法的理论基础相对薄弱:1、随机水文学起步早，发展时间长，应用广，虽然该方法在实践中日臻成熟，但有较多的问题，如对数据精度要求高、计算繁琐等。此外,从理论层面来看,由于水文要素的变化过程并不是纯粹的随机过程,随机水文学难以将“现象描述”和“成因分析”进行有机地结合，因而在实际应用中存在一定的局限性(叶守泽,2002)。2、水文学混沛分析法在近2