用平稳时间序列法预报穆棱河梨树镇水文站开江日期

2014-01-21董兴华孙冰心刘海涛

黑龙江水利科技 2014年7期

关键词：开江水文局本站

董兴华，孙冰心，刘海涛

(1.齐齐哈尔水文局，黑龙江齐齐哈尔161000;2.牡丹江水文局，黑龙江牡丹江157000;3.鸡西水文局，黑龙江鸡西158100)

用平稳时间序列法预报穆棱河梨树镇水文站开江日期

董兴华1，孙冰心2，刘海涛3

(1.齐齐哈尔水文局，黑龙江齐齐哈尔161000;2.牡丹江水文局，黑龙江牡丹江157000;3.鸡西水文局，黑龙江鸡西158100)

平稳时间序列是指某种随机变量的时间序列，它的前期演变过程的统计相关规律在未来的一段时间内是不变的。也就是说它的数学期望值与方差是不变的，它的相关函数只与时间间隔有关而与时间无关。平稳时间序列法预报是利用上述特点，根据已出现的时间序列推求未来的预报值。文章选用穆棱河梨树镇水文站1953—2011年开江日期资料，用平稳时间序列法预报2012年开江日期。做好开江日期预报对冰上安全、防凌汛具有重要意义。

平稳时间序列法;开江日期;流域概况;断面情况

1 基本概念

平稳时间序列是指某种随机变量的时间序列，它的前期演变过程的统计相关规律在未来的一段时间内是不变的。也就是说它的数学期望值与方差是不变的，它的相关函数只与时间间隔有关而与时间无关。例如，时间序列的每一个变量的间隔时间是1 h，于是第2 h与第5 h(间隔3 h)的两个变量的相关函数等于3 h与第6 h的两个变量的相关函数，也等于第18 h与第21 h的两个变量的相关函数等等。但是不等于间隔时间不同的两个变量的相关函数

例如，第2与第4 h的，第3与第8 h的等等。符合上述条件的时间序列是围绕着一条水平线做平稳摆动的。平稳时间序列法预报是利用上述特点，根据已出现的时间序列推求未来的预报值［1］。

2 流域概况及断面情况

2.1 自然地理特征

穆棱河发源于吉林境内的窝集岭，海拔高程在1 000 m左右，由南向北流，行经两山夹谷之中，河宽约0.5 km，比降为1.6‰。流域形状呈长茄形，流域内地形山峦起伏，坡陡流急，上游山区土层较薄，沿河两岸多为耕地，土壤大部分为黑土、砂壤土和黏土，透水性良好。地下水埋藏较浅，一般为1～5 m，流域植被情况较好，森林茂密，一般为幼树林。

2.2 水文气象特征

属中温带大陆性季风气候，夏季降水集中，冬季寒冷干燥。年平均气温3.6℃。本流域多年平均降水量为536.6 mm，降水的年际变化较大，历年最大降水量为(1960年)910.3 mm，历年最低降水量为(1975年)266.6 mm。本站洪水为典型的雨洪径流，年最大洪峰集中出现在7—10月份，尤以8、9月份最为集中，其出现年最大洪峰的概率为75%。其洪水来源是穆棱河干流。洪水过程大多为单式洪峰，洪峰停留时间一般在3 h左右，涨落水历时都比较短，峰形较瘦。

2.3 预报断面基本情况

梨树镇水文站位于黑龙江省鸡西市梨树镇。是穆棱河中游控制站，集水面积为6 443 km2。本站属于一滩一槽复式河床，左岸为高山，右岸为滩地，断面垂直于水流方向，流域内地形多山峦起伏，坡陡流急，地下水埋藏较浅［2］。

基本水尺断面位于本站基本水准点上游20.4 m，处于顺直河段的中央，流速仪兼浮标测流中断面位于基本水尺断面下游35 m。流速仪兼浮标中断面上、下100 m分别为上、下浮标断面，上、下比降断面分别位于流速仪测流断面上游344 m和下游256 m。基本水尺断面上游1 300 m处有风山河汇入，再往上3 300 m有二井排水小河汇入，基本水尺断面上游396 m及下游250 m，各有一个急滩，宽10 m左右，受急滩影响，水位在90.20 m，以下时水位流量关系不稳定。断面下游600 m，处河流转折80°的急弯构成本站的高水控制。

本站历年水位流量关系比较稳定，水位在90.20 m以下主要受上、下游2个急滩的影响，水位流量关系是多条临时曲线，一般年份为3～4条临时曲线。水位在90.20 m以上时，下游急滩形成河底断面控制，水位流量关系是单一线，且年际间偏差不大。本站历年平均开江日期为4月6日，历年平均终冰日期为4月9日，历年平均封冻日期为11月15日。

3 预报方案编制

选用梨树镇水文站1953—2011年开江日期资料，用平稳时间序列法预报2012年开江日期。首先选取前期量，一般采用小于资料项数的1/4，也可以取几种不同项数，经过计算选用与历史资料拟合最好的作为应选项数［3］。本方案中选取5项前期量且用距平值计算，编制表1梨树镇站平稳时间序列法相关函数计算表，预报方程为:

根据表1计算可知r(0)=1，r(1)=0.293，r(2)=0.390，r(3)=0.276，r(4)=0.033，r(5)－0.195。

求解预报系数，预报系数的线性方程为:

由本站的预报方程得⊿D2012=0.0723，所以，2012年开江日期=Dt+⊿D2012=4.234，即4月7日。该年实际开江日期为4月12日。

4 结语

黑龙江省冬季气候寒冷，省内河流每年的封冻期都长达几个月，因此冰面就成为了人们交通、生产活动和冰上娱乐的场所。每年当解冻期后，冰凌对水流产生阻力能引起江河水位上涨，冰凌甚至可以聚集成冰塞或冰坝，引起水位大幅度提高，而最终有可能发生漫滩或决堤，造成人员和财产损失，因此做好开江日期预报对冰上安全、防凌汛具有重要意义。平稳时间序列法属于单要素预报，就是利用某种水文要素本身的历史演变规律，预报该要素未来可能出现的数值。