关键词：多因子；黑箱；开河日期
近年来，国家加大非工程措施建设投入，先后实施建设了国家防汛抗旱指挥系统工程、山洪灾害防治非工程措施水文监测预警系统、中小河流治理非工程措施水文监测系统等，提升了防灾减灾调度指挥决策的科学性、主动性。
当前，水文工作面临新机遇和新挑战，深刻认识新形势新要求，紧密围绕水利中心工作，强化责任担当，敢于开拓创新，全力做好水文监测预报预警工作。水文情报预报作为水文服务的重要窗口，一定要抓住水文工作的主要矛盾，贯彻落实水文工作新思路，以推进水情现代化建设为抓手，努力提升水文监测预报预警能力和信息服务水平，全力争当服务水利以及社会经济发展的排头兵。
在开河日期预报中，学习概率统计方法，编制伊新水文站开河预报方案，通过校核检验方案具有一定精度，基本满足水文作业预报的精度要求，现予以介绍。
一、基本思路
水文现象是属于自然界随机现象范畴的。概率统计是研究多种随机现象的数量变化规律的有力工具。复杂的水文现象，看起来好像是偶然发生的，但是我们对大量同一现象进行统计，用概率统计方法进行分析，可以发现他们有着共同的规律，运用这种概率统计规律，再予以数字处理，将预报对象y与预报因子x之间建立预报关系式y=f(x)作为预报方案。
二、预报因子的选择
对预报对象y而言，影响因子xi(i=1,2....n)是多种的。选择预报因子，应以分析预报因子与预报对象有关的物理过程中去考虑，只有符合一定物理规律的因子，才能反映预报对象的变化过程。因此，要尽量选择物理意义清楚的作为因子。
但是，所谓物理意义清楚的因子，也只是通过大量的现有资料，获得的概念性理论。对于预报对象与预报因子，是通过怎样的物理机制的影响和内在联系关系式的建立是很复杂的。解决这些问题的简单办法，只有通过类似“黑箱”问题去解决，即：
输入（x）→“黑箱”→输出（y）
通过输入（x）和输出（y）的测量，来判断y与x关系，找出xi与y有较好关系的物理因子，从而建立y=f(x)函数式。
实际工作中，我们先粗选出可能与y有影响的xi共9项。有：
x1—日最高气温转正日期、x2 —11-3月平均气温（℃）、
x3—年最小流量（m3/s）、x4—11-3月累计雨量（mm）、
x5—年最大冰厚（m）、x6—封冻天数（日）、
x7—日最高气温转正温度、x8—11-2月累计负气温（℃）、
x9—三月平均气温（℃）。
再通过依次相关系数（或其它筛选方法）的求算和检验，从中选出相关系数较好和显著性较高的因子有x3、x4、x5、x6，见表1。
表1 y与x相关显著性检验表
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式中γ一依次相关系数，d—y与x对应项的积差，n—样本容量。
三、开河日期预报
（一）多因子组合概率法
开河日期的变化，是由多方面因子决定的。考虑到各因子的作用和所起作用的主次，取它们对开河日期概率贡献的平均值加以综合，编制预报方案，其方法步骤如下：
1.预报对象y和多因子xi的分级
根据预报精度（±3天）的要求，将y由早到晚分为三级：y1、y2、y3。多因子xi也按照与yi(i=1,2,3)的物理变化规律，正、反比关系对应分成三级。
2.填制多因子组合概率表。将选用因子的历年资料，依据预报对象和因子的分级标准，进行计算
3.计算多因子条件概率
为统计多因子对于预报对象所起作用的主次和概率贡献的大小，需由表3中统计历年多因子xi在多级条件下，yi出现在多级的次数，填入表4中1—3栏，然后计算其条件概率ρ(y/xk)填入5—7栏。这就是预报因子对预报对象概率贡献的统计规律。
4.方案拟合和作业预报
为了检验方案的准确率，可选用概率统计规律对预报对象y进行验算。ρ(y2)概率之和1.7为最大，说明多因子xi在多级条件下，对预报对象y2所起作用是最大的，故应为γ=2填入表3中第7栏，同理对历年都进行核算，将结果逐一填入相应栏内，然后检查y与γ的拟合情况，属同一级的打√号，不同的打×号，填入第8栏，统计方案拟合率。伊新站截至2011年准确率为75％，方案可用。作业预报，方案步骤与拟合方法完全一样。最大ρ(y/xk)之和所对应yi，即是开河日期的分级。例如：1984年预报开河日期。已收集（包括预报和求得）资料x3=0.68、x4=（42.2）、x5等于1.30、x6=(157)。对照表2分级，再由表4查得对应的ρ(y/xk)，列成表5格式。知最大ρ(y/xk)之和为1.8，对应的是y2，插分级表2应为4月17日至4月21日之间开河，取均值为4月19日，实际上这年开河是4月18日，预报在允许误差（±3天）之内。
（二）线性回归方程预报
为了定量的预报开河日期，在选择较好的因子中，提出x3、x5与y建立关系式：Y=b0+b3x3+b5x5，式中b0、b3、b5为待定系数。由实测资料求得b0=8.98、b3=-1.02、b5=9.2，代入上式得开河日期预报回归方程：
Y=8.98-1.02x3+9.2x5核查回归方程式的精度，做方差分析
当精度α取0.1，F>F(0,1,2,18)，说明方程式经过F检验，回归效果显著是可用的。
同样以1984年为例：x3=0.68，x5=1.30，代入方程式y=8.98-1.02x0.68+9.2x1.3=20.2，得20日开河。实际为18日开河，误差也在允许范围内。
四、结语
概率统计是气象部门天气预报的常用方法，是解决预报对象受多种因子影响的一种有效途径。对复杂的水文现象，当前如果无法了解物理成因及其关系式的情况下，作为一种预报方法是值得借鉴的。它在选择因子，探索客观规律，处理因子作用的方面，方法是科学的。该法不仅适用于水文长期预报、短期预报也有参考价值。中国特色社会主义进入新时代，水文事业发展也进入了新时代。贯彻落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”新时期治水重要方针，唱响做实“水利工程补短板、水利行业强监管”水利改革发展总基调，水文监测预测预警工作面临新的问题，任重道远。互联网、大数据、人工智能等信息技术的发展，给水文预报技术的创新发展带来新的机遇。
参考文献
[1]湖北省气象学校 李云林《气象站天气预报》1980年；
[2]金光炎 《水文应用数理统计》1982年。
[3]陈祺.浅析现代水文预报技术在城市防洪中的应用[J].华东科技:学术版，2014（1）：168-169.
[4]李身渝.现代水文预报技术在重庆城市防洪中的应用[J].水利水电快报，2006，27（9）：23-25.
论文作者:王凯毓 刁津秀
论文发表刊物:《科学与技术》2019年21期
论文发表时间:2020/4/17
标签：因子论文; 水文论文; 概率论文; 对象论文; 日期论文; 方案论文; 关系式论文; 《科学与技术》2019年21期论文;