基于分形理论的太湖洪水分期研究

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1、１１８中国农村水利水电·２０１５年第２期文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０２－０１１８－０５基于分形理论的太湖洪水分期研究王中雅１，２，闻余华１，董家根１（１．江苏省水文水资源勘测局，南京２１００２９；２．河海大学水文水资源学院，南京２１００９８）摘要：为了充分利用太湖流域水资源，更好地制定分阶段防洪控制水位，将太湖流域洪水进行全年阶段划分。将分形理论应用到太湖流域洪水分期，计算了各分期的容量维数，确定太湖全年分期数目。将计算结果与传统经验统计方法的分期结果进行比较分析，结果显示２种方法分期结果基本一致，但分形法更具有定量、客观、计算简便等优点，有利于在洪水分

2、期上的应用，能够揭示太湖流域洪水序列背后隐藏的规律性，为后续的分期设计洪水和分期防洪汛限水位研究提供了较为客观的理论依据。关键词：分形理论；容量维数；太湖；洪水分期中图分类号：Ｐ３３３．２；ＴＶ１２１＋１文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｅａｓｏｎａｌＰｅｒｉｏｄＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＴａｉｈｕＢａｓｉｎＦｌｏｏｄｓＢａｓｅｄｏｎＦｒａｃｔａｌＴｈｅｏｒｙ１，２，ＷＥＮＹｕ－ｈｕａ１，ＤＯＮＧＪｉａ－ｇｅｎ１ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｙａ（１．ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎＢ

3、ｕｒｅａｕ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｗａｔｅｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｔｈｅＴａｉｈｕＢａｓｉｎ，ａｎｄｔｏｍａｋｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｇｅｓｂｅｔｔｅｒ，ｔｈｅａｎｎｕ－ａｌＴａｉｈｕＢａｓｉｎｆｌｏｏｄｓａｒｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅＴ

4、ａｉｈｕＢａｓｉｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃａｐａｃｉｔｙｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｔｈｅｐｅｒｉｏｄｓ，ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅａｎｎｕａｌＴａｉｈｕＢａｓｉｎｆｌｏｏｄｓｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙｍｅｔｈｏｄｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｒａｃｔａｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｍｏｒｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅａｎｄｃａｎｂｅｓｉｍｐ

5、ｌｉｆｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅｖｅａｌｔｈｅｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｈｉｄｄｅｎｂｅｈｉｎｄｔｈｅｆｌｏｏｄｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆＴａｉｈｕＢａｓｉｎ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｓｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｆｌｏｏｄｓａｎｄｔｈｅｆｌｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔａｌｔｈｅｏｒｙ；ｃａｐａｃｉｔｙｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ＴａｉｈｕＢａｓｉｎ；ｓｅａｓｏｎａｌｆｌｏｏｄ洪水点据系列具有随机性、非线性、

6、确定性和相似性，洪水点据０引言系列的这些特性与分形理论研究的对象一致，因此可应用分形［４，５］。洪水具有季节性变化规律，在洪水资源利用及防洪控制过理论进行洪水分期的研究程中，必须考虑这种特性。目前洪水分期的划分一般靠经验方太湖是流域洪水和水资源的调蓄中心（在流域防汛中起着法确定，将洪峰量级大体一致的时段划分为一个分期，这种方至关重要作用），太湖维持较高的水位，对增加水环境容量、抑［１］。水文过程是一个典型制蓝藻爆发、保障水安全具有积极的作用。但由于抬高太湖防法不够细致，并带有经验性和主观性洪控制水位，涉及到安全度汛与安全度夏２个方面，因此对太的非线性复合系统，洪水流量

7、随季节、时间变化的过程是自然湖流域进行不同阶段防洪控制水位的研究，以在确保防洪安全界中的一种复杂现象，在这种复杂现象的背后，隐藏着特定的［６］。的前提下，进一步提高洪水资源利用率具有重要意义［２，３］。这种规律在通常尺度不变规则下不易直观观测规律性鉴于此，本研究结合太湖流域实测降雨、径流资料，使用分到，在分形理论特定尺度变换规则下，其规律性则显而易见。形理论方法对太湖流域洪水进行阶段划分，为下一步分阶段设计洪水以及制定分阶段防洪方案提供依据。收稿日期：２０１４－０４－２２基金项目：江苏省水利科技项目（２０１３０３３）。１分型理论方法作者简介：王中雅（