开题报告范文+水文水资源+洪水预报

'说明1.学位论文计划应在导师的指导下按照培养方案要求制定。2.开题报告一般安排在第三学期，开题报告在负责培养的学院进行，由导师主持并邀请同行专家参加。3.开题报告的时间、地点须提前三天公布，欢迎师生参加旁听。4.论文计划书及开题报告书（空白表）由负责培养的学院于研究生入学后的第三学期初发放，第四学期初交学院汇总后存档，以备研究生院审查。5.本材料系永久性档案，请用蓝黑、碳素墨水或墨汁等耐久材料书写。6.本表可以下载打印，打印时请使用A4纸正反打印，不得改变表格内容及格式。签名部分必须由签名者亲笔签署。7.有关详细规定请查阅《河海大学研究生工作手册》。8 论文计划及开题报告计划论文题目基于GIS的大流域洪水预报技术研究－以三峡地区为例选题来源选择打（√）1、国家计委、科委项目（）；2、国家经贸委项目（）；3、国家自然科学基金项目（）；4、国务院其它部委项目（）；5、主管部门（部委级）项目（）；6、省，市，自治区项目（√）；7、学校级项目（）；8、自选项目（）；9、其它（）。预计经费约100万元预计完成日期2006年06月主要内容（参考下列几方面）1.论文的选题依据，本课题在国内外的研究动态；2.课题在理论或实际应用方面的意义、价值以及可能达到的水平；3.本人对此课题开展研究的设想，拟解决哪些重点问题；4.工作计划，技术路线，实验方案，预期结果；5.预计工作量及进度安排。计划及报告具体内容：1、研究的目的和意义水是人类赖以生存和发展的一项基本条件，但是人类既需要水，又会受到水的危害。尽管我国在水利建设方面取得了很大的成就，防洪减灾成效显著，但是由于气候变化异常，人类活动的频繁和环境的影响，防洪形势仍十分严峻，洪水灾害仍时有发生，所以防洪减灾仍是一项长期而艰巨的任务。流域洪水预报是解决防洪问题的关键，是防洪减灾的一项重要的非工程措施。三峡工程的建立，对我国防洪具有极其重要的意义。实施三峡水库调度，必须充分掌握其上游的水情信息，并对洪水未来的变化趋势做出准确的预报。一般情况下，每天必须做出第二天的出力计划（预见期40小时），周末必须做出未来三天的出力计划（预见期88小时），法定假日、特殊时期（如水库蓄放水）则需要做出更长预见期的入库流量预报。另外，在泄洪闸门及机组检修计划编制、航道冲沙等水库调度工作对预报预见期及精度都有较高的要求。所以，对于三峡流域的洪水预报工作开展研究具有重大的意义。对于洪水预报，首先要解决边界输入问题，即输入的雨量、蒸发、流量资料必须是正确的，这就要对使用的原始资料进行处理。只有解决好8 面雨量计算的问题，才能提高预报精度。GIS是一种具有空间数据存贮、编辑、分析和显示物理数据对应的空间位置及其属性等方面的数据管理和处理功能，并附有较强分析和计算工具的计算机软件系统。可以利用其软件来提高面雨量和面蒸发量计算的精度。本文利用数字高程模型对长江上游三峡地区进行了小流域划分，并在此基础上确定了预报方案，使用一种改进的泰森多边形法进行面雨量的计算。然后运用新安江模型进行了产流模拟计算，使用马斯京根法进行汇流计算，并使用多种校正方法对计算结果进行实时校正，力图研究出一种适合大流域的水文预报方法。2、国内外研究现状2.1水文模型研究及大流域预报研究的进展情况流域水文模型是基于对水文现象的认识、分析其成因及各要素之间的关系，以数学方法建立一个模型，来模拟流域的水文变化过程。数十年来，水文模型有了长足的进展，人们研制了各种水文模型并在许多流域中广泛使用。流域水文预报模型的研究大约始于二十世纪五十年代，随着电子计算机的应用，近几十年已提出百余种数学物理模型。流域水文模型主要有三种类型：黑箱式、集总式、分布式（Kirkby，1988）。早期的水文模型多为黑箱模型，把流域看成黑箱，只有输入和输出，也就是一个流域降雨与径流的统计关系。在一个流域根据长期水文观测资料建立的黑箱模型，是对该流域地形、土壤、植被等众多要素及空间特征对水文影响的概括，而忽略了流域内部的水文过程，无法应用于其它流域，当流域内部发生变化时也不能再使用原来的模型参数，需对模型参数重新订正（Anderson，1985）。随着对流域水分循环过程认识的深入，黑箱模型逐步被集总式模型所取代。气候条件和下垫面条件，包括地貌、地质、土壤、植被等共同影响着区域水文过程这些地理要素随空间和时间的变化而变化。集总式模型不考虑地理要素在流域内的空间分异，如是在全流域均降10mm降雨，还是在三分之一的面积上降雨30mm，在集总式模型中是不予区分的，而是把整个流域看成一个均匀一致的整体，降雨在全流域均匀产流。而8 分布式模型是根据物质和能量守恒定律，基于地理要素的概念模型。它认为植被、土壤、地貌等地理要素综合影响流域的水文过程。模型把流域分成一系列的单元，每个单元内部各地理要素是相对一致的，单元之间有水分的流动和交换，根据各种地理要素对水文过程的影响机制，把地理要素作为模型的参数，建立外部因素与水文过程的数量关系。与集总式模型相比，由于分布式水文模型充分考虑了各地理因素的空间差异性，可以反映流域内水文过程的时空变化，所以可以预测流域内自然和人为因素的局部变化可能对流域水文过程的影响。所以，从物理意义上来讲，分布式水文模型更接近实际情况。近二十年来，水文模拟研究最大的进展是数字地面信息的可获性和直接应用，DEM和地理信息系统(GIS)已使水文学发生革命性的变化。GIS、遥感、水文模型和数据库管理系统的完全集成是水文模型的发展目标。与水文模型的蓬勃发展相比，如何把这些模型运用到大流域水文预报中的研究还很少，如何为大流域的预报确定一个预报模型也是亟待解决的问题。对于大流域的预报，虽然提出了一些方法，如：降雨径流模型采用新安江模型和经验预报方案进行流域流量过程预报，河道洪水演进采用一维或二维非恒定流计算方法或者采用线性动态模型卡尔曼滤波以及最小二乘动态模型等方法进行预报。但真正把这些方法用到大流域预报的例子很少，像长江上游三峡地区如此大的流域能成功预报的例子也不多见。2.2面雨量计算方法要客观反映某一个特定区域内（比如某个行政区域或江河流域）的降水情况，就要由该区域内各个雨量点所测得的点雨量推求出区域内点平均降水量，这就是面雨量。简单地说，面雨量是特定区域内单位面积上的降水量。水文工作中常需推求整个流域面上的平均降雨量。对一个地区，根据不规则分布的观测站网计算面平均雨量是开展最早并持续至今的研究内容。除了将多个测站观测雨量的算术平均值作为面平均雨量外，泰森多边形加权平均雨量方法是最早的研究成果；后来又发展了根据等雨量线区间面积加权计算面雨量的方法。长期以来，算术平均法、泰森多边形法和等雨量线法是我国水文计算和预报计算面雨量的主要方法。20世纪中叶，面雨量计算方法又有发展，例如考虑地形（高程）的加权平均、根据周围测站到估算地点距离的加权平均、趋势面分析等等。电子计算机的广泛应用给面雨量估算开创了新的途径，高密度的网格插值估算面雨量给水文预报带来了很大的方便。2.3洪水预报实时校正方法预报总是有误差的。预报误差可表现为系统误差，也可表现为随机误差，因此，8 在发布洪水预报之前，对预报值进行误差实时校正是十分必要的。通常使用的实时校正方法有递推最小二乘法、误差自回归法、卡尔曼滤波法和自适应算法等。递推最小二乘法是根据最新输入与输出信息，给现时预报误差一定的权重以校正模型参数来进行实时预报的，属于参数在线识别(也称动态识别)，能反映预报时刻的参数状态。该法简单易行，但跟踪实时洪水预报系统的能力不强，灵敏性较差。不过这种动态识别方法是优于现行时不变模型的。误差自回归法是通过对输出的残差系列进行自回归分析，用前推若干个时刻的残差值作为实时校正系统的输入来推求当前时刻的输出误差，达到实时校正的目的的。该法不涉及实时洪水预报模型本身的结构或数学表达式，仅从误差序列着眼进行校正，故可与任何实时洪水预报模型配合，有广泛的适应性，其校正效果主要取决于误差序列的自相关性，自相关密切则校正效果好，否则效果较差，而且当预报值与预报误差为同一量级时，实时校正的效果可能会大大下降。卡尔曼滤波法因对系统的状态变量进行最优估计，既可以达到最小方差，又不损失预见期，是一种比较理想的实时校正方法。在实时洪水预报中可选择作为状态变量的有洪水预报模型的参数、预报对象和预报误差等。卡尔曼滤波实质上是一种线性无偏最小方差估计，可用于任何线性随机系统，并可综合处理模型误差和量测误差。但洪水预报系统通常不是线性随机系统，模型误差和量测误差通常也不是白噪声，这就限制了卡尔曼滤波法在实时校正中的应用。此外，使用此法时外推时段也不宜太长。自适应算法是指滤波器本身具有自动调整功能、可根据预报过程中模型所出现的偏差自动调整模型达到最优状态的一种算法。该法能细致地考虑噪声统计量的时变特性，是较为完善的滤波方法之一，有较好的发展前景。应该说，洪水预报实时校正的最佳方法是自适应滤波算法，但是如何找到适合的滤波器是比较大的问题，所以在现实生产中应用的不广泛。3问题的提出3.1单元流域的划分流域水文模拟中，为了考虑流域下垫面水文特性的空间差异，常常采用分散式水文模型，即将流域按一定形式的分成若干块（通常称分单元面积）。传统的8 泰森多边形分单元法以各多边形内的雨量站作为代表站，没有考虑地形等其它影响因素。由此带来的最主要的问题是单元面积很有可能跨分水岭，从而造成使用分水岭一边的雨量站来作为另一边部分面积的代表站，给面雨量计算带来了误差。为避免单元面积跨越分水岭，本文提出了按自然流域进行单元划分。跨分水岭存在两个不合理方面：一是使用了在分水岭一边的雨量站来作为分水岭另一边部分面积的代表站，给面雨量计算带来了误差；分水岭一边的径流将跨过分水岭，汇入分水岭的另一边，造成汇流模拟的误差，且造成了无法计算各网格汇流路径长度等地形特征值的计算。3.2三峡流域的水文预报目前对于上千平方公里大流域水文预报的计算方法研究很少，本项目尝试使用数字高程模型和新安江模型相结合并进行实时校正的方法对大流域水文预报的方法进行一些探讨。水文实时预报研究已经有很多年了，但是现在的研究往往局限于某一个小流域，即对某个小流域进行洪水预报，对该小流域的预报结果进行实时校正。但是对于大流域来讲，某一个小流域的校正对于整个流域预报精度的影响也许是巨大的，对某一块小流域进行了校正也许将对整个流域的预报精度产生比较大的误差，整个流域的预报精度可能还有所降低。本文将运用多种实时校正方法对每块预报的小流域进行校正，比较各种方法的优劣，并对比各种预报结果的精度高低。4、文章研究的内容及技术路线结合三峡流域洪水预报的实际应用，针对大流域洪水预报中的热点和难点问题进行研究和探讨。主要工作内容和技术路线如下：4.1面雨量计算。传统的泰森多边形法分单元主要是从考虑雨量代表性出发的，即尽可能采用直线距离最近的雨量站作为代表站，而没有考虑地形等其它影响因素。由此带来的最主要的问题是单元面积很有可能跨分水岭。为避免单元面积跨越分水岭，本项目提出了按自然流域进行分块的方法。然后在划分的自然流域块上叠加泰森多边形，计算每个雨量站所在的多边形在自然单元上的权重，再进一步得到该自然流域块上的面雨量用于产流模拟计算。8 4.2三峡流域水文预报本文运用数字高程模型将大流域划分为自然单元，对每一个自然单元划分泰森多边形，避免了跨分水岭的划分方法。计算每个雨量站所在的多边形在整个自然单元的权重，进而与新安江模型结合计算产流。然后用水文学的方法计算汇流，再对产流和汇流过程运用最小二乘、误差自回归和卡尔曼滤波等实时校正的方法进行校正，并进一步探求自适应滤波的校正方法。希望能够探索出三峡流域水文预报的有效方法，并对其他大流域的水文预报做一点探索性的工作。5、论文计划进展情况工作进程：2005.1-2005.5阅读相关文献资料，整理各个流域的雨量、蒸发、流量资料。2005.6-2005.7进行资料的预处理工作，补齐短缺资料并检验资料的正确性。2005.8－2005.10对研究流域下垫面进行处理，确定预报方案。2005.11-2006.2对各个小流域进行产流计算，对大流域进行汇流计算及实时校正，完成计算结果，编制计算程序。2006.3-2005.5对比预报结果，完成论文主体部分。2006.6对论文进行修正、答辩8 硕士学位论文开题报告会会议记录研究生姓名段唯鑫入学时间2003年9月研究方向流域水文模拟计划论文题目基于GIS的大流域洪水预报技术研究－以三峡地区为例课题来源省，市，自治区项目指导教师姓名、职称张行南教授博导开题报告时间2004年11月7日8时－9时开题报告地点水资源国家重点实验室302旁听人数约20人同行专家姓名专业技术职称工作单位秘书姓名：职称论文开题报告会会议内容（参考下列几方面，由秘书负责记录）1.选题的理论意义和实用价值；2.所选课题是否具有先进性、是否过浅、过易，或过难；3.对基本理论掌握的水平，以及对当前研究水平的了解程度；4.拟采用的工作计划、技术路线、计划进度及所需经费等是否切实可行；5.具体建议和意见以及结论（通过或不通过）。主要意见：1.目前洪水预报的模型很多，但是针对大流域预报的方法很少，选择适当的方法对提高大流域预报精度有很大的意义。三峡工程是我国四大跨世纪工程之一，在建设及运行期间需要精准的水文预报服务，对这一区域洪水预报技术展开研究对该地区的洪水预报精度的提高将起到的积极作用。8 2.我国对于大流域洪水预报的研究尚不多，这一领域的研究对于我国其他大流域洪水预报有一定的借鉴作用，选题具有一定的先进性，难度适中。3.作者在广泛阅读国内外文献的基础上提出这一研究课题，表现出作者在该方面扎实的基础知识和过硬的理论水平。4.由于该研究课题有三峡入库站流量预报及会商系统的项目支撑，在项目进行过程中已经制定了详细的计划，所以工作计划可行，技术路线正确，资料、经费等方面都不存在大的问题。5.建议作者应更广泛的阅读国内外文献情况，进一步完善研究计划，尽早开展这一课题的研究工作。鉴于以上意见，开题准予通过。同行专家签名：、、、、、2004年11月7日学院院长审核意见：学院院长签名：年月日研究生院审核意见：研究生院负责人签名：年月日8'