2010西农828水力学

基于混沌神经网络的径流预测模型王义民;张珏【摘要】[目的]揭示径流时间序列变化规律并进行预测,为水库调度提供指导.[方法]针对径流时间序列的非线性特点,利用重构相空间的嵌人维数确定神经网络的结构,建立了基于混沌相空间重构的径流量预测BP网络模型,并利用该模型对位于陕西省汉江上游的石泉水文站的径流时间序列进行了预测.[结果]实例计算结果表明,石泉水文站月平均流量的时间序列具有混沌性,最大嵌入维数为12,依此构建的BP神经网络收敛速度快、预测精度较好.[结论]利用重构相空间中的最佳嵌入维数,可合理确定BP神经网络的输人层节点数.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)006【总页数】5页(P200-204)【关键词】混沌径流时间序列;径流预测;神经网络【作者】王义民;张珏【作者单位】西安理工大学,西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西安,710048;深圳市广汇源水利勘测设计有限公司设,计六室,广东,深圳,518020【正文语种】中文【中图分类】TV121径流时间序列的预测对于水库运行调度和水资源配置具有极为重要的作用。

由于水文现象的复杂性，单纯的物理方法很难对水文现象进行完全描述，因此需要借助其他不确定分析方法及非线性时间序列分析方法。

混沌理论是近年来迅速发展起来的非线性时间序列分析方法之一，其研究始于Packard等[1]于1980年提出的重构相空间理论。

20世纪90年代，人们开始了对混沌与神经网络相互交融的研究，即研究大脑中的混沌现象，并在各学科展开应用研究[2-3]。

人工神经网络是以人脑的生理研究成果为基础，其目的在于模拟人脑的某些机理与机制，实现某些方面的功能[4]。

研究表明，混沌理论可以用来解释大脑中某些不规则的活动，因此，混沌动力学为深入研究神经网络提供了新的方法[5]。

本研究以陕西省汉江上游石泉水文站1955-2006年的径流序列为例，结合混沌相空间重构理论，通过混沌系统动力吸引子确定神经网络输入结构，建立基于混沌相空间重构的径流量预测模型，以期为径流时间序列预测提供支持。

第一章流域基本情况和资料 (2)1.1流域概况 (2)1.2水文资料 (2)1.3电站基本情况 (2)第二章水文分析计算 (3)2.1设计年径流分析计算 (3)2. 2分析计算过程及成果 (5)2.3设计洪水分析 (10)第三章电站分析 (15)3.1 尾水断面水位流量关系 (15)3.2电站水能分析计算 (17)3.3电站动能指标与电能参变数分析 (18)附表 (20)第二章附表 (20)第三章附表 (23)参考文献 (25)第一章流域基本情况和资料1.1流域概况颜家河水电站位于宝鸡市颜家河乡，是渭河干流陕西境内最上游的水资源开发工程，坝址控制流域面积29348 km2。

电站站址控制流域面积29950 km2。

渭河发源于甘肃渭源县乌鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省26个县（市），全长818km，总流域面积6.24万km2。

渭河由宝鸡风阁岭流入陕西境内，于陕西潼关港口东汇入黄河，陕西境内河长502km，流域面积3.32万km2，分别占渭河全长和总流域面积的61.4%和53.2%，是关中地区的主要地表水资源。

颜家河水电站以上渭河横跨甘肃、宁夏、陕西三省（区）的天水、定西、平凉、武都、固原、宝鸡六个地区共二十个县（市）。

其中甘肃省有渭源、陇西、武山、甘谷、通渭、静宁、漳县、秦安、张川、清水、庄浪、岷县、会宁、临洮、天水市、天水县共十六个县（市），总流域面积25708km2，占林家村以上总流域面积87.59%；宁夏省有西吉、固原、隆德三县，流域面积3250km2，占总面积11.07%；陕西省有宝鸡县几个乡镇，流域面积390km2，占总面积1.3%。

该电站以上渭河全长389km，平均比降3.1‰。

1.2水文资料渭河林家村站于1934年1月设立，原名称太寅站，1959年7月改名为林家村站。

测站变动情况为1945年1月太寅站基本断面上迁100m，同年11月又上迁l00m，到1948年又上迁100m，直到1965年元月下迁300m至今。

高等学校教材HYDRAULICS 水力学李大美杨小亭主编武汉大学出版社第一章绪论§1-1 水力学的任务与研究对象水力学（Hydraulics）是介于基础课和专业课之间的一门技术基础课，属力学的一个分支。

主要研究以水为主的液体平衡和机械运动规律及其实际应用。

一方面根据基础科学中的普遍规律，结合水流特点，建立基本理论，同时又紧密联系工程实际，发展学科内容。

一、水力学的任务及研究对象水力学所研究的基本规律，主要包括两部分：1.液体的平衡规律，研究液体处于平衡状态时，作用于液体上的各种力之间的关系，称为水静力学；2.液体的运动规律，研究液体在运动状态时，作用于液体上的力与运动之间的关系，以及液体的运动特性与能量转化等等，称为水动力学。

水力学所研究的液体运动是指在外力作用下的宏观机械运动，而不包括微观分子运动。

水力学在研究液体平衡和机械运动规律时，须应用物理学和理论力学中的有关原理，如力系平衡定理，动量定理，能量守恒与转化定理等，因为液体也同样遵循这些普遍的原理。

所以物理学和理论力学知识是学习水力学课程必要的基础。

二、液体的连续介质假定自然界的物质具有三态：固体、液体和气体。

固体：具有一定的体积和一定的形状，表现为不易压缩和不易流动；液体：具有一定的体积而无一定形状，表现为不易压缩和易流动；气体：既无一定体积，又无一定形状，表现为易压缩和易流动。

液体和气体都具有易流动性，故统称流体。

流体分子间距较大，内聚力很小，易变形（流动），只要有极小的外力（包括自重）作用，就会发生连续变形，即流体几乎没有抵抗变形的能力。

所谓液体的连续介质假定，就是认为液体是由许多微团——质点组成（每个质点包含无穷多个液体分子），这些质点之间没有间隙，也没有微观运动，连续分布在液体所占据的空间。

即认为液体是一种无间隙地充满所在空间的连续介质（Continuum）。

三、水力学的应用领域水力学在实际工程中有广泛的应用，如农业水利、水力发电、交通运输、土木建筑、石油化工、采矿冶金、生物技术以及信息、物资、资金等流动问题，都需要水力学的基本原理。

2010年西北大学828自然地理学考研真题一、填空（每空0.5分，本大题共20分）1．依据自然环境的组成要素，可将自然地理学分为（ 1 ）、（ 2 ）、（ 3 ）、（4 ）、（ 5 ）、（ 6 ）等部门自然地理学。

2．地球表层的地理环境由（7 ）、（8 ）、（9 ）和（10 ）四大圈层构成，这四大圈层之间通过（11 ）和（12 ）过程而紧密地联系在一起。

3．地表岩石圈主要由（13 ）、（14 ）和（15 ）构成。

4．低纬度地带性的气候类型有（16 ）、（17 ）和（18 ）。

5．河川径流的主要计量单位有（19 ）、（20 ）、（21 ）和（22 ）。

6．岩石与水作用时所表现出的水理性质主要有（23 ）、（24 ）、（25 ）和（26 ）。

7．地貌的形成受多种因素的影响，影响地貌发育的自然因素主要有（27 ）、（28 ）、（29 ）和（30 ）等。

8．构成土壤的主要物质有（31 ）、（32 ）、（33 ）和（34 ）等。

9．影响生物生长发育的生态因子有（35 ）、（36 ）、（37 ）、（38 ）、（39 ）以及（40 ）自身。

二、解释下列名词或概念（每小题3分，本大题共计30分）1．地理环境2．太阳常数3．生物圈4．克拉克值5．假整合6．温室效应7．降水变率8．季风9．辐射干燥指数10．群落三、简答以下问题（每小题10分，本大题共计70分）1．地球表面的地理环境有哪些基本特征？2．简述板块之间的边界的主要特征。

3．从降水的形成机理说明降水的主要类型。

4．简述河川径流的形成过程并简要说明河流的水情要素。

5．从河流对地球表层地理环境的作用谈河流地貌的主要类型。

6．分析生物因素和母质因素对土壤发育的影响。

7．分析热量和水分因素对生物生长发育及其分布的影响。

四、分析论述以下问题（3题中任选2题，每小题15分，本大题共计30分）1．分析说明季风气候的成因，并说明其对我国的影响。

2．分析我国黄土高原水土流失强烈的原因，并说明其治理的对策与措施。

西北农林科技大学历年考研真题及参考书目及硕士研究生考试参考书目亲爱的学弟学妹们：此参考书目是西北农林科技大学硕士研究生入学考试的参考书目科目科目名称参加书目代码888西农研究生西农研究生Q:150321452TEL：187********221德语二外《大学德语》张书良高等教育出版社2002年222俄语二外《新大学俄语简明教程》蒋财珍高等教育出版社2005年223法语二外《新大学法语》李志清高等教育出版社2003年《新版中日交流标准日本语》光村图书出版株式会社人民教224日语二外育出版社2005年601基础英语水平测试,无指定参考书《法理学》张文显高等教育出版社（第二版）2003.11《民法602法学综合学》彭万林中国政法大学出版社（第三版）2002.1《行政法学》罗豪才北京大学出版社（第二版）2006.1《数学分析简明教程》邓东皋、尹小玲高等教育出版社（第分析(60%)与代数603三版）《高等代数》北京大学数学系主编高等教育出版社第(40%)三版《高等代数》张禾瑞、郝炳新高等教育出版社第四版《辩证唯物主义与历史唯物主义》李秀林中国人民大学出版604马克思主义原理社2004年《政治经济学》（资本主义部分）吴树青中国经济出版社1993年605中国通史《中国通史讲稿》张传玺北京大学出版社1983年《社会学概论新修》郑杭生主编中国人民大学出版社（第三606社会学理论版）2003年《西方社会学理论》侯均生主编南开大学出版社2003年再版马克思主义哲学《辩证唯物主义与历史唯物主义》李秀林中国人民大学出版607原理社第五版药学综合（有机化《有机化学》傅建熙高等教育出版社(第二版);《中药药理608学、中药药理学、学》侯家玉中国中医药出版社;《基础生物化学》郭蔼光高基础生物化学）等教育出版社609有机化学《有机化学》傅建熙高等教育出版社(第二版)610植物学A《植物学》贺学礼世界图书出版社611遥感技术《遥感技术导论》常庆瑞科学出版社《语言学教程》（修订版）胡壮麟北京大学出版社2002年801综合英语《实用翻译教程》（英汉互译增订版）冯庆华上海外语教育出版社2002年《语言教学流派》JackC.RichardTheodorS.Rodger外语教学与研究出版社2000年《语言学习机制》PATSYM.LIGHTBOWNANDNINASPADA上海外语教育出版社2002年802材料力学《材料力学》孙训芳主编高等教育出版社第三版《毛泽东思想概论》教育部社科司高等教育出版社2003年8当代中国马克思803月《邓小平理论和“三个代表”重要思想概论》吴树青高等主义理论与实践教育出版社2003年土壤学与环境监《土壤学》黄昌勇中国农业出版社2001.5《环境监测》奚旦804测立高等教育出版社2004.1805电工电子学《电工电子学》秦曾煌高等教育出版社第五版806发展经济学《发展经济学》陶文达四川人民出版社1992年概率（40%）与统《概率论及数理统计》梁之舜、邓集贤、杨伟权等高等教育807计（60%）出版社第二版808工程力学A《理论力学》哈工大理论力学教研室高等教育出版社第六版《工程力学》(静力学和材料力学)范钦珊等高等教育出版社809工程力学B1989.11(设施园艺工程专业)《工程水文学》武水、河海大学主编水利水电出版社2000810工程水文学年管理学原理与财《管理学原理》李录堂陕西人民出版社2003年《财务管理》811务管理师萍华南理工大学出版社2002年管理学原理与技《管理学原理》李录堂陕西人民出版社2003年《农业技术812术经济学经济学》侯军岐西安地图出版社2000年管理学原理与土《管理学原理》李录堂陕西人民出版社2003年《土地经济813地经济学学》毕宝德中国人民出版社（四版）《管理学原理》李录堂陕西人民出版社2003年《微观经济管理学原理与西814学》陆迁西北农林科技大学出版社2003年《宏观经济学》方经济学姜志德西北农林科技大学出版社2003年管理学原理与运《管理学原理》李录堂陕西人民出版社2003年《运筹学》815筹学暂无指定参考书微观经济学与宏《微观经济学》陆迁西北农林科技大学出版社2003年《宏816观经济学观经济学》姜志德西北农林科技大学出版社2003年817环境法学《环境法》周珂中国人民大学出版社第二版2005.9818基础生物化学《基础生物化学》郭蔼光高等教育出版社《花卉学》北京林业大学花卉组编中国林业出版社《园林树819园林植物木学》陈有民主编中国林业出版社《科学技术发展简史》王士舫董自励北京大学出版社第二820科学技术史版821木材学《木材学》申宗圻中国林业出版社1990年822农田水利学《农田水利学》郭元裕主编水利水电出版社1998年823普通微生物学《微生物学》韦革宏王卫卫科学出版社2022年824热工基础《热工基础》傅秦生西安交通大学出版社1995年《社会研究方法教程》袁方主编北京大学出版社2004年再版826食品化学《食品化学》刘邻渭中国农业出版社2002年土壤学B与水土《土壤学》（上册）朱祖祥农业出版社1983年《土壤侵蚀》827保持原理刘秉正吴发启陕西科技出版社1997年《水力学》成都科技大学主编高等教育出版社1980年《水828水力学力学》吕宏兴中国农业出版社2002年有机化学（含波谱《有机化学》胡宏纹高等教育出版社第二版《波谱原理及829分析）解析》常建华科学出版社第二版《中国农业科技史稿》梁家勉农业出版社第一版1989年出830农业科技史版831有机化学A《有机化学》(第二版)高等教育出版社傅建熙832生态学《生态学概论》曹凑贵高等教育出版社2002年833环境工程学《环境工程学》蒋展鹏北京,高等教育出版社1992.1834环境学概论《环境学》左玉辉高等教育出版社835地理信息系统《地理信息系统》刘耀林农业出版社土壤学与植物营《土壤学》黄昌勇中国农业出版社2001.5《农业化学总论》836养学彭克明等中国农业出版社土壤学与地理信《土壤学》黄昌勇中国农业出版社2001.5《地理信息系统》837息系统刘耀林农业出版社825社会学研究方法。

《水利水能规划》课后习题第一章水资源的开发利用作业1、什么是水资源的综合利用和可持续利用？2、水力发电的原理是什么？试推求水流出力基本公式。

3、河川水能资源的基本开发方式有哪几种？有何特点？4、防洪的工程措施和非工程措施有哪些？5、与水资源相关的水利部门有哪些？简述其用水特点。

如何解决各水利部门之间的矛盾？第二章水库兴利调节计算作业1.水库特征水位和特征库容有哪些，其含义是什么？2.设计保证率的涵义是什么？有哪几种表示方法？3.水库兴利调节计算的基本原理是什么？4.调节流量、兴利库容及设计保证率三者之间的关系怎样？5.水库运用过程如下图。

试就下列三种情况，确定兴利库容。

单位: 108m3(1 ) W1 = 1O, W2=3 , W3=6 , W4=2, W5=W6=0, V n=(2)wι=10, W2=5, W3=4, W4=5,W5=W6=6, V n=(3)wι=15, W2=7, w3=8, w4=9,W5=3, W6=8, V n=6.某水库一周之内的来、用水过程如表1所示，为满足用水过程，最小需多大的周调节库容，并求出各时段末水库兴利库容蓄水量。

(单位：108 m3)表1 某水库一周之内的来、用水过程星期星期星期星期星期星期星期时段—•二三四五0来水量30302015102510用水量202020202020207.某年调节水库设计代表年(P=75%)的各月来水量和综合用水量如表2。

计算的该年各月蒸发损失增量(水面蒸发与陆面蒸发差值)也列于表2,该水库区地质和水文地质条件属中等，渗漏损失以月平均蓄水量的1%计。

根据库区地形图量得水库面积曲线如表3。

根据泥沙淤积要求确定的该水库死库容为IOXIOZr?。

试求该水库的兴利库容和正常蓄水位。

8.已知某水库设计枯水年天然入库流量过程如表4。

水库兴利库容为50[(ID3∕S)月],多年平均入库流量为40m7s,求水库供水期调节流量和蓄水期可用流量。

基于混沌神经网络的径流预测模型
王义民;张珏
【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(038)006
【摘要】[目的]揭示径流时间序列变化规律并进行预测,为水库调度提供指导.[方法]针对径流时间序列的非线性特点,利用重构相空间的嵌人维数确定神经网络的结构,建立了基于混沌相空间重构的径流量预测BP网络模型,并利用该模型对位于陕西省汉江上游的石泉水文站的径流时间序列进行了预测.[结果]实例计算结果表明,石泉水文站月平均流量的时间序列具有混沌性,最大嵌入维数为12,依此构建的BP神经网络收敛速度快、预测精度较好.[结论]利用重构相空间中的最佳嵌入维数,可合理确定BP神经网络的输人层节点数.
【总页数】5页(P200-204)
【作者】王义民;张珏
【作者单位】西安理工大学,西北水资源与环境生态教育部重点实验室,陕西西
安,710048;深圳市广汇源水利勘测设计有限公司设,计六室,广东,深圳,518020
【正文语种】中文
【中图分类】TV121
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水力学课程教学大纲一、有关本课程的说明1.课程的性质、目的与任务水力学是大学水利水电类专业必修的一门主要技术基础课。

通过本课程的学习，使学生掌握水流运动的基本概念、基本理论与分析方法，理解不同水流的特点，学会常见水利工程中的水力计算，并具备初步的试验量测技能，为学习后续课程和从事专业技术工作打下基础。

2.教学总体要求掌握水流运动的基本概念、基本定律与分析方法。

通过习题练习，掌握常见的工程水力计算能力：水流特点的分析，水力荷载的确定，过水能力与过流建筑物尺寸的计算，水流衔接与消能的计算等。

通过实验课，理解常见水流运动特点，增强动手能力，掌握必要的量测技能与整理实验数据的能力。

本课程考试方式为闭卷、120分钟，考试时应带计算器及简单绘图工具。

3.适用专业与学时本大纲适用于农水、水工、水资专业的水力学课程教学。

总学时80,课程教学时数分配见表1。

4.与其它课程的联系学习本课程应具备高等数学中有关微分、积分、简单微分方程等高等数学基础；还应具备理论力学、材料力学中有关静力学、动力学、应力与应变、面积矩等方面的工程力学基础。

后续课程为农田水利、水资源管理、水工建筑物、水利工程施工与水电站等课程。

5. 推荐教材及参考书推荐使用中国农业出版社出版，吕宏兴，裴国霞，杨玲霞主编的《水力学》教材。

文字教材是主要的教学媒体，包括主教材和实验教材。

主要参考书目：①吴持恭主编的《水力学》第4版，北京，中国高等教育出版社，2008.1.②李家星、赵振兴主编《水力学》，南京，河海大学出版社，2001.③李炜、徐孝平主编《水力学》，武汉，武汉水利电力出版社，2000.6.主要教学方法与媒体要求本课程采用多媒体课堂教学与实验教学相结合的方法。

开设实验课8学时，具体试验内容与所需实验仪器见表2。

二、课程教学内容（一）绪论教学内容：1．水力学的定义、任务及其在专业中的作用2．液体基本性质：易流动与不易压缩性3．液体的主要物理力学性质4．牛顿内摩擦定律5．连续介质与理想流体6．作用于流体上的两类力：质量力与表面力教学要求：表1 水力学课程教学时数分配表表2 水力学实验课内容及所需设备使学生明确水力学研究的对象、特点以及其重要性；理解液体的惯性、重力特性与粘滞性；了解压缩性与表面张力特性；了解两类作用力的特点；掌握容重与密度间、粘滞性系数与粘滞力间的关系式。

水 力 学 复 习 题 1一、单项选择题（填写唯一正确答案的编号）（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1. 下列物理量中，有量纲的数为（ C ）A ．佛汝德数Fr B. 沿程阻力系数λC ．渗流系数k m/day D. 堰流流量系数m2. 缓坡明渠中的均匀流是（A ）A ．缓流 B. 急流 C. 临界流 D. 可以是急流或缓流3. 管流的负压区是指测压管水头线（ C ）A ．在基准面以下的部分 B. 在下游自由水面以下的部分C ． 在管轴线以下的部分 D. 在基准面以上的部分4. 有两条梯形断面渠道1和2，已知其流量、边坡系数、糙率和底坡相同，但底坡i 1>i 2，则其均匀流水深h 1和h 2的关系为（ B ）A ．h 1>h 2 B. h 1<h 2 C. h 1=h 2 D. 无法确定5. 对于并联长管道，每根管道的（ C ）相等。

A ．流量 B. 切应力 C. 沿程水头损失 D. 水力坡度6. 平衡液体的等压面必为（D ）A ．水平面 B. 斜平面 C. 旋转抛物面 D. 与质量力正交的面7. 理想液体恒定有势流动，当质量力只有重力时， （B ）A 整个流场内各点的总水头)2//(2g u p z ++γ相等B 只有位于同一流线上的点，总水头)2//(2g u p z ++γ相等C 沿流线总水头)2//(2g u p z ++γ沿程减小D 沿流线总水头)2//(2g u p z ++γ沿程增加8. 有一溢流堰，堰顶厚度为2m ，堰上水头为2m ，则该堰流属于（ c ）A ．薄壁堰流 B. 宽顶堰流 C. 实用堰流 D. 明渠水流9. 同一管道中，当流速不变，温度上升时，则雷诺数（ A ）A ．增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定10. 一段直径不变管道的流速从2m/s 增加到4m/s 时，在水流都处于紊流粗糙区时，沿程水损失是原来的（ d ）倍A ．1 B.2 C. 2 D. 4二、填空题（在空格中填写正确答案）（本大题共8小题，每空格2分，共16分）1．有一明渠均匀流，通过流量s m Q /553=，底坡0004.0=i ，则其流量模数K = 2750 .2．水泵进口真空计的读数为2/5.24m KN p k =，则该处的相对压强水头为 2.5 m3．矩形断面渠道，水深h=1m ，单宽流量s m q /13=,则该水流的佛汝德数Fr = 0.319 。