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水文预报与水资源优化管理技术

时间:2020-03-07 03:48:23 所属分类:社会科学 浏览量:

水文预报与水资源优化管理是当今水文学科的重要分支,对于预报一定区域内未来时间的水文状况具有重要的作用。水文预报技术是基于当地观测和采集的各种详细的水文数据,通过一定的算法和数据模型来进行计算和预报未来水文状况、趋势的一门应用性水文科学技术[

  水文预报与水资源优化管理是当今水文学科的重要分支,对于预报一定区域内未来时间的水文状况具有重要的作用。水文预报技术是基于当地观测和采集的各种详细的水文数据,通过一定的算法和数据模型来进行计算和预报未来水文状况、趋势的一门应用性水文科学技术[1]。但是,在我国现阶段对水文预报和水资源优化管理技术的研究中,由于受到水文测试设备精度低、水文环境差以及水文数据信息缺失等条件的影响,有许多地区未建立起精度较高的水文预报方案[2]。同时,由于水文预报是依据时间序列进行的,具有强烈的时间参考性,因此必须依托时间序列来进行统计分析。基于此种现状,应用统计学方法和周期迭加算法的长期预报计算方法在较小流域水文预报等水文工作方面有着其他方法无法相比的优势。在我国新疆昌吉回族自治州内,流经该区域的河流多达八条,而昌吉回族自治州长期以来由于水文监测设备缺乏和缺少必要预报手段,不利于该地区抗旱工作的预防,因此开展相关水文预报工作势在必行。本文以昌吉区域10年来8个水文站实测数据为支撑,根据实际水文预报问题,构建了精度较高的长期预报方案,并尝试对昌吉地区2019年水文状况进行预报。

水文预报与水资源优化管理技术

  1构建昌吉的水资源优化管理模型

  1.1昌吉地区水资源分析

  昌吉回族自治州位于新疆维吾尔自治区,在昌吉回族自治州内,由于水资源管理并没有明确的产权信息和管理办法,在水资源管理过程中,就导致了水资源调度上的不合理和利益协调上的欠缺。不利于水资源的管理。在水资源管理过程中,对水资源统一管理造成巨大阻碍,也会对科学合理调度利用水资源造成影响,激化水资源供需矛盾。新疆地处干旱半干旱地区,淡水资源十分匮乏,获取淡水资源的主要途径是对地下水的挖掘。存在水资源开发规划混乱地下水开采不合理的现象,随着近年来昌吉地区的人口显著增加,工业发展速度加快,地表河流湖泊污染严重,同时对水资源的需求量也在急剧增长,因此水资源尤其是地下水的开采力度也在增大。但由于该地区缺乏相应的地下水开采规划,对地下水随意开采,导致地下水管理问题严重,严重时可能会引发水土流失及地面塌陷,甚至威胁人们生命财产安全[3]。昌吉回族自治州内由于水资源的扶持政策使得水资源定价过低,这也使得当地居民在节约和珍惜水资源方面认识不足,使得浪费水资源的现象非常普遍。水文预报及水资源优化管理理论不够全面,在过去的研究中存在许多问题尚未解决,如水文资料不充分,干旱区域的产汇流体制状况理论不完善;水文预报工作多集中在干旱预报方面,对径流等方面认识不足;水文预测周期短,导致部分预测信息得不到有效利用;水资源优化管理体系不健全,实际应用性较低,单一预报的能力较差等促使昌吉区域内水资源紧张,为此对昌吉区域内的水资源进行优化管理,首先建立吉昌的水资源优化管理模型。

  1.2引入周期迭代ARIMA技术进行水文预测

  在构建吉昌的水资源优化管理模型过程中,需引入周期迭代ARIMA技术,对吉昌区域进行科学的水文预测,ARIMA(AutoregressiveIntegratedMovingAverageModel)技术是一种自回归积分滑动平均模型技术,该模型技术能够将预测水文参数的时间变化过程转化为一个时间参数序列,并将用所有参数用近似的数学模型描述,从而将非稳定时间参数序列转化为平稳时间参数序列。最后将时间参数序列的因变量滞后值以及随机误差项的实际值及滞后值进行回归计算建立模型。通过时间序列的实际值来进行数学模型的计算就可以来预测未来水文参数值。ARIMA技术水文预测技术,将水文要素按照时间变化过程进行排序,并概括为多个周期序列的迭加数列,通过F检验判定显著周期数量k,其数学表达式为:X(t)=∑ki=1Pi(t)+Δ(t)(1)式中:X(t)表示为t时刻的水文要素因子,pi(t)为t时刻的第i周期,而△(t)为t时刻的相对误差[4]。

  1.3确定昌吉区域水资源参数

  结合昌吉区域水资源分析,以及昌吉区域水资源实际情况,在计算获得的周期均值迭加预报和ARIMA技术预报结果的基础上,绘制了2009-2018年昌吉地区径流量与1月~6月降水量的散点图,如图1所示。在确定昌吉区域水资源参数过程中,分析发现昌吉地区存在两种明显的枯水现象:各年份的1-6月,在降水量为81~94mm时,河流年径流量只有0.63亿m3左右,称枯水现象A;在1-6月降水量为121~130mm时,年径流量在0.74亿m3左右,称枯水现象B[5]。而根据昌吉地区2017年以来的实际降水量和径流水量,发现模型的预测结果符合实际水文参数。同时,根据模型的预测结果和径流量、降水量的趋势,可以对2018年的水文状况进行分析。在2018年的1-6月间会存在两个枯水期,降水量和径流量均达到最小值[6];而在5-10月径流量占全年88%以上,下半年径流量占全年81%以上,来水高度集中。将其参数,代入到ARIMA技术水文预测技术中,实现吉昌的水资源优化管理模型的构建。

  2实现吉昌的水资源优化管理

  2.1提高水资源综合利用效率

  依托吉昌的水资源优化管理模型的构建,利用地理信息系统具有良好的分析空间数据的能力,对地图也能进行数据采集和分析,大规模使用能够对能源探索和地理环境勘探发挥重要作用。在鉴定水源污染程度和水资源优化配置时采用地理信息技术,探索水资源污染的原因,深入分析水资源污染的影响因素。对收集到的数据进行计算和归纳整理,用图表的方式对所有相关因素进行数值量化,从而进行准确的空间分析[7]。我们使用昌吉区域内八个水文观测站近十年来的水文数据,进行周期迭代验算和ARIMA技术模拟参数计算,得到了近十年来的水文参数演算结果和相对误差值,通过分析演算结果与实际水文参数的对比,得到了昌吉区域的水文预测结果。借助SPSS程序的时序分析模块可以实现周期迭代和ARIMA技术预报。周期迭代计算主要由迭代程序来实现,通过周期均值迭加程序,对所有昌吉区域的水文数据依次进行输入、计算、显示预测结果、显示预测图像,最后得到参数演算和误差的结果如表1所示。根据水文预报的相关标准要求以及昌吉地区水文预测的实际许可误差,对演算结果进行分析,规定误差值应不超过10%。按照误差值的大小,规定了三个级别的评级标准:A等:误差≤95%;B等:误差≤90%;C等:误差≥89.9%。我们判定该模型的合格率达到80%,A等标准达标率达70%以上。若排除实际年份的水文预报错误情况和计算误差,则ARIMA技术的计算结果合格率达100%。整体预测结果和实际水文情况吻合,水文预测的整体趋势也与实际情况相吻合,实现了水资源综合利用效率的提高。

  2.2减少水资源消耗

  由于昌吉地区缺乏相关的水资源管理体系和相关水文预测系统,因此监管水资源的软件应依据相关研究和体系来设计。当前在水文管理的研究中,已经有许多完善和成熟的水资源管理体系,相应的管理软件也很多,使得水资源管理更加高效便捷。基于昌吉地区的水文实际状况,我们应选用网络交互式水资源数学构造软件来进行管理。这种软件能够基于水资源数据和水文信息构建相关的数学模型,并通过微机技术提升模型的整体设计水平,从而实现该区域精确的水文管理。这种软件的应用还能推动相关水文管理工作的进行,实现水资源优化管理水平,这样才能追赶上其他地区水文工作的步伐。昌吉地区除去主要径流外,地下水的水资源循环也是极为关键的管理优化部分。同位素技术能够通过地下水排水量、地下河径流以及地下水的补给等方面进行数据采集和处理,分析获得该地区地下水资源的利用和污染水平。基于同位素分析的水文技术,主要是通过同位素的技术特点和同位素标记程度来进行水文数据的分析。针对地下水的具体成分———氧与氢,同位素技术能够追踪浅层地下水同位素,最终取得理想的水文研究数据。同位素水文分析技术能够获得的具体数据量非常多,并且实际分析中有非常多的参数,必须具备许多相关的地下水文资料才可以进行分析。在昌吉地区的人口密集活动区域(城市、大型乡村、工厂),能够有效利用该技术,然而在人口稀少、偏远地区以及水文基础资料缺少的区域很难适用。吉昌的水资源优化管理过程中,加大对干旱等水文预报系统的建设,建立水文数据的集中开发和未来规划的管理模式,还需要引入可持续性、先进性、实用性及创新性的理念。在开发水文管理技术的过程中,应避免出现低水平开发或重复开发的现象;促进GIS技术为基础的信息式水文预报系统的发展,同时还要强化深层次水文管理技术对干旱预警的模型分析研究,开发与研究干旱状况仿真模型;深层次制定当地网络化预报管理体制,建立健全干旱作业预报体制,进一步规范水文标准,进而提升水文预报工作的技术水平,减少水资源消耗,实现了吉区域内水文预报与水资源优化管理技术的浅析。

  3结语

  通过本文对新疆昌吉地区实际水文和水资源管理方面的问题进行深入的研究和分析,建立水资源管理模型,分析水文变化趋势,优化水资源管理技术。实现了吉昌区域的水资源综合利用效率提高,水资源能耗的减少,希望对该地区今后的水文预报和水资源优化管理工作提供帮助。

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