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在水文学中,水文资料整编是从水文资料收集到资料使用之间不可缺少的重要环节。在水文资料中,流量资料是最重要的资料之一,流量资料整编的核心是正确地确定水位流量关系。目前,处理水位流量关系的传统方法是曼宁公式。曼宁公式基于宽浅人工渠道推导而来。因为天然河道形状复杂,故而在近似化为宽浅人工渠道并用曼宁公式处理时不可避免地会带来模型误差。此外,由于直接采用曼宁公式计算比较困难,因此传统算法在实际计算时采取了一些近似方法。这些近似方法带来了额外的误差。为了解决传统方法的种种缺陷,不少学者进行了新的探索,提出了一些新的思路和方法,如遗传算法、零点误差消除方法、多项式拟合方法、单纯形法等等。 针对传统方法及现有改进方法存在的问题,本文利用系统辨识的方法对稳定河道水位流量关系的确立进行了分析。基于差分方程的系统辨识是一种带反馈的算法,能够根据环境的具体情况逐步修正系统的模型参数。本文采用差分方程作为系统辨识的模型,将系统前一时段输出的加权作为部分输入,从而可在一定程度上弥补未知因素的影响。由于天然河道的不确知因素很多,精确模型难以建立,故而可使用系统辨识的方法处理天然河道稳定水位流量关系的确立。本文将具有稳定水位流量关系的具体河道看作一个SISO系统,在给定一个输入(水位)时,河道对应一个固定输出(流量),在此基础上利用系统辨识的方法对带有诸多不确知因素的水位流量关系进行了处理。 本文主要进行了以下几个方面的分析研究: 1.传统方法—曼宁公式的推导过程及对其存在问题的分析。摘要对传统方法目前已有的一些改进方案如遗传算法、零点误差消除方法以及多项式拟合方法的分析研究。介绍系统辨识的原理并利用模型阶的F检验法和辨识模型参数的递推最小二乘法来建立稳定河道的水位流量关系模型。利用四川省都江堰灌区的部分实测水文数据,对传统方法、目前己有的改进方法以及系统辨识方法统一进行了仿真研究和分析比较。通过比较结果评价了各种方法的优、缺点,并讨论了其背后的可能原因。 仿真结果表明,传统方法由于零点选取的不尽相同从而使计算结果具有一定的偶然性并且误差较大。目前存在的改进方法都具有一定的有效性。相比较而言,零点误差消除方法和多项式拟合方法效果较好。系统辨识的方法可以显著提高对天然河道稳定水位流量关系的拟合精度,具有较好的有效性和实用性。