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水文系统模糊不确定性分析方法的研究与应用

王淑英  
【摘要】:本文在分析水文学研究现状及水文系统不确定性分析方法的基础上,阐述陈守煜教授建立的模糊水文水资源学发展历程及其在水文系统中的研究与应用现状,针对水文系统不确定性存在的复杂性与普遍性特点,对水文系统中的模糊不确定性进行了理论及应用研究。取得的主要研究成果如下: (1)通过分析指标值与目标期望值之间的关系,本文提出加权平均优选权重的算法,建立迭代算法模型。将此算法应用于计算龙凤山水库的流域R平均面雨量,体现了对泰森多边形法权重的优选过程。经过迭代模型对参数率定与检验的误差分析,总平均误差及每个样本的误差比泰森多边形法的误差要小。最后运用提出的模型与传统的泰森多边形法分别计算各场次洪水面雨量,并采用模糊优选神经网络模型进行径流预报与比较,说明迭代模型计算面雨量方法的可行性。 (2)本文以陈守煜建立的模糊模式识别理论的构架为基础,鉴于设计洪水发生中客观存在的随机性与识别中存在的模糊不确定性,提出采用耦合思路,使随机分析、模糊分析有机地结合起来,全面和客观地统一考虑不确定性。本文运用洪峰及洪量的频率标准规格化公式,相对于设计洪水的标准模式,采用模糊识别方法,选择实际发生的与设计洪水指标值最为接近的实际洪水作为典型洪水。实例应用确定音河水库主汛期及后汛期实际发生的典型洪水,并进行合理性及不确定性分析。 (3)本文应用陈守煜教授建立的模糊水文学方法来确定音河等水库汛期相对隶属度,计算设计汛限水位变化过程。设计汛限水位过程线的确定,改进了全汛期只保持一个设计汛限水位及经验性分期确定台阶式的汛限水位的不足。当音河水库在汛后期发生1%设计洪水时,没有超过最高设计洪水位及水库安全泄量要求,说明水库按此设计汛限水位过程调控是安全的。 (4)本文基于陈守煜教授提出的模糊聚类算法,提出类别的广义欧氏加权距离差异分析和加权F—检验相结合的方法进行聚类效果的不确定性分析。加权F—区间合理性检验中,引入了采用相对隶属度值判别分区类别方法。在岷江流域选择七个反映下垫面条件的分类指标,将成因分析与二元对比分析法相结合确定指标权重,通过区域代表站的模糊聚类分析与效果检验,结合设站的基本原则初步选择了具有代表性的测站。 (5)由于水文现象的复杂性、不确定性以及人类思维的模糊性,在实际决策问题 中,决策信息往往以区间数形式来表达。因此,对于区间数之间的比较及其排序问题的 研究有着较重要的理论意义与实用价值。为了解决此问题,本文引入了区间数两两比较 的可能度公式,提出了一种基于可能度的区间判断矩阵优选排序方法,并运用它来确定 设计洪水峰、量参数的权重,为实际设计洪水的识别提供资料。 最后对全文进行了总结,并对有待进一步研究的问题进行了展望。


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