基于极点对称模态分解的水库中长期预报及调度

发布时间：2020-08-10 15:28

【摘要】：水文预报和梯级水库群联合调度是水资源运行管理的核心内容。随着近年来水资源日益紧缺,流域径流分析与预报对梯级水库群联合调度的影响愈加增大,预报精度的高低决定了人们了解未来水文变化情况的精准与否,从而进一步采取措施进行统筹安排,以应对防洪、抗旱、发电、供水、航运等问题,直接关系到流域水资源的优化配置与合理利用的综合效益最大化。近年来发展起来的善于从数年观测序列中寻找变化趋势的极点对称模态分解(Extreme-point Symmetric Mode Decomposition,ESMD)方法在数据分析领域具有较大优势。首先,本文利用极点对称模态分解方法对黄河上游唐乃亥站径流时间序列进行了模态分解及时频分析,在此基础上进行了周期分析、突变分析和趋势分析,研究黄河上游唐乃亥站径流量多年变化的情况。其次,利用极点对称模态分解方法在数据分析方面的优势,结合BP神经网络非线性逼近的特点,建立ESMD-BP神经网络组合预报模型。通过实例计算表明,本文建立的组合预测模型能更充分地发掘资料信息,有效地提高了预报精度。最后以龙羊峡-刘家峡水库群为研究实例,以组合模型预报结果作为上游水库入库流量,建立以发电量最大为目标的联合优化调度模型,并采用Evolver遗传优化应用程序进行求解,将预报调度结果同现有运行方式下的结果进行对比,为今后水电站水库运行提供参考依据。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV697.1;P338
【图文】：

序列,年径流时间序列,唐乃亥

（户北电力大学硕N学位论义逡逑例应用逡逑研究区概况逡逑乃亥水文站，其经纬度为１００°０９＇Ｅ，３５°３０＇Ｎ，黄河源区地处青藏高，以唐乃亥水文站断面为界，源区流域面积占黄河流域面积的１６．２％来水量占黄河多年平均来水量的３４．５％。唐乃亥水文站是黄河源区的水文站位于青海竹兴海县唐乃亥乡，是黄河上游的重要控制站，控１２１９７２邋ｋｍ２，控制断面以上河长１５５３邋ｋｍ，占全河的２８．４％，始龙羊至河口距离３９１１邋ｋｍ。选取１９５６？２０１７年的唐乃亥水文站径流资料。序列越长，其代表性越好。唐乃亥水文站共６２年的径流资料，该序的丰、平、枯水年，资料精度较高，该资料的代表性能够得到保证。过程如图２－２所示。逡逑１１００邋ｒ逡逑

模态,分量,年径流序列,序列

时间ｔ年）逡逑图２－３年径流序列ＥＳＭＤ分解的模态分量及趋势项逡逑图２－３表中ＥＳＭＤ分解得到了邋３个模态分量均是相互独立的序列，且每个逡逑模态分量分别反映了原序列中不同周期的振荡。为更好的分析出原始径流序列＋逡逑同周期的变化情况，本文采用周期图法估算出３个模态分景的ｆ均周期，进而川逡逑方差贡献率表示出不同周期变化对原始径流序列数据总体变化特征的影响，如表逡逑２－１所示给出了不同尺度模态分量所表征的平均周期和方差贡献率。由年径流序逡逑列的各模态分量可以看出，庸乃亥站１９５６？２０１７年年平均径流量波动平均周期为逡逑３．５年（模态１）、７年（模态２）和１２．２５年（模态３）。逡逑逦表２－１年径流序列各分量的周期Ｕ方差贡献率逦逡逑模态分量逦校态１逦模态２逦模态３逦Ｒ逡逑周期（年）逦３＿５逦７逦１２．２５逡逑方差贡献率（％）逦４０．２逦４０．９逦６．３逦１２．６逡逑２０逡逑

年径流序列,不同时间尺度,趋势项,原始数据

逦２０１０逡逑时间（年〉逡逑图２－４年径流序列各模态瞬时频率与瞬时振幅的时变图逡逑２．３．２．３趋势分析逡逑图２－５为运用ＥＳＭＤ方法对年径流序列进行不同时间尺度的分解后趋势项对逡逑原始数据拟合情况，表示年径流序列在整个研宄期内整体的变化趋势。从图中可逡逑以看出，在整个研宄T期内呈现非线性的“上升？下降？ｔ升”趋势。逡逑Ｒ／Ｓ分析法１７６１最初是在１９５１年英国水文学家赫斯特提出，赫斯特研宄发现河逡逑流径流量的序列是？种具有自相似性和长程依赖性的时间序列。Ｒ／Ｓ分析法计算逡逑出的Ｈｕｒｓｔ指数Ｉ丨能够定量描述时间序列向相似性与长程依赖性，其变化范围为逡逑０？１，邋３邋Ｈ＝０．５时，表明研究的径流时间序列逛一条相：独立的随机序列：１逡逑０．５＜Ｈ＜１时，说明径流时间序列米来的变化趋势与过去是？样的，具有持续性；逡逑当Ｈ＜０．５时，表示径流序列未来的变化趋势与过去不同，具有反持续性，Ｈ越接逡逑近于０

【参考文献】