三江平原井灌区水资源系统分析及可持续利用研究

（一）基本资料

图2-15　1956～2004年降雨样本序列

别拉洪河位于三江平原腹地，自西向东横贯整个抚远三角洲，河长143km，沼泽面积为64257km2，是三江平原上比较有代表性的沼泽性河流。别拉洪站建于1956 年，位于黑龙江省抚远县海清乡境内，主要观测水位、流量、降雨及冰情，其中测雨仪器使用20cm自记雨量计。现以别拉洪河上的别拉洪站监测的1956～2004年降水时间序列（图2-15）为例，探讨三江平原年降水序列的变化规律。

（二）计算步骤

（4）经过步骤3 的运算，PCNN具有了预测功能。将最后一组网络输出yi（4 9 ）作为下一年预测的输入样本，这样即可预测2005 年的降雨径流分量yi（5 0 ），依此类推可得出未来若干年的降雨径流分量。

（5）将以上运算过程得到的三种预测分量进行小波重构，就可得到要预测的未知年的降雨径流量。

（三）预测结果分析

采用ATrous算法进行小波分解，得到随机项、趋势项和周期项。第二层的高频分量代表随机项，第三层的低频分量代表趋势项，在原径流序列中去掉前两项即为周期项，见图2-16～图2-18；ATrous重构原径流序列见图2-19。

图2-16　随机项——第二层高频分量

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图2-17　趋势项——第三层低频分量

图2-18　周期序列变化图

图2-19　重构样本与径流样本拟合图

对小波分解得到的随机项、趋势项、周期项三组数据利用Excel进行相关性分析，得到平均相关系数为。从样本序列及样本序列图上可以看出，1981 年的降雨总量突然增长到1044.3mm，而1980 年为569.2mm，1982 年为539.7mm。因此，1980 年与1981 年的降雨相关系数为－0.00428，1981年与1982年的降雨相关系数为0.186824。除此，1990～1991年、1993～1994年、1996～1998年的降雨量也有不均匀变化的情况，因此这几年的相关系数不足0.5；其他大部分年与年之间的相关系数达到0.9 以上；少量几年的相关系数为0.6、0.7、0.8以上。由式（2-20）可知，连接强度β与相关系数ρ之间成反比关系，即ρ越大说明年与年之间的数值差距越小，因此β的数值就应该越小，这样才不至于引起误差E过大。因此本文提出作为连接强度的参考值，在本例中。

由此相关分析可知，三江平原别拉洪站的年降雨径流序列之间存在很大的相关性，并存在多年的周期性，由图2-17 看出总的发展趋势是年降雨量逐渐上升。

将小波分解得到的随机项、趋势项、周期项作为PCNN 模型的输入样本，根据本章介绍的改进型PCNN预测原理，将这49 个样本分别具有的3 项指标进行训练，得到了良好的预测效果。PCNN模型的预测值见表2-6。其中，2004 年的原径流值与预测后的重构预测值也列于该表，作为预测检验。2005～2007 年的数值为纯预测值，没有现成的样本与之比较。

表2-6　PCNN模型的模拟预测值　单位：mm

由表2-6 可以看出，未来的年降雨径流序列有上升的趋势，该结果与ATrous算法进行小波分解得到的趋势图（图2-17）结果相符合。