用平穩時間序列法預報穆棱河梨樹鎮水文站開江日期

董興華，孫冰心，劉海濤

(1.齊齊哈爾水文局，黑龍江齊齊哈爾161000;2.牡丹江水文局，黑龍江牡丹江157000;3.雞西水文局，黑龍江雞西158100)

用平穩時間序列法預報穆棱河梨樹鎮水文站開江日期

董興華1，孫冰心2，劉海濤3

(1.齊齊哈爾水文局，黑龍江齊齊哈爾161000;2.牡丹江水文局，黑龍江牡丹江157000;3.雞西水文局，黑龍江雞西158100)

平穩時間序列是指某種隨機變量的時間序列，它的前期演變過程的統計相關規律在未來的一段時間內是不變的。也就是說它的數學期望值與方差是不變的，它的相關函數只與時間間隔有關而與時間無關。平穩時間序列法預報是利用上述特點，根據已出現的時間序列推求未來的預報值。文章選用穆棱河梨樹鎮水文站1953—2011年開江日期資料，用平穩時間序列法預報2012年開江日期。做好開江日期預報對冰上安全、防凌汛具有重要意義。

平穩時間序列法;開江日期;流域概況;斷面情況

1 基本概念

平穩時間序列是指某種隨機變量的時間序列，它的前期演變過程的統計相關規律在未來的一段時間內是不變的。也就是說它的數學期望值與方差是不變的，它的相關函數只與時間間隔有關而與時間無關。例如，時間序列的每一個變量的間隔時間是1 h，于是第2 h與第5 h(間隔3 h)的兩個變量的相關函數等于3 h與第6 h的兩個變量的相關函數，也等于第18 h與第21 h的兩個變量的相關函數等等。但是不等于間隔時間不同的兩個變量的相關函數

例如，第2與第4 h的，第3與第8 h的等等。符合上述條件的時間序列是圍繞著一條水平線做平穩擺動的。平穩時間序列法預報是利用上述特點，根據已出現的時間序列推求未來的預報值［1］。

2 流域概況及斷面情況

2.1 自然地理特征

穆棱河發源于吉林境內的窩集嶺，海拔高程在1 000 m左右，由南向北流，行經兩山夾谷之中，河寬約0.5 km，比降為1.6‰。流域形狀呈長茄形，流域內地形山巒起伏，坡陡流急，上游山區土層較薄，沿河兩岸多為耕地，土壤大部分為黑土、砂壤土和黏土，透水性良好。地下水埋藏較淺，一般為1～5 m，流域植被情況較好，森林茂密，一般為幼樹林。

2.2 水文氣象特征

屬中溫帶大陸性季風氣候，夏季降水集中，冬季寒冷干燥。年平均氣溫3.6℃。本流域多年平均降水量為536.6 mm，降水的年際變化較大，歷年最大降水量為(1960年)910.3 mm，歷年最低降水量為(1975年)266.6 mm。本站洪水為典型的雨洪徑流，年最大洪峰集中出現在7—10月份，尤以8、9月份最為集中，其出現年最大洪峰的概率為75%。其洪水來源是穆棱河干流。洪水過程大多為單式洪峰，洪峰停留時間一般在3 h左右，漲落水歷時都比較短，峰形較瘦。

2.3 預報斷面基本情況

梨樹鎮水文站位于黑龍江省雞西市梨樹鎮。是穆棱河中游控制站，集水面積為6 443 km2。本站屬于一灘一槽復式河床，左岸為高山，右岸為灘地，斷面垂直于水流方向，流域內地形多山巒起伏，坡陡流急，地下水埋藏較淺［2］。

基本水尺斷面位于本站基本水準點上游20.4 m，處于順直河段的中央，流速儀兼浮標測流中斷面位于基本水尺斷面下游35 m。流速儀兼浮標中斷面上、下100 m分別為上、下浮標斷面，上、下比降斷面分別位于流速儀測流斷面上游344 m和下游256 m。基本水尺斷面上游1 300 m處有風山河匯入，再往上3 300 m有二井排水小河匯入，基本水尺斷面上游396 m及下游250 m，各有一個急灘，寬10 m左右，受急灘影響，水位在90.20 m，以下時水位流量關系不穩定。斷面下游600 m，處河流轉折80°的急彎構成本站的高水控制。

本站歷年水位流量關系比較穩定，水位在90.20 m以下主要受上、下游2個急灘的影響，水位流量關系是多條臨時曲線，一般年份為3～4條臨時曲線。水位在90.20 m以上時，下游急灘形成河底斷面控制，水位流量關系是單一線，且年際間偏差不大。本站歷年平均開江日期為4月6日，歷年平均終冰日期為4月9日，歷年平均封凍日期為11月15日。

3 預報方案編制

選用梨樹鎮水文站1953—2011年開江日期資料，用平穩時間序列法預報2012年開江日期。首先選取前期量，一般采用小于資料項數的1/4，也可以取幾種不同項數，經過計算選用與歷史資料擬合最好的作為應選項數［3］。本方案中選取5項前期量且用距平值計算，編制表1梨樹鎮站平穩時間序列法相關函數計算表，預報方程為:

根據表1計算可知r(0)=1，r(1)=0.293，r(2)=0.390，r(3)=0.276，r(4)=0.033，r(5)－0.195。

求解預報系數，預報系數的線性方程為:

由本站的預報方程得⊿D2012=0.0723，所以，2012年開江日期=Dt+⊿D2012=4.234，即4月7日。該年實際開江日期為4月12日。

4 結語

黑龍江省冬季氣候寒冷，省內河流每年的封凍期都長達幾個月，因此冰面就成為了人們交通、生產活動和冰上娛樂的場所。每年當解凍期后，冰凌對水流產生阻力能引起江河水位上漲，冰凌甚至可以聚集成冰塞或冰壩，引起水位大幅度提高，而最終有可能發生漫灘或決堤，造成人員和財產損失，因此做好開江日期預報對冰上安全、防凌汛具有重要意義。平穩時間序列法屬于單要素預報，就是利用某種水文要素本身的歷史演變規律，預報該要素未來可能出現的數值。

表1 梨樹鎮站平穩時間序列法相關函數計算表

［1］李志芬，張家權.平穩時間序列法的分析和應用［J］.東北水利水電，2001，19(03):25 －26.

［2］于佳慧.平穩時間序列法在長期洪水預報中的應用［J］.黑龍江水利科技，2008，36(04):37－39.

［3］李鵬.磨盤山水庫中長期入庫徑流模糊預測模型研究［J］. 黑龍江水利科技，2012，40(12):310 －311.

TV124

B

1007－7596(2014)07－0083－02

2014－01－02

董興華(1977－)，女，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，從事水資源統計分析整理工作;孫冰心(1989－)，女，黑龍江齊齊哈爾人，助理工程師，從事水文情報預報工作;劉海濤(1964－)，男，黑龍江虎林人，技師，從事水文測站工作。