基于Kalman滤波的浍河水库洪水预报研究

作者:张坡; 刊名:水利科技与经济 上传者:陈阳红

【摘要】基于Kalman滤波的洪水预报技术可以提高水库洪水预报的精度,解决资料有限的中小水库入库洪水预报的问题。利用浍河水库控制流域中的翼城、续鲁峪、河沄站的降雨数据,并结合小河口水库泄流对河沄站的洪水流量进行预报试验。结果表明,应用Kalman滤波技术可有效提高水库洪水预报的精度。

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0引言卡尔曼滤波方法是上世纪70年代开始在洪水预报领域中应用的。Hino最早在水文预报中应用卡尔曼滤波,并指出卡尔曼滤波适用于水文预报[1],其利用卡尔曼滤波实现了降雨径流响应函数的递推估计[2]。1993年,葛守西[3]利用卡尔曼滤波实现了蓄满产流流量预报的单独实时校正和一般线性汇流模型分类动态模拟算法实现汇流预报的实时校正相结合,建模试用取得令人满意的结果,产流量单独进行实时校正具有很好的发展前途。2004年,李致家、刘金涛和葛文忠等[4]利用雷达具有非常好的时空分辨率等特点,尝试了将雷达降雨数据作为水文模型的输入在洪水预报中应用,采用卡尔曼滤波法对雷达估测的降雨量进行了实时校正,实例计算的结果表明,应用校正后的雨量作为水文模型的输入能获得较高的模拟精度。浍河水库在汛期由专人收看每日电视气象分析并及时记录,专人接收上游大交水文站传汛,但水库的入库洪水过程目前还无法提前确定,没有入库洪水预报,这是影响浍河水库洪水调度的首要问题。本文基于卡尔曼滤波技术,研究浍河水库洪水预报方法,提高洪水预报的精度,为浍河水库防洪调度提供科学依据。1浍河水库流域概况浍河水库位于黄河流域汾河水系浍河支流的中段。浍河发源于浮山县、沁水县境内的太行山支脉-佛山坞岭西麓,属N35°~N36°,E111°~E112°之间,总流域面积1 928 km2,以黄土丘陵为主,全长100 km,浍河由两大支流(浍河和续鲁峪河)在翼城县丁村与绛县大交镇交界处汇流而成,经曲沃县、侯马市、新绛县三林镇注入汾河。从水库控制流域洪水资料来看,几次大洪水均为单峰,且洪水涨落均在24 h之内,超过24 h的洪水只是拖长了时间的退水尾巴。2 Kalman滤波方法卡尔曼滤波的递归资料处理是一种实时洪水预报方法,根据得到的第n个时刻分析值及分析误差可再进行下一个时刻的洪水预报,卡尔曼滤波的分析预报循环过程见图1。图1 Kalman滤波的计算流程Fig.1 Calculation process of Kalman Filter3 Kalman滤波的洪水预报应用研究河沄水文站是浍河水库入库洪水控制站,这里利用浍河水库控制流域中的翼城、续鲁峪、河沄站的降雨数据,并结合小河口水库泄流对河沄站的洪水流量进行预报试验。计算模型的输入参数和条件为浍河水库发生实际洪水时控制流域中的实测降水值、流量值,这里选择对1966、1980和1982年共3场逐时段预见期的模拟洪水预报,试验结果见表1与图2~图4。表1河沄站3场检验洪水的模拟洪水预报特征值Table 1 Flood forecasting features of 3 floods at Heyun洪号开始时间结束时间预报洪峰流量/m3实测洪峰流量/m3峰值绝对误差/m3平均绝对误差/m3确定性系数1966072108 1966-7-21 8:00 1966-7-23 3:00 216.5 223 6.5 14.5 0.809 11980072716 1980-7-27 16:00 1980-7-30 20:00 210 209 1 11 0.874 41982072920 1982-7-29 20:00 1982-7-31 14:00 310 331 21 21 0.797 7图2河沄站1966072108th检验洪水实测与预报流量对比Fig.2 Simulated hydrograph of Flood No.1966072108 at Heyun图3河沄站1980072716th检验洪水实测与预报流量对比Fig.3 Simulated hydrograph o

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