小波消噪在枯水期来水量预报中的应用-论文.pdf

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1、·技术与应用·海河水利2014．No．4DOI：10．39690．issn．1004-7328．2014．04．015小波消噪在枯水期来水量预报中的应用陈攀，姜志群(1．华电四川发电有限公司宝珠寺水力发电厂，四川广元628003；2．南京江山同和水利水电技术有限公司，江苏南京210000)摘要：根据小波理论，将枯水期来水量序列进行小波分解，并用软阈值方法进行消噪处理。用消噪后的小波系数进行序列重构，对重构后的序列进行时间序列分析，构建时间序列AR(p)k~，用AR(p)模型进行来水量的预测。关键词：小波分析；枯水预测；时间

2、序列分析；水库中图分类号：TV124；P338文献标识码：B文章编号：1004—7328(2014)04—0042—021引言更好地解决复杂模型参数的优化估计问题，为研究早期枯水的研究进展较缓慢，从目前研究的内和建立更为复杂的枯水径流预测模型提供了强有力容、方法以及深度等方面来看，枯水研究远不及洪水的技术保证。的研究。随着社会经济的发展和人口的急剧增长，人由于枯水期来水量小、测量误差及其他不确定类生存和生产对水的需求十分迫切，水资源的供需矛性影响因素较多，枯水期来水量本身含有较多的噪盾日益突出，尤其是在枯水季节，这种矛盾就

3、更加尖声。本研究试图通过小波消噪来改善序列的自相锐。枯水季节因河流径流量减少水污染加重，同时人关特性，并用时间序列分析进行枯水期来水量预测。类过度开发利用枯水资源等造成河流断流、地面下2枯水期来水量随机预测模型沉、海水人侵等一系列的环境问题。因此，开展枯水实测水文序列含有噪声，尤其是枯水期来水量径流研究和预测，揭示枯水径流规律，对于水资源的含有较多的噪声，这些噪声的存在可能淹没了水文评价计算和合理开发利用、解决枯季水资源的供需矛时间序列的真实变化特性，特别是改变了序列的自盾、保证经济建设的持续稳定发展具有重要意义。相关结构

4、，应用小波消噪方法将其噪声消减。影响枯水径流的自然因素很多，主要包括土壤2．1水文序列的小波消噪岩石的类型及其渗透特性，水力特征，含水层的厚设水文序列X，对其用Mallat算法进行J次小波度，汇流的速度、频率及流量，流域内的土壤水分蒸分解，得到J尺度下的尺度系数序列和小波系数序发蒸腾损失量，流域面积，植被类型，地形和气候列dIl，dI，⋯，d。等。枯水径流受单一因素影响的情况几乎已不复存Mallat／]~波快速分解算法为：在，绝大部分是受各种直接或间接因素的复合影G：J们GC：J：～l(、1)响。国内对枯水径流预报和预测方

5、面的研究方法多D=限于利用经验的、比较简单的传统方法，主要有退水式中：H为分解低通滤波器；G为分解高通滤波器；c为曲线法、前后期径流相关法和河网蓄水量法、回归分尺度系数；D为小波系数；j为分解的尺度(即分解次数)。析法川、数理统计法、模糊数学法、灰色系统法等。用Stain无偏估计法估计小波系数的阈值；利用在新研究方法方面，人工神经网络(LM)模型用于研软阈值方法进行消噪；再用Mallat算法进行重构，得究较复杂且影响因子众多的非线性映射关系的枯水到消噪后的水文序列。径流问题I；遗传算法原理直观、方法简便实用，且能Malla

6、t小波重构算法为：C：疗C+面(2)收稿日期：2014—03—10式中：疗为重构低通滤波器；G为重构高通滤波器；其作者简介：陈攀(1970一)，男，工程师，主要从事水文预报情报和水库调度工作。他符号意义同上。2Ⅳ蛔*陈攀，姜志群：小波消噪在枯水期来水量预报中的应用·43·∞如∞∞2．2随机模型的建立表1小波分解后的系数和消噪后的系数对消噪后的水文序列建立随机模型。枯水期来水尺度系数小波系数袭曩尺度系数小波系数袭蘩量消噪后的水文序列是平稳的，可采用AR(p)模型。f=+l1一)+2f一2一)+⋯+pp一(3)式中：u为消噪后

7、水文序列的均值；为自回归系数，P为模型阶数。模型的阶数用AIC准则进行估计，即：minAIC(p)=ln(a)+2p(4)式中：n为序列长度；盯为方差；其他符号意义同上。3实例研究以四川宝珠寺水库为例，研究其枯水期来水量预测。宝珠寺水库位于四川省广元市境内，以发电为主，兼有灌溉、防洪、旅游和养殖等综合利用效3⋯一小馊幕赦⋯⋯·去嶙盾酌小诚累敷——尺度景掣益。水库总库容25．5亿m，调节库容13．4亿rn。辎2I●＼矗Ji^．A．八人，．燃1÷A。一．

8、。?．水库枯水期来水量资料系列为1948-2012年犀02OOOO001

9、2O101O01妊i’。＼：。’：父：共65年，均值35．027亿m，标准差8．32。垛-15∞6∞149OO9¨37叭14∞58卯35＼，’V一’从枯水期来水量序列可见，序列存在明显的趋t2时序／年3势项，即来水量0呈2递l减O趋O势O。O所OO以l，首1先2应l1将l趋O势项分离出来，用最3d7',